本文格式為Word版，下載可任意編輯——電機與拖動思考題與習(xí)題的解答

附錄:

第2章思考題及答案

2-1直流電機的主要部件是什么？各有什么作用？

答：直流電機的主要包括定子、轉(zhuǎn)子

定子部分：包括主磁極、換向磁極、機座、電刷裝置

1）主磁極：建立主磁通，包括：鐵芯：由低碳鋼片疊成

繞組：由銅線繞成

2）換向磁極：改善換向，包括：鐵芯：中大型由低碳鋼片疊成。

小型由整塊鍛鋼制成。繞組：由銅線繞成。

3）機座：固定主磁極、換向磁極、端蓋等，同時構(gòu)成主磁路的一部分，用鑄鐵、鑄鋼或鋼板卷成。

4）電刷裝置：引出（或引入）電流，電刷由石墨等材料制成。轉(zhuǎn)子部分：包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向片

1）電樞鐵心：構(gòu)成主磁路，嵌放電樞繞組。由電工鋼片疊成。

2）電樞繞組：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機—電能量轉(zhuǎn)換。由銅線繞成。3）換向片：換向用，由銅線圍疊而成。4）

2-2在直流電機中，為什么要用電刷和換向器，它們起到什么作用？

答：在直流發(fā)電機中，電刷和換向器起到整流的作用，將電樞繞組中的交流電整流成出線端的直流電。直流發(fā)電機中，起到逆變的作用，將端口的輸入的直流電變成電樞繞組中的交變電流。

2-3直流發(fā)電機是如何發(fā)出直流電的？假使沒有換向器，直流發(fā)電機能否發(fā)出直流電？

答：直流發(fā)電機電樞繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢實為交變電動勢(如題圖2-3所示瞬間以導(dǎo)體a為例)，電樞繞組的a導(dǎo)體處于N極底下，由“右手發(fā)電機〞定則判得電動勢方向為⊙，轉(zhuǎn)半圈后，處于S極下，電動勢方向變?yōu)楱?，再轉(zhuǎn)半圈，又回到原來位置，電動勢又為⊙。。。。。。，它通過換向裝置后，才把電樞繞組的交流變?yōu)橥怆娐返闹绷鳌?/p>

換向裝置的結(jié)構(gòu)特點是電樞繞組盡管旋轉(zhuǎn)，而A、B電刷固定不轉(zhuǎn)（電刷與磁極相對靜止），且A刷恒與N極下導(dǎo)體相連，B刷恒與S極底下導(dǎo)

N體相連），則由A刷引出的電動勢方向恒為⊙（流出），若定義為正極，則Ｂ刷引出的電動勢方向恒為⊕(流入)，為

負極，因此，由Ａ，Ｂ兩刷得到的就是直流。由上分析可知，由于內(nèi)電路的交流是通過換向裝置后才變?yōu)橥怆娐返闹绷?，故沒有換向裝置就不行。

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A.a+_BS題圖1-3直流電機模型

2-4何謂電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對氣隙磁場有什么影響？

答：直流電機在空載運行時，氣隙磁場僅有勵磁磁動勢產(chǎn)生，而負載運作時，氣隙磁場是由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產(chǎn)生的，顯然與空載時不同，因此把電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為電樞反應(yīng).電樞反應(yīng)結(jié)果可能使氣隙磁場畸變，同時還可能使氣隙磁場減弱或加強.

2-5公式Ea?Ce?n和T?CM?Ia中的?應(yīng)是什么磁通？

答：公式中的?為每個極面下的氣隙磁通，它由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產(chǎn)生的.

2-6直流電機有哪幾種勵磁方式？在各種不同勵磁方式的電機里，電機的輸入、輸出電流和勵磁電流有什么關(guān)系？

II=IfIf答：勵磁方式有：

IaIa???自勵????他勵?串勵??并勵?復(fù)勵?UfUU

他勵

I=IaIf=Uf/RfIIaIfU

IaIf串勵I(lǐng)a=If=I

IU并勵I(lǐng)a=If+IIf=U/Rf

題圖2-6直流電機的勵磁方式

復(fù)勵I(lǐng)a=If+I

2-7“直流電機實質(zhì)上是一臺裝有換向裝置的交流電機〞，你怎樣理解這句話？

答：由上題可知，無論是直流發(fā)電機還是直流電動機，它們在電樞繞組內(nèi)的電流均為交流（而電刷兩端的外電路均為直流），故直流電機實為一臺交流電機。這種交（內(nèi)電路）、直（外電路）流的轉(zhuǎn)換就是靠換向裝置來實現(xiàn)的。發(fā)電機

交流（內(nèi)電路）直流（外電路）

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電動機

因此說，直流電機實質(zhì)上是一臺帶有換向裝置的交流電機。

2-8造成換向不良的主要電磁原因是什么？采取什么措施來改善換向？

答：電磁原因主要是換向瞬間，在換向元件中的電流由正?ia變成?ia，產(chǎn)生電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢，會產(chǎn)生以電火花等不良現(xiàn)象，造成換向不良。不良換向會引起火花和環(huán)火，使電機遭到損壞。改善換向的方法有：裝設(shè)換向極。在電機大容量和工作繁重時，在主磁極極靴上嵌放補償繞組。

2-9直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于哪些物理量，這些量的物理意義如何？

答：電樞電動勢Ea?Ce?n其中，Ce是電機的電動勢結(jié)構(gòu)數(shù)Ce?pN，它的大小決定于電樞繞組導(dǎo)體總根數(shù)N、主60a磁極對數(shù)p及并聯(lián)支路數(shù)2a，?是每個極面下的磁通，n是電機轉(zhuǎn)速。

電磁轉(zhuǎn)矩TM?CM?Ia

CT是電機的電磁轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)常數(shù)，CT?pN，它的大小決定于電樞繞組導(dǎo)體總根數(shù)N、2?a主磁極對數(shù)p及并聯(lián)支路數(shù)2a，?是每個極下的磁通，Ia是電樞電流。

2-10如何判斷直流電機運行于發(fā)電機狀態(tài)還是運行于電動機狀態(tài)？它們的功率關(guān)系有什么不同？

答：用感應(yīng)電動勢和端電壓的大小來判斷。當入的機械功率，空載損耗消耗后，轉(zhuǎn)換為電磁功率后，以電功率UI的形式輸出；當

Ea?U時為發(fā)電機狀態(tài)，由原動機輸

T???EaIa，再扣除電樞和勵磁損耗

Ea?U時，為電動機運行狀態(tài)，電源輸入的功率UI，

EaIa?T??，再扣除空載損耗后，輸出機械功

扣除電樞和勵磁銅耗后，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β?/p>

率。

2-11并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，電機遇有什么后果？若在起動時就斷線（電機有剩磁），又會有什么后果？

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答：并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，勵磁電流消失（

If?0），主磁

通將減小至剩磁通值，在斷線瞬間，由于慣性，電機轉(zhuǎn)速不會發(fā)生變化，則電樞電動勢

Ea?Ce?n大大減小，從而電樞電流

于電磁轉(zhuǎn)矩

Ia?U?EaRa急劇增大，電樞繞組可能被燒壞。對

TM?CM?Ia，當電樞電流Ia增大的速度大于主磁通減小的速度時，則也會

增大。假使負載轉(zhuǎn)矩不變，致使電機轉(zhuǎn)速迅速升高，若在空載或輕載時，轉(zhuǎn)速會劇增，致使電機受損、甚至?xí)斐扇松韨κ鹿省?/p>

2-12試解釋他激和并激發(fā)電機的外特性為什么是一條下傾的曲線？

答：探討他勵和并勵發(fā)電機

U?Ea?IaRa

他勵發(fā)電機：稍下傾曲線（端電壓U隨負載電流I增大稍有下降），原因有：

①負載增大，電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)加強，氣隙磁

U通減小，使電樞電動勢Ea減小。

②負載增加，電樞繞組電阻壓降IaRa增大。并

他勵發(fā)電機：下傾曲線（端電壓U隨負載電流增大下降UN幅度較他勵發(fā)電機大），原因是：除①、②兩原因與并他勵發(fā)電機一致外，因并勵發(fā)電機的If=U/Rf，因此

