《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)》顧繩谷答案(14814章)

1、 #第一章磁路一、學(xué)習(xí)指導(dǎo)（-）基本要求建立變壓器、電機(jī)磁路的基本概念，了解磁路中幾個(gè)基本物理量的意義及單位。了解常用鐵磁材料的分類、磁化過程及基本磁化曲線。3理解和運(yùn)用磁路的幾個(gè)基本定律及磁路計(jì)算的一般步驟。了解直流、交流磁路的異同點(diǎn)。（-）學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章是為學(xué)習(xí)變壓器及各種電機(jī)打基礎(chǔ)的，有些基本概念在中學(xué)物理課中已闡明，但還需結(jié)合工程實(shí)際情況作進(jìn)一步討論。磁路的概念變壓器、電機(jī)進(jìn)行能量傳遞或轉(zhuǎn)換的介質(zhì)是主磁通，主磁通的路徑是主磁路。由鐵磁材料構(gòu)成的主磁路是非線性的，所以漏磁通數(shù)量很小。漏磁通不參與能量傳遞或交換，它只匝鏈自身線圈且路徑的介質(zhì)主要是線性的空氣介質(zhì)。變壓器主磁路是閉合體，不含氣隙

2、，而電機(jī)中含有的氣隙則為主磁路的一部分。磁路的基本定律全電流定律是磁路計(jì)算的基礎(chǔ)。磁路中的歐姆定律、基爾霍夫第一、第二定律對(duì)應(yīng)于電路中的相應(yīng)定律，且磁路與電路有很多相似之處。需要注意的是磁通可以通過導(dǎo)磁性介質(zhì)，也可以通過非磁性介質(zhì)，磁阻是隨鐵心飽和程度而變化的，或說磁導(dǎo)率皿是隨鐵心飽和程度的增加而減小的。鐵磁材料的特性1）鐵磁材料分軟、硬兩大類，軟磁材料磁滯回線窄，是電機(jī)、變壓器常用的材料；硬磁材料磁滯回線寬，可作永久磁鐵。2）鐵磁材料在外磁場(chǎng)作用下磁疇排列整齊才呈現(xiàn)磁性。3）電機(jī)、變壓器中常用的磁化曲線是平均磁化曲線。4）交流磁路中鐵磁材料有渦流、磁滯損耗，這些損耗與電源頻率及磁通密度有關(guān)。

3、磁路計(jì)算變壓器、電機(jī)的磁路計(jì)算是正向問題，按正向磁路計(jì)算步驟進(jìn)行，但應(yīng)注意磁路有無分支與有分支之分。磁路計(jì)算的逆向問題需要用試探法進(jìn)行。交流磁路瞬時(shí)交流磁路仍然遵循磁路定律，磁路計(jì)算可以使用基本磁化曲線。但應(yīng)注意磁路飽和現(xiàn)象會(huì)引起電流、磁通、電動(dòng)勢(shì)波形畸變；交變磁通除了會(huì)引起鐵心損耗外還會(huì)在被磁通匝鏈的線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 二、習(xí)題與解答1磁路的基本定律有哪些？若磁路上有幾個(gè)磁動(dòng)勢(shì)同時(shí)作用，磁路計(jì)算時(shí)能否用疊加原理？為什么？答：磁路的基本定律有：安培環(huán)路定律jHdl=2i或簡(jiǎn)寫為HL=Ni;磁路的歐姆JL定律Ni二:或?qū)憺榇怕返幕鶢柣舴虻谝?、第二定律Y=（）,Ni=Hklko&=1由于鐵心磁

4、路飽和時(shí)呈非線性，故磁路計(jì)算時(shí)不能用疊加原理。2簡(jiǎn)述鐵磁材料的磁化過程。答：鐵磁物質(zhì)未放入磁場(chǎng)之前，其內(nèi)部磁疇排列是雜亂的，磁效應(yīng)互相抵消，對(duì)外不呈現(xiàn)磁性；若將鐵磁物質(zhì)放入磁場(chǎng)中，在外磁場(chǎng)的作用下，磁疇的軸線將趨于與外磁場(chǎng)方向一致，且排列整齊形成一個(gè)附加磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)疊加后，就呈現(xiàn)岀磁性。3什么是鐵磁材料的基本磁化曲線？答：對(duì)同一個(gè)鐵磁材料，選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm進(jìn)行反復(fù)磁化，可得一系列大小不同的磁滯回線，再將各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn)聯(lián)接起來，所得到的曲線稱為基本磁化曲線或稱為平均磁化曲線。4磁路計(jì)算正問題的步驟是什么？答：磁路計(jì)算中有正問題、反問題。正問題計(jì)算步驟為：1）把磁路按不同的材料、不同的截

5、面積分成若干段。2）計(jì)算各段磁路的有效截面積和平均長(zhǎng)度乙。3）由通過各段磁路截面積的磁通量霰，計(jì)算各段磁路的平均磁通密度Bk=316v/r=OJ37v/r16000心+心二叢蘆二220-0.B7x800n=?.12Qa52Rq二(212().316)0=1.8Q電源輸入電樞回路的功率為 #Pi=Ung=220 x52W=11.44kW輸入電樞中的功率為P=PX-llRa=(11440-52?xi8)W=6573W占電源輸入功率的百分比為:;X100%=x100%=57.5%這說明有一部分功率消耗在電樞回路中所串的1.8Q電阻上，即這種調(diào)速方法不經(jīng)濟(jì)。2-20一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在某負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)

6、速為1OOOrin,電樞電流為40A,電樞回路總電阻/乙=()()45Q,電網(wǎng)電壓為1lOVo當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大到原來的4倍時(shí)，電樞電流及轉(zhuǎn)速各為多少？(忽略電樞反應(yīng))解：由Ten=CIA,電網(wǎng)電壓U及磁通均不變時(shí)，有丁;尸4丁郵，則電樞電流為I；=4/a=4X40A=160A二二HQ-40X0.045v/r=()J()8V/rn1()()()電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為UN-Ig11016()x().0450.108r/niin=952rAiiin2-21一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=7.5kW,110V,/n=82A,?zn=1500rAnino電樞回路總電阻&=010140,勵(lì)磁回路電阻Rf=467Q。忽略電樞

7、反應(yīng)作用。求電動(dòng)機(jī)電樞電流/a=60A時(shí)的轉(zhuǎn)速；若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速而改變，現(xiàn)將電動(dòng)機(jī)的主磁通減少15%,求達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的電樞電流及轉(zhuǎn)速。解:“才麗A=2.36AIa=INI=(82236)A=7964A(1)Ea=UnI企=(110-79.64X().1()14)V=102V當(dāng)電樞電流/；=6()A時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為E；=UN-raRa=(110-60 x0.1014)V=104V由于E尸Cgg,得n=nX,=X1500rAnin=1529r/min當(dāng)電動(dòng)機(jī)的主磁通減少15%時(shí)，=0.85，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，有cmTem=CT0/a=CT(O.85O)/；則穩(wěn)定時(shí)電樞電流為Y=二79,4入=

