電機學第三版課后習題答案解析

1、 WORD格式 編輯整理電機學第三版課后習題答案 變壓器1-1從物理意義上說明變壓器為什么能變壓，而不能變頻率？答：變壓器原副繞組套在同一個鐵芯上, 原邊接上電源后，流過激磁電流I0， 產生勵磁磁動勢F0， 在鐵芯中產生交變主磁通0, 其頻率與電源電壓的頻率相同， 根據電磁感應定律，原副邊因交鏈該磁通而分別產生同頻率的感應電動勢 e1和e2, 且有 , , 顯然，由于原副邊匝數不等, 即N1N2，原副邊的感應電動勢也就不等, 即e1e2, 而繞組的電壓近似等于繞組電動勢,即U1E1, U2E2,故原副邊電壓不等,即U1U2, 但頻率相等。1-2 變壓器一次線圈若接在直流電源上，二次線圈會有穩(wěn)定

2、直流電壓嗎？答：不會。因為接直流電源，穩(wěn)定的直流電流在鐵心中產生恒定不變的磁通，其變化率為零，不會在繞組中產生感應電動勢。1-3變壓器的空載電流的性質和作用如何？ 答：作用：變壓器空載電流的絕大部分用來供勵磁，即產生主磁通，另有很小一部分用來供給變壓器鐵心損耗，前者屬無功性質，稱為空載電流的無功分量，后者屬有功性質，稱為空載電流的有功分量。性質：由于變壓器空載電流的無功分量總是遠遠大于有功分量，故空載電流屬感性無功性質，它使電網的功率因數降低，輸送有功功率減小。1-4一臺220/110伏的變壓器，變比，能否一次線圈用2匝，二次線圈用1匝，為什么？答：不能。由可知，由于匝數太少，主磁通將劇增，磁

3、密過大,磁路過于飽和，磁導率降低，磁阻 增大。于是，根據磁路歐姆定律可知, 產生該磁通的激磁電流必將大增。再由可知，磁密過大, 導致鐵耗大增， 銅損耗也顯著增大，變壓器發(fā)熱嚴重，可能損壞變壓器。1-5有一臺S-100/6.3三相電力變壓器，Y，yn（Y/Y0）接線，銘牌數據如下：I0%=7% P0=600W uk%=4.5% PkN=2250W試求：1。畫出以高壓側為基準的近似等效電路，用標么值計算其參數，并標于圖中；2。當變壓器原邊接額定電壓，副邊接三相對稱負載運行，每相負載阻抗 ，計算變壓器一、二次側電流、二次端電壓及輸入的有功功率及此時變壓器的鐵損耗及激磁功率。解：1、 1-6 三相變壓

4、器的組別有何意義，如何用時鐘法來表示？答：三相變壓器的連接組別用來反映三相變壓器對稱運行時，高、低壓側對應的線電動勢（線電壓）之間的相位關系。影響組別的因素不僅有繞組的繞向、首末端標記，還有高、低壓側三相繞組的連接方式。用時鐘法表示時，把高壓繞組的線電動勢（線電壓）相量作為時鐘的長針，并固定在12點，低壓繞組的線電動勢（線電壓）相量作為短針，其所指的數字即為三相變壓器的連接組別號。三相變壓器共有12種組別，其中有6種單數組別和6種偶數組別。1-7為什么說變壓器的激磁電流中需要有一個三次諧波分量，如果激磁電流中的三次諧波分量不能流通，對線圈中感應電動機勢波形有何影響？答：因為磁路具有飽和特性，只

5、有尖頂波電流才能產生正弦波磁通，因此激磁電流需要有三次諧波分量（只有這樣，電流才是尖頂波）。如果沒有三次諧波電流分量，主磁通將是平頂波,其中含有較大的三次諧波分量，該三次諧波磁通將在繞組中產生三次諧波電動勢，三次諧波電動勢與基波電動勢疊加使相電動勢呈尖頂波形，繞組承受過電壓，從而危及繞組的絕緣。18 有一臺60000千伏安，220/11千伏，Y，d（Y/）接線的三相變壓器， ，求：（1） 高壓側穩(wěn)態(tài)短路電流值及為額定電流的倍數；（2） 在最不得的情況發(fā)生突然短路，最大的短路電流是多少？解： 一次側額定電流 短路阻抗標么值短路電流標么值和短路電流有名值6000KV屬大容量變壓器 最大短路電流：1