I由①、②原因引起U減小，致使If減?。ㄋ麆畎l(fā)電機

INIf不變），磁通Φ減小，Ea進一步減小，致使端電壓題圖2-12機械特性曲線下降幅度較大。

第2章練習(xí)題題解及答案

2-1試判斷以下電刷兩端電壓的性質(zhì)

1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)；2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)。解：由直流發(fā)電機原理可知，只有電刷和磁極保持相對靜止，在電刷兩端的電壓才為直流，由此：

1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)時，由于電刷與磁極相對運動，電刷兩端電壓為交流。2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)，由于電刷與磁極相對靜止，電刷兩端電壓為直流。

2-2一臺直流電動機，額定功率為PN=160千瓦，額定電壓UN=220伏，額定效率ηN=85%，額定轉(zhuǎn)速nN=1500轉(zhuǎn)/分，求該電機的額定電流？

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IN?解：額定電流

PNUN?N160?103??856A220?0.85

2-3一臺直流發(fā)電機，額定功率為PN=145千瓦，額定電壓UN=230伏，額定轉(zhuǎn)速nN=1450轉(zhuǎn)/分，額定效率ηN=85%，求該發(fā)電機的額定電流？解：

PN145?103額定電流IN???630.4A

UN2302-4試比較直流發(fā)電機和直流電動機的電動勢、功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系？

解：發(fā)電機電動機電動勢平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系

Ea?U?IaRaEa?U?IaRa

P1?P2??p

P1?P2??p

轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系T1?Tem?T0Tem?T2?T0

63.79?102-5一臺四極直流發(fā)電機，單迭繞組，每極磁通為馬，電樞總導(dǎo)體數(shù)為152

根，轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分，求電機的空載電動勢？

解：

Ea?pN2?152?n??3.79?106?10?8?1200?115V60?30?4

2-6一臺四極直流電動機，nN=1460r/min，Z=36槽，每槽導(dǎo)體數(shù)為6，每極磁通為

??2.2?106馬，單迭繞組，問電樞電流為800安時，能產(chǎn)生多大的電磁轉(zhuǎn)矩？

解：Tem?pN2?36?6?Ia??2.2?106?10?8?800?605.35N?m2????4

2-7直流發(fā)電機和直流電動機的電樞電動勢的性質(zhì)有何區(qū)別，它們是怎樣產(chǎn)生的？直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)有何區(qū)別，它們又是怎樣產(chǎn)生的？

解；直流發(fā)電機電樞電動勢為電源電動勢（Ea與Ia同向），直流電動機為反電動勢（Ea與Ia反方向），它們均由電樞繞組切割磁場產(chǎn)生。

直流發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩（Tem與n反向），直流電動機為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩（TM與n同向），它們均由電樞載流導(dǎo)體在主磁極場作用下產(chǎn)生電磁力而形成轉(zhuǎn)矩。

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2-8把一以他勵發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高20%，空載電壓會提高多少（勵磁電阻保持不變）？若是一臺并勵發(fā)電機，則電壓升高得多還是少（勵磁電阻保持不變）？解：

U0?Ea?Ce?n

If?對于他勵發(fā)電機：

UfRf?C，即?=C，

'''U?E?C?n?Ce?(1.2n)?1.2Ce?n?1.2U0，空載電壓增加1.2倍。0ae故

對于并勵發(fā)電機：若?=C狀況同上，空載電壓Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同時，

If?U0Rf也相應(yīng)加，從而導(dǎo)致?也增大。所以并勵發(fā)電機空載電壓增加的程度比他勵發(fā)

電機大。

2-9他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：

PN?96kW,UN?440V，

,IN?255A,nN?500r/min，估計電樞回路總電阻Ra的值。

解：由于一般電機額定運行時效率最高，最高效率時可變損耗與不變損耗相等，即

?p?2I2NRa?UNIN?PN

所以估計電樞回路的電阻為：

Ra?1UNIN?PN440?255?96000??0.1246(?)222IN2?255

2-11一臺并勵直流發(fā)電機，勵磁回路電阻阻

Rf?44?,負載電阻RL?4?，電樞回路電

Ra?0.25?，端電壓U=220V。

試求：（1）勵磁電流

（2）電樞電流

If和負載電流I；

Ia和電動勢Ea（忽略電刷電阻壓降）；

（3）輸出功率P2和電磁功率PM。

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If?解：(1)勵磁電流

U220??5ARf44

I?負載電流(2)電樞電流電樞電動勢

U220??55ARL4

Ia?I?If?55?5?60AEa?U?IaRa?220?60?0.25?235V

W(3)輸出功率P2?UI?220?55?12100電磁功率或

2-12一臺并勵直流發(fā)電機，

PM?EaIa?235?60?14100W

222PM?P2?IaRa?I2R?12100?60?0.25?5?44?14100WffPN?35kW,UN?115V,nN?1450r/min，電樞回路電阻

Ra?0.0243?，一對電刷壓降2?Ub?2V，勵磁回路電阻Rf?20.1?，求額定時的電

磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩？

If?解：勵磁電流

U115??5.72ARf20.1

IN?負載電流電樞電流

PN35000??304.3AUN115

Ia?IN?If?304.3?5.72?310A電樞電動勢

Ea?UN?IaRa?2?Ub?115?310?0.0243?2?124.533V

電磁功率

PM?EaIa?124.533?310?38605.23WTM?9550PM38.605?9550??254.2NmnN1450

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電磁轉(zhuǎn)矩

2-13并勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：

PN?96kW，UN?440V，IN?255A，IfN?5A，nN?500r/min。電樞總電阻Ra?0.078?，電樞反應(yīng)忽略不計。求：

（1）額定運行時的輸出轉(zhuǎn)矩

TN與電磁轉(zhuǎn)矩T。

'nn（2）理想空載轉(zhuǎn)速0與實際空載轉(zhuǎn)速0。

（3）假使額定運行時總負載轉(zhuǎn)矩不變，則串入電阻R??0.122?瞬間電樞電流與轉(zhuǎn)速各為多少？

（4）保持額定運行時總負載轉(zhuǎn)矩不變，則串入R??0.122?而穩(wěn)定后的電樞電流與轉(zhuǎn)速各為多少？

解:(1)輸出轉(zhuǎn)矩TN?PNP96000?60?N??1833.5[N?m]2?nN?N2??50060額定運行時，電樞電流：

IaN?IN?IfN?255?5?250[A]

額定運行時，電樞電動勢：

EaN?UN?IaNRa?440?250?0.078?420.5[V]

額定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T：

T?EIPM420.5?250?60?aNN??2023[N?m]2?n?M2??500N60

（2）由于額定勵磁下，且不計電樞反應(yīng)，所以空載時的主磁通與額定磁通一致，則額定運行時

?0??N，

Ce?NnN?EaN

所以：

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Ce?N?EaN420.5??0.841nN500

n0?得，理想空載轉(zhuǎn)速為：

UN440??523.2[r/min]Ce?n0.841

實際空載有損耗，由額定運行時轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

T?TN?T0

T0為不變損耗引起的轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，所以空載時的制動轉(zhuǎn)矩也為此轉(zhuǎn)矩。

T0?T?TN?2023?1833.5?174.5[N?m]

CM?N?9.55Ce?N?9.55?0.841?8.032Ia0?T0174.5??21.73[A]CM?N8.032

UN?IaN?Ra440?21.73?0.078??521.2[r/min]Ce?n0.841

又

得：

則實際空載轉(zhuǎn)速為：

n0?（3）串入電阻R?，由于慣性轉(zhuǎn)速瞬間不變n?nN?500[r/min]，瞬間電流為：

Ia?

UN?EaN440?420.5??97.5[A]Ra?R?0.078?0.122

電樞電流與轉(zhuǎn)速各為多少？

（4）由于磁通和負載都不變，所以串入電阻R?穩(wěn)定時的電樞電流為：

Ia?

