电机课后题答案1-5章.doc

1、绪 论0.-1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、磁导率大、铁耗低的特征。0-3 感应电动势 edt中的负号表示什么意思？ 答： dte是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应定律的数学描述可表示为 dtNe；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有 Li,为常数，则可写成 tiL。 0-.4 试比较磁路和电路的相似点和不同点。答：磁路和电路的相似只是形

2、式上的，与电路相比较，磁路有以下特点：1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗3）由于 G 导 约为 G 绝 的 1020 倍，而 Fe仅为 0的 431倍，故可认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；4）电路中电阻率 在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率 随 B变化，即磁阻 mR随磁路饱和度增大而增大。0-5 在图 0-2 中，已知磁力线 l的直径为 10cm，电流 I1 = 10A，I 2 = 5A，I 3 = 3A，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？答：平均磁场强度 mAAD

3、IIlIH/2.381.0/)3510( /)(/3210.-6 在图 0.8 所示的磁路中，线圈 N、 中通入直流电流 21I、 ，试问：（1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？（2） 2N中电流 2I反向，总磁动势又为多少？（3） 若在图中 ba,处切开，形成一空气隙 ，总磁动势又为多少？（4） 比较 31两种情况下铁心中的 HB,的相对大小，及 3中铁心和气隙中H的相对大小？解： （1） 211NIIF （2） 2 （3） 2113 不变（4）由于 3，而 3mR，所以 1， 31B，3H。 图 8其中 111 HBRFm、 和333、分别 表示 ,两种情况下的各物理量。在

4、（3）中， Fe，由于 0Fe，所以 BBHFe。0-7 一个有铁心的线圈，线圈电阻为 2。将其接入 110V 交流电源，测得输入功率为 22W，电流为 1A，试求铁心中的铁耗及输入端的功率因数。解： wppcuFe 20122.0cosSP第 1 章 直流电机的运行原理1-1 试述直流发电机工作原理，并说明换向器和电刷起什么作用？答 直流发电机的工作原理：当原动机拖动直流发电机的电枢以恒速 n沿着逆时针方向旋转时， 在线圈中会有感应电动势产生，其大小为： Blve，由于线圈一会儿在 N极下，一会儿在 S极下，因此这个感应电动势的方向是变化的，即线圈中的电动势 e及电流 i的方向是交变的，只是

5、在经过电刷和换向片的整流作用后，才使外电路得到方向不变的直流电。换向器电刷的作用：把线圈中的交变电动势及电流整流成外电路方向不变的直流电。2-2 试判断下列情况下，电刷两端的电压是交流的还是直流。（1） 磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2） 电枢固定，电刷与磁极同时旋转。答 由直流发电机原理可知，只有电刷和电枢保持相对运动时，在电刷两端的电压才为直流，由此： 交流：因为电刷与电枢相对静止。 直流：因为电刷与电枢相对运动。1-.3 什么是电机的可逆性？答 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势

6、而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。1-.4 直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用、结构答 直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。 主磁极铁心用 11.5mm 厚的低碳钢板叠压而成。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场；.换向极换向极铁心一般用整块钢或钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极的作用是用以改善换向。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。机座有两个作用，一是作为电机磁路系

7、统中的一部分，二是用来固定主磁极、电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成，电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。 电枢铁心电枢铁心通常用 0.5mm 厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。是电机主磁路的一部分，且用来嵌放电枢绕组。电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。换向器也是直流电机的重要部件。换向器与电刷相配合，起到整流或逆变器的作用。 1-.5 直流电机电枢铁心为什么必须

8、用薄电工钢冲片叠成？磁极铁心何以不同？答 为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通交变而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用 0.5mm 厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。磁极铁心中的磁通本来是恒定的，但因电枢旋转时电枢铁心齿槽的影响，磁极铁心中的磁通会来回摆动，从而产生铁心损耗，所以常采用 m5.1厚的低碳钢板冲制而成。1-6 试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。答 直流发电机和直流电动机的主要额定参数值有：1额定容量（功率） NP（ kW） ；2额定电压 U（ V） ；3额定电流 I（ A）;4额定转速 Nn（ mi/r） ；5励磁方式和额定励磁电流 fNI（ A）还有一些物理量的

