電機學(xué)第三版課后習(xí)題答案解析

1、電機學(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鐵芯上 ，原邊接上電源后，流過激磁電流 I0,產(chǎn)生勵磁磁 動勢Fo,在鐵芯中產(chǎn)生交變主磁通6 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)電動勢ei和e2, 且有e1N1d-0dtde2N2-,顯然，由于原副邊匝數(shù)不等 ,即NiwNk,原副邊的感應(yīng)電動勢也就不等出即eiwez,而繞組的電壓近似等于繞組電動勢 ，即U=Ei, U 2= E2,故原副邊電壓不等，即 U1WU,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)

2、定直流電壓嗎？答：不會。因為接直流電源，穩(wěn)定的直流電流在鐵心中產(chǎn)生恒定不變的磁通，其變化率為零,不會在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。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220/110伏的變壓器，變比k*2N2，能否一次線圈用2匝,二次線圈用1匝，為什么？答：不能。由U1 E1 4.44

3、fN1 m可知，由于匝數(shù)太少，主磁通m將劇增，磁密Bm過大，磁路過于飽和，磁導(dǎo)率科降低，磁阻Rm增大。于是，根據(jù)磁路歐姆定律I0N1 Rm m2 _ 13可知，廣生該磁通的激磁電流I0必將大增。再由PFe Bm f可知，磁密Bm過大，導(dǎo)致鐵耗PFe大增，銅損耗102rl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 S-100/三相電力變壓器,U1N/U2N 6.3/0.4kV,Y, yn (Y/Y0)接線，銘牌數(shù)據(jù)如下：10%=7% Po=600Wu k%=%P kN=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)么值計算其參數(shù)，并標(biāo)于圖中；2。當(dāng)變壓器原邊接額定電壓

4、，副邊接三相對稱負(fù)載運行，每相負(fù)載阻抗ZL 0.875 j0.438 ,計算變壓器一、二次側(cè)電流、二次端電壓及輸入的有功功率及此時變壓器的鐵損耗及激磁功率。* *45解：1、 zkUk.50.045100* *XnrkPkNN0.0225SN*2*2xk . Zkrk0.039*11Zmr 14.28107100r* 向 P0SN0.61000 1225m (I0)2 (7100)2 (7/100)2.XmZm2m2 14.241-6三相變壓器的組別有何意義，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(cè)對應(yīng)的線電動勢 (線電壓)之間的相位關(guān)系。影響組別的

5、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(shù)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(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(yīng)電動機勢波形有何影響？答：因為磁路具有飽和特性， 只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

6、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。1 8 有一臺60000千伏安，220/11千伏，Y, d ( Y/ A )接線的三相變壓器，* * rk0.008, xk 0.072 ,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？3解：一次側(cè)額定電流IN -N 157.46A, 3U1N 3 220 103短路阻抗標(biāo)么值 zKrK2 xK2, 0.0722 0.00820.07244157.46 2172.95A13.8短路電

7、流標(biāo)么值和短路電流有名值*I KZkZn1113.8KI NI NZk*Zk0.07244UNIK*I K I1N6000KV屬大容量變壓器Ky 1.7 1.8一， 、 *取大短路電流：i k max1*K y _*K y I KZki K max.2i*K max1N2KyIKI1N5531.42A2 (1.7 1.8) 13.8 157.46 5224.121-9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(shù)據(jù)如下表。試驗類型線電壓V線電流A總功率W備注短路2845700高壓側(cè)測量空載4001450低壓側(cè)測量(1)作出變壓器的近似等效電路，各參數(shù)用標(biāo)

8、幺值表示；(2) 一次側(cè)施加額定電壓，次級側(cè)接負(fù)載，負(fù)載電流為倍額定電流,功率因數(shù)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:2*短路阻抗Zk國 5.5963( )UkIk短路電阻rkPkI：5700/329.322.2132()短路電抗 xk ,Z rk2 5.1401()激磁阻抗ZoUoI 0400 8.3374()27.7/ .3激磁電阻 r0 p 1450/3 ,1.8898()I0(27.7/ .3)2激磁電抗 xm Zm r： 8.1204()高壓側(cè)的基值選擇 U1b 6300(V),則高壓側(cè)阻抗基值為Z1bUbSn63002320000124.0313低壓側(cè)的