T?T0TZ?N?IaN?250[A]CM?CM?N不變。而穩(wěn)態(tài)時的反電動勢為：

Ea?UN?Ia(Ra?R?)?440?250?(0.078?0.122)?390[V]

則最終的轉(zhuǎn)速為n：穩(wěn)態(tài)時：

Ea?Ce?n

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額定時：

EaN?Ce?nN

由以上兩個式子可得串入電阻后最終穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速為：

一、填空題：

1、并勵直流發(fā)電機自勵建壓的條件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并聯(lián)在電樞兩端的勵磁繞組極性要正確，使勵磁電流產(chǎn)生的補充磁通方向與剩磁磁通方向一致；勵磁回路的總電阻必需小于臨界電阻)

2、可用以下關(guān)系來判斷直流電機的運行狀態(tài)，當_______時為電動機狀態(tài)，當_______時為發(fā)電機狀態(tài)。（Ea〈U；Ea〉U）

3、直流發(fā)電機的繞組常用的有_______和_______兩種形式，若要產(chǎn)生大電流，繞組常采用_______繞組。（疊繞組；波繞組；疊）

4、直流發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的方向和電樞旋轉(zhuǎn)方向_______，直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向和電樞旋轉(zhuǎn)方向_______。（相反；一致）

5、單迭和單波繞組，極對數(shù)均為p時，并聯(lián)支路數(shù)分別是_______，_______。（2p；2）

6、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩是由_______和_______共同作用產(chǎn)生的。（每極氣隙磁通

量；電樞電流）

7、直流電機電樞反應(yīng)的定義是_______，當電刷在幾何中線時，電動機產(chǎn)生_______性質(zhì)的電樞反應(yīng)，其結(jié)果使_______和_______，物理中性線朝_______方向偏移。（電樞磁動勢對勵磁磁動勢的作用；交磁；氣隙磁場產(chǎn)生畸變；對主磁場起附加去磁

作用）

二、判斷題

1、一臺并勵直流發(fā)電機，正轉(zhuǎn)能自勵，若反轉(zhuǎn)也能自勵。（）（F）

2、一臺直流發(fā)電機，若把電樞固定，而電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)，則在電刷兩端仍能得到直流電壓。（）（T）

3、一臺并勵直流電動機，若改變電源極性，則電機轉(zhuǎn)向也改變。（F）

4、直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的，因此穩(wěn)定運行時，大的電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速就高。（）（F）

三、選擇題

1、直流發(fā)電機主磁極磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動勢存在于（）中。（1）

（1）電樞繞組；（2）勵磁繞組；（3）電樞繞組和勵磁繞組

2、直流發(fā)電機電刷在幾何中線上，假使磁路不飽和，這時電械反應(yīng)是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

3、假使并勵直流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上升20%，則空載時發(fā)電機的端電壓U0升高（）。（2）

（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。

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以n=1200r/min運行時，感應(yīng)電動勢Ea=ce?Nn=0.14?1200V=168V.制動開始瞬時，要求Ia=-2IN=-2?12.5V=-25V.則串入的電阻R=-

Ea168-Ra=-0.8?=5.92?.

25Ia(2)若TZ=0.9TN,則電樞電流Ia=0.9IN=0.9?12.5A=11.25A.

感應(yīng)電動勢Ea=-ce?Nn=-0.14?420V=-58.8V則串入的電阻R=-

Ea58.8-Ra=-0.8?≈5.23-0.8?=4.43?.

11.25Ia3-8他勵直流電動機，PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝31A，nN=1000r／min，Ra=0.4Ω。

在額定電動運行狀況下進行電源反接制動，制動初瞬電流為2.5IN，試計算電樞電路中應(yīng)參與的電阻，并繪出制動的機械特性曲線。假使電動機負載為抵擋性額定轉(zhuǎn)矩，制動到n＝0時，不切斷電源，電動機能否反轉(zhuǎn)？若能反轉(zhuǎn)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是多少？解：

制動前運行于額定狀態(tài)，則Ea=UN-INRa=220-31?0.4V=207.6V.制動后開始瞬時,Ia=-2.5IN=-2.5?31A=-77.5A.則串入的電阻R=

?UN?Ea?220?207.6-Ra=-0.4?≈5.52-0.4?=5.12?.

?77.5IaUN?INRa220?31?0.4=≈0.21

1000nN電勢系數(shù)ce?N=

轉(zhuǎn)矩系數(shù)cM?N=9.55ce?N=9.55?0.21≈2.01機械特性曲線n=

?UNR?Ra?2205.12?0.4-T=-T≈-1047.6-13.1T=-1048-13.1T

0.210.21?2.01ce?NcecM?N21048N·M=-80N·M.(負號表示方向與開始時相反).13.1第16頁共45頁

當轉(zhuǎn)速n=0時，T=-

忽略空載制動轉(zhuǎn)矩，額定電磁轉(zhuǎn)矩為

PN9.55?5.6?103TN=9.55=N·M=53.48N·M.

1000nN穩(wěn)態(tài)時，負載轉(zhuǎn)矩TZ=TN=53.48N·M.|T|>TZ，故電動機能反轉(zhuǎn)。

穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n=-1048-13.1?(-53.48)r/min≈-1048+701r/min=-347r/min.

一、填空題：

1、他勵直流電動機的固有機械特性是指在_______條件下，_______和_______的關(guān)系。（U=UN、φ=ΦN，電樞回路不串電阻；n；Tem

2、直流電動機的起動方法有_______。（降壓起動、電樞回路串電阻起動）

3、假使不串聯(lián)制動電阻，反接制動瞬間的電樞電流大約是電動狀態(tài)運行時電樞電流的_______倍。（2）

4、當電動機的轉(zhuǎn)速超過_______時，出現(xiàn)回饋制動。（理想空載轉(zhuǎn)速）

5、拖動恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)負載進行調(diào)速時，應(yīng)采_______調(diào)速方法，而拖動恒功率負載時應(yīng)采用_______調(diào)速方法。（降壓或電樞回路串電阻；弱磁）

二、判斷題

1、直流電動機的人為特性都比固有特性軟。（）（F）

2、直流電動機串多級電阻起動。在起動過程中，每切除一級起動電阻，電樞電流都將突變。（）（T）

3、提升位能負載時的工作點在第一象限內(nèi)，而下放位能負載時的工作點在第四象限內(nèi)。（）（T）

4、他勵直流電動機的降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，因此只能拖動恒轉(zhuǎn)矩負載運行。（）（F）

5、他勵直流電動機降壓或串電阻調(diào)速時，最大靜差率數(shù)值越大，調(diào)速范圍也越大。（）（T）

三、選擇題

1、電力拖動系統(tǒng)運動方程式中的GD2反映了：（2）

（1）旋轉(zhuǎn)體的重量與旋轉(zhuǎn)體直徑平方的乘積，它沒有任何物理看法；（2）系統(tǒng)機械慣性的大小，它是一個整體物理量；（3）系統(tǒng)儲能的大小，但它不是一個整體物理量。

2、他勵直流電動機的人為特性與固有特性相比，其理想空載轉(zhuǎn)速和斜率均發(fā)生了變化，那么這條人為特性一定是：（3）

（1）串電阻的人為特性；（2）降壓的人為特性；（3）弱磁的人為特性。3、直流電動機采用降低電源電壓的方法起動，其目的是：（2）

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（1）為了使起動過程平穩(wěn)；（2）為了減小起動電流；（3）為了減小起動轉(zhuǎn)矩。4、當電動機的電樞回路銅損耗比電磁功率或軸機械功率都大時，這時電動機處于：（2）（1）能耗制動狀態(tài)；（2）反接制動狀態(tài)；（3）回饋制動狀態(tài)。

5、他勵直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載進行串電阻調(diào)速，設(shè)調(diào)速前、后的電樞電流分別為I1和I2，那么：（2）

（1）I1I2。

四、簡答題：

1、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件是什么？

（電動機的機械特性與負載的轉(zhuǎn)矩特性必需有交點，且在交點處，滿足dTemdTL?）dndn2、何謂電動機的充分利用？

(所謂電動機的充分利用是指電動機無論在額定轉(zhuǎn)速下運行,還是調(diào)速過程中處于不同轉(zhuǎn)速下運行,其電樞電流都等于額定值。)

第4章思考題及答案

4-1變壓器能否對直流電壓進行變換？

答：不能。變壓器的基本工作原理是電磁感應(yīng)原理，假使變壓器一次繞組外接直流電壓，則在變壓器一次繞組會建立恒定不變的直流電流i1，則根據(jù)F1=i1N1，我們知道直流電流i1會建立直流磁動勢F1，該直流磁動勢F1就不會在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通，也就不會在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故不會在負載側(cè)有電壓輸出。4-2變壓器鐵芯的主要作用是什么？其結(jié)構(gòu)特點怎樣？