9、额定值，如额定效率 ,额定转矩 NT，额定温升N等。关于额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。所以，直流发电机的额定容量为 NIUP，而直流电动机的额定功率为 NNIUP。1-7 某直流电机， KWN4、 V10、 min10rn以及8.0N。若是直流发电机，试计算额定电流 I；如果是直流电动机，再计算 NI。解：若是直流发电机 AUPIN36.1043如果是直流电动机，再计算 NIIN45.)8.(31-8 耦合磁场是怎样产生的？它的作用是什么？没有它能否实现机电能量转换？答 耦合磁场是由励磁绕组电流所产生的磁场和电枢绕组电流所产生的磁

10、场合成产生的，它是使电机感应电动势和产生电磁转矩所不可缺少的因素。没有它是不能实现机电能量转换的。1-9 如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器和电刷应怎样装置才能作直流电机运行？答 由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，所以换向器应装在定子上，电刷应该放在转子上，再通过滑环和静止的电刷与外电路相连。1-10 单叠绕组和单波绕组各有什么特点？其联接规律有何不同？答 单叠绕组的特点为：（1）并联支路数等于磁极数，即 pa2；（2）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数。单波绕组的特点为：（1）同极性下各元件串联起来组成一条支路

11、，支路对数 1，与磁极对数 p无关；（2）从理论上讲，单波绕组只需安置一对正负电刷就够了。但为了减少电刷的电流密度与缩短换向器长度，节省用铜，一般仍采用电刷组数应等于极数（采用全额电刷） 。在联接方式上，叠绕组元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上 1ky；波绕组的特点是每个绕组元件的两端所接的换向片相隔较远，互相串联的两个元件相隔较远( 2ky)。1-11 一台四极，单叠绕组的直流电机，试问：（1）若分别取下一只刷杆，或相邻的两只刷杆，对电机的运行有什么影响？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化？（3）若有一主磁极失磁，将产生什么后果？答 （1）若取下一只或相邻两只电刷，

12、使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。（2）若一元件断线，则该元件所在的支路断开，其余三条支路不变。因此，电刷间的电压不变，电流减小，电机能带 4/3的额定负载， 。（3）当一主磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。1-12 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答电机负载运行，电枢绕组中就有了电流，电枢电流也产生磁动势，叫电枢磁动势。电枢磁动势的出现，必然会影响空载时只

13、有励磁磁动势单独作用的磁场，有可能改变气隙磁密分布情况及每极磁通量的大小。这种现象称为电枢反应。设电刷在几何中性线上，此时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应作用如下：（1）交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线；（2）不计饱和，交轴电枢反应既无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，呈一定的去磁作用。1-13 一台直流电机, 3p,单叠绕组,电枢绕组总导体数 398N,一极下磁通 Wb210.,当（1）转速 min150rn；（2）转速 min50rn，求电枢绕组的感应电势 aE。解 （1） VpNCe

14、a 9.8150.3698（2） nae 6.2.01-14 一台直流发电机额定功率 KWPN，额定电压 UN23，额定转速 min150rnN，极对数 2p，电枢总导体数 57，气隙每极磁Wb.，单叠绕组。求：（1） 额定运行时的电枢感应电势 aE;（2） 额定运行时的电磁转矩 T。解：（1） VnpNCEeaN 5.21405.260760（2）AUPI4.132mNIapTNNN .1784.305.271-15 并励直流发电机能自励的基本条件是什么？答 （1）电机必须有剩磁；（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；（3）励磁回路的电阻应

15、小于与电机运行转速相对应的临界电阻。1-16 把他励直流发电机转速升高 20%，此时无载端电压 0U约升高多少？如果是并励直流发电机，电压升高比前者大还是小？答 已知： nCEUea0，所以： 他励发电机： RIff, 即 ，故 00 2.1.)2.1(Uneeea ，空载电压增加 1.2 倍。 并励发电机：若转速升高 情况同上，空载电压 0增加 1.2 倍，但由于 0U增加的同时， ffRUI0也相应增加，从而导致 也增大，所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。1-17 换向元件在换向过程中可能产生哪些电势？各是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？答 电抗电动势 re：它是由于

