電機(jī)學(xué)第三版課后習(xí)題答案解析

1、 WORD格式 編輯整理電機(jī)學(xué)第三版課后習(xí)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(gè)鐵芯上, 原邊接上電源后，流過激磁電流I0， 產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F0， 在鐵芯中產(chǎn)生交變主磁通0, 其頻率與電源電壓的頻率相同， 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，原副邊因交鏈該磁通而分別產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e1和e2, 且有 , , 顯然，由于原副邊匝數(shù)不等, 即N1N2，原副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就不等, 即e1e2, 而繞組的電壓近似等于繞組電動(dòng)勢(shì),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(huì)有穩(wěn)定

2、直流電壓?jiǎn)幔看穑翰粫?huì)。因?yàn)榻又绷麟娫?，穩(wěn)定的直流電流在鐵心中產(chǎn)生恒定不變的磁通，其變化率為零，不會(huì)在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1-3變壓器的空載電流的性質(zhì)和作用如何？ 答：作用：變壓器空載電流的絕大部分用來供勵(lì)磁，即產(chǎn)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(zhì)，稱為空載電流的無功分量，后者屬有功性質(zhì)，稱為空載電流的有功分量。性質(zhì)：由于變壓器空載電流的無功分量總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功分量，故空載電流屬感性無功性質(zhì)，它使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，輸送有功功率減小。1-4一臺(tái)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(shù)太少，主磁通將劇增，磁

3、密過大,磁路過于飽和，磁導(dǎo)率降低，磁阻 增大。于是，根據(jù)磁路歐姆定律可知, 產(chǎn)生該磁通的激磁電流必將大增。再由可知，磁密過大, 導(dǎo)致鐵耗大增， 銅損耗也顯著增大，變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，可能損壞變壓器。1-5有一臺(tái)S-100/6.3三相電力變壓器，Y，yn（Y/Y0）接線，銘牌數(shù)據(jù)如下：I0%=7% P0=600W uk%=4.5% PkN=2250W試求：1。畫出以高壓側(cè)為基準(zhǔn)的近似等效電路，用標(biāo)么值計(jì)算其參數(shù)，并標(biāo)于圖中；2。當(dāng)變壓器原邊接額定電壓，副邊接三相對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行，每相負(fù)載阻抗 ，計(jì)算變壓器一、二次側(cè)電流、二次端電壓及輸入的有功功率及此時(shí)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(shí)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(duì)稱運(yùn)行時(shí)，高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)的線電動(dòng)勢(shì)（線電壓）之間的相位關(guān)系。影響組別的因素不僅有繞組的繞向、首末端標(biāo)記，還有高、低壓側(cè)三相繞組的連接方式。用時(shí)鐘法表示時(shí)，把高壓繞組的線電動(dòng)勢(shì)（線電壓）相量作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，并固定在12點(diǎn)，低壓繞組的線電動(dòng)勢(shì)（線電壓）相量作為短針，其所指的數(shù)字即為三相變壓器的連接組別號(hào)。三相變壓器共有12種組別，其中有6種單數(shù)組別和6種偶數(shù)組別。1-7為什么說變壓器的激磁電流中需要有一個(gè)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(duì)線圈中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)勢(shì)波形有何影響？答：因?yàn)榇怕肪哂酗柡吞匦?，?/p>

5、有尖頂波電流才能產(chǎn)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(chǎn)生三次諧波電動(dòng)勢(shì)，三次諧波電動(dòng)勢(shì)與基波電動(dòng)勢(shì)疊加使相電動(dòng)勢(shì)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(tái)60000千伏安，220/11千伏，Y，d（Y/）接線的三相變壓器， ，求：（1） 高壓側(cè)穩(wěn)態(tài)短路電流值及為額定電流的倍數(shù)；（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(cè)額定電流 短路阻抗標(biāo)么值短路電流標(biāo)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(yàn)數(shù)據(jù)如下表。試驗(yàn)類型線電壓V線電流A總功率W備注短路28429.35700高壓側(cè)測(cè)量空載40027.71450低壓側(cè)測(cè)量（1） 作出變壓器的近似等效電路，各參數(shù)用標(biāo)幺值表示；（2） 一次側(cè)施加額定電壓，次級(jí)側(cè)接負(fù)載，負(fù)載電流為0.8倍額定電流，功率因數(shù)0.8滯后，計(jì)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(cè)的基值選擇，則高壓側(cè)阻抗基值為低壓側(cè)的基值選擇，則低壓側(cè)阻抗基值為相應(yīng)的標(biāo)幺值為：短路阻抗標(biāo)幺值 短路電阻標(biāo)幺值 短路電抗標(biāo)