答：變壓器鐵芯的作用是為變壓器正常工作時提供磁路，為變壓器交變主磁通提供流通回路。為了減小磁阻，一般變壓器的鐵芯都是由硅鋼片疊成的，硅鋼片的厚度尋常是在0.35mm-0.5mm之間，表面涂有絕緣漆。

4-3為分析變壓器便利，尋常會規(guī)定變壓器的正方向，本書中正方向是如何規(guī)定的？

答：變壓器正方向的選取可以任意。正方向規(guī)定不同，只影響相應(yīng)變量在電磁關(guān)系中的表達式為正還是為負，并不影響各個變量之間的物理關(guān)系。變壓器的一次側(cè)正方向規(guī)定符合電動機習(xí)慣，將變壓器的一次繞組看成是外接交流電源的負載，一次側(cè)的正方向以外接交流電源的正方向為準，即一次側(cè)電路中電流的方向與一次側(cè)繞組感應(yīng)電動勢方向一致；而變壓器的二次側(cè)正方向則與一次側(cè)規(guī)定剛好相反，符合發(fā)電機習(xí)慣，將變壓器的二次繞組看成是外接負載的電源，二次側(cè)的正方向以二次繞組的感應(yīng)電動勢的正方向為準，即二次側(cè)電路中電流方向與二次側(cè)負載電壓方向一致。感應(yīng)電動勢的正方向和產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向和產(chǎn)生該磁通的電流正方向也符合右手螺旋定理。各個電壓變量的正方向是由高電平指向低電平，各個電動勢正方向則由低電平指向高電平。

4-4變壓器空載運行時，為什么功率因數(shù)不會很高？

答：變壓器空載運行時，一次繞組電流就稱為空載電流，一般空載電流的大小不會超

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??過額定電流的10%，變壓器空載電流I0可以分為兩個分量：建立主磁通?m所需要的勵磁電流I?和由磁通交變造成鐵損耗從而使鐵芯發(fā)熱的鐵耗電流IFe。其中勵磁電流I?與主磁通?m同相位，稱為空載電流的無功分量；鐵耗電流IFe與一次繞組E1的相位相反，超前主磁通?m90,稱為空載電流I0的有功分量。其中的鐵耗電流與勵磁電流相比十分小，所以一次繞組電流就近似認為是勵磁電流，在相位上滯后一次繞組電壓90o，所以空載運行時功率因數(shù)不會很高。

4-5變壓器負載運行時，繞組折算的準則是什么？

答：折算就是用一個匝數(shù)和一次繞組完全一致的假想繞組來替代原有的二次繞組，雖然折算前后二次繞組匝數(shù)改變了，但是變壓器二次繞組折算之前的能量關(guān)系、電磁關(guān)系和磁動勢大小并不受影響，這是變壓器折算的基本準則。

4-6研究變壓器特性時，如何定義變壓器的電壓變化率？它的大小與哪些因素有關(guān)？

答：電壓變化率就是變壓器一次繞組外接工頻額定電壓，負載功率因數(shù)一定時，變壓器空載運行時的二次側(cè)輸出空載電壓U20與變壓器負載運行時的二次側(cè)輸出負載電壓U2之差和二次側(cè)額定輸出電壓U2N之比，且當變壓器空載運行時，有U1=U1N，I2=0，U2=U2N，，則有：

?o

????????u?u20?u2u?u2?100%?2N?100%u2Nu2N

電壓變化率是是衡量變壓器輸出電壓穩(wěn)定性的一項重要性能指標，與變壓器的短路阻

抗、負載大小和負載性質(zhì)有關(guān)。4-7三相變壓器是如何連接的？

答：三相變壓器的一次繞組和二次繞組對應(yīng)的線電動勢相量之間的相位關(guān)系與繞組的繞向、首末端標志及繞組接法有關(guān)，但是其相位一定為30o的整數(shù)倍，因此可以采用時鐘方法表示，當一次繞組和二次繞組接法一致時，即Y/Y或者△/△，其連接組別名一定為偶數(shù)；當一次繞組和二次繞組接法不同時，即Y/△或者△/Y，其連接組別名一定為起奇數(shù)。

4-8額定電壓為380/110的變壓器，假使將二次繞組誤接到380V電壓上，對變壓器磁路會產(chǎn)生哪些影響？

答：變壓器一次繞組外接電壓和主磁通的關(guān)系滿足u1?e1?4.44fN1?m,當外接電壓的大小和頻率不變時，鐵芯中流通的主磁通和繞組匝數(shù)成反比，即?m?1。設(shè)一次繞組N1外接電壓為380V時，空載電流為i0，此時?m?1。假使誤把二次繞組接到380V電壓N1第19頁共45頁

上，則有?m?'1'，并且由變壓器的變比可以知道，?m?3.45?m。當變壓器鐵芯不飽N2Ni和的時候，可以根據(jù)磁路歐姆定律，有?m?10R?m'Ni'所以可以得到i0?12i0；?20，R'假使考慮到磁路飽和狀況，則鐵芯處于嚴重飽和狀態(tài)，變壓器發(fā)熱，嚴重的會損壞變壓器。4-9為什么三相組式變壓器一般不采用Y/y連接，而往往采用Y/△或△/Y連接？

答：Y/y連接的變壓器，一次繞組和二次繞組沒有諧波電流流通，勵磁電流成正弦波，根據(jù)飽和磁化曲線的對應(yīng)關(guān)系，磁通波形為平頂波，假使將磁通依照傅立葉級數(shù)展開，磁通可以分解為波形形狀為正弦波的基波和波形形狀同為正弦波，但頻率為基波三倍的三次諧波磁通分量。

(1)Y/Y接法

對于三相組式變壓器，三次諧波磁通可沿各自主磁路閉合，產(chǎn)生幅值可達基波幅度為60%左右的三次諧波相電動勢。當基波電動勢達到峰值的時候，三次諧波電動勢也同時達到峰值，會使相電動勢最大值升高好多，對絕緣不利。但是線電動勢中沒有三次諧波分量，由于同相位的三相三次諧波線電動勢相互抵消了。所以三相組式變壓器一般不會采用Y/Y接法。

對于三相芯式變壓器，三相磁路相互連通，所以同相位的三次諧波磁通不能在主磁通路中閉合，只能經(jīng)變壓器油箱形成回路，磁阻大，三次諧波磁通被減弱，三次諧波電動勢較小，所相電動勢接近于正弦，但三次諧波磁通在油箱中引起損耗，導(dǎo)致變壓器局部過熱，效率降低。所以容量較大、電壓較高的三相芯式變壓器也不宜用Y/Y接法。

（2）△/Y或△/△接法

三次諧波電流可以在原邊三相繞組中流過，所以根據(jù)飽和磁化曲線，可以知道主磁通與相電動勢基本上均為正弦波，不會產(chǎn)生過高的相電動勢，所以也不會對變壓器造成損壞。

（3）Y/△接法

一次繞組中三次諧波電流無法流通，根據(jù)飽和磁化曲線可知，鐵芯中的三次諧波磁通在一、二次繞組中會產(chǎn)生三次諧波電動勢，二次繞組的三次諧波電動勢在△接法中就可有三次諧波電流流通，對一次側(cè)產(chǎn)生的三次諧波磁通起減弱作用，從而使主磁通及相電動勢接近正弦。

所以，不管三相芯式或組式變壓器，為使主磁通及相電動勢為正弦波，常將一次繞組或二次繞組接成△。

4-10什么電壓互感器在工作時不允許二次側(cè)短路？電流互感器在工作時不允許二次側(cè)開路？

答：由于電壓互感器二次側(cè)所接的電壓表或者功率表等儀表，內(nèi)阻很大，所以實際上電壓互感器工作時相當于一太降壓變壓器的空載運行，此時二次側(cè)短路，會產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞變壓器繞組，所以不允許二次側(cè)短路。

電流互感器正常工作時，二次側(cè)相當于短路，二次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁動勢近似與一次

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側(cè)磁動勢大小相等，方向相反，所以建立鐵芯中主磁通的合成磁動勢和勵磁電流很小。但是假使二次側(cè)開路，則一次側(cè)電流全部為勵磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生的磁通會很大，鐵芯過飽和，鐵損耗增大，互感器發(fā)熱。而且二次繞組匝數(shù)好多，將會感應(yīng)出危險的高電壓，危機操作人員安全。

第4章練習(xí)題題解及答案

4-1有一臺單相變壓器，額定容量SN?500kV?A，額定電壓U1N/U2N?10/0.4kV，求一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流。解：

I1NSN500?103???50A3U1N10?10SN500?10??1250A3U2N0.4?103

I2N?4-2有一臺三相變壓器，額定容量SN?2500kV?A，額定電壓U1N/U2N?10/6.3kV，Y/△連接。求一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流。

解：

I1N?I2N?SN3U1NSN3U2N??2500?1033?10?102500?1033?144.3A

33?6.3?10?229.1A4-3一臺三相變壓器，容量為SN?60kV?A，用400V的線電壓給三相對稱負載供電，設(shè)負載為Y形連接，每相負載阻抗為ZL?3?j1?，問此變壓器是否可以帶動該負載？解：負載阻抗的模值為：ZL?32?12?2?