8、937A0.850.85n小穩(wěn)定時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為E；=Un-(110-93.7X().1()14)V=100.5V因?yàn)镋a=Ce2N，E；=Ce(085)/，得Ean100.5kz1500/./?zO5=n0TX(k85r/min=1739r/minn2-22一臺(tái)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，UN=220V,IN=40A,?zN=1000r/min,電樞回路總電阻為()5Q。假定磁路不飽和，求當(dāng)/a=20A時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩為多大？如果電磁轉(zhuǎn)矩保持上述值不變，而電壓降低到110V,此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及電流各為多大？解：(1)由于是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，人=/n=4()A,額定負(fù)載時(shí)的電樞反電動(dòng)勢(shì)為Ea=Un/乙=

9、(22040X().5)V=20()V不計(jì)飽和效應(yīng)，/：=20A時(shí)磁通為/on二/二裂=()5人40這時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)為E；=(220-20 x().5)V=210V電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為=210vJ_n2000-5X1000r/min=2100r4nin當(dāng)I；=2()時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為丁鋅9.55如土=955x里鋁詐Nm二19.1N-m7/L1UU(2)保持7m=19.1N-m不變，U=11()V,不計(jì)飽和效應(yīng)，由T；m=CI；可知，電動(dòng)機(jī)電流不變，仍為=20A,這時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為E；=(110-20 x().5)V=100V降低電壓后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為=200X03X1000rAnin=1000r/mi

10、n # # # # #2-23一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)如下：Un=22()V,電樞回路總電阻心=().()32Q,勵(lì)磁回路總電阻/右=275Q。今將電動(dòng)機(jī)裝在起重機(jī)上，當(dāng)使重物上升時(shí)，U嚴(yán)Un，h=350A,；2=795r/min;而將重物下放時(shí)(重物負(fù)載不變，電磁轉(zhuǎn)矩也近似不變)，電壓及勵(lì)磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速7?=300r/min。問電樞回路中要串入多大的電阻？解：重物上升時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)為Ea=5也=(220-350X0.032)V=208.8V重物下放時(shí)，轉(zhuǎn)向反了，轉(zhuǎn)速為-3()()r/mim負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電樞電流也不變,這時(shí)反電動(dòng)勢(shì)為E；=Ea=X208.8V=-78.8Vana795電樞

11、回路總電阻為則電樞回路應(yīng)串入電阻為Rq二(0.854-0032)Q=()822Q2-24一臺(tái)1OOlcW、230V的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，每極勵(lì)磁繞組有1()()()匝，在額定轉(zhuǎn)速下，空載產(chǎn)生額定電壓需要?jiǎng)?lì)磁電流7A,額定電流時(shí)需9.4A才能達(dá)到同樣的電壓，今欲將該發(fā)電機(jī)改為平復(fù)勵(lì)，問每極應(yīng)增加多少匝串勵(lì)繞組？解：設(shè)應(yīng)增加的串勵(lì)繞組為Ns匝，由磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系知，弘1尸(1訊-IQM，解此方程可得應(yīng)增加繞組的匝數(shù)為(9.4-7)XI()()()100 x1()3/230=5526三、增選習(xí)題與解答2-25在直流電機(jī)中，電樞磁動(dòng)勢(shì)能否在勵(lì)磁繞組中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)？為什么？答：直流電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)會(huì)在電樞繞組中感應(yīng)

12、產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，是因?yàn)殡姌欣@組旋轉(zhuǎn)時(shí)與勵(lì)磁磁場(chǎng)之間有札I對(duì)運(yùn)動(dòng)；而電樞磁動(dòng)勢(shì)幾在空間位置是不動(dòng)的(盡管電樞在旋轉(zhuǎn))，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間也是固定不動(dòng)的，與勵(lì)磁繞組之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以電樞磁場(chǎng)不會(huì)在勵(lì)磁繞組中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 #第三章變壓器一、學(xué)習(xí)指導(dǎo)（）基本要求了解單札I變壓器空載、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系及磁動(dòng)勢(shì)平衡方程的意義。2如何導(dǎo)出變壓器的等效電路及其參數(shù)測(cè)定的方法。了解變壓器運(yùn)行時(shí)電壓變化率、效率與哪些因素有關(guān)。掌握三相變壓器磁路特點(diǎn)及其聯(lián)結(jié)組號(hào)確定的方法。（二）學(xué)習(xí)指導(dǎo)單相變壓器的空載、負(fù)載運(yùn)行是變壓器的基本理論，也是分析異步電機(jī)的基礎(chǔ)。1正方向明確變壓器中各物理量方向不是實(shí)際方向，僅起一

13、個(gè)指路牌的作用，并認(rèn)為一次側(cè)對(duì)于電網(wǎng)是個(gè)負(fù)載，二次側(cè)對(duì)負(fù)載是個(gè)電源。按電工慣例規(guī)定，在同一負(fù)載支路里，電壓、電流同方向；電流與磁通符合右手螺旋關(guān)系；電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生磁通的電流同方向，并有N學(xué)。At正方向一經(jīng)規(guī)定，變壓器的基本方程及等效電路均按此正方向?qū)С觥蜗嘧儔浩鞯目蛰d運(yùn)行了解單相變壓器空載時(shí)的電磁關(guān)系。主磁通在一、二次側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為，氏=_j4.44./N雖十E2=-j4.44/N2m,漏磁通在一次側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生的漏電動(dòng)勢(shì)作為漏電抗壓降處理?？蛰d時(shí)基本方程為&=-+（廠+苗）人，九尸氏，-Ei=（f+jg）/p其中廠m是對(duì)應(yīng)鐵心損耗的勵(lì)磁電阻，4“是表征鐵心磁化性能的綜合參數(shù)，它們都是虛擬值

14、，并由此導(dǎo)出變壓器空載時(shí)的等效電路及相量圖。單相變壓器負(fù)載運(yùn)行理解單相變壓器負(fù)載時(shí)的物理情況，主磁通是由一、二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)合成后產(chǎn)生的。磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系是重要的概念，五個(gè)基本方程綜合地反應(yīng)了變壓器負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系。等效電路及相量圖變壓器的等效電路是基本方程的模擬電路，它正確地模擬了變壓器內(nèi)部的全部電磁過程。在已知參數(shù)的情況下，用等效電路能方便地求出各物理量，計(jì)算時(shí)注意負(fù)載阻抗也要?dú)w算。計(jì)算結(jié)果是歸算量而不是實(shí)際量，工程上用近似電路已足夠準(zhǔn)確。相量圖不僅表明了變壓器的電磁關(guān)系，而且能較直觀地看出變壓器各電磁量的大小和相位關(guān)系。變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即變壓器二次側(cè)端電壓的變化

15、率和變壓器的效率。變壓器二次側(cè)額定電壓是指空載電壓，帶負(fù)載后二次側(cè)端電壓變化與變壓器的短路參數(shù)、負(fù)載系數(shù)及負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。變壓器的損耗中有可變損耗和不變損耗，當(dāng)可變損耗等于不 # #變損耗時(shí)，變壓器效率有最大值。電壓變化率和效率分別用外特性U2=/（人）和效率特性可=/來描述。三相變壓器三札I變壓器在對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行，由對(duì)稱原理，可用單相變壓器的基本方程式、相量圖和等效電路來分析。磁路系統(tǒng)要掌握三相變壓器組和三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)以及不同的繞組聯(lián)接時(shí)其磁通、電流和電動(dòng)勢(shì)的波形。了解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的常用三相變壓器聯(lián)結(jié)組號(hào)，掌握聯(lián)結(jié)組號(hào)由時(shí)鐘法確定的方法，并理解大型三相變壓器一、二次側(cè)有一側(cè)繞組

