《电机与拖动》习题解答.pdf

变 压 器 部 分 习题与解答 1 、 为 了 得 到 正 弦 感 应 电 势 ， 当 铁 心 不 饱 和 时 ， 空 载 电 流 各 成 何 种 波形 ？ 为 什 么 ？ 答 ： 为 了 得 到 正 弦 感 应 电 势 ， 根 据 知 ， 就 必 须 使 磁 通 也 是 正 弦 量 ， 当铁 心 不 饱 和 时 ， 故 ， 此 时 空 载 电 流 也 是 正 弦 变 化 量 ， 即 呈 正 弦 波 。 当 铁 心 饱 和 时 ， 空 载 电 流 比 磁 通 变 化 大 ， 此 时 空 载 电 流 呈 尖 顶 波 形 。 2 、 为 什 么 可 以 把 变 压 器 的 空 载 损 耗 近 似 看 成 是 铁 耗 ， 而 把 短 路 损 耗 看成 是 铜 耗 ？ 变 压 器 实 际 负 载 时 实 际 的 铁 耗 和 铜 耗 与 空 载 损 耗 和 短 路 损 耗 有 无 区 别 ？ 为 什 么 ？答 ： 因 为 空 载 时 电 流 很 小 ， 在 空 载 损 耗 中 铁 耗 占 绝 大 多 数 ， 所 以 空 载 损 耗 近 似 看 成 铁 耗 。 而 短 路 时 ， 短 路 电 压 很 低 ， 因 而 磁 通 很 小 ， 铁耗 也 很 小 ， 短 路 损 耗 中 铜 耗 占 绝 大 多 数 ， 所 以 近 似 把 短 路 损 耗 看 成 铜 耗 。 实 际 负 载 时 铁 耗 和 铜 耗 与 空 载 时 的 铁 耗 和 铜 耗 有 差 别 ， 因 为 后 一个 是 包 含 有 其 它 损 耗 。 3 、 变 压 器 的 其 它 条 件 不 变 ， 仅 将 原 、 副 边 线 圈 匝 数 变 化 1 0 ， 试 问 对 和 的 影 响 怎 样 ？ 如 果 仅 将 外 施 电 压 变 化 1 0 ， 其 影 响 怎 样 ？ 如 果 仅 将 频率 变 化 1 0 ， 其 影 响 又 怎 样 ？ 答 ： 因 为 ， ， 所 以 当 原 、 副 边 匝 数 变 化 1 0 时 ， 变 化 2 0 。 由 于w变 化 1 0 ， 而 U不 变 ， 使 变 化 1 0 。 又 因 为 ， 磁 通 变 化 1 0 时 由 于 饱 和 影 响 ， 变 化 k ， 所 以 的 变 化 大 于 2 0 。将 外 施 电 压 变 化 1 0 时 ， 也 将 变 化 1 0 ， 使 不 变 ， 的 变 化 大 于 1 0 。 这 是 因 为 变 化 1 0 ， 由 于 磁 路 饱 和 影 响 ， 变 化 大 于 1 0 。 如 果 将 频 率 变 化 1 0 ， ， 所 以 变 化 1 0 ， 而 f变 化 1 0 ， 则 因 为 U 不 变 ， 使 变 化 1 0 。 同 样 使 的 变 化 大 于 1 0 。 4 、 一 台 变 压 器 ， 原 设 计 频 率 为 5 0 赫 兹 ， 现 将 它 接 到 6 0 赫 兹 的 电 网 上 运行 ， 额 定 电 压 不 变 。 试 问 对 激 磁 电 流 ， 铁 耗 ， 漏 抗 ， 电 压 变 化 率 有 何 影 响 ？ 答 ： 因 为 ， 当 U不 变 而 f改 变 后 ， 将 下 降 到 原 来 的 5 /6 ， 所 以 激 磁 电 流 将 减 小 。 漏 抗 ， 所 以 增 大 6 /5 倍 。 电 压 变 化 率 随 增 大 而 增 大 。 又 因 为 ，而 ， 所 以 铁 耗 将 下 降 。 5 、 有 一 台 单 相 变 压 器 ， 额 定 容 量 KVA， 原 副 边 额 定 电 压 伏 ， 赫 兹 。 原副 线 圈 的 电 阻 及 漏 抗 为 欧 ， ， ， 。 