負載的相電壓和相電流分別為：

ULP?400/3?230VILP?ULP/ZL?230/2?115A

三相負載的視在功率為：SL?3ULPILP?3?230?115?79.35kV?A由于SL?SN,所以變壓器不能帶動該負載。

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4-4試驗室有一單相變壓器如圖3－27，其數(shù)據(jù)如下：SN?1kV?A，

U1NU2N?220230V，I1NI2N?4.559.1A。今將它改接為自耦變壓器，接法（a）

和（b）所示，求此兩種自耦變壓器當?shù)蛪哼吚@組ax接于110V電源時，AX邊的電壓U1及自耦變壓器的額定容量SN各為多少？

AAaU1aU1N1N2U2N1xXX(a)(b)xN2U2

題圖3－27某單相變壓器接線圖

解：（1）依照圖1（a）接線的自耦變壓器變比

??AX邊額定電壓

N1?N22N2?N2??3

N2N2U1??U2?3?110?330V

變壓器額定容量

SN?I1U1?4.55?330?1500V?A

（2）依照圖1（b）接線的自耦變壓器變比

??AX邊額定電壓

N1?N22N2?N2??1

N2N2U1??U2?110V

變壓器額定容量

SN?I1U1?4.55?110?500V?A

4-9畫出圖3－28所示的各種聯(lián)接法的相量圖，并判斷接線組別。

第22頁共45頁

ABCABCXYZXYZabccabxy(a)zzx(b)yABCABC?XYZXYZECZabcabcxy(c)zxy(d)z

圖4－28作業(yè)題3－9的附圖

答：a

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?AEABBC?XEAXY?EBYZ?BECZ?bEAB?aEabbcZYXC?xEaxy?Ebyz?Eczcxbyz?A(a)EabY/y-6相量圖Y/y-6接線圖b.

?AEABBCXEAXY?EBYZ?BECZbx??cyA(a)EABZYCX?cEabab?Eab?z?zEczx?EaxyEbyY/y-10接線圖Y/y-10相量圖c.

第24頁共45頁

?AEABBC?EAXX?EBYY?ECZZB(Z)??aEABEabbcc(y)?Eax?Eby?Eczb(x)?EabA(a)Y(z)C(X)xy△/△-8接線圖z△/△-8相量圖d.

?A

EABBC?XEAXY?EBYZ?ECZ?B?aEabbcEAB??Eax?Eby?EabcyZYXCEczzA(a)bxxyz

10、一臺三相變壓器，一次繞組和二次繞組的12個端點和各相繞組的極性如圖3－29所示，試將次變壓器聯(lián)接成Y/△-7和Y/Y-4，畫出聯(lián)接圖和相量圖，并標出各相繞組的端點標志。

Y/△-1接線圖Y/△-1相量圖第25頁共45頁

ABC?XEAXY?EBYZ?ECZ圖4－29作業(yè)題3－10的附圖之一

答：（1）Y/△-7

?ABEABBC?XEAXY?EBYZ?ECZ?EAB?c(y)zA(a)ZYXCaEabbc?b(x)EabxY/△-7相量圖yY/△-7接線圖作業(yè)題4－10的附圖之二

?Eax?Eby?Eczz圖3－30

根據(jù)Y/△-7畫出一次繞組和二次繞組線電動勢的相量圖，使得A和a重合在一點，注意EAB和Eab相差210o,所以判斷處接線組別是Y/△-7。觀測圖中，可以知道：a.

變壓器的一次繞組和二次繞組相電動勢EAX和Eax纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相

?

????反；EBY和Eby纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反；ECZ和Ecz纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反，說明同一根鐵芯柱上的一次繞組首端和二次繞組末端是同名端?？梢韵葘⒔泳€圖中一次繞組的末端X,Y,Z聯(lián)接在一起，得出Y形聯(lián)接，同時標出一次繞組和二次繞組的相電動勢，注意相電動勢永遠從首端指向末端；

b.一次繞組和二次繞組首端永遠是順時針排列，因此可以得出各個繞組的末端，得到圖4-30中的相量圖。

第26頁共45頁

???

（2）Y/Y-4

?BAEABBC?EABXZYXzC?EAXY?EBYZ?ECZx(a)AyzcxyEabbc??Ecza?Eaxb?Eby?Y/Y－4相量圖???

??

Eab

Y/Y－4接線圖圖4－31作業(yè)題4－10附圖之三

?由相量圖可以知道，EAX和Ecz，EBY和Eax，ECZ和Eby相位一致，并分別纏繞在同一根鐵芯柱上。其它畫法同上。

一、填空題：

1、一臺接到電源頻率固定的變壓器，在忽略漏阻抗壓降條件下，其主磁通的大小決定于_______的大小，而與磁路的_______基本無關(guān)，其主磁通與勵磁電流成_______關(guān)系。（外加電壓；材質(zhì)和幾何尺寸；非線性）

2、變壓器鐵心導(dǎo)磁性能越好，其勵磁電抗越_______，勵磁電流越_______。（越

大；越?。?/p>

3、變壓器帶負載運行時，若負載增大，其鐵損耗將_______，銅損耗將_______（忽略漏阻抗壓降的影響）。（不變；增加）

4、當變壓器負載（φ2>0°）一定，電源電壓下降，則空載電流I0_______，鐵損耗PFe_______。（減??；減?。?/p>

5、一臺2kV·A,400/100V的單相變壓器，低壓側(cè)加100V，高壓側(cè)開路測得I0=2A；P0=20W；當高壓側(cè)加400V，低壓側(cè)開路，測得I0=_______A，P0=_______W。（0.5；20）

6、變壓器短路阻抗越大，其電壓變化率就_______，短路電流就_______。（大；?。?/p>

7、變壓器等效電路中的xm是對應(yīng)于_______電抗，rm是表示_______電阻。（主磁

通的；鐵心損耗的等效）

8、兩臺變壓器并聯(lián)運行，第一臺先達滿載，說明第一臺變壓器短路阻抗標么值比其次臺_______。（小）

9、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組別不僅與繞組的_______和_______有關(guān)，而且還與三相繞組的_______有關(guān)。（繞向；首末端標記；聯(lián)結(jié)方式）

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10、變壓器空載運行時功率因數(shù)很低，這是由于_______。（空載時建立主、漏磁場所需無功遠大于供給鐵損耗和空載時銅損耗所需的有功功率）

二、判斷題

1、一臺變壓器原邊電壓U1不變，副邊接電阻性負載或接電感性負載，如負載電流相等，則兩種狀況下，副邊電壓也相等（）。（F）

2、變壓器在原邊外加額定電壓不變的條件下，副邊電流大，導(dǎo)致原邊電流也大，因此變壓器的主要磁通也大（）。（F）

3、變壓器的漏抗是個常數(shù)，而其勵磁電抗卻隨磁路的飽和而減少（）。（T）4、自耦變壓器由于存在傳導(dǎo)功率，因此其設(shè)計容量小于銘牌的額定容量（）。（T）5、使用電壓互感器時其二次側(cè)不允許短路，而使用電流互感器時二次側(cè)則不允許開路（）。（T）