9、基值選擇U2b 400(V),則低壓側(cè)阻抗基值為3u1Sn3.3200001.5相應(yīng)的標(biāo)幺值為：短路阻抗標(biāo)幺值zk* 互5.59630.0451z1b124.0313短路電阻標(biāo)幺值rk* 2.21320.0178z1b124.0313短路電抗標(biāo)幺值xk* z2* rk2*0.0414激磁阻抗標(biāo)幺值zm*二 8.3374 16.6748z2b0.5激磁電阻標(biāo)幺值rm*巫 竺898 3.7796z2b0.5激磁電抗標(biāo)幺值xm* zm* / 16.2408?(2) U1*1 00?cos 0.8,貝U 36.87, I2* 0.836.870,?0U2* U1* 12*(rk* jxk*)0.868

10、2 3.89電壓變化率 VU(rk* cosxk*sin ) 100% 3.12異步電機2-1何謂異步電動機的轉(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)別各種不同運行狀態(tài)？答：異步電機轉(zhuǎn)差率 s是指旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 Q與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的轉(zhuǎn)速差(nn)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速m的比率，即sn1 nn1當(dāng)n0), n n1時轉(zhuǎn)差率為負(fù)(sn0時，轉(zhuǎn)差率 sn0時，轉(zhuǎn)差率 s1；當(dāng)+oos1時為電磁制動運行狀態(tài)，當(dāng)1s0時為電動機運行狀態(tài)，當(dāng)0s-00時為發(fā)電機運行狀態(tài)。2-2 一臺三相感應(yīng)電動機：f1 =50Hz , p=2。在轉(zhuǎn)差率為時，求：(1)定

11、子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n1; (2)定子旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(3)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(4)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對定子的轉(zhuǎn)速。解：(1).定子磁場轉(zhuǎn)速：n1 眈 史咨 1500r/minP 2(3) . 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：n (1 s)n1 (1 0.02)*1500 1470r/min 定子磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：n1 n sn 0.02*1500 30r / min(4) . 轉(zhuǎn)子磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：sn1 30r/min(4)轉(zhuǎn)子磁場相對定子的轉(zhuǎn)速:60*501500r / min2-3 一臺三相異步電動機，Pn=千瓦，Y/A接線，380/220伏，COS N 0.8, N 0.8, nN 145

12、0轉(zhuǎn)/分，試求:1 .接成丫形或A形時的定子額定電流;2 .同步轉(zhuǎn)速山及定子磁極對數(shù) P；3 .帶額定負(fù)載時轉(zhuǎn)差率SN ；解：（1）丫 接時：Un=380VPn.3U n COS N N4.5 1033 380 0.8 0.810.68A接時：U n=220VPn- 3U n cos n n34.5 103 220 0.8 0.818.45 A(2) nN60 fn1P櫛就mW60 f 60 50磁極對數(shù)p 2.07 取p=2nN 145060 f 60 50同步轉(zhuǎn)速 n1 1500r/minP 2s、 y十上軍為n nN1500 1450(3) 額定轉(zhuǎn)差率s 0.0333ni15002-4

13、一臺三相四極異步電動機，150kW 50Hz, 380V, 丫接法，額定負(fù)載時 即=, PmeC=,附加損耗pad=。試求1 .額定運行時的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率；2 .額定運行時的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩；3 .如額定運行時，保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，在轉(zhuǎn)子繞組中用入電阻 使電機的轉(zhuǎn)速降低10%,問用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）額定運行時的轉(zhuǎn)速為nN1500(r/min)60 fPPnPnec 匕 153.7(kW)1s P由q -P可解得s 0.0145s Ru2(2)電磁功率為 Pm Pn PmecP3d 七？ 155.9(kW)電磁轉(zhuǎn)矩為 TmPm 一Pm_0.105