16、為三角形聯(lián)結(jié)能改善電動(dòng)勢(shì)波形的原因。自耦變壓器與互感器自耦變壓器既有磁的耦合，又有電的聯(lián)系。繞組的一部分為一、二次側(cè)的共同部分，其輸出容量有一部分是電磁感應(yīng)；另一部分是從一次側(cè)直接傳導(dǎo)到二次側(cè)的，故其繞組容量小于輸出容量。因自耦變壓器一、二次繞組之間有直接的電聯(lián)系，所以要加強(qiáng)過電壓的保護(hù)。電壓互感器工作在降壓變壓器開路狀態(tài)，使用中二次繞組不能短路；電流互感器工作在升壓變壓器短路狀態(tài)，使用中二次繞組絕不能開路；二者均要注意安全接地和誤差。二、習(xí)題與解答1分析變壓器時(shí)，對(duì)正弦電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通等量是如何規(guī)定其正方向的？答：變壓器接在交流電源上運(yùn)行，各電磁量方向是隨時(shí)間變化的，但各量的幅值不變

17、。為了便于列出變壓器的基本方程，導(dǎo)出其等效電路，應(yīng)事先規(guī)定好各電磁量的正方向。規(guī)定的正方向并不是各量的實(shí)際方向，僅起一個(gè)指路牌作用。正方向規(guī)定是任意的，通常采用電工慣例，即輸入電能的電路如變壓器一次側(cè)用電動(dòng)機(jī)慣例，輸出電能的電路如變壓器二次側(cè)用發(fā)電機(jī)慣例，并認(rèn)為變壓器一次側(cè)對(duì)電源是一個(gè)負(fù)載，變壓器二次側(cè)對(duì)負(fù)載是一個(gè)電源。按此慣例，規(guī)定變壓器各電磁量的正方向?yàn)椋?）在同一個(gè)負(fù)載支路里電壓u與電流7同方向。2）電流7與磁通符合右螺旋定則。3）電動(dòng)勢(shì)0與產(chǎn)生磁通的電流f同方向，并有e=N關(guān)系。At2變壓器勵(lì)磁電抗工機(jī)的物理意義是什么？我們希望變壓器的工機(jī)是大好還是小好？若變壓器用空氣心而不用鐵心，則

18、心“是增大還是減小？如果一次繞組匝數(shù)增加5%,其余不變，g如何變化？如果將鐵心截面積增加5%，其余不變，g如何變化？答：變壓器的勵(lì)磁電抗Nn是表征鐵心磁化性能的一個(gè)綜合參數(shù)，由于鐵心的磁化曲線是非線性的，故工m也不是一個(gè)常數(shù)，是隨鐵心飽和程度增加而減小的。實(shí)際運(yùn)行時(shí)一次側(cè)端電壓不變，主磁通變化很小，在這種情況下，可近似認(rèn)為乙n不變化。從-左=（廠機(jī)+知，變壓器中希望g大些，這樣會(huì)減小勵(lì)磁電流幾。若變壓器改用空氣心，則磁路的磁導(dǎo)率下降，與磁導(dǎo)率成正比，可見工m是減小的。4“與一次繞組的匝數(shù)平方成正比，當(dāng)一次繞組匝數(shù)增加時(shí)，勵(lì)磁電抗心“是增加的。工亦與磁路飽和程度有關(guān)，鐵心截面積增加，磁路飽和程度

19、下降，則工皿變大。 # #3變壓器中主磁通與漏磁通的性質(zhì)有什么不同？在等效電路中怎樣反映它們的作用？答：主磁通路徑是鐵心，與產(chǎn)生它的磁化電流之間為非線性關(guān)系，且同時(shí)匝鏈變壓器一、二次繞組是傳遞能量的介質(zhì)，在等效電路中用勵(lì)磁電抗工機(jī)表征它對(duì)磁路的效應(yīng)。漏磁通數(shù)量很小，路徑基本上是空氣或非磁性介質(zhì)，與產(chǎn)生它的電流之間為線性關(guān)系，且只匝鏈變壓器一側(cè)繞組，不參與能量傳遞，在等效電路中用漏電抗心表征它對(duì)漏磁路的效應(yīng)。3-4某單相變壓器的額定電壓為380V左20V,頻率為50Hz。試問：（1）如果誤將低壓繞組接到380V電源上，變壓器會(huì)發(fā)生什么情況？（2）如果電源電壓為額定值，頻率提高20%,則久、人）、

20、治,有什么變化？（3）如果將變壓器誤接到額定電壓的直流電源上，會(huì)發(fā)生什么情況？答：（1）由Uin444川2%可知，低壓繞組匝數(shù)少,磁通要增加很多才能平衡端電壓Uin，磁通的增加又因磁路非線性引起勵(lì)磁電流增加很多，電流過大可能燒壞低壓繞組。（2）頻率提高20%,由Un4.44/iN%知，磁通小將減少，磁路的飽和程度也減小，則勵(lì)磁電抗乙“增加空載電流是減小的。已知磁通小因頻率提高而減少，則磁路的磁密E也減少。鐵耗“Fc是與磁密平方、頻率13次方成正比，相對(duì)而言，鐵耗“Fc還是減少的。（3）如果誤接到額定電壓的直流電源上，將會(huì)因電流很大而燒壞變壓器線圈。因?yàn)榇藭r(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，變壓器電流為/二Ui

21、n/廠1。5兩臺(tái)單相變壓器Uin/U2n=220V/110V,一次側(cè)匝數(shù)相等,但空載電流/01=2/（）,今將兩臺(tái)變壓器一次繞組順極性串聯(lián)起來，一次側(cè)加440V電壓，問兩臺(tái)變壓器的二次側(cè)空載電壓是否相等？答:一次側(cè)匝數(shù)相等，空載電流相差一倍，不計(jì)漏阻抗，有Zml一次繞組串聯(lián)后有Uu+Um=440V。兩變壓器一次電壓不等，Uii=2Uii，即Uu=146.7V,Uin=293.3V;同樣二次電壓也不等,由電壓比等于2知，U2i=733V,U2u=146.6Vo6為什么變壓器空載損耗可以近似地看成鐵耗，負(fù)載損耗可近似地看成銅耗？答：變壓器等效電路中參數(shù)是由空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)得來的。變壓器在額定電壓