三、單項選擇題

1、變壓器空載電流小的原因是：③

①一次繞組匝數(shù)多，電阻很大；②一次繞組的漏抗很大；③變壓器的勵磁阻抗很大；④變壓器鐵心的電阻很大。

2、變壓器空載損耗：④

①全部為銅損耗；②全部為鐵損耗；

③主要為銅損耗；④主要為鐵損耗

3、一臺變壓器原邊接在額定電壓的電源上，當副邊帶純電組負載時，則從原邊輸入的功率：③

①只包含有功功率；②只包含無功功率；

③既有有功功率，又有無功功率；④為零。

4、變壓器中，不考慮漏阻抗壓降和飽和的影響，若原邊電壓不變，鐵心不變，而將匝數(shù)增加，則勵磁電流：②

①增加；②減少；③不變；④基本不變。5、一臺變壓器在（）時效率最高。③①β=1；②P0/PS=常數(shù)；③PCu=PFe；④S=SN

四、簡答題

1、為什么變壓器的空載損耗可近似看成鐵損耗，而短路損耗可近似看成為銅損耗？

（變壓器鐵損耗的大小決定于鐵心中磁通密度的大小，銅損耗的大小決定決定于繞組中電流的大小。

變壓器空載和短路時，輸出功率都為零。輸入功率全部變?yōu)樽儔浩鞯膿p耗。即銅損耗與鐵損耗之和?？蛰d時，電源電壓為額定值，鐵心中磁通密度達到正常運行的數(shù)值，鐵損耗也為正常運行時的數(shù)值。而此時二次繞組中的電流為零，沒有銅損耗，一次繞組中電流僅為勵磁電流，遠小于正常運行的數(shù)值，它產(chǎn)生

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的銅損耗相對于這時的鐵損耗可以忽略不計，因而空載損耗可近似看成為鐵損耗。短路試驗時，輸入功率為短路損耗。此時一次、二次繞組電流均為額定值，銅損耗也達到正常運行時的數(shù)值，而電壓大大低于額定電壓，鐵心中磁通密度也大大低于正常運行時的數(shù)值，此時鐵損耗與銅損耗相比可忽略不計。因此短路損耗可近似看成銅損耗。）

2、電源頻率降低，其他各量不變，試分析變壓器鐵心飽和程度、勵磁電流、勵磁電抗、漏抗的變化狀況。

（據(jù)U1?4.44fN1?m可知，當f降低時，?m(Bm)增加，鐵心飽和程度增加，勵磁

電流增加，勵磁電抗減小。）

3、變壓器的原、副邊額定電壓都是如何定義的？

（原邊額定電壓是指規(guī)定加在一次側(cè)的電壓。副邊額定電壓是指當一次側(cè)加上額定電壓時，二次側(cè)的開路電壓。）

第5章思考題及答案

5-6怎樣才能改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)向?為什么?

答：任意改變?nèi)嗑€的兩根線的連接相序，使旋轉(zhuǎn)磁場的方向反向，使電機轉(zhuǎn)向。5-7一臺三角形聯(lián)接的定子繞組，若繞組內(nèi)有一相斷線，產(chǎn)生的磁勢是什么磁勢?若電源有一相斷電，產(chǎn)生的磁勢是什么磁勢？

答：若繞組內(nèi)有一相斷線，產(chǎn)生的磁勢將是單相脈振磁動勢，此時，如電機正在轉(zhuǎn)動則電機照樣轉(zhuǎn)，但是，假使是靜止或停車后再起動，則是起動不了的。在這種條件下，動者恒動；靜者恒靜。

5-8為什么異步電動機(電動狀態(tài))的轉(zhuǎn)速n總低于同步轉(zhuǎn)速n1？

答：只有在同步轉(zhuǎn)速n1總是高于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的狀況下，才能在旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在著相對運動，轉(zhuǎn)子上的有效導(dǎo)體才能夠有機遇切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組和鋁條中中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在感生電動勢的作用下產(chǎn)生感生電流，產(chǎn)生電磁力矩。帶動負載或生產(chǎn)設(shè)備工作。

5-9異步電動機的氣隙為什么要做得很??？

答：三相異步電動機又名叫做感應(yīng)電動機，說明在電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能或機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程中，能量都是通過磁場傳遞的，在磁場能量傳遞的磁路中兩次穿過氣隙。為了減少在能量轉(zhuǎn)換的過程中電機自身的損耗，提高電機的能量轉(zhuǎn)換效率，必需減小氣隙磁阻，從而減少磁場在氣隙中的損耗，降低在氣隙兩側(cè)的磁壓降。由于氣隙構(gòu)成的磁阻大小與氣隙的寬度成正比，所以，要減小氣隙磁阻，必需將定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙做得盡可能的小。

5-10什么叫電角度？電角度與機械角度是什么關(guān)系？

答：機械角度每轉(zhuǎn)一圈所對應(yīng)的機械或幾何角度稱為機械角度。電角度是指轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，定子和轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流變化的角度。當所謂的“一圈〞用定子

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內(nèi)表面圓周上的槽數(shù)Z來表示，磁極對數(shù)用p來表示，電角度用α來表示，電角度與機械角度將有如下關(guān)系：

?360???p???Z?????一、填空題：

1、一個三相對稱交流繞組，2p=2，通入f=50Hz的三相對稱交流電流，其合成磁通勢為_______磁通勢。(圓形旋轉(zhuǎn))

2、采用_______繞組和_______繞組可以有效地減弱諧波分量，同時使基波分量_______（增加、減?。?。(疊;波;增加)

3、一個脈振磁通勢可以分解為兩個_______和_______一致，而_______相反的旋轉(zhuǎn)磁通勢。(幅值;轉(zhuǎn)速;轉(zhuǎn)向)

4、三相對稱繞組的構(gòu)成原則是_______;_____;____。(各相繞組的結(jié)構(gòu)一致;阻抗相等;空間位置對稱（互差120度電角度）)

二、是非題

1、兩相對稱繞組，通入兩相對稱交流電流，其合成磁通勢為旋轉(zhuǎn)磁通勢。（）(T)2、改變電流相序，可以改變?nèi)嘈D(zhuǎn)磁通勢的轉(zhuǎn)向。（）(T)

第6章思考題及答案

6-1異步電動機在結(jié)構(gòu)上有什么特點?為什么異步電動機的氣隙必需很小?為什么異步電機的定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心要用導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片制成?假使定、轉(zhuǎn)子鐵心用非磁性材料制成會出現(xiàn)什么后果?假使用整塊的導(dǎo)磁材料制成定、轉(zhuǎn)子鐵心是否可以?

答：

6-2異步電動機轉(zhuǎn)子有哪幾種結(jié)構(gòu)型式?它們與直流電機轉(zhuǎn)子的根本區(qū)別是什么?

答：

主要有繞線型和鼠籠型，它們與直流電機的轉(zhuǎn)子的區(qū)別主要在于

1）異步電機的轉(zhuǎn)子繞組都是多相繞組并聯(lián)短接的，而直流電機轉(zhuǎn)子繞組是多個線圈串聯(lián)后形成一個閉合環(huán)形狀，并以炭刷為界分割成多個繞組，同時形成多個繞組的串與并的連接。

2）異步電機的的能量轉(zhuǎn)換是通過感應(yīng)方式，通過轉(zhuǎn)子完成的，而直流電機電機的能量轉(zhuǎn)換直接通過轉(zhuǎn)子進行的。

3）異步電機與直流電機的轉(zhuǎn)子線圈中的電壓與電流都是交流量，但直流電機線圈中的交流是通過換向器形成的。也就是說，直流電機的轉(zhuǎn)子多了一個換向器。

6-3異步電機的最高允許溫升是由什么決定的?若超過規(guī)定溫升運行對電機有什么影響?

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答：異步電機的最高允許溫升是由絕緣材料決定的，若超過溫升，會加速絕緣材料的老化，嚴重時，會使電機絕緣材料將失去原有的絕緣作用，導(dǎo)致電機繞組短路而燒毀。6-4異步電動機穩(wěn)定運行時，定、轉(zhuǎn)子電動勢，電流的頻率各為多少?轉(zhuǎn)子基波磁動勢切割定子的速度會不會由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而變化?

