1、电机学复习题答案变压器1-1 从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流 I0， 产生励磁磁动势 F0， 在铁芯中产生交变主磁通 0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e1 和 e2, 且有 , dtN01, 显然，由于原副边匝数不等, 即 N1N 2，原副边的感应电动势也就不等, dtNe02即 e1e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即 U1E 1, U2E 2,故原副边电压不等,即U1U 2, 但频率相等。1-2 变压器一次线圈若接在直流电源上，
2、二次线圈会有稳定直流电压吗？答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。1-3 变压器的空载电流的性质和作用如何？ 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。1-4 一台 220/110 伏的变压器，变比 ，能否一次线圈用 221Nk匝，二次线圈用 1 匝，为什么？答：不能
3、。由 可知，由于匝数太少，主磁通 将剧增，磁密mfNEU14. m过大,磁路过于饱和，磁导率 降低，磁阻 增大。于是，根据磁路欧姆定律mBmR可知, 产生该磁通的激磁电流 必将大增。再由 可知，磁RNI10 0I 3.12fBpmFe密 过大, 导致铁耗 大增， 铜损耗 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变mFep12r压器。1-5 有一台 S-100/6.3 三相电力变压器，Y，yn（Y/Y 0）接线，铭牌数据如下：kVUN4.0/36/21I0%=7% P0=600W uk%=4.5% PkN=2250W试求：1。画出以高压侧为基准的近似等效电路，用标么值计算其参数，并标于图中；2。当变
4、压器原边接额定电压，副边接三相对称负载运行，每相负载阻抗 ，计算变压器一、二次侧438.075.*jZL电流、二次端电压及输入的有功功率及此时变压器的铁损耗及激磁功率。解：1、 045.1*kUz2.*NkSPr039.*2*kkrZx24.125.1)0/7(6.)()814*2*00*0mmNmrZxSPIrI1-6 三相变压器的组别有何意义，如何用时钟法来表示？答：三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的线电动势（线电压）之间的相位关系。影响组别的因素不仅有绕组的绕向、首末端标记，还有高、低压侧三相绕组的连接方式。用时钟法表示时，把高压绕组的线电动势（线电压）相
5、量作为时钟的长针，并固定在12 点，低压绕组的线电动势（线电压）相量作为短针，其所指的数字即为三相变压器的连接组别号。三相变压器共有 12 种组别，其中有 6 种单数组别和 6 种偶数组别。1-7 为什么说变压器的激磁电流中需要有一个三次谐波分量，如果激磁电流中的三次谐波分量不能流通，对线圈中感应电动机势波形有何影响？答：因为磁路具有饱和特性，只有尖顶波电流才能产生正弦波磁通，因此激磁电流需要有三次谐波分量（只有这样，电流才是尖顶波） 。如果没有三次谐波电流分量，主磁通将是平顶波,其中含有较大的三次谐波分量，该三次谐波磁通将在绕组中产生三次谐波电动势，三次谐波电动势与基波电动势叠加使相电动势呈
6、尖顶波形，绕组承受过电压，从而危及绕组的绝缘。18 有一台 60000 千伏安，220/11 千伏，Y，d（Y/）接线的三相变压器，求：072.,.0*kkxr（1） 高压侧稳态短路电流值及为额定电流的倍数；（2） 在最不得的情况发生突然短路，最大的短路电流是多少？解： 一次侧额定电流 AUSIN46.1570236311 短路阻抗标么值 2.8.7.022* KKxrz短路电流标么值和短路电流有名值 8.130724.1* KNKNKzIzI A95.46.58.31*6000KV 属大容量变压器 1y最大短路电流： *maxKyyKIzi AIii NyNK 42.531.246.1578
7、.3).71(21*axmax 1-9 工频三相变压器，额定容量 320kVA，额定电压 6300/400V，Yd 形连接，试验数据如下表。试验类型 线电压 V 线电流 A 总功率 W 备注短路 284 29.3 5700 高压侧测量空载 400 27.7 1450 低压侧测量（1（ 作出变压器的近似等效电路，各参数用标幺值表示；（2（ 一次侧施加额定电压，次级侧接负载，负载电流为 0.8 倍额定电流，功率因数 0.8 滞后，计算电压变化率；解：（1）变压器的近似等效电路如下图所示：r k *x k *r m *x m *I 1 *.U 1 *.I 2 *.E 1 *.I 0 *.U 2 *.