16、换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。电枢反应电动势 ae：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。1-18 换向极的作用是什么？装在什么位置？绕组如何联接？答 装换向极的作用是在换向元件所在处建立一个磁动势 KF，其一部分用来抵消电枢反应磁动势，剩下部分用来在换向元件所在气隙建立磁场 B，换向元件切割 KB产生感应电动势 Ke，且让 K的方向与 re相反，使合成电动势0aree，以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，即几何中性线处。换向极绕组与电枢绕组串联。1-19 一台直流电动机改成发电机运行时，是否需要改接

17、换向极绕组？为什么？答 可以。因为换向极绕组与电枢绕组串联，当一台直流电动机改成发电机运行，电枢电流反向时，其产生的电枢磁势反向，但此时换向极的电流和他的极性亦反向，因此作发电机运行时，其换向极能起改善换向的作用，当作为电动机运行时，换向极也能起改善换向的作用。1-20 已知一台并励直流发电机，额定功率 KWPN10，额定电压VUN230，额定转速 min1450rnN，电枢回路各绕组总电阻486.aR，励磁绕组电阻 2fR，一对电刷上压降为 V2，额定负载时的电枢铁损耗 WpFe和机械损耗 p4，求：1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩2）额定负载时的效率解 1）ARUPII fNfNaN 5

18、.213010 VUEa 73486.5.23kWIPaM.47.25mnTNN .109902） kpFem 846.124.31 %846./1第二章 电力拖动系统力学基础和直流电动机的电力拖动2-3 一台他励直流电动机， KWPN0， VUN0， AIN5.7，067.aR。1）若电枢回路不串电阻直接起动，则起动电流为额定电流的几倍？2）若将起动电流限制为 NI5.1，求电枢回路应串入的电阻大小。解：（1） NaNst IARUI 82.156.32072（2） 64.07)1(.p2-4 一台他励直流电动机， min/,.,5.9,7 rnRIVKWP NaNNN，电动机允许最大电流

19、NaII8.1mx，电动机拖动负载 NLT8.0电动运行，求：1）若采用能耗制动停车，电枢回路应串入多大电阻？2）若采用反接制动停车，电枢回路应串入多大电阻？解 （1） NLT8.0电动运行时， AIIa 745.92VRUEa 16.208.0采用能耗制动停车，电枢回路应串入电阻 9.5.98.16maxpI采用反接制动停车，电枢回路应串入电阻 14.26.0.2.10axaNpRIER19.9 一台他励直流电动机， VUkWPNN,5.， AIN5.30，min/150,4.0rnNa。电动机拖动额定负载运行，保持励磁电流不变，要把转速降到 1000r/min。求： 1) 若采用电枢回路串

20、电阻调速，应串入多大电阻？ 2) 若采用降压调速，电枢电压应降到多大？ 3) 两种方法调速时电动机的效率各是多少？解：（1）rVnRIUCNae min/.1375.0154.320mi/6017./20rnNin/15Ni/6010rnBB由 paBNRn得：25.4.0161aNp（2） min/0 rnCUBe V.1375.01（3）输出功率WnPTPBNBN 3670125.90629502 串电阻时的效率：6.4.371RIU%降压时的效率： 5.02.2NU%。第三章 变压器3-1 变压器是根据什么原理进行电压变换的？变压器的主要用途有哪些？答：变压器是一种静止的电器设备，它利用

21、电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。变压器的主要用途有：变压器是电力系统中实现电能的经济传输、灵活分配和合理使用的重要设备,在国民经济其他部门也获得了广泛的应用，如：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器） 、仪用互感器（电压互感器和电流互感器,在电力系统做测量用） 、特种变压器（如调压用的调压变压器、试验用的试验变压器、炼钢用的电炉变压器、整流用的整流变压器、焊接用的电焊变压器等） 。3-2 变压器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件

22、等，其中铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。绕组由铜或铝绝缘导线绕制而成，是变压器的电路部分。绝缘套管:变压器的引出线从油箱内部引到箱外时必须通过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。油箱：存放变压器油。分接开关，可在无载下改变高压绕组的匝数,以调节变压器的输出电压。3-3 变压器有哪些主要额定值？原、副方额定电压的含义是什么？答：变压器的主要额定值有：额定容量 NS、额定电压 NU1和 2、额定电流 NI1和 2 、 、 额定频率 Nf等。原、副方额定电压的含义是指：正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压 N1；二次侧的额定电压NU2是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压