答：異步電動機穩(wěn)定運行時，定子繞組中的電動勢為E1，轉(zhuǎn)子中的電動勢為sE20，定子繞組中的電動勢與電流的頻率為電網(wǎng)的頻率，為f1，而轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動勢與電流的頻率為sf1。轉(zhuǎn)子基波磁動勢切割定子的速度不會由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而變化，這是由于：轉(zhuǎn)子基波磁動勢切割定子的速度為n1，轉(zhuǎn)子的速度一慢，轉(zhuǎn)差就會增大，而它們之和卻不變。所以有上述結(jié)論。

n1??n?n?C

6-5試從異步電機的主要構(gòu)造和電磁關(guān)系各方面與變壓器作一比較；說明分析異步電機可采用與分析變壓器相類似的基本方法的主要理由。它們的主要區(qū)別是什么?

答：三相民步電機與變壓器相比較，它們的工作原理是一致的，都是利用磁感應(yīng)原理，通過磁場傳遞能量的，為了提高能量傳遞或傳輸效率，都采用硅鋼片做鐵心降低磁阻提高磁通量。從功能上看，電機的定子鐵心和繞組與變壓器的原邊鐵心和繞組相對應(yīng)，轉(zhuǎn)子的定子鐵心和繞組與變壓器的副邊鐵心和繞組相對應(yīng)。不同的只是變壓器的原邊與副邊繞組之間的鐵心沒有氣隙，而異步電機則在定子與轉(zhuǎn)子之間的磁路中存在有氣隙；變壓器的逼上梁山邊是靜止的，而異步電機的轉(zhuǎn)子則是轉(zhuǎn)動的。然而氣隙只不過是使勵磁電流比變壓器的勵磁電流大一些而已。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動也只不過是磁通與繞組絞鏈的方式或形式不同而已。因此，完全可以利用分析變壓器的方法分析異步電機。

6-6同容量的異步電動機和變壓器相比，哪一個的空載電流大?為什么?

答：一致容量的異步電動機的空載電流要大一些，這是由于在電動機的磁路中，要經(jīng)過兩次氣隙，而氣隙的磁阻要遠遠大于鐵心的磁阻，磁路損耗自然要大，為了彌補這一損耗，需要較大的勵磁電流來補償。

6-7求異步電動機等效電路時采用的折算法與變壓器求等效電路時所采用的折算法有何異同?

答：變壓器等效電路的折算時，原邊與副邊繞組的相數(shù)是一致的；原邊與副邊都是靜止的；原、副邊電壓與電流的折算變比是一致的，而異步電機則不然，定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)可以是不同的，定子和轉(zhuǎn)子之間的電壓與電流折算變比是不同的。特別是轉(zhuǎn)子向定子一側(cè)折算時，需要將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子等效為靜止狀態(tài)，以便采用變壓器的折算方法將轉(zhuǎn)子一側(cè)的電壓、電流表阻抗折算到定子一側(cè)。

6-8為什么說定、轉(zhuǎn)子磁勢相對靜止是異步電機能工作的必要條件?試證明無論異步電機轉(zhuǎn)速n為多大時，定、轉(zhuǎn)子基波磁勢總保持相對靜止。

6-9異步電機等效電路中rm和xm的物理意義是什么?可以不可以把rm和xm的串聯(lián)支路轉(zhuǎn)變成并聯(lián)支路?

答：異步電機等效電路中rm和xm反映了電機在建立和維持磁通的過程中，在磁路中的實功損耗和虛功損耗。理論上講完全可以，但不便于分析，物理意義不直觀。

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6-10繞線式異步電動機定，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與相數(shù)分別是否相等?鼠籠式異步電動機定、轉(zhuǎn)于的極數(shù)與相數(shù)分別是否相等?鼠籠式轉(zhuǎn)子磁極是怎樣形成的?

答：繞線式異步電動機定，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與相數(shù)分別是相等的，而鼠籠式的異步電動機卻不等。是由氣隙中的磁場的等效磁極形成的。

6-11異步電機等效電路中r1和x'20的物理意義是什么?它們大小與定、轉(zhuǎn)子電流值有無關(guān)系?

答：在異步電機等效電路中，r1和表示定子某一相繞組回路中的等效電阻，其大小會影響勵磁電流的大??；而x'20是轉(zhuǎn)子在靜止狀態(tài)下繞組中漏抗。其大小會影響到功率因數(shù)的大小，而與轉(zhuǎn)子電流的大小無關(guān)，由于轉(zhuǎn)子電流的大小由負載決定。

第6章練習(xí)題題解及答案

6-1某三相異步電動機PN=55kW，UN=380V，cosφN==0.89，IN=119A，nN=570r/min。試求：

(1)電動機的同步轉(zhuǎn)速n1；(2)電動機的極對數(shù)p；

(3)電動機在額定負載時的效率ηN。解：由額定轉(zhuǎn)速可知，（1）三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為：n1=600轉(zhuǎn)/分；（2）磁極對數(shù)p=5；（3）效率為：

?N?

PNPN55000???0.789?78.9%P13UNINcos?N3?380?119?0.896-2有一臺頻率為50Hz的三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，空載轉(zhuǎn)差率

s=0.01，試求該電機的磁極對數(shù)p、同步轉(zhuǎn)速n1，空載轉(zhuǎn)速n0，額定負載時的轉(zhuǎn)差率sN和起動時的轉(zhuǎn)差率s。解：由額定轉(zhuǎn)速可知，

電動機的空載轉(zhuǎn)速；n1=1500r/min；磁極對數(shù)p=2；

空載時電動機轉(zhuǎn)速為：n0??1?s?n1??1?0.01??1500?1485r/min；額定轉(zhuǎn)差率為：sN?n1?nN1500?1450??0.033；n11500電動機起動時的轉(zhuǎn)差率：s=1;

6-3一臺三相、四極、50Hz繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，nN=1460r/min，UN=380V，Y聯(lián)接、定子每相串聯(lián)匝數(shù)W1=240匝，kw1=0.93，已知定子每相感應(yīng)電勢E1為相電壓的85％。試求電機額定負載運行時轉(zhuǎn)子相電勢E2和頻率f2。

解：由題目中的條件條件可知，欲求相電勢E2和頻率f2。需首先求電動機定子和轉(zhuǎn)子之間

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的變比ke。

E?n1?nN1500?1460??0.0267n11500n1?nN1500?1460??0.0267n11500sN??Hz?f2?sNf1?0.0267?50?1.336-4有一臺3000V、6極、50Hz，Y聯(lián)接的三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速nN=975r/min，

每相參數(shù)為：r1=0.42Ω，xl=2.0Ω，r'2=0.45Ω，x'2=2.0Ω，rm=67Ω，xm=48．7Ω。試分別用“T〞形等效電路和簡化等效電路計算定子電流I1和轉(zhuǎn)子電流折算值I'2，并比較兩種計算結(jié)果的誤差。

解：由電動機的T型型電路可知

sN?

n1?nN1000?975??0.025n11000U1U1??????0.42?j2???67?j48.7??0.45/0.025?j2??r1?jx1??rm?jxmr'2/sN?jx'20?67?0.45/0.025???j48.7?j2??rm?r'2/sN???jxm?jx'20?I1?'I2??rm?jxm??67?j48.7??I1??I1

?rm?r'2/sN???jxm?jx'20??67?0.45/0.025???j48.7?j2?6-6一臺三相異步電機輸入功率為PN=32.8kW，定子銅耗pcual=1060W，鐵耗pFe=655W，附加損耗pad=165W，機械損耗pmec=280W，轉(zhuǎn)差率s=0.0206。試求電機的電磁功率Pem，轉(zhuǎn)子銅耗pcua2，輸出功率P2。

解：由交流電動機的能流圖可以看出，從輸入端看電動機的電磁功率為：

?kW?Pem?P1?pcua1?32.8?1.06?31.74轉(zhuǎn)子銅損pcua2：

?kW?pcua2?sP?31.74?0.653844em?0.0206輸出功率：

P2?P1?pcua1?pcua2?pFe?pmec?pad?32.8?1.06?0.654?0.655?0.28?0.165?kW??29.986第33頁共45頁