8、短路阻抗 284/35.96().kzI短路电阻 2270/.1().kprI短路电抗 5.4kkxzr激磁阻抗 08.37()27./UI激磁电阻 022145.9()(./)prI激磁电抗 80mxzr高压侧的基值选择 ，则高压侧阻抗基值为163()bUV22104.bNzS低压侧的基值选择 ，则低压侧阻抗基值为2()b224031.5bNUzS相应的标幺值为：短路阻抗标幺值 *1.9630.4512kbz短路电阻标幺值 *12.30.1784kbrz短路电抗标幺值 2*.kkx激磁阻抗标幺值 028375.61.mbz激磁电阻标幺值 0*29.2.brz激磁电抗标幺值 *5.41mmx（
9、2） 01*U，则 ， ，cos.8036.8702*.836.7I02*2*1*()9kIrjx电压变化率 *cosin)1%.2kA异步电机2-1 何谓异步电动机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于 1 或大于 1？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？ 答：异步电机转差率 s 是指旋转磁场转速 n1 与转子转速 n 之间的转速差（n 1-n）与旋转磁场转速 n1 的比率，即 。1n当 n0） ，n n1 时转差率为负（sn0 时，转差率 sn时，转差率 s1;当+s1 时为电磁制动运行状态，当 1s0 时为电动机运行状态，当 0s-时为发电机运行状态
10、。2-2 一台三相感应电动机：f1 =50Hz，p=2 。在转差率为 0.02 时，求：(1) 定子旋转磁场的转速 n1；(2)定子旋转磁场相对转子的转速；(3)转子旋转磁场相对转子的转速；(4)转子旋转磁场相对定子的转速。解：(1). 定子磁场转速： min/1502*601rpfn(2). 转子转速： 47).()(s定子磁场相对转子的转速： i/30*.11 rsn(3). 转子磁场相对转子的转速： i/30r(4) 转子磁场相对定子的转速： in/5261pf2-3 一台三相异步电动机， PN=4.5 千瓦，Y/ 接线，380/220 伏， ，8.0cosN， 转/分，试求：8.0N1
11、450Nn1 接成 Y 形或 形时的定子额定电流；2 同步转速 及定子磁极对数 P；13 带额定负载时转差率 ；Ns解： (1)Y 接时： UN=380VAIN68.10.3805.4cos3 接时： UN=220VPIN45.2.cs3(2) pfnN601磁极对数 取 p=207.245Nf同步转速 min/1601 rpfn(3) 额定转差率 03.5401nsN2-4 一台三相四极异步电动机，150kW，50Hz ，380V ，Y 接法，额定负载时pcu2=2.2kW， pmec=2.6kW，附加损耗 pad=1.1kW。试求1. 额定运行时的转速、转差率；2. 额定运行时的电磁功率和
12、电磁转矩；3. 如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转速降低 10，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？解：（1）额定运行时的转速为 6015(/min)Nfnrp153.7()iNmecadPkW由 可解得21icus0.4s（2）电磁功率为 215.9()mNecadcuPPkW电磁转矩为 0.(1)TNMnsA（3）串入电阻后的转速为 1.)30(/min)r此时的转差率为 503 .1s由于 保持不变，转子电流不变，电磁转矩也不变，接入电阻后，转子铜耗为T27.6(kW)cuMP则串入的电阻值为原电阻值的倍数为27.089cuP2-5
13、当异步电动机运行时，定子电动势的频率是 f1， ， 转子电动势的频率为 f2， 由定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？由转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？，它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？答： 由定子电流产生的定子旋转磁动势以 n1 的速度截切定子，又以 n1-n 的速度截切转子。由转子电流产生的转子旋转磁动势以 的速度截切转子，又以 的速度2s12n截切定子，它与定子旋转磁动势的相对速度为 。0)(122-6 一台 4 极异步电动机，额定功率 PN=5。5 千瓦， f1=50Hz，在某运行情况下，自定子方面输入的功率为 6
14、.32 千瓦，p cu1=341 瓦，p cu2=237.5 瓦， pFe=167.5 瓦，p mec=45 瓦，pad=29 瓦，试绘出该电机的功率流程图，标明电磁功率、总机械功率和输出功率的大小，并计算在该运行情况下的效率、转差率、转速及空载转矩、输出转矩和电磁转矩 。解：输出功率： kWppPcuFecumead 5.)341.0675.23.045.029.(3.6)112 效率： %.8.6%1N电磁功率： kpPcumeadem 815.237.045.029.522 转差率： 041.85.237emcuPps转速： min/5.1438206).(6)()1(1 rpfsn空载