22、空載時(shí)輸入的功率卩（）全部消耗于鐵耗和銅耗。此時(shí)因空載電流很小，其在一次繞組中的銅耗很小可不計(jì)，而電壓為額定值時(shí)主磁通很大，故可認(rèn)為空載損耗就是鐵耗。負(fù)載試驗(yàn)二次側(cè)短路電流為額定值時(shí)，一次電壓很低，磁通也很小，在不計(jì)鐵耗時(shí)可近似認(rèn)為此時(shí)的輸入功率全部是銅耗。7什么是變壓器的電壓調(diào)整率？它與哪些因素有關(guān)？答：變壓器一次側(cè)施額定電壓時(shí)，二次側(cè)空載電壓是其額定電壓。帶負(fù)載后，二次側(cè)電壓變化用表示，=埠中xi（）（）%即為變壓器的電壓變化率。與負(fù)載的大小、 # #性質(zhì)及變壓器本身的短路參數(shù)心、心有關(guān)。8變壓器的效率與哪些因素有關(guān)？什么情況下有最大效率？答：從變壓器效率公式可知，當(dāng)負(fù)載性質(zhì)一定時(shí)，其效率

23、與負(fù)載大小有關(guān)。當(dāng)變壓器的可變損耗（銅耗）等于不變損耗（鐵耗）時(shí)，效率有最大值。3-9單札I變壓器額定電壓為220V/110V,如圖31所示。設(shè)高壓側(cè)加220V電壓,勵(lì)磁電流為/主磁通為若X與日連在一起，在Ax端加330V電壓，此時(shí)勵(lì)磁電流、圖3-1習(xí)題3-9圖主磁通各為多大？若X與x連在一起，Ah端加110V電壓，則勵(lì)磁電流、主磁通又各為多大？解：（1）電壓比等于2,如X和a連在一起，且UAx=330Vo因?yàn)?444/Nm=22（）V,可見此時(shí)主磁通山不變二33（）二1.5X220二22（）%4.44/（N|+N2）4.44/15XN4.44/M主磁通山不變，磁動(dòng)勢(shì)也不變hNH（N1+N2）

24、此時(shí)勵(lì)磁電流為7_（N14-N2）7_1.5XN/0_J7（2）若X與x連在一起，Um=ll（）V110=0.5X220二220監(jiān)_4.44/（NiN2）_4.44/0.5xNi_4.44的可見，主磁通協(xié)仍不變，則磁動(dòng)勢(shì)也不變/oNl=Io（M-N2）此時(shí)勵(lì)磁電流為”一M0_（N1-N2）7O.5xN17o2；o10變壓器空載到額定負(fù)載時(shí)，一次繞組中電流變化較大，問其漏磁通是否變化？漏電抗心是否變化?為什么？答：漏磁通“是隨繞組中電流的變化而變化的。而漏電抗，不隨繞組中電流變化，幾乎是個(gè)常量，因?yàn)樾?20VA=2俯A&是漏磁導(dǎo)，漏磁通的路徑是空氣或非磁性介質(zhì)，其磁導(dǎo)不變化。3-11變壓器在出廠

25、前要進(jìn)行“極性”試驗(yàn)，接線如圖3-2習(xí)題3-11圖 # #圖3-2所示，在AX端加電壓，將X-x札I連，用電壓表測(cè)Ah間電壓。設(shè)變壓器額定電壓為220V/110V,若A、“為同極性端，電壓表讀數(shù)為多少？若不是同極性端，則讀數(shù)又為多少？解：當(dāng)A.a為同極性端時(shí)，電壓表讀數(shù)為UM=UaxUax=(220-110)V=11()V當(dāng)Aa不是同極性端時(shí)，電壓表讀數(shù)為Uah二17心+Uax=(220+110)V=330V求此時(shí)負(fù)載的性質(zhì)及功率因數(shù)角池的大小(不考慮溫度12三札I變壓器額定值為SN=5600kVA,UlN/U2N=35000V/6300V,Ydll聯(lián)結(jié)。從負(fù)載試驗(yàn)得，Uh=261()V,L=

26、923A,/人=53kW。當(dāng)17,=U1N時(shí)，I2=12N測(cè)得二次繞組電壓恰為額定值6=U2No換算)。解：由負(fù)載試驗(yàn)得短路參數(shù)為些Uq=63Q73/1s73X92.3卅晨豁2.07。工嚴(yán)Jz：廠：=丿16.322()72。=16.17Q當(dāng)12=12N時(shí)，5=Uqn，即“=()/1Nrscos2+/iNsSin甲2=0心2-07介ino叱一云一閒128卩2=一7.3叮見負(fù)載性質(zhì)為容性。3-13一臺(tái)單相變壓器，額定值為SN=50kV*A,Uin/U2n=72()()V/4&)V,f=50Hz,其空載、負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：試驗(yàn)名稱電壓/V電流ZA功率/W電源加壓邊空載4805.2245低壓邊負(fù)載1

27、577615高壓邊試求：短路參數(shù)乙、心、zrs;空載和滿載時(shí)的銅耗、鐵耗；G)額定負(fù)載電流、功率因數(shù)cos池=()9(滯后)時(shí)的電壓變化率、二次電壓及效率。解：(1)變壓器短路參數(shù)為 # #Z$=2243QG=*pQ=1255Q兀=丿Z?廠：=丿22.4321255?Q=18.59Q空載鐵耗、滿載銅耗分別為分別為PFeA)=245W,仏久=615W額定負(fù)載電流、功率因數(shù)cos2=0.9（滯后）時(shí)的電壓變化率、二次電壓及效率5n7X12.55X0.9+7X1&59X0.436mo%-*%iNcos池+An工Ssii呼2%1()0%7200U2=(1-Az/)U2N=(1-1.86%)X48OV=

28、471VPo+/人刀=(、1Sncos池+”()+245+615X100%1-50000 x().9+245+615x100%=98.12% # # # # # #3-14三相變壓器的額定值為SN=ISOOkVA,Uin/U2N=6300VZ3150V,Ydll聯(lián)結(jié),空載損耗/J0=6.6kW,負(fù)載損耗ps=21.2kWo求：（1）當(dāng)輸出電流/2=/2N,cos池=（）8（滯后）時(shí)的效率；（2）效率最大時(shí)的負(fù)載系數(shù)氐。解：（1）I2=I2N9即0=1，cos池=0.8（滯后）時(shí)效率為7()+久SnCOSQ+()+sx100% #x100%=98.1%66()0+2120()1800 x1()3

29、x().84-6600+21200（2）令器=0乃二加x，0=盤從器R）得冊(cè)尸P。解出薯J聽=0.56即A=0.56/2n時(shí)有最大效率。15三相變壓器聯(lián)結(jié)繞組標(biāo)號(hào)如何確定？為什么三相變壓器組不能采用Yy聯(lián)結(jié)組,而三相芯式變壓器可以呢？為什么三相變壓器常希望一次側(cè)或二次側(cè)有一方三相繞組接成三角形聯(lián)結(jié)？答：三相變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)用時(shí)鐘法確定。把高、低壓兩個(gè)繞組的線電壓三角形的重心重合，將高壓側(cè)線電壓三角形的一條中線作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，指向鐘面12,再將低壓側(cè)線電壓三角形中對(duì)應(yīng)的中線作為鐘面短針，它所指的鐘點(diǎn)就是三札I變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。三相變壓器組不能采用Yy聯(lián)結(jié)的原因是由于沒有中線，勵(lì)磁電流呈正弦波，