6-7一臺異步電動機，額定電壓UN=380伏，Δ接法，f1=50Hz，額定功率PN=7.5kW，額定轉(zhuǎn)速nN=960r/min，額定負載時cosφN=0.824，定子銅耗pcua1=474W，鐵耗pFe=231W，機械損耗pmec=45W，附加損耗pad=37.5W，試計算額定負載時：(1)轉(zhuǎn)差率sN；(2)轉(zhuǎn)子電流的頻率f2，(3)轉(zhuǎn)子銅耗pcua2，(4)效率ηN，(5)定子電流I1。解：（1）額定轉(zhuǎn)速可知，電動機的同步轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，所以，其額定轉(zhuǎn)差率為：

sN?n1?nN1000?960??0.04n11000（2）f2?sNf1?0.04?50?2?Hz?（3）由電動機的能流圖可知：

Pem?Pmec?P2?pmec?pFe?pad7.5?0.045?0.231?0.0375?kW????8.139?1?s??1?s??1?0.04??kW?pcua2?sNPem?0.04?8.139?0.32556?kW?P1?pcua1?Pem?8.139?0.474?8.613（4）?N?P27.5??0.87?87%P18.613（5）由三相功率表達式：PU1I1cos?可知：1?3I1?P13U1cos??8.6133?380?0.824?A??15.886-8有一臺三相四極鼠籠轉(zhuǎn)子異步電機，PN=10kW，UN=380伏，Δ接法，IN=20A，定、轉(zhuǎn)子銅耗分別為：pcua1=557W，pcua2=314W，鐵耗pFe=276W，機械損耗pmec=77W，附加損耗pad=200W，試求：

(1)電動機的額定轉(zhuǎn)速nN；

(2)額定負載制動轉(zhuǎn)矩TN和空載制動轉(zhuǎn)矩T0；

(3)額定電磁轉(zhuǎn)矩Tem；

(4)電動機輸出額定功率時的效率ηN。解：

（1）由題中條件可知：磁極對數(shù)p=2；n1=1500轉(zhuǎn)/分；電磁功率為：

?kW?Pem?P2?pcua2?pmec?pad?10?0.314?0.077?0.2?10.591第34頁共45頁

由

pcua2?sNPem可知，額定轉(zhuǎn)差率sN為：

pcua20.314sN???0.02889

Pem10.867??1500?1456nN??1?sN?n1??1?0.02889（2）T2?9.55?P210?N?m??9.55??65.59nN1456（3）由于空載時，pcua2≈0，所以空載轉(zhuǎn)矩為：

T0?9550?pmec?pad0.277?9550??1.82?N?m?

nN1456Tem?Pem10.591?9550??69.5?N?m??nN（4）由于系統(tǒng)工作在額定條件下的總損耗為，

?p?pcua1?pcua2?pmec?pFe?pad?0.314?0.557?0.276?0.077?0.2?1.424?kW?

所以額定工作時的效率為：

?p1.424?N?m??N?1??1??0.875P2??p10?1.4246-9一臺三相六極鼠籠式異步電動機PN=3kW，UN=380伏，Y聯(lián)接，IN=7.25A，f1=50Hz，

r1=2.01Ω，空載試驗數(shù)據(jù)為：U1=380V，I0=3.64A，p0=246W，pmec=11W，短路試驗中一點的數(shù)據(jù)為：Uk=100V，Ik=7.05A，pk=470W，忽略空載附加損耗，計算電機正常運行時參數(shù)xm、rm、x1、r'2、x'20(設(shè)x1=x'20)解：z1?U13?I0U1??3803?3.64380??r?r/s???jx1'221?jx'220?

r1?r2'/s?3?I03?3.64??r?r/s???jx1'22'1?jx20?2

一、填空題：

1、當s在_______范圍內(nèi)，三相異步電機運行于電動機狀態(tài)，此時電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為_______；在_______范圍內(nèi)運行于發(fā)電機狀態(tài)，此時電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為_______。（0～１；反電動勢；－∞～０；制動轉(zhuǎn)矩）

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2、三相異步電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同可分為_______和_______兩類。（籠型異步電動機和繞線型異步電動機）

3、一臺6極三相異步電動機接于50HZ的三相對稱電源；其s=0.05，則此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為_______r/min，定子旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為_______r/min。（950；50；0）

4、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由_______和_______共同作用產(chǎn)生的。（主磁通；轉(zhuǎn)子電流的有功分量）

5、一臺三相異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載運行，若電源電壓下降，則電動機的轉(zhuǎn)速

_______，定子電流_______，最大轉(zhuǎn)矩_______，臨界轉(zhuǎn)差率_______。（減??；增大；減?。徊蛔儯?/p>

6、三相異步電動機電源電壓一定，當負載轉(zhuǎn)矩增加，則轉(zhuǎn)速_______，定子電流_______。（減??；增加）

7、三相異步電動機等效電路中的附加電阻是模擬_______的等值電阻。（總機械功率）8、三相異步電動機在額定負載運行時，其轉(zhuǎn)差率s一般在_______范圍內(nèi)。（0.01～0.06）

9、對于繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，假使電源電壓一定，轉(zhuǎn)子回路電阻適當增大，則起動轉(zhuǎn)矩_______，最大轉(zhuǎn)矩_______。（增大；不變）

二、判斷題

1、不管異步電機轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)還是靜止，定、轉(zhuǎn)子磁通勢都是相對靜止的（）。（T）2、三相異步電動機轉(zhuǎn)子不動時，經(jīng)由空氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子側(cè)的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子銅損耗（）。（T）

3、三相異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm的大小與轉(zhuǎn)子電阻r2阻值無關(guān)（）。（T）4、尋常三相籠型異步電動機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)不相等，而三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)則相等。（）（T）

5、三相異步電機當轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子繞組電流的頻率與定子電流的頻率一致（）。（T）

三、選擇題

1、三相異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載運行，假使電源電壓下降，當電動機穩(wěn)定運行后，此時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩：①

①下降；②增大；③不變；④不定。

2、三相異步電動機的空載電流比同容量變壓器大的原因：③

①異步電動機是旋轉(zhuǎn)的；②異步電動機的損耗大；③異步電動機有氣隙；④異步電動機有漏抗。

3、三相異步電動機空載時，氣隙磁通的大小主要取決于：①

①電源電壓；②氣隙大?。虎鄱?、轉(zhuǎn)子鐵心材質(zhì)；④定子繞組的漏阻抗。4、三相異步電動機能畫出像變壓器那樣的等效電路是由于：②

①它們的定子或原邊電流都滯后于電源電壓；②氣隙磁場在定、轉(zhuǎn)子或主磁通在原、副邊都感應(yīng)電動勢；③它們都有主磁通和漏磁通；④它們都由電網(wǎng)取得勵磁電流。

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5、三相異步電動機在運行中，把定子兩相反接，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會：②

①升高；②下降一直到停轉(zhuǎn)；③②下降至零后再反向旋轉(zhuǎn)；④下降到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。四、簡答題

1、三相異步電動機空載運行時，電動機的功率因數(shù)為什么很低？

（空載時，I1?I0，而I0?I0a?I0r，其中，I0a為有功分量電流，用來供給空載損耗；I0r為無功分量電流，用來建立磁場。由于I0a??I0r，所以空載電流基本上是一無功性質(zhì)的電流，因而電動機的功率因數(shù)很低。）

?????????1?s'R22、異步電動機等效電路中的附加電阻s的物理意義是什么？能否用電抗或電容

代替這個附加電阻？為什么？

（異步電動機等效電路中的附加電阻代表總機械功率的一個虛擬電阻，用轉(zhuǎn)子電流在

1?s''2R2I2s該電阻所消耗的功率來代替總機械功率（包括軸上輸出的機械功率和機械損耗、

附加損耗等）。因輸出的機械功率和機械損耗等均屬有功性質(zhì)。因此，從電路角度來模擬

的話，只能用有功元件電阻，而不能用無功元件電抗或電容代替這個附加電阻。）

3、異步電動機中的空氣隙為什么做得很?。?/p>

（異步電動機氣隙小的目的是為了減小其勵磁電流（空載電流），從而提高電動機功率因數(shù)。因異步電動機的勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，故氣隙越小，電網(wǎng)供給的勵磁電流

就小。而勵磁電流有屬于感性無功性質(zhì)，故減小勵磁電流，相應(yīng)就能提高電