试 求 ： （ 1 ） 折 算 到 高 压 边 的 短 路 电 阻 ， 短 路 电 抗 及 阻 抗 ；（ 2 ） 折 算 到 低 压 边 的 短 路 电 阻 ， 短 路 电 抗 及 阻 抗 ； （ 3 ） 将 （ 1 ） 、 （ 2 ） 求 得 的 参 数 用 标 么 值 表 示 ； （ 4 ） 计 算 变 压 器 的 短 路 电 压 百 分 比 及其 分 量 ， 。 （ 5 ） 求 满 载 及 超 前 等 三 种 情 况 下 的 电 压 变 化 率 并 讨 论 计 算 结 果 。 解 ： （ 1 ） 折 算 到 高 压 边 的 短 路 阻 抗 k 欧 （ 2 ） 折 算 到 低 压 边 的 短 路 阻 抗 欧 (3 ) 所 以 （ 4 ） 短 路 电 压 百 分 值 （ 5 ） 当 满 载 ， 功 率 因 数 时 变 压 器 的 电 压 变 化 率 当 滞 后 时 ， 当 超 前 时 ， 对 于 电 压 变 化 率 ， 当 即 阻 性 负 载 时 电 压 变 化 率 较 小 ， 当 负 载为 感 性 时 ， 电 压 变 化 率 大 ， 当 负 载 为 容 性 时 ， 负 载 时 的 端 电 压 可 能 高 于 空 载 时 的 端 电 压 。 6 、 一 台 单 相 变 压 器 ， 已 知 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 当 滞 后 时 ， 副 边 电流 ， 。 试 求 ： (1 ) 用 近 似 T形 等 效 电 路 和 简 化 等 效 电 路 求 ， 并 将 结 果 进 行 比 较(2 ) 画 出 折 算 后 的 矢 量 图 和 T形 等 效 电 路 。 解 ： （ 1 ） 变 压 器 变 比 k 所 以 用 近 似 T形 等 效 电 路 计 算 时 ， 以 作 参 考 向 量 6 0 0 0 伏 ， 所 以 6 0 0 0 6 3 0 0 .0 8 2 9 8 7 .1 6 伏 1 4 4 .8 3 +1 1 3 .5 9 1 8 4 .0 6 A 故 伏 A 用 简 化 等 效 电 路 计 算 时 ， 仍 以 作 参 考 向 量 伏 A所 以 用 两 种 等 效 电 路 计 算 结 果 相 差 很 小 。 U相 同 ， I略 变 。（ 2 ） 7 、 一 台 单 相 变 压 器 ， ， ， ， 空 载 及 短 路 实 验 的 结 果 如 下 ： 实 验 名 称 电 压 （ 伏 ） 电 流 （ 安 ） 功 率 （ W） 电 源 加 在 空 载 6 3 0 0 1 0 .1 5 0 0 0 低 压 边 短 路 3 2 4 0 1 5 .1 5 1 4 0 0 0 高 压 边 试 计 算 （ 1 ） 折 算 到 高 压 边 的 参 数 （ 实 际 值 及 标 么 值 ） ， 假 定 ， （ 2 ） 画出 折 算 到 高 压 边 的 T型 等 效 电 路 ； （ 3 ） 计 算 短 路 电 压 的 百 分 值 及 其 二 分 量 ； （ 4 ） 满 载 及 滞 后 时 的 电 压 变 化 率 及 效 率 （ 5 ） 最 大 效 率 。 解 ： （ 1 ） 空 载 实 验 可 以 得 到 折 算 到 高 压 边 的 参 数 ， 而 k 6 0 /6 .3 9 .5 2 4所 以 根 据 短 路 实 验 得 到 折 算 到 低 压 边 的 参 数 所 以 （ 2 ） 折 算 到 高 压 的 T型 等 效 电 路 （ 3 ） 所 以（ 4 ） 电 压 变 化 率 （ 1 .6 9 4 4 0 .8 +5 .6 9 4 4 0 .6 ） 4 .7 7 此 时 ，而 所 以 k w故 k w 则（ 5 ） 达 到 最 大 效 率 时 ， 所 以 所 以 9 8 .1 9 8 、 一 台 的 单 相 变 压 器 ， 如 接 在 直 流 电 源 上 ， 其 电 压 大 小 和 铭 牌 电 压 一 样 ， 试 问 此 时 会 出 现 什 么 现 象 ？ 