6、-9 工頻三相變壓器，額定容量320kVA，額定電壓6300/400V，Yd形連接，試驗數據如下表。試驗類型線電壓V線電流A總功率W備注短路28429.35700高壓側測量空載40027.71450低壓側測量（1） 作出變壓器的近似等效電路，各參數用標幺值表示；（2） 一次側施加額定電壓，次級側接負載，負載電流為0.8倍額定電流，功率因數0.8滯后，計算電壓變化率；解：（1）變壓器的近似等效電路如下圖所示：短路阻抗 短路電阻 短路電抗 激磁阻抗 激磁電阻 激磁電抗 高壓側的基值選擇，則高壓側阻抗基值為低壓側的基值選擇，則低壓側阻抗基值為相應的標幺值為：短路阻抗標幺值 短路電阻標幺值 短路電抗標

7、幺值 激磁阻抗標幺值 激磁電阻標幺值 激磁電抗標幺值 （2），則，電壓變化率異步電機2-1 何謂異步電動機的轉差率？在什么情況下轉差率為正，什么情況為負，什么情況下轉差率小于1或大于1？如何根據轉差率的不同來區(qū)別各種不同運行狀態(tài)？ 答：異步電機轉差率s 是指旋轉磁場轉速n1與轉子轉速 n之間的轉速差（n1-n）與旋轉磁場轉速n1的比率，即 。當n< n1時，轉差率為正（s>0），n> n1時轉差率為負（s<0）；當n1>n>0時，轉差率s<1；當0>n>時，轉差率s>1;當+>s>1 時為電磁制動運行狀態(tài)，當1>s&

8、gt;0時為電動機運行狀態(tài)，當0>s>-時為發(fā)電機運行狀態(tài)。2-2 一臺三相感應電動機：f1 =50Hz，p=2。在轉差率為0.02時，求：(1)定子旋轉磁場的轉速n1；(2)定子旋轉磁場相對轉子的轉速；(3)轉子旋轉磁場相對轉子的轉速；(4)轉子旋轉磁場相對定子的轉速。解：(1). 定子磁場轉速：(2). 轉子轉速：定子磁場相對轉子的轉速：(3). 轉子磁場相對轉子的轉速：(4) 轉子磁場相對定子的轉速：2-3 一臺三相異步電動機，PN=4.5千瓦，Y/接線，380/220伏，轉/分，試求：1 接成Y形或形時的定子額定電流；2 同步轉速及定子磁極對數P；3 帶額定負載時轉差率；解

9、： (1)Y接時： UN=380V 接時： UN=220V (2)磁極對數 取p=2同步轉速(3) 額定轉差率 2-4一臺三相四極異步電動機，150kW，50Hz，380V，Y接法，額定負載時pcu2=2.2kW，pmec=2.6kW，附加損耗pad=1.1kW。試求1. 額定運行時的轉速、轉差率；2. 額定運行時的電磁功率和電磁轉矩；3. 如額定運行時，保持負載轉矩不變，在轉子繞組中串入電阻使電機的轉速降低10，問串入的電阻阻值是原轉子電阻的多少倍？調速后的轉子銅耗是多少？解：（1）額定運行時的轉速為由可解得（2）電磁功率為電磁轉矩為（3）串入電阻后的轉速為此時的轉差率為由于保持不變，轉子電