30、磁通因是平頂波而分解出基波和一系列奇次諧波，其中三次諧波磁通因三相變壓器組磁路獨(dú)立而幅值較大，相應(yīng)在繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的三次諧波電動(dòng)勢(shì)也大，從而使變壓器基波相電動(dòng)勢(shì)波形非正弦且幅值超過額定值。同理，三相芯式變壓器可以采用Yy聯(lián)結(jié)的原因是因其磁路相關(guān)，三次諧波磁通的磁路中有非磁性介質(zhì)，其幅值較小，在繞組里感應(yīng)產(chǎn)生的三次諧波電動(dòng)勢(shì)也較小，基波相電動(dòng)勢(shì)基本為正弦波。三札I變壓器的一次側(cè)或二次側(cè)有一方三相繞組聯(lián)結(jié)為三角形接法時(shí)（如在二次側(cè)），在三角形聯(lián)結(jié)的繞組內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不輸出的三次諧波電流，該電流產(chǎn)生的三次諧波磁通實(shí)質(zhì)是公磁性的，其作用與一次側(cè)尖頂波勵(lì)磁電流的效果完全札I同，使主磁通和相電動(dòng)勢(shì)的波形接近

31、于正弦波。16畫相量圖判別圖33所示三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。答：圖3-3所示三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為Ydl,相量圖如圖34所示。圖33習(xí)題316圖圖34習(xí)題316相量圖17在Yd聯(lián)結(jié)的三札I變壓器一次側(cè)施加額定電壓，空載運(yùn)行時(shí)，將二次側(cè)的三角形聯(lián)結(jié)打開一角，用電壓表測(cè)量開角處的電壓。試問在三相變壓器組和三札I芯式變壓器中，測(cè)量結(jié)果是否相同？（設(shè)變壓器容量與飽和程度均接近）答：在Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器組中，打開二次繞組三角形聯(lián)結(jié)的一角并接入一個(gè)電壓表，此時(shí)二次繞組已不是閉合的，不會(huì)存在三次諧波電流，也不存在公磁性質(zhì)的三次諧波磁通。由于三相變壓器組磁路獨(dú)立，三次諧波磁通幅值較大，電壓表在三角形繞組開

32、角處測(cè)得電壓也較大。而三相芯式變壓器因磁路相關(guān)，三次諧波磁通磁路中有非磁性介質(zhì)使其幅值較小，故電壓表在二次繞組三角形開角處測(cè)得的電壓也比三相變壓器組的小得多。18自耦變壓器的繞組容量為什么小于普通雙繞組變壓器容量？答：自耦變壓器由于一次、二次側(cè)之間除有磁耦合外，還有電的聯(lián)系。當(dāng)自耦變壓器與普通雙繞組變壓器的額定容量相同時(shí)，自耦變壓器可以把電源輸出功率的一部分直接傳導(dǎo)到二次側(cè)，使其繞組公共部分電流小于額定電流，即自耦變壓器容量由兩部分組成：一部分是通過繞組公共部分的電磁感應(yīng)作用，由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的電磁容量；另一部分是通過繞組串聯(lián)部分直接傳導(dǎo)到負(fù)載的傳導(dǎo)容量，而傳導(dǎo)容量不需要增加繞組容量。3-

33、19一臺(tái)5kVA,480V/120V的普通雙繞組變壓器，改接成600VA80V的自耦變壓器。試求改接后的一次、二次側(cè)額定電流和變壓器容量。解：變比K尸豔囁25改接后變壓器容量為Sw（k篤）Sn二古芒jx5kV-A=25kV-A一次、二次側(cè)額定電流為25X1()3600A=416A其中K=()2548032aN25xl(p480A=52.1A(5+05)kVA=25kV#A三、增選習(xí)題與解答20若將變壓器二次繞組增加5%,問變壓器勵(lì)磁電抗乙是否變化？為什么？答：變壓器二次繞組匝數(shù)的增減均不改變勵(lì)磁電抗心.的大小。因?yàn)樾摹笆亲儔浩麒F心磁化性能的綜合參數(shù)，指一次側(cè)施加額定電壓后，勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁通的電

34、磁效應(yīng)，與變壓器二次繞組匝數(shù)沒有關(guān)系。21變壓器鐵心若用整塊硅鋼材料，或者說硅鋼片之間不絕緣有什么不好？答：變壓器鐵心內(nèi)的磁通是隨時(shí)間交變的，若用整塊硅鋼材料或硅鋼片之間不絕緣都會(huì)引起渦流，至使損耗增加，鐵心過熱，變壓器的效率降低。22說明變壓器一次、二次繞組并無電的聯(lián)系，而負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次電流增減的同時(shí)一次電流也隨之增減的原因。答：盡管變壓器一次、二次繞組之間沒有電的聯(lián)系，但有磁的耦合，它們具有同一個(gè)主磁路，遵循磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，即nJ（產(chǎn)汕人+弘人。在一次側(cè)端電壓不變時(shí)，氏，變壓器主磁通基本不變，所以勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)n（）也是不變的，且與負(fù)載大小無關(guān)。當(dāng)二次電流變化時(shí)，其磁動(dòng)勢(shì)”2了2也變化，由磁

35、動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系可知，一次電流會(huì)有一個(gè)增量：,其產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與二次電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)i2n2大小相等方向相反，以維持主磁通基 #第四章異步電機(jī)（一）一三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理一、學(xué)習(xí)指導(dǎo)（）基本要求了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2理解三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的構(gòu)成。掌握單札I磁動(dòng)勢(shì)、三相合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的分析方法。討論定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的分析方法時(shí)，注意與磁動(dòng)勢(shì)對(duì)比異同點(diǎn)。（二）學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章所討論的定子繞組的構(gòu)成、磁動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)情況是交流電機(jī)的共同部分。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及運(yùn)行狀態(tài)三相異步電動(dòng)機(jī)是單邊勵(lì)磁，由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子繞組中電流與氣隙磁場(chǎng)作用

36、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)工作?？梢姸ㄗ永@組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組短路，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速必與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速”之間有轉(zhuǎn)差存在，是三相異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件。轉(zhuǎn)差率s是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)參數(shù)，三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)可用不同的轉(zhuǎn)差率來表示。電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，（）sl,電磁轉(zhuǎn)矩7、遜與同步轉(zhuǎn)速心及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速”同方向，是驅(qū)動(dòng)性的；發(fā)電狀態(tài)時(shí)，-電磁轉(zhuǎn)矩丁郵與同步轉(zhuǎn)速心及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向，丁訕是制動(dòng)性的；制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，1SB-X-C-Yo三相繞組排列和聯(lián)接方法是：計(jì)算極距計(jì)算每極每相槽數(shù)劃分相帶；組成線圈組；按極性對(duì)電流方向的要求構(gòu)成和繞組。單層繞組實(shí)質(zhì)上是整距的，線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半，每對(duì)極下一個(gè)線圈組；雙層繞組一般采用