副 边 开 路 或 短 路 对 原 边 电 流 的 大 小 有 无影 响 ？ （ 均 考 虑 暂 态 过 程 ） 答 ： 因 是 直 流 电 ， 变 压 器 无 自 感 和 感 应 电 势 ， 所 以 加 压 后 压 降 全 由电 阻 产 生 ， 因 而 电 流 很 大 ， 为 。 如 副 边 开 路 或 短 路 ， 对 原 边 电 流 均 无 影 响 ， 因 为 不 变 。 9 、 变 压 器 的 额 定 电 压 为 2 2 0 /1 1 0 伏 ， 若 不 慎 将 低 压 方 误 接 到 2 2 0 伏 电 源上 ， 试 问 激 磁 电 流 将 会 发 生 什 么 变 化 ？ 变 压 器 将 会 出 现 什 么 现 象 ？ 答 ： 误 接 后 由 知 ， 磁 通 增 加 近 一 倍 ， 使 激 磁 电 流 增 加 很 多 （ 饱 和 时大 于 一 倍 ） 。 此 时 变 压 器 处 于 过 饱 和 状 态 ， 副 边 电 压 4 4 0 伏 左 右 ， 使 效 率 降 低 ， 绝 缘 可 能 被 击 穿 等 现 象 发 生 。 1 0 、 一 台 三 相 变 压 器 ， 5 6 0 0 KVA， ， Y/ 1 1 连 接 ， 变 压 器 空 载 及 短路 实 验 数 据 如 下 ： 实 验 名称 线 电 压（ 伏 ） 线 电 流（ 安 ） 三 相 功 率（ W） 电 源 加在 空 载 6 3 0 0 7 .4 6 8 0 0 低 压 边 短 路 5 5 0 3 2 4 1 8 0 0 0 高 压 边 求 ： （ 1 ） 计 算 变 压 器 参 数 ， 实 际 值 及 标 么 值 ；（ 2 ） 利 用 型 等 效 电 路 ， 求 满 载 滞 后 时 的 副 边 电 压 及 原 边 电 流 ； （ 3 ） 求 满 载 滞 后 时 的 电 压 变 化 率 及 效 率 。 解 ： （ 1 ） 所 以 则 ： 因 所 以 （ 2 ） 以 作 参 考 向 量 ， 即 ， 并 近 似 认 为 相 位 与 相 反 ， 故 可 以 得 到 0 .8 j0 .6 所 以 故 k V故 （ 3 ） （ 0 .3 2 0 1 0 .6 +5 .4 8 0 .6 ） 3 .5 4 对 于 第 （ 2 ） 个 问 题 ， 由 于 假 设 与 同 相 ， 如 想 减 小 这 一 假 设 造 成 的 误 差 ， 可 对 相 位 进 行 修 正现 修 正 后 的 这 样 ， 与 arcCo s0 .8 很 接 近 了 。 1 1 、 一 台 Y/连 接 的 三 相 变 压 器 ， 原 边 加 对 称 正 弦 额 定 电 压 ， 作 空 载 运 行 ， 试 分 析 ： （ 1 ） 原 边 电 流 、 副 边 相 电 流 和 线 电 流 中 有 无 三 次 谐 波 成 分 ？（ 2 ） 主 磁 通 及 原 副 边 相 电 势 中 有 无 三 次 谐 波 成 分 ？ 原 方 相 电 压 及 副 方 相 电 压 和 线 电 压 中 有 无 三 次 谐 波 成 分 ？ 答 ： （ 1 ） 由 于 原 方 Y接 ， 三 次 谐 波 电 流 无 通 路 。 所 以 原 边 电 流 没有 三 次 谐 波 成 分 。 副 边 三 角 形 接 ， 相 电 流 中 有 三 次 谐 波 成 分 ， 而 线 电 流 中 没 有 三 次 谐 波 成 分 。（ 2 ） 主 磁 通 中 有 三 次 谐 波 ， 原 副 方 相 电 势 中 也 有 三 次 谐 波 成 分 。 原 方 的 相 电 压 中 有 三 次 谐 波 成 分 ， 副 边 相 电 压 及 原 副 方 线 电 压 中 均 无 三次 谐 波 成 分 。 1 2 、 一 台 Y/连 接 的 三 相 变 压 器 ， 原 边 加 额 定 电 压 空 载 运 行 。 