14、5( NgM)nN(1 s)(3)串入電阻后的轉(zhuǎn)速為 n nN(1 s)(1 0.1) 1330(r/min)此時的轉(zhuǎn)差率為s, 1500 1330 0 11331500由于T保持不變，轉(zhuǎn)子電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也不變，接入電阻后，轉(zhuǎn)子銅耗為(2 sPm 17.6635(kW)(則串入的電阻值為原電阻值的倍數(shù)為Pcu2 Pcu2 7 0289PCu2,2-5 當(dāng)異步電動機運行時，定子電動勢的頻率是九,，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為 f2,由定子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢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)磁動勢以什么速度截切轉(zhuǎn)子，又以什么速度截切定子？，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的相對速度是

15、多少？ 答：由定子電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁動勢以m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)磁動勢以n2 sn1的速度截切轉(zhuǎn)子，又以 n2 n %的速度截切定子，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的相對速度為(n2 n) n1 0 。2-6 一臺4極異步電動機，額定功率PN=5o 5千瓦，f 1=50Hz,在某運行情況下，自定子方面輸入的功率為千瓦，Pcu1=341瓦，Pcu2=瓦，pFe=瓦，Pmec=45瓦，Pad=29瓦，試?yán)L出該電機的功率流程圖，標(biāo)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(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：P2

16、 P (Pad Pmec Pcu2 PFe PcuJ6.32 (0.029 0.045 0.2375 0.1675 0.341) 5.5kW效率 曳100% -55100% 87.03%R6.32電磁功率：P2PadPmecPcu25.5 0.029 0.045 0.2375 5.8115kW轉(zhuǎn)差率：sPcu20.23750.041Pem5.8115轉(zhuǎn)速：n (1 s)n1(1 s) (1 0.041)6050 1438.5r / minp2空載損耗：p0pmecpad 0.045 0.029 0.074kW空載轉(zhuǎn)矩：T09550 % 9550 0.0740.49Nmn1438.5Pc55輸出

17、轉(zhuǎn)矩：丁29550 9550 36.51Nmn1438.5P5 8115電磁轉(zhuǎn)矩：Tem 9550Pm 9550*115 37Nmn11500或Tem T2 T0 36.51 0.49 37Nm2-7 正序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以什么速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以什么速度截切轉(zhuǎn)子？當(dāng)三相異步電動機在不對稱電壓運行時，轉(zhuǎn)子電流會有哪幾種頻率？答：正序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以n1+n速度截切轉(zhuǎn)子。三相異步電動機在不對稱運行時，電機內(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)磁動勢，前者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢和電流，其頻率為p(n1

18、 n)sf1 ,后者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動60勢和電流，其頻率為：P(n1 n) (2 s)f1.60同步電機3-1試述三相同步發(fā)電機準(zhǔn)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 U與電網(wǎng)電壓UC大小相等；(2)待并發(fā)電機的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同；(3)待并發(fā)電機的頻率 fg與電網(wǎng)頻率fc相等；(4)待并發(fā)電機電壓相序與電網(wǎng)電壓相序一致；若不滿足這些條件：條件(1)不滿足，發(fā)電機在并列瞬間會產(chǎn)生有害的滯后(或超前)發(fā)電機電壓 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)電機在并列瞬間會產(chǎn)生有害的滯

19、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(zhuǎn)軸上產(chǎn)生沖擊機械扭轉(zhuǎn)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(chǎn)生拍振電流，在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生時正、時負(fù)的轉(zhuǎn)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；0.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 U。和U C恒差1200, g cU恒等于UZg,它將產(chǎn)生巨大的沖擊電流而危及發(fā)電機，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(shù)，請分別比較以下各組電抗的大小

20、，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(dǎo)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?。ù艑?dǎo)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(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 I NX X 。3-3 有一臺三相汽輪發(fā)電機，Pn=2