37、短距，線圈數(shù)等于槽數(shù)，且一個(gè)極下一個(gè)線圈組。單相磁動(dòng)勢(shì)單相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是脈振磁動(dòng)勢(shì)，空間分布為矩形波且位置固定，可由傅氏級(jí)數(shù)分解為一個(gè)基波和一系列奇次諧波，磁動(dòng)勢(shì)基波幅值在正、負(fù)最大值之間脈振，脈振頻率為產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)電流的頻率。一個(gè)線圈組是由q個(gè)空間互差&電角度的線圈構(gòu)成，其基波磁動(dòng)勢(shì)幅值為q個(gè)線圈磁動(dòng)勢(shì)的矢量和。三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱的正眩交流電流后，三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的矢量在空間旋 # #轉(zhuǎn)，軌跡為圓形，轉(zhuǎn)速為同步速心=6()/”轉(zhuǎn)向決定于定子電流相序，基波幅值恒定且為各單相脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的3心倍，當(dāng)某相電流瞬時(shí)達(dá)最大值時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值恰好在該相繞組的軸線上。削弱

38、磁動(dòng)勢(shì)中諧波分量的方法磁動(dòng)勢(shì)中除含基波分量外還含有一系列奇次諧波，三相對(duì)稱繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)中三次及三次倍數(shù)的諧波分量等于零。繞組釆用分布、短矩后，是削弱諧波分量的有效措施。但分布、短矩也不宜過甚，以免基波分量折扣過大。定子繞組的電動(dòng)勢(shì)分析方法與磁動(dòng)勢(shì)類似，即一個(gè)整距、短矩線圈的電動(dòng)勢(shì)，一個(gè)線圈組的電動(dòng)勢(shì)，一相繞組的電動(dòng)勢(shì)。不同的是一相繞組的磁動(dòng)勢(shì)并不是整個(gè)繞組的安匝數(shù)，而是指每對(duì)極下該相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)；一相繞組的電動(dòng)勢(shì)則是各串聯(lián)線圈組電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。二、習(xí)題與解答4-1一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明/=5()Hz,額定轉(zhuǎn)速?zN=960r/min,該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是多少？答：由同步轉(zhuǎn)速公式?zo

39、=6O/1/p知，異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速，該電動(dòng)機(jī);/N=960rin,可推算出其同步轉(zhuǎn)速為l()()()r/min,極對(duì)數(shù)p=3,則極數(shù)2”=6。2三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵心如用非鐵磁材料制成，會(huì)出現(xiàn)什么后果？答：三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵心若用非鐵磁材料制成，其鐵心磁導(dǎo)率將大為降低,使電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電抗大為減小。當(dāng)定子繞組施加三札I額定電壓時(shí)，定子線圈中電流會(huì)很大，燒壞繞組而損壞電動(dòng)機(jī)。3三相異步電動(dòng)機(jī)中的空氣隙為什么必須做得很小？答：三相異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而必須有氣隙，但氣隙是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，氣隙磁阻較鐵心部分磁阻要大的多，或說勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)7()%以上都降落在氣隙中?？梢姎庀?/p>

40、盡可能的小，使無功的勵(lì)磁電流較小，從而提高異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。4電動(dòng)勢(shì)的頻率與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)及轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系？在三札I異步電動(dòng)機(jī)中，為什么旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率總是等于電網(wǎng)頻率？答：若旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)為”，轉(zhuǎn)速為心(單位為r/min),導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過一對(duì)磁極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就變化一周，其頻率為/=/加()/6()(單位為Hz),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間有n.=6()/p的關(guān)系，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率為啤1=/,6()p即等于電網(wǎng)頻率。5短距繞組和整距繞組比較，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：整距繞組的兩線圈邊跨距是180電角度，叩線圈電動(dòng)勢(shì)是兩線圈邊電動(dòng)勢(shì)的代數(shù) # #

41、 # #和，節(jié)距因數(shù)vl=l；而短距繞組的兩線圈邊跨距小于180電角度，線圈電動(dòng)勢(shì)是兩線圈邊電動(dòng)勢(shì)的相量和，節(jié)距因數(shù)心|1,也就是說其電動(dòng)勢(shì)比整距繞組電動(dòng)勢(shì)要打一個(gè)折扣,但與此同時(shí)能較大程度地削弱電動(dòng)勢(shì)中的諧波分量，從而改善基波電動(dòng)勢(shì)的波形。4-6有一個(gè)三相同心式繞組，極數(shù)2p=4,定子槽數(shù)Q=36,支路數(shù)a=,畫出繞組展開圖并計(jì)算繞組因數(shù)。解：極距每極每相槽數(shù)槽距角單層繞組節(jié)距因數(shù)心|=1單層繞組分布因數(shù)繞組因數(shù)為展開圖如圖4-1所示。理=西=9工2p4丿_Q_36_2q-環(huán)-更-彳36()0“=2X36()。二2()。363x20sin-小_=_q.20。=096qsinasmW1=byl

42、“ql=96qar一2sin234S67X910II12131415161718192021222324252627282930313233343536圖4-1三相同心式繞組展開圖4-7有一個(gè)三相單層整距繞組，極數(shù)2p=4,Q=24,支路數(shù)a=,畫出繞組展開圖并計(jì)算繞組因數(shù)。解：極距疋=段=6zp4 # #Qi2x36024單層繞組分布因數(shù)繞組因數(shù)為展開圖如圖42所示。sin號(hào)sin2X32忍i=訴一=0966ctrSUQSinzsinwi=bylql=966每極每相槽數(shù)槽距角單層繞組節(jié)距因數(shù)ky=1 # # # # # #圖42等元件繞組展開圖注意：三相單層整距繞組可以聯(lián)成圖42所示的等元件

43、式繞組，其實(shí)質(zhì)仍是整距，只是改變了端部連線。也可以聯(lián)成整距鏈?zhǔn)嚼@組，但端部不節(jié)省銅線。4-8有一個(gè)三相雙層疊繞組，極數(shù)2p=b,定子槽數(shù)Q=36,節(jié)距”=5/6“支路數(shù)a=2,試畫出繞組展開圖。答：三札I雙層疊繞組的展開圖如圖4-3所示。I1IIIIII1IIIIIIII1IIIH1II(fIIIIIAA77RRXnhXI # # # # # #圖43三相雙層廉繞組展開圖 # #9為什么說交流繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)既是空間函數(shù)，又是時(shí)間函數(shù)？試用單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)來說明。答：?jiǎn)蜗嗬@組通入正弦交流電流后，在空間產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)幅值隨電流的幅值變化，而電流的幅值是隨時(shí)間變化的。該磁動(dòng)勢(shì)幅值在空間的分布與繞組

44、的放置有關(guān)，在空間不同的位置其幅值不同。所以說單札I交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)既是空間函數(shù)又是時(shí)間函數(shù)。10交流電機(jī)磁動(dòng)勢(shì)相加時(shí)為什么能用矢量來運(yùn)算？有什么條件？答：交流電機(jī)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間按一定規(guī)律分布，且可以分解為基波和一系列奇次諧波，基波分量可以用矢量表示，按正弦規(guī)律變化且同頻率的基波磁動(dòng)勢(shì)可以用矢量運(yùn)算。11試分析單相交流繞組、三相交流繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)有何區(qū)別，與直流電機(jī)電樞磁動(dòng)勢(shì)又有何區(qū)別？答：?jiǎn)蜗嘟涣骼@組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是脈振磁動(dòng)勢(shì)，其空間位置固定幅值隨時(shí)間變化，幅值脈振頻率是電流頻率；三相交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其幅值不變，在空間以必旋轉(zhuǎn)，其矢量旋轉(zhuǎn)的軌跡是圓形；直流