此 时 将 副 方 的 三 角 形 打 开 一 角 测 量 开 口 处 的 电 压 ， 再 将 三 角 形 闭 合 测 量 其 中 的 电流 。 试 问 当 此 时 三 相 变 压 器 试 组 式 或 心 式 时 ， 所 测 得 的 数 据 有 什 么 不 同 ？ 为 什 么 ？答 ： 由 于 组 式 变 压 器 各 相 磁 路 相 互 独 立 ， 三 次 谐 波 磁 通 的 磁 路 就 是 主 磁 路 ， 而 心 式 变 压 器 中 三 次 谐 波 磁 通 只 能 走 箱 壁 ， 与 空 气 等 耦 合 ， 很大 。 故 测 开 口 处 电 压 时 组 式 很 大 ， 而 心 式 很 小 。 当 闭 合 测 电 流 时 ， 表 中 测 得 的 电 流 就 是 三 次 谐 波 电 流 。 这 个 起 一 个 激 磁 电 流 的 作 用 ， 使 主 磁 通中 减 小 。 1 3 、 两 台 三 相 变 压 器 并 联 运 行 ， 组 号 均 为 Y/ 1 1 ， 数 据 如 下 ： 变 压 器 1 ： 5 6 0 0 KVA ， 6 0 0 0 /3 0 5 0 V ， 0 .0 5 5 ； 变 压 器 2 ： 3 2 0 0 KVA ， 6 0 0 0 /3 0 0 0 V ， 0 .0 5 5 。 两 台 变 压 器 的 短 路 电 阻 与 短 路 电 抗 之 比 相 等 ， 试 求 空 载 时 每 一 变 压 器 的循 环 电 流 及 其 标 么 值 。 解 ： 电 流 A A A A 则 变 比 环 流 （ 线 电 流 ） A 所 以 ， 1 4 、 用 对 称 分 量 法 分 析 Y/Y连 接 的 三 相 变 压 器 两 相 短 路 时 ， 原 、 副 方电 流 的 相 互 关 系 。 此 种 情 况 下 是 否 有 中 点 移 动 现 象 ？ 为 什 么 ？ 解 ： 设 副 方 a、 b 两 相 短 路 ， 并 令 短 路 电 流 为 ， 则 由 对 称 分 量 法 得出 ： =， 所 以 = = =0 所 以 = = 则 += +=+=0 原 方 实 际 电 流 ，因 没 有 零 序 分 量 所 以 此 种 情 况 下 没 有 中 点 移 动 现 象由 ， ，得 故 1 5 、 某 工 厂 由 于 生 产 的 发 展 ， 用 电 量 由 5 0 0 k VA增 加 到 8 0 0 k VA。 原 有 一 台 变 压 器 SN =5 6 0 k VA, U1 N/U2 N 6 0 0 0 /4 0 0 ， Y， y n 0 联 结 ， Uk 4 .5 。 现 有 三 台 变 压 器 可 供 选 用 ， 它 们 的 数 据 是 ：变 压 器 1 ： 3 2 0 k VA， 6 3 0 0 /4 0 0 V， U k 4 ， Y， y n 0 联 结 ；变 压 器 2 ： 2 4 0 k VA， 6 3 0 0 /4 0 0 V， U k 4 .5 ， Y， y n 4 联 结 ；变 压 器 1 ： 3 2 0 k VA， 6 3 0 0 /4 4 0 V， U k 4 ， Y， y n 0 联 结 ； 1 、 试 计 算 说 明 ， 在 不 使 变 压 器 过 载 的 情 况 下 ， 选 用 那 一 台 投 入 并 联 比 较 适 合 ？ 2 、 如 果 负 载 增 加 需 选 两 台 变 比 相 等 的 与 原 变 压 器 并 联 运 行 ， 试 问 最 大 总 负 载 容 量 是 多 少 ？ 那 台 变 压 器 最 先 达 到 满 载 ？解 ： （ 1 ） 选 第 1 台 适 合 。 （ 2 ） 如 果 负 载 增 加 ， 则 选 第 一 台 与 第 二 台 ， 但 第 二 台 要 进行 改 接 ， 使 原 Y， y n 4 改 接 为 Y， y n 0 。