21、5000千瓦，U=千伏，cos N 0.8 （滯后），Y接線，.同步電抗Xt2.13, ra0。試求額定負(fù)載下發(fā)電機的空載相電動勢E。、E0與UN間的.夾角及E0與I之間的夾角。解：外功率因數(shù)角arccos0.8 36.870.以電壓相量為基準(zhǔn)，即 U *1 00空載電動勢和功角.0._ *_00_ _0EoUnjlNXt1 0j1 36.872.132.84436.836.80E0E0UN / 3 2.844 10.5/ .3 17.25kV內(nèi)功率因數(shù)角36.80 36.87073.703-4同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于什么,交軸和直軸電樞反應(yīng)對同步發(fā)電機的磁場有何影響？答:同步電機有負(fù)

22、載后，電樞繞組電流產(chǎn)生的磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)由空載電勢E0和電樞電流I的夾角即內(nèi)功率因數(shù)角所決定。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(zhuǎn)矩。.3-5 臺汽輪發(fā)電機，額定功率因數(shù)為(滯后)，同步電抗X*s=,該機并聯(lián)于大電網(wǎng)。試求:(1)額定運行時的功角；(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(shù)。解：設(shè) 1&N*1 0V ,則 &N*136.87 V(1) E&0*UN* j&N*xs*10 j1 36.87* 0.8 1.48

23、 j0.64 1.61 23.4 (V)23.4Eo*U*0.8 1.61 .(2) P* sin 即 sinXs*20.8則 11.46即除 1.61 11.46則 jI&xs* E0* 1&N*1.61 11.461 0.58 j0.32 0.662 28.9& ”隊*0.662 28.90.82861.1jXs*j0.8則 & 0.828cos cos61.10.483直流電機負(fù)載電流、電樞電流與激4-1直流電機有哪些激磁方式？各有何特點？不同的激磁方式下,U磁電流有何關(guān)系？答： 他勵V C并勵自M串勵復(fù)勵并勵I(lǐng)a=I f + II f = U/RfIf=Uf/Rf串勵1a = If +

24、 II a = I f = 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(dāng)電機起動旋轉(zhuǎn)時， 電樞繞組切割主磁極下氣隙中的剩磁磁場而感應(yīng)一數(shù)值 很小的剩磁電動勢，由于勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因此就有一不大的勵磁電流流過勵磁繞組，產(chǎn)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(yīng)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(fù)始， 經(jīng)幾個循環(huán)，電樞繞組便建立起電壓，因而要求電樞轉(zhuǎn)向及勵磁繞組接線正確。為使建立一個定值電壓，還需主磁場具有飽和特性 ，因

25、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(chǎn)生轉(zhuǎn)向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩？簡述原因。答能產(chǎn)生轉(zhuǎn)向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。Tem Ct匕，串勵電機中，If,通入交流電時，Ia與 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 一臺并勵直流電動機，PN 17kW,U N 220V, nN 3000r/min, IN 88.9A,電樞回路總電阻 Ra 0.114 :勵

26、磁回路電阻Rf 181.5 ,忽略電樞反應(yīng)的影響，求：(1)電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩？(2)額定負(fù)載時的電磁轉(zhuǎn)矩；(3)額定負(fù)載時的效率；(4)在理想空載時(1a 0)的轉(zhuǎn)速；(5)當(dāng)電樞回路中串入一電阻R=時，在額定轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。解：額定輸出轉(zhuǎn)矩 TN 9550 9550 1 54.1NmnN3000額定負(fù)載時電磁轉(zhuǎn)矩:勵磁電流乜幽1.21ARf 181.5電樞電流IaI N I f 88.9 1.21 87.7ACeUn IaRa220 87.7 0.1140.07nN3000TemNCT9.55CeNIa 9.55 0.07 87.7 58.63Nm額定負(fù)載時效率PN口-P呸里 0.869UNIN 220 88.9UnCe N2203143r/min當(dāng)電樞回路串入Un Ia(Ra n Ce N0.07R)0.15 ，在Tn時轉(zhuǎn)速:220 87.7(0.114 0.15)2812r / min0.074-5