7、幺值 激磁阻抗標(biāo)幺值 激磁電阻標(biāo)幺值 激磁電抗標(biāo)幺值 （2），則，電壓變化率異步電機(jī)2-1 何謂異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率？在什么情況下轉(zhuǎn)差率為正，什么情況為負(fù)，什么情況下轉(zhuǎn)差率小于1或大于1？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的不同來區(qū)別各種不同運(yùn)行狀態(tài)？ 答：異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率s 是指旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n之間的轉(zhuǎn)速差（n1-n）與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1的比率，即 。當(dāng)n< n1時(shí)，轉(zhuǎn)差率為正（s>0），n> n1時(shí)轉(zhuǎn)差率為負(fù)（s<0）；當(dāng)n1>n>0時(shí)，轉(zhuǎn)差率s<1；當(dāng)0>n>時(shí)，轉(zhuǎn)差率s>1;當(dāng)+>s>1 時(shí)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)1>s&

8、gt;0時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)0>s>-時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。2-2 一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：f1 =50Hz，p=2。在轉(zhuǎn)差率為0.02時(shí)，求：(1)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1；(2)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(3)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(4)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速。解：(1). 定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速：(2). 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：定子磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：(3). 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：(4) 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速：2-3 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，PN=4.5千瓦，Y/接線，380/220伏，轉(zhuǎn)/分，試求：1 接成Y形或形時(shí)的定子額定電流；2 同步轉(zhuǎn)速及定子磁極對(duì)數(shù)P；3 帶額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差率；解

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

10、流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也不變，接入電阻后，轉(zhuǎn)子銅耗為則串入的電阻值為原電阻值的倍數(shù)為2-5 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子電動(dòng)勢(shì)的頻率是f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率為f2， 由定子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度截切定子，又以什么速度截切轉(zhuǎn)子？由轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度截切轉(zhuǎn)子，又以什么速度截切定子？，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)速度是多少？答： 由定子電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子。由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以 的速度截切轉(zhuǎn)子，又以 的速度截切定子，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)速度為 。2-6一臺(tái)4極異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=5。5千瓦， f1=50Hz，在某

11、運(yùn)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?yán)L出該電機(jī)的功率流程圖，標(biāo)明電磁功率、總機(jī)械功率和輸出功率的大小，并計(jì)算在該運(yùn)行情況下的效率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速及空載轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩 。解：輸出功率：效率：電磁功率：轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)速： 空載損耗：空載轉(zhuǎn)矩：輸出轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：或 2-7 正序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以什么速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以什么速度截切轉(zhuǎn)子？當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱電壓運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流會(huì)有哪幾種頻率？n1n1n答：正序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)

12、序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1+n速度截切轉(zhuǎn)子。 三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電機(jī)內(nèi)部只有正序和負(fù)序分量電流，它們分別產(chǎn)生正序和負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，前者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，其頻率為，后者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，其頻率為：.同步電機(jī)3-1 試述三相同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列的條件？為什么要滿足這些條件？怎樣檢驗(yàn)是否滿足？答： 條件是：（1）待并發(fā)電機(jī)的電壓Ug與電網(wǎng)電壓Uc大小相等； （2）待并發(fā)電機(jī)的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同； （3）待并發(fā)電機(jī)的頻率fg與電網(wǎng)頻率fc相等； (4) 待并發(fā)電機(jī)電壓相序與電網(wǎng)電壓相序一致；若不滿足這些條件：條件（1）不滿足，發(fā)電機(jī)在并列瞬間會(huì)產(chǎn)生有害的滯后

13、（或超前）發(fā)電機(jī)電壓900（即無功性質(zhì)）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(jī)在并列瞬間會(huì)產(chǎn)生有害的滯后（或超前）發(fā)電機(jī)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(shí)，沖擊電流的有功分量還會(huì)在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生沖擊機(jī)械扭轉(zhuǎn)矩，使機(jī)軸扭曲變形，大的沖擊電流還會(huì)使電樞繞組過熱；條件（3）不滿足，發(fā)電機(jī)在并列時(shí)會(huì)產(chǎn)生拍振電流，在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生時(shí)正、時(shí)負(fù)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)振動(dòng)，同時(shí)沖擊電流會(huì)使電樞繞組端部受沖擊力而變形，還會(huì)使電樞繞組發(fā)熱；條件（4）不滿足的發(fā)電機(jī)絕對(duì)不允許并列，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)電機(jī)電壓恒差1200，U恒等于，它將產(chǎn)生巨大的沖擊電流而危及發(fā)電機(jī)，

14、也可能使發(fā)電機(jī)不能牽入同步。3-2 凸極同步電機(jī)分析中運(yùn)用到多種電抗的參數(shù)，請(qǐng)分別比較以下各組電抗的大小，并簡(jiǎn)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(diǎn))：磁路不飽和，則磁導(dǎo)大，則不飽和同步電抗大；(可以從多個(gè)角度分析)（2）交軸同步電抗 < 直軸同步電抗。原因(要點(diǎn))：直軸氣隙小，則磁阻小(磁導(dǎo)大)，則直軸同步電抗大；（3）漏抗 < 保梯電抗。原因(要點(diǎn))：實(shí)際零功率因數(shù)曲線和理論零功率因數(shù)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(lì)