则 三 台 变 压 器 中 ， 由 于 第 一 台 ， U k 4 最 小 ， 所 以 最 先 达到 满 载 则 S1 SN3 2 0 k VA。 故 所 以所 以 k VA 1 6 、 两 台 变 压 器 并 联 运 行 均 为 Y， d 1 1 联 结 标 号 ， U1 N/U2 N 3 5 /1 0 .5 KV， 第 一 台 1 2 5 0 k VA， Uk 1 6 .5 ， 第 二 台 2 0 0 0 k VA， Uk 1 6 ， 试 求 ：1 、 总 输 出 为 3 2 5 0 k VA时 ， 每 台 变 压 器 的 负 载 是 多 少 ？ 2 、 在 两 台 变 压 器 均 不 过 载 的 情 况 下 ， 并 联 组 的 最 大 输 出 为 多 少 ？ 此时 并 联 组 的 利 用 率 达 到 多 少 ？ 解 ： 1 、所 以 所 以 所 以 k VA k VA 2 、 两 台 变 压 器 均 不 过 载 ， 则 第 二 台 满 载 ，k VA 并 联 组 利 用 率 ： 1 7 、 一 台 三 相 双 线 圈 变 压 器 ， SJ1 1 0 0 /3 ， 1 0 0 KVA， 3 0 0 0 /4 0 0 V， Y/Y0 1 2 ， ， P0 6 1 6 w， ， Pk N 2 3 5 0 w。 现 将 其 改 成 升 压 自 耦 变 压 器 。 试 求 ： （ 1 ） 改 接 后 折 算 到 高 压 方 的 参 数 ； （ 实 际 值 基 标 么 值 ） （ 2 ） 该 自 耦 变 压 器 的 额 定 容 量 和 线 圈 容 量 之 比 ；（ 3 ） 当 它 供 给 满 载 且 功 率 因 数 为 1 时 的 电 压 变 化 率 和 效 率 。 解 ： 因 为 KVA， 这 是 将 3 0 0 0 /4 0 0 V改 成 3 0 0 0 /3 4 0 0 自 耦 变 压 器 是 的 容 量 。 而所 以 ， ， ， （ 2 ）（ 3 ） 另 解 ： 当 将 3 0 0 0 /4 0 0 变 压 器 改 成 4 0 0 /3 4 0 0 变 压 器 （ 这 种 变 比 用 自 耦 变 压 器 意 义 不 大 ,反 而 会 带 来 其 它 问 题 ） （ 1 ） KVA， k 0 .1 3 3 而所 以 ， ， ， （ 2 ） （ 3 ） 直 流 电 机 及 拖 动 部 分 习题与解答 1 、 为 什 么 直 流 电 机 能 发 出 直 流 电 ？ 如 果 没 有 换 向 器 ， 直 流 电 机 能 不 能发 出 直 流 电 流 ？ 答 ： 直 流 由 于 换 向 器 的 作 用 ， 使 电 刷 短 接 的 元 件 始 终 切 割 相 同 磁极 ， 感 应 电 势 在 电 刷 两 端 不 变 ， 故 直 流 机 能 发 出 直 流 电 。 2 、 试 判 断 下 列 情 况 下 ， 电 刷 两 端 电 压 性 质 ： （ 1 ） 磁 极 固 定 ， 电 刷 与 电 枢 同 时 旋 转 ： （ 2 ） 电 枢 固 定 ， 电 刷 与 磁 极 同 时 旋 转 。答 ： （ 1 ） 电 刷 两 端 的 是 交 流 电 压 ： （ 2 ） 电 刷 两 端 的 是 直 流 电 压 。 3 、 已 知 某 直 流 电 动 机 铭 牌 数 据 如 下 ， 额 定 功 率 ， 额 定 电 压 ， 额 定 转速 ， 额 定 效 率 ， 试 求 该 电 机 的 额 定 电 流 。 解 ： 对 于 直 流 电 动 机 ，故 该 电 机 的 额 定 电 流 4 、 一 台 直 流 发 电 机 额 定 容 量 1 8 0 k w， 额 定 电 压 2 3 0 伏 ， 额 定 转 速 1 4 5 0 r/m， 额 定 效 率 8 9 .5 %,求 额 定 输 入 功 率 和 额 定 电 流 。