10、流不變，電磁轉矩也不變，接入電阻后，轉子銅耗為則串入的電阻值為原電阻值的倍數為2-5 當異步電動機運行時，定子電動勢的頻率是f1，轉子電動勢的頻率為f2， 由定子電流的產生的旋轉磁動勢以什么速度截切定子，又以什么速度截切轉子？由轉子電流的產生的旋轉磁動勢以什么速度截切轉子，又以什么速度截切定子？，它與定子旋轉磁動勢的相對速度是多少？答： 由定子電流產生的定子旋轉磁動勢以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切轉子。由轉子電流產生的轉子旋轉磁動勢以 的速度截切轉子，又以 的速度截切定子，它與定子旋轉磁動勢的相對速度為 。2-6一臺4極異步電動機，額定功率PN=5。5千瓦， f1=50Hz，在某

11、運行情況下，自定子方面輸入的功率為6.32千瓦，pcu1=341瓦，pcu2=237.5瓦，pFe=167.5瓦，pmec=45瓦，pad=29瓦，試繪出該電機的功率流程圖，標明電磁功率、總機械功率和輸出功率的大小，并計算在該運行情況下的效率、轉差率、轉速及空載轉矩、輸出轉矩和電磁轉矩 。解：輸出功率：效率：電磁功率：轉差率：轉速： 空載損耗：空載轉矩：輸出轉矩：電磁轉矩：或 2-7 正序電流產生的旋轉磁場以什么速度截切轉子，負序電流產生的旋轉磁場以什么速度截切轉子？當三相異步電動機在不對稱電壓運行時，轉子電流會有哪幾種頻率？n1n1n答：正序分量電流產生的旋轉磁場以n1-n的速度截切轉子，負

12、序分量電流產生的旋轉磁場以n1+n速度截切轉子。 三相異步電動機在不對稱運行時，電機內部只有正序和負序分量電流，它們分別產生正序和負序旋轉磁動勢，前者在轉子繞組感應電動勢和電流，其頻率為，后者在轉子繞組感應電動勢和電流，其頻率為：.同步電機3-1 試述三相同步發(fā)電機準同期并列的條件？為什么要滿足這些條件？怎樣檢驗是否滿足？答： 條件是：（1）待并發(fā)電機的電壓Ug與電網電壓Uc大小相等； （2）待并發(fā)電機的電壓相位與電網電壓相位相同； （3）待并發(fā)電機的頻率fg與電網頻率fc相等； (4) 待并發(fā)電機電壓相序與電網電壓相序一致；若不滿足這些條件：條件（1）不滿足，發(fā)電機在并列瞬間會產生有害的滯后

13、（或超前）發(fā)電機電壓900（即無功性質）的巨大瞬態(tài)沖擊電流，使定子繞組端部受沖擊力而變形；條件（2）不滿足發(fā)電機在并列瞬間會產生有害的滯后（或超前）發(fā)電機電壓一相位角的巨大瞬態(tài)沖擊電流，使定子繞組端部受沖擊力而變形，同時，沖擊電流的有功分量還會在發(fā)電機的轉軸上產生沖擊機械扭轉矩，使機軸扭曲變形，大的沖擊電流還會使電樞繞組過熱；條件（3）不滿足，發(fā)電機在并列時會產生拍振電流，在轉軸上產生時正、時負的轉矩，使電機振動，同時沖擊電流會使電樞繞組端部受沖擊力而變形，還會使電樞繞組發(fā)熱；條件（4）不滿足的發(fā)電機絕對不允許并列，因為此時發(fā)電機電壓恒差1200，U恒等于，它將產生巨大的沖擊電流而危及發(fā)電機，

14、也可能使發(fā)電機不能牽入同步。3-2 凸極同步電機分析中運用到多種電抗的參數，請分別比較以下各組電抗的大小，并簡述原因。（1）不飽和同步電抗與飽和同步電抗；（2）交軸同步電抗與直軸同步電抗；（3）漏抗與保梯電抗。答：（1）不飽和同步電抗 > 飽和同步電抗。原因(要點)：磁路不飽和，則磁導大，則不飽和同步電抗大；(可以從多個角度分析)（2）交軸同步電抗 < 直軸同步電抗。原因(要點)：直軸氣隙小，則磁阻小(磁導大)，則直軸同步電抗大；（3）漏抗 < 保梯電抗。原因(要點)：實際零功率因數曲線和理論零功率因數曲線相比，前者磁路的總磁阻大于后者的(，為了獲得同樣的氣隙磁通，必須加大勵