45、電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)在空間位置固定，且分布近乎為三角波形，其幅值隨電樞電流大小變化。12如果在三相對(duì)稱繞組中通入大小及札I位均札I同的電流UJsin叔，此時(shí)三相合成磁動(dòng)勢(shì)基波的幅值及轉(zhuǎn)速為多大？答：三相對(duì)稱繞組在空間的分布互差120電角度，當(dāng)三相線圈通入電流為ic=/msin時(shí)，在空間將產(chǎn)生三個(gè)互差120電角度的矩形磁動(dòng)勢(shì)，由傅氏級(jí)數(shù)可以分解為基波和一系列諧波，在三相繞組里產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)為fM=F機(jī)sineZsin7trrrJBlF機(jī)sinefsin-120)fcAF-240。 # # #其合成磁動(dòng)勢(shì)為J-Ji+/bi+/ci=F機(jī)sina7T*sinjc十sin-120。)+sin-240)=

46、0 # # # # #可見基波合成磁動(dòng)勢(shì)為零。13一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，如果把轉(zhuǎn)子抽掉，而在定子繞組上施加三相額定電壓，會(huì)產(chǎn)生什么后果？答：三相異步電動(dòng)機(jī)抽掉轉(zhuǎn)子，磁路中氣隙將大大增加，即磁路的磁導(dǎo)率減小，當(dāng)定子繞組施加三相額定電壓。由UE=444/NMwJn知，磁通仍為額定值，在磁路的磁阻增大情況下，需要有較大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，勵(lì)磁電流過大將燒毀定子繞組。14拆換三札I異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組時(shí)，若把每札I繞組的匝數(shù)減少，則氣隙中每極磁通及磁密會(huì)怎樣變化？答：減少三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的每相匝數(shù)，當(dāng)定子繞組仍施額定電壓時(shí)，每極磁通及磁密的數(shù)值都會(huì)增加，使磁路飽和程度提高，造成電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)降低。15一

47、臺(tái)三札I異步電動(dòng)機(jī)，極數(shù)2/9=6,定子槽數(shù)Qi=36,定子為雙層疊繞組，節(jié)距=5/6r,每相繞組串聯(lián)匝數(shù)N|=72,當(dāng)定子通入三相對(duì)稱電流，每相電流的有效值為20A時(shí)，試求基波以及三次、五次、七次諧波的三相合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值和轉(zhuǎn)速。解：極距一Q_36r2p6-6每極每相槽數(shù)Q36-2肋6X3_2槽距角36()3X360“。一Q-36-3()繞組節(jié)距M=5基波節(jié)距因數(shù)Vi5鵡=sin90=sin寧90=0.965r6基波分布因數(shù)sin(g2)=sin30。qlQsin(a)2sinl5(丿丿基波繞組因數(shù)Z=g施=0966x()965二0.932基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值=1.35NpW1Z=1.35x了

48、?x932x2()A=604A基波合成磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速n()-qr/min-lOOOrAninPd三次諧波的合成磁動(dòng)勢(shì)等于零。五次諧波繞組因數(shù)細(xì)5二沁nJ90爲(wèi)紀(jì)嚴(yán).258X0.25X0.0667五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值F=1.35X*=1.35xx72X(0667x20A=8.68A貝轉(zhuǎn)速為7“)5=云=77()=Xl()()()r/niin=200r/niin其轉(zhuǎn)向與基波合成磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向相反。七次諧波繞組因數(shù)kW7=ky7kl7=sin90-in=0.258x(-0.259)=-0.0667工c/siny/aLl)七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值廠1c1i1v72x(-().066刀、“araL=135x21

49、35xx3X20A一6.26AJI轉(zhuǎn)速為7z()7=*7“)=；xlOOOr/min=143r/min其轉(zhuǎn)向與基波合成磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向相同。 # #16若在對(duì)稱兩相繞組倆相繞組匝數(shù)相同，在空間札I差90電角度)中通入對(duì)稱兩相電流/A=/mcos,/B=/msin，試用數(shù)學(xué)分析法證明兩札I合成磁動(dòng)勢(shì)為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。解：兩相繞組產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)為f心=FCoszcosef,7tsinxsmcotT # # #基波合成磁動(dòng)勢(shì)為J=Bly、7T了、7y、I7tos+!Sin=1COS-它可見為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。17有一臺(tái)1000kW三相繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，/=5()Hz,電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?gòu)?=187.5r/m

50、in,UN=6kV,Y聯(lián)結(jié)，cos沃=0.75,額定效率7=92%,定子為雙層疊繞組,Q=288,力=8槽，每槽內(nèi)有8根有效導(dǎo)體，每相有兩條支路。已知電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流/機(jī)=45%人，試求三相基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。解：額定電流為極對(duì)數(shù)極距每極每相槽數(shù)槽距角1二Pn二1000X103a=395Ax/3UNcosx,“X6X1()3x().75x().92、60/60 x501ZQi288八r=ZP=2M6=9_Qi_=288二qq2pm2X16X336()”_16X36()“。a=2() # # #基波繞組因數(shù)每相串聯(lián)匝數(shù)勵(lì)磁電流每支路電流基波合成磁動(dòng)勢(shì)wikV1化j=sin也9()凹(羅冬=().98

51、5X().96=0.946工/sin/2)2pqNy2X16X3X4”a厶/m=45%/N=0.45x135.9A=62.75A/=y=A=31.4AF=1.351.35192946x34a=48ia二p16 #18一臺(tái)三札I異步電動(dòng)機(jī)接于電網(wǎng)工作時(shí)，其每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E,=350V,定子繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)N二引2,繞組因數(shù)wi=()96，試問每極磁通皿為多大？解：由E=4.44/NMwim矢口=Wb=000526Wb=4.44X50X312X0.96*35019一臺(tái)/=5()Hz的交流電機(jī)，今通以三相對(duì)稱正序60Hz的交流電，設(shè)電流大小不變，問此時(shí)基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值大小，極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向?qū)?/p>

52、有何變化？答：當(dāng)電流有效值不變時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值不變，極對(duì)數(shù)與頻率無關(guān)也不變；通入電流相序不變則合成磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向不變；基波合成磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速將因頻率提高而增加為原來的黑=1.2倍。=4-20有一個(gè)三相雙層疊繞組，Q=36,2p=4,=50Hz,“=7為廠試求基波、五次、七次諧波繞組因數(shù)。若繞組為星形聯(lián)結(jié)，每個(gè)線圈有2匝，基波磁通沁=().74Wb,諧波磁場(chǎng)與基波磁場(chǎng)之比B5/Bj=1/25,B7/Bi=1/49,每相只有一條支路，試求基波、五次、七次諧波的札I電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)。節(jié)距槽距角每極每相槽數(shù)Qi=36=2p4_g77=$736()2x360“。a=廠=20Q36q尸盎二義=3基波繞組因數(shù)嘰