23、。对三相变压器，额定电压、额定电流均指线值。3-4 一台单相变压器，S N=5000kVA，U 1N/U2N=10/6.3kV，试求原、副方的额定电流。解：AUIN50105311 AUSIN7.93103.65322 3-5 一台三相变压器，S N=5000kVA，U 1N/U2N=35/10.5kV，Y，d 接法，求原、副方的额定电流。解：INN 48.210353311 AUSI 9.7.3223-6 在研究变压器时，原、副方各电磁量的正方向是如何规定的？答：从原理上讲，正方向可以任意选择，但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原

24、则如下：（1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致；（2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则；（3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。3-7 在变压器中主磁通和原、副边绕组漏磁通的作用有什么不同？它们各是由什么磁动势产生的？在等效电路中如何反映它们的作用？答：（1）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用；而漏磁通不起传递能量的作用，仅起压降作用。 （2）空载时，有主磁通和一次侧绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励产生；负载时有主磁通，一次侧绕

25、组漏磁通，二侧次绕组漏磁通。主磁通由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即 2.1.0.F激励产生，一次侧绕组漏磁通由一次绕组磁动势 1.F激励产生，二次侧绕组漏磁通由二次绕组磁动势 2.F激励产生。 （3）在等效电路中，主磁通用励磁参数 mx来反映它的作用，一次侧漏磁通用漏电抗 1x来反映它的作用，而二次侧漏磁通用漏电抗 2x来反映它的作用。3-8 为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时激磁电流呈何种波形？当铁心饱和时情形又怎样？答：为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时，因为磁化曲线是直线，励磁电流和主磁通成正比，故当主磁通成正弦波变化，激磁电流亦呈正

26、弦波变化。而当铁心饱和时，磁化曲线呈非线性，为使磁通为正弦波，励磁电流必须呈尖顶波。3-9 变压器的外加电压不变，若减少原绕组的匝数，则变压器铁心的饱和程度、空载电流、铁心损耗和原、副方的电动势有何变化？答：根据 mfNEU114.可知, 14.fNU,因此,一次绕组匝数减少,主磁通 m将增加，磁密 SB，因 不变， mB将随 的增加而增加，铁心饱和程度增加；由于磁导率 下降。因为磁阻 SlR，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律 mRNI10，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗 2.fBpmFe，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所以根据EU114，所以原方电动势基本不变，而副方电动

27、势则因为磁通的增加而增大。3-10 一台额定电压为 V10/2的变压器，若误将低压侧接到 V20的交流电源上，将会产生什么后果？答：根据 mfN14.可知,此时主磁通增加接近 倍，磁路饱和程度大增，励磁电流将会大大增加，铁耗和铜耗增大，变压器过热。同时噪声过大，振动明显。3-11 变压器折算的原则是什么？如何将副方各量折算到原方？答：折算仅仅是研究变压器的一种方法，它不改变变压器内部电磁关系的本质。折算的原则是保证折算方折算前后所产生的磁动势不变。副方各量折算方法如下： 将副方电流除以 ；副方感应电动势、电压乘以 ；漏阻抗、负载阻抗应乘以 2。 3-12 变压器的电压变化率是如何定义的？它与哪

28、些因素有关？答：变压器的电压变化率定义为：当变压器的原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的空载电压与给定负载下副方电压的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即 %10%10%220 NNUU变压器电压变化率可按下式计算： )sincos( 2*2*KKxRU。可知变压器电压变化率的大小主要和以下物理量相关：（1）电压变化率与负载的大小（ 值）成正比；在一定的负载系数下，当负载为阻感负载时，漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变化率也越大；（2）电压变化率还与负载的性质，即功率因角数的大小和正负有关。3-13 为什么可以把变压器的空载损耗看做变压器的铁损，短路损耗看做额定负载时的铜损？ 答：空载时，绕组电流很小，绕组电阻又很小，所以铜损耗 120RI很小,故铜损耗可以忽略，空载损耗可以近似看成铁损耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，而根据 1.1. ZIEU可知，由于漏阻抗压降 1.ZI的存在， 1E则更小。又根据 mfN4.可知，因为 1很小，磁通就很小，因此磁密很低。