15、磁磁勢)，因此前者曲線比后者更下傾一些，由此得出的電抗三角形中代表INXP(與INXs相對應)的線段要更長一些。故 XP > Xs 。3-3 有一臺三相汽輪發(fā)電機，PN=25000千瓦，UN=10.5千伏，（滯后），Y接線，同步電抗 。試求額定負載下發(fā)電機的空載相電動勢、之間的夾角及之間的夾角。解：外功率因數角 以電壓相量為基準，即空載電動勢和功角內功率因數角 3-4同步發(fā)電機的電樞反應的性質取決于什么，交軸和直軸電樞反應對同步發(fā)電機的磁場有何影響？答：同步電機有負載后，電樞繞組電流產生的磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。電樞反應的性質由空載電勢E0和電樞電流I的夾角即內功率因數角所決定

16、。直軸電樞反應是增磁或去磁作用，交軸電樞反應使得合成磁場與主磁極磁場在空間形成一定的相位差，使主磁場扭歪，同時交軸磁勢與合成磁場之間的相互作用形成了電磁轉矩。.3-5一臺汽輪發(fā)電機，額定功率因數為0.8（滯后），同步電抗X*s=0.8，該機并聯于大電網。試求：（1）額定運行時的功角d；（2）如果保持激磁不變，輸出有功功率減半，求此時的電樞電流及功率因數。解：設（1） （2） 則 即 則 則 直流電機IaUIIf并勵Ia=If+IIf=U/Rf4-1 直流電機有哪些激磁方式？各有何特點？不同的激磁方式下，負載電流、電樞電流與激磁電流有何關系？答： 他勵IaUfIf IU他勵I=Ia If=Uf/

17、Rf 并勵 自勵 串勵 復勵IaUIIf復勵Ia=If+IIaUI=If串勵Ia=If=I4-2 試述并激直流發(fā)電機的自激過程和自激條件？答：有剩磁。當電機起動旋轉時，電樞繞組切割主磁極下氣隙中的剩磁磁場而感應一數值很小的剩磁電動勢，由于勵磁繞組與電樞繞組并聯，因此就有一不大的勵磁電流流過勵磁繞組，產生一個不大的磁場，它也作用在氣隙中。若它對原剩磁磁場起助磁作用，氣隙磁場得以加強，致使電樞繞組感應電動勢比原剩磁電動勢增大，則勵磁電流就進一步增大，其建立的磁場更進一步增強(即助磁作用進一步增強)， 電樞電動勢進一步提升,，周而復始，經幾個循環(huán), 電樞繞組便建立起電壓，因而要求電樞轉向及勵磁繞組接

18、線正確。為使建立一個定值電壓，還需主磁場具有飽和特性, 因磁路飽和后,勵磁電流即使再增大, 主磁場因飽和而增加不大了, 所以電樞電動勢就穩(wěn)定在某一定值。這個穩(wěn)定值的大小還取決于發(fā)電機勵磁回路電阻的大小, 為保證要建立某一定值電壓,還要求：勵磁回路電阻小于其臨界值。4-3若將串勵直流電動機接到額定電壓不變的50Hz交流電源上，此時電動機能否產生轉向恒定的電磁轉矩？簡述原因。答能產生轉向恒定的電磁轉矩。，串勵電機中，通入交流電時，方向始終保持同步，所以可產生轉向恒定的電磁轉矩。4-4 一臺并勵直流電動機，電樞回路總電阻，勵磁回路電阻，忽略電樞反應的影響，求：（1）電動機的額定輸出轉矩？（2）額定負載時的電磁轉矩；（3）額定負載時的效率；（4）在理想空載時（）的轉速；（5）當電樞回路中串入一電阻R=0.15時，在額定轉矩下的轉速。解： 額定輸出轉矩 額定負載時電磁轉矩：勵磁電流 電樞電流 額定負載時效率 當電樞回路串入，在時轉速：4-5一臺并勵直流發(fā)電機，