53、嚴(yán)k丫忍=sin90eSin(=sin70 x$吧。=0.94x0.96=0.91rqsmCa/2)3sinl()五次諧波繞組因數(shù)g=90Sinbr=sin350X=-0.17X0.217=-0.0368W5yqrqsin6&/2)3sin5()七次諧波繞組因數(shù)kW7=k“忍7=Sin9()oSin(a=sin490X沢?黒=().766x().177)=-0.136z1r(/sinla/Z)3sin7()每相串聯(lián)匝數(shù)N嚴(yán)2pqNy=4X3X2=24基波相電動(dòng)勢(shì)E機(jī)=4.44/NMwimi=4.44x50 x24x().9x0.74V=3548V基波線電動(dòng)勢(shì)=V3E=73X3548V=6138

54、V五次諧波相電動(dòng)勢(shì)5=*當(dāng)i=*x吉X0.74Wb=000592WbE毎=4.44/NMw5m5=4.44X5()x24x(一0136)x0.00592V=-5.8V五次諧波線電動(dòng)勢(shì)E5=73E=3x(-5.8)V=-10V七次諧波相電動(dòng)勢(shì)7=*護(hù)=*x占x().74Wb=0.002WbE標(biāo)=444/iN也W7苗=444x5()x24x().136)x().()02V=-10.14V七次諧波線電動(dòng)勢(shì)E尸杞E滬E(-10.14)V=-17.56V三、增選習(xí)題與解答21一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，若定子繞組有一相斷線，仍接三札I # #第八章電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一學(xué)習(xí)指導(dǎo)（一）基本要

55、求1學(xué)握拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式T-(7)=GP2dn375dt應(yīng)該理解該方程的推導(dǎo)過程，明確電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的正方向的規(guī)定.熟悉該方稈式的便用條件，并且能夠運(yùn)用它來分析工程實(shí)際中各種電力拖動(dòng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)。2學(xué)握工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、力、飛輪力矩和質(zhì)fit的折算由于在實(shí)際中使用電力拖動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)往往存在各種類型的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及不同的負(fù)載類型，為了計(jì)算這些工作機(jī)構(gòu)的各種參數(shù).必須學(xué)握折算的方法。熟悉生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可以歸納為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和通風(fēng)機(jī)負(fù)載三種負(fù)載類型。因此，對(duì)于這三種類型的生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)該考慮恰當(dāng)?shù)剡x擇拖動(dòng)電機(jī)的類型及容就。（-）學(xué)習(xí)指導(dǎo)1轉(zhuǎn)

56、矩、力.飛輪力矩以及質(zhì)量的折算，恃別是直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)的折算。2.正確運(yùn)用拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式解決工程實(shí)際中的各種不同類型拖動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算問3關(guān)于飛輪力矩的說明：在電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)第2版）和以前的版本中都把GD?這一物理量稱為飛輪矩。由于在機(jī)械工業(yè)出版肚2000年出版的電氣工程師手冊(cè)（第2版）中將這一物理量稱為“飛輪力矩”，因此在電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)（第3版）和本書中都把它稱為飛輪力矩以符合新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。各種形狀旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣址的計(jì)算由轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的力學(xué)定律，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程式為T-T沁式中T電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩（Nm）;Tt阻轉(zhuǎn)矩（或稱負(fù)載轉(zhuǎn)矩）（N-m）;J（in/dO慣性轉(zhuǎn)矩（或稱加速轉(zhuǎn)矩），其中丿表

57、示轉(zhuǎn)動(dòng)慣戟（kg-m2）o在工程實(shí)際中為了獲取數(shù)據(jù)的方便，往往使用飛輪力矩GD2來表示轉(zhuǎn)動(dòng)慣雖。因?yàn)榻^大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)部件都是圓柱形的。G是旋轉(zhuǎn)部分的重龜（單位：N）;D則是旋轉(zhuǎn)部分的慣性直徑（單位：m）0（注意：根據(jù)沿旋轉(zhuǎn)軸的切面形狀和材料質(zhì)量密度不同，對(duì)D的選取要作適當(dāng)?shù)恼鬯愣姍C(jī)本身的GD?值通常是由廠家在產(chǎn)品目錄中提供）。飛輪力矩76和轉(zhuǎn)動(dòng)慣璉兩者之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系是仞2=鈿(8-1)其中.g為重力加速度常數(shù).可是.對(duì)于那些旋轉(zhuǎn)部件是非圓柱體的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使用飛輪力矩就有很大的局限性。待別是近年來隨著制造業(yè)自動(dòng)化程度的提高，焊接、噴涂.裝配和上下料等各種類型的機(jī)器人越來越廣泛地應(yīng)用于

58、生產(chǎn)第一線。使用飛輪力矩就不適合表示這一類生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量圖8、1所示的是一個(gè)典型的三自由度機(jī)械皆的示點(diǎn)圖?？梢钥吹?，對(duì)于第一個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M|而言，它的轉(zhuǎn)動(dòng)部件不再是圓柱體，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨看后面幾個(gè)白由度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2、Mj輸岀角度的變化而變化。旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣雖是機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的畫要參數(shù)，如果對(duì)這個(gè)參數(shù)的計(jì)算不準(zhǔn)確，誤差過大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能降低甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。M卜圖81三自由度機(jī)械曹的示意圖因此，我們有必要給出各種形狀旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣重的計(jì)算方法，具體如下：1）以P（單位m）為半徑，以O(shè)為旋轉(zhuǎn)軸心，質(zhì)量為加（單位：kg）的旋轉(zhuǎn)質(zhì)雖塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（見圖8-2）為

59、Jmp2（82）2）以pi為外徑，以卩2為內(nèi)徑（單位：m）,以O(shè)為旋轉(zhuǎn)軸心，質(zhì)呈為血（單位：kg）的圓環(huán)形旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（見圖83）為J=晟）（8-3）3）以p（單位：m）為半徑，以O(shè)為旋轉(zhuǎn)軸心，質(zhì)ft為加（單位：kg）的圓柱體旋轉(zhuǎn)質(zhì)柚塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（見圖84）為4）長(zhǎng)度為L(zhǎng)（單位：m）,圖83旋轉(zhuǎn)圓環(huán)體m）,以自身中心點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)軸心，質(zhì)雖厚度為d（單位:為加（單位：kg）的長(zhǎng)方柱體旋轉(zhuǎn)質(zhì)重塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣雖（見圖85）為J=Hl2（8-5）注意：此處厚度d與長(zhǎng)度L相比應(yīng)該充分小，如果d和L比較接近則應(yīng)該近似按圓柱體等效折算。 # #5）長(zhǎng)方體質(zhì)雖塊的質(zhì)雖為/（單位：kg）,以O(shè)為旋轉(zhuǎn)釉心（見圖

60、8-6）,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣重為圖85以自身質(zhì)心為軸的旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)方體&+屋+0Q2）（&6）圖86旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)方體計(jì)算出旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，代入式（&1）,就可以換算成飛輪力矩GD2o電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)教材中的所有相應(yīng)的公式照樣可以使用。二、習(xí)題與解答圖中各元件的數(shù)據(jù)見表81。若起吊速度為圖87起厳機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖8-1起重機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖87所示.12m/tnin.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率為：當(dāng)起吊重物時(shí)=07；當(dāng)空鉤提升時(shí)7o=O.U計(jì)算：（1）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪力矩；（2）重物吊起及放下時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩；（3）空鉤吊起及放下時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩；（4）闡明在（2）和（3）的各種情況下，電動(dòng)機(jī)輸入機(jī)