15、损耗： kWpadmec 7.9.045.0空载转矩： NnT.138.9500输出转矩： mP51.6.422 电磁转矩： NnTemem37089501或 e 4.36022-7 正序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子，负序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子？当三相异步电动机在不对称电压运行时，转子电流会有哪几种频率？答：正序分量电流产生的旋转磁场以 n1-n 的速度截切转子，负序分量电流产生的旋转磁场以 n1+n 速度截切转子。三相异步电动机在不对称运行时，电机内部只有正序和负序分量电流，它们分别产生正序和负序旋转磁动势，前者在转子绕组感应电动势和电流，其频率为 ，后者在转子绕组感应
16、电动1160)(sfnp势和电流，其频率为： .11)2()(fs同步电机3-1 试述三相同步发电机准同期并列的条件？为什么要满足这些条件？怎样检验是否满足？答： 条件是：（1）待并发电机的电压 Ug 与电网电压 Uc 大小相等；（2）待并发电机的电压相位与电网电压相位相同；（3）待并发电机的频率 fg 与电网频率 fc 相等；(4) 待并发电机电压相序与电网电压相序一致；若不满足这些条件：条件（1）不满足，发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压 900（即无功性质）的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；n1n 1n条件（2）不满足发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或
17、超前）发电机电压一相位角的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形，同时，冲击电流的有功分量还会在发电机的转轴上产生冲击机械扭转矩，使机轴扭曲变形，大的冲击电流还会使电枢绕组过热；条件（3）不满足，发电机在并列时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形，还会使电枢绕组发热；条件（4）不满足的发电机绝对不允许并列，因为此时发电机电压 恒差.cgU和。1200，U 恒等于 ，它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，也可能使发电机不能g3牵入同步。3-2 凸极同步电机分析中运用到多种电抗的参数，请分别比较以下各组电抗的大小，并简述原因。（
18、1）不饱和同步电抗与饱和同步电抗；（2）交轴同步电抗与直轴同步电抗；（3）漏抗与保梯电抗。答：（1）不饱和同步电抗 饱和同步电抗。原因(要点)：磁路不饱和，则磁导大，则不饱和同步电抗大；(可以从多个角度分析)（2）交轴同步电抗 X 。3-3 有一台三相汽轮发电机，P N=25000 千瓦，U N=10.5 千伏， （滞后） ，Y8.0cosN接线，同步电抗 。试求额定负载下发电机的空载相电动势 、0,13.2*atrx 0E之间的夹角 及 之间的夹角 。UE与0. IE与. 解：外功率因数角 087.36.arcos以电压相量为基准，即 0.*1U空载电动势和功角 . 000.*.* 8.36
19、4.21.8736jxIjEtNO。 kVUN 5./.184.23/8.6*0内功率因数角 0007363-4 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答：同步电机有负载后，电枢绕组电流产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质由空载电势 E0 和电枢电流 I 的夹角即内功率因数角所决定。直轴电枢反应是增磁或去磁作用，交轴电枢反应使得合成磁场与主磁极磁场在空间形成一定的相位差，使主磁场扭歪，同时交轴磁势与合成磁场之间的相互作用形成了电磁转矩。.3-5 一台汽轮发电机，额定功率因数为 0.8（滞后） ，同步电抗 X*s=0.8，该机并联于
20、大电网。试求：（1）额定运行时的功角；（2）如果保持激磁不变，输出有功功率减半，求此时的电枢电流及功率因数。解：设 *10,136.87则NNUVIV（1） 00.*0.814.6123.4()sEjxjjV23.4（2） 0*.816sinsin20即Px则 1.46即 0.E则 *0*1.6.410.58.320.68.9sNjIxUj*.28.9.sjj则 *0.8cos61.0483I直流电机4-1 直流电机有哪些激磁方式？各有何特点？不同的激磁方式下，负载电流、电枢电流与激磁电流有何关系？答： 他励并励自励 串励复励IaUIIf并励Ia=If+IIf=U/RfIaUfIf IU他励I=Ia If=Uf/Rf