15、磁磁勢(shì))，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(duì)應(yīng))的線段要更長(zhǎng)一些。故 XP > Xs 。3-3 有一臺(tái)三相汽輪發(fā)電機(jī)，PN=25000千瓦，UN=10.5千伏，（滯后），Y接線，同步電抗 。試求額定負(fù)載下發(fā)電機(jī)的空載相電動(dòng)勢(shì)、之間的夾角及之間的夾角。解：外功率因數(shù)角 以電壓相量為基準(zhǔn)，即空載電動(dòng)勢(shì)和功角內(nèi)功率因數(shù)角 3-4同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于什么，交軸和直軸電樞反應(yīng)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)有何影響？答：同步電機(jī)有負(fù)載后，電樞繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)由空載電勢(shì)E0和電樞電流I的夾角即內(nèi)功率因數(shù)角所決定

16、。直軸電樞反應(yīng)是增磁或去磁作用，交軸電樞反應(yīng)使得合成磁場(chǎng)與主磁極磁場(chǎng)在空間形成一定的相位差，使主磁場(chǎng)扭歪，同時(shí)交軸磁勢(shì)與合成磁場(chǎng)之間的相互作用形成了電磁轉(zhuǎn)矩。.3-5一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，額定功率因數(shù)為0.8（滯后），同步電抗X*s=0.8，該機(jī)并聯(lián)于大電網(wǎng)。試求：（1）額定運(yùn)行時(shí)的功角d；（2）如果保持激磁不變，輸出有功功率減半，求此時(shí)的電樞電流及功率因數(shù)。解：設(shè)（1） （2） 則 即 則 則 直流電機(jī)IaUIIf并勵(lì)I(lǐng)a=If+IIf=U/Rf4-1 直流電機(jī)有哪些激磁方式？各有何特點(diǎn)？不同的激磁方式下，負(fù)載電流、電樞電流與激磁電流有何關(guān)系？答： 他勵(lì)I(lǐng)aUfIf IU他勵(lì)I(lǐng)=Ia If=Uf/

17、Rf 并勵(lì) 自勵(lì) 串勵(lì) 復(fù)勵(lì)I(lǐng)aUIIf復(fù)勵(lì)I(lǐng)a=If+IIaUI=If串勵(lì)I(lǐng)a=If=I4-2 試述并激直流發(fā)電機(jī)的自激過程和自激條件？答：有剩磁。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁極下氣隙中的剩磁磁場(chǎng)而感應(yīng)一數(shù)值很小的剩磁電動(dòng)勢(shì)，由于勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因此就有一不大的勵(lì)磁電流流過勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生一個(gè)不大的磁場(chǎng)，它也作用在氣隙中。若它對(duì)原剩磁磁場(chǎng)起助磁作用，氣隙磁場(chǎng)得以加強(qiáng)，致使電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比原剩磁電動(dòng)勢(shì)增大，則勵(lì)磁電流就進(jìn)一步增大，其建立的磁場(chǎng)更進(jìn)一步增強(qiáng)(即助磁作用進(jìn)一步增強(qiáng))， 電樞電動(dòng)勢(shì)進(jìn)一步提升,，周而復(fù)始，經(jīng)幾個(gè)循環(huán), 電樞繞組便建立起電壓，因而要求電樞轉(zhuǎn)向及勵(lì)磁繞組接

18、線正確。為使建立一個(gè)定值電壓，還需主磁場(chǎng)具有飽和特性, 因磁路飽和后,勵(lì)磁電流即使再增大, 主磁場(chǎng)因飽和而增加不大了, 所以電樞電動(dòng)勢(shì)就穩(wěn)定在某一定值。這個(gè)穩(wěn)定值的大小還取決于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路電阻的大小, 為保證要建立某一定值電壓,還要求：勵(lì)磁回路電阻小于其臨界值。4-3若將串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接到額定電壓不變的50Hz交流電源上，此時(shí)電動(dòng)機(jī)能否產(chǎn)生轉(zhuǎn)向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩？簡(jiǎn)述原因。答能產(chǎn)生轉(zhuǎn)向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。，串勵(lì)電機(jī)中，通入交流電時(shí)，方向始終保持同步，所以可產(chǎn)生轉(zhuǎn)向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。4-4 一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，電樞回路總電阻，勵(lì)磁回路電阻，忽略電樞反應(yīng)的影響，求：（1）電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩？（2）額定負(fù)載時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩；（3）額定負(fù)載時(shí)的效率；（4）在理想空載時(shí)（）的轉(zhuǎn)速；（5）當(dāng)電樞回路中串入一電阻R=0.15時(shí)，在額定轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。解： 額定輸出轉(zhuǎn)矩 額定負(fù)載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩：勵(lì)磁電流 電樞電流 額定負(fù)載時(shí)效率 當(dāng)電樞回路串入，在時(shí)轉(zhuǎn)速：4-5一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，