解 ： 此 电 机 的 额 定 输 入 功 率 额 定 电 流 5 、 何 谓 主 磁 通 ？ 何 谓 漏 磁 通 ？ 漏 磁 通 大 小 与 那 些 因 素 有 关 ？答 ： 要 通 过 空 气 隙 与 主 极 和 电 枢 绕 组 交 链 的 磁 通 ， 就 是 主 极 磁 通 。 只 与 激 磁 绕 组 交 链 而 不 通 过 气 隙 与 电 枢 绕 组 交 链 的 磁 通 称 为 漏 磁 通 。 漏 磁 通 与 电 机 磁 极 结 构 、 激 磁 绕 组 、 气 隙 等 有 关 。 6 、 何 谓 饱 和 现 象 ？ 电 机 的 磁 路 为 什 么 会 出 现 饱 和 现 象 ?饱 和 对 电 机 运 行 性 能 有 何 影 响 ？答 ： 当 随 着 H增 大 而 减 小 ， 即 磁 阻 增 大 的 现 象 叫 做 饱 和 现 象 。 电 机 磁 路 中 由 于 有 非 线 性 铁 磁 材 料 ， 所 以 会 出 现 饱 和 现 象 。 由 于 饱 和 现象 的 存 在 ， 使 电 机 设 计 时 对 H和 B的 值 不 能 取 得 过 高 ， 材 料 利 用 率 受 到 限 制 ， 激 磁 电 流 需 要 增 大 。 7 、 一 台 四 极 单 迭 绕 组 的 直 流 电 机 。（ 1 ） 如 果 取 出 相 邻 的 两 组 电 刷 ， 只 用 剩 下 的 两 外 两 组 电 刷 是 否 可 以 ？ 对 电 机 性 能 有 何 影 响 ？ 端 电 压 有 何 变 化 ？ 此 时 发 电 机 能 供 给 多 大的 负 载 （ 用 额 定 功 率 的 百 分 数 表 示 ） ； （ 2 ） 如 果 有 一 元 件 断 线 ， 电 刷 间 的 电 压 有 何 变 化 ？ 电 流 有 何 变 化 ？（ 3 ） 若 只 用 相 对 的 两 组 电 刷 是 否 能 够 运 行 ？ （ 4 ） 若 有 一 极 失 磁 ， 将 会 产 生 什 么 后 果 ？答 ： （ 1 ） 对 于 四 级 单 迭 绕 组 直 流 电 机 ， 如 果 取 出 相 邻 的 两 组 电 刷 、 ， 用 另 外 剩 下 的 两 组 电 刷 仍 然 可 以 运 行 ， 仅 因 、 去 掉 之 后 使 ， 间 元件 产 生 的 感 应 电 势 相 互 抵 消 ， 但 端 电 压 仍 是 原 来 一 条 支 路 的 端 电 压 保 持 不 变 。 并 联 之 路 数 由 原 来 的 4 变 为 了 2 ， 能 供 给 的 负 载 为 原 来 的 5 0 。 (2 )如 果 有 一 元 件 断 线 ， 使 原 来 并 联 支 路 数 由 4 变 成 3 ， 电 刷 间 电 压不 变 ， 负 载 能 力 变 为 原 来 的 7 5 。 （ 3 ） 若 只 用 相 对 两 组 电 刷 不 能 运 行 ， 因 为 如 只 用 运 行 时 ， 感 应 电 势与 感 应 电 势 相 抵 消 ， 使 端 电 压 为 零 ， 不 能 发 电 。 （ 4 ） 若 有 一 极 失 磁 ， 如 图 所 示 ， 如 假 定 失 磁 ， 则 产 生 的 磁 势 比 产 生的 磁 势 大 ， 故 每 极 下 磁 通 为 + + + +。 由 于 磁 通 不 等 ， 故 在 每 极 下 导 体 中 感 应 电 势 也 不 等 ， 这 样 单 迭 绕 组 中 使 每 条 支 路 （ 并 联 ） 产 生的 总 感 应 电 势 不 等 ， 形 成 环 流 ， 由 于 电 机 绕 组 电 阻 很 小 ， 环 流 将 很 大 ， 使 电 机 过 热 。 8 、 试 计 算 下 列 各 绕 组 的 节 距 ， ， 和 ， 绘 制 绕 组 展 开 图 ， 安 放 主 极 及 电刷 ， 并 求 并 联 支 路 对 数 。 （ 1 ） 右 行 短 距 单 迭 绕 组 ： 2 P 4 ， Z S 2 2 ；（ 2 ） 右 行 整 距 单 波 绕 组 ： 2 P 4 ， Z=S=2 0 ; （ 3 ） 左 行 单 波 绕 组 ， 2 P 4 ,Z=S=1 9 ;（ 4 ） 左 行 单 波 绕 组 ， 2 P 4 ,Z=S=2 1 ; 解 ： （ 1 ） 1 1 -5 -4 a 2 （ 2 ） 5 1 1 -5 -4 a 2 （ 3 ） a 1 9 5 4 （ 4 ） a 1 5 展 开 图 略 。 9 、 一 台 直 流 发 电 机 ， 2 P 4 ， a 1 ， Z 3 5 ， 每 槽 内 有 1 0 根 导 体 ， 如 要在 1 4 5 0 r/min 下 产 生 2 3 0 伏 电 势 ， 则 每 极 磁 通 应 为 多 少 ？ 解 ： 电 机 的 总 导 体 数 N 1 0 Z 3 5 0 根 根 据 直 流 电 机 感 应 电 势 系 数 1 1 .6 7 由 得 每 极 磁 通 0 .0 1 3 6 （ ）故 需 每 极 磁 通 为 0 .0 1 3 6 韦 。 1 0 、 用 单 波 绕 组 代 替 单 迭 绕 组 时 ， 若 导 体 数 和 其 他 条 件 均 不 变 ， 电 机 额 定 容 量 有 无 改 变 ？ 例 如 一 台 六 极 电 机 原 为 单 波 绕 组 ， 如 果 改 成 单 迭 绕组 ， 保 持 元 件 数 和 元 件 匝 数 不 变 ， 问 电 机 额 定 容 量 会 不 会 改 变 ？ 其 它 额 定 量 要 不 要 改 变 ？ 答 ： 用 单 波 代 单 迭 时 ， 其 它 条 件 均 不 变 ， 则 电 机 额 定 容 量 不 会 变化 ， 因 为 每 个 元 件 的 感 应 电 势 、 负 载 能 力 均 不 变 ， 所 以 改 变 接 法 之 后 电 机 容 量 不 变 。如 一 台 六 极 电 机 由 单 波 改 为 单 迭 ， 保 持 元 件 数 和 元 件 匝 数 不 变 ， 则 电 机 额 定 容 量 不 变 ， 其 它 额 定 电 压 由 原 来 的 变 成 /3 ， 额 定 电 流 由 原 来 的变 为 3 ， 其 它 的 额 定 量 不 变 。 这 是 因 为 每 个 极 下 绕 组 产 生 的 感 应 电 势 和 每 根 导 体 内 流 过 的 电 流 并 没 有 改 变 。 1 1 、 一 台 四 极 直 流 发 电 机 ， 空 载 电 压 为 4 4 0 伏 ， 电 枢 绕 组 修 理 后 ， 保 持 原 来 的 转 速 和 励 磁 电 流 不 变 ， 发 出 的 空 载 电 压 为 2 2 0 伏 ， 问 修 理 前 后 该电 枢 绕 组 可 能 是 什 么 型 式 的 绕 组 ？ 为 什 么 ？ 如 果 保 持 电 枢 导 体 内 电 流 不 变 ， 问 修 理 前 后 发 电 机 的 功 率 有 无 改 变 ？ 为 什 么 ？答 ： 因 绕 组 修 理 前 后 保 持 转 速 和 励 磁 电 流 不 变 ， 而 空 载 电 压 却 减 小 一 半 ， 从 不 变 可 知 为 修 改 前 的 一 半 ， 所 以 可 以 认 为 修 改 前 为 波 绕 组 ， 而修 改 后 为 迭 绕 组 。 如 保 持 电 枢 导 体 电 流 不 变 ， 则 总 电 流 为 原 来 的 2 倍 ， 故 修 改 前 后 发 电 机 功 率 P保 持 不 变 。 1 2 、 直 流 发 电 机 感 应 电 势 与 那 些 因 素 有 关 ？ 若 一 台 直 流 发 电 机 空 载 电势 是 2 3 0 伏 ， 试 问 在 下 列 情 况 下 电 势 的 变 化 如 何 ？ （ 1 ） 磁 通 减 少 1 0 ；（ 2 ） 励 磁 电 流 减 少 1 0 ； （ 3 ） 磁 通 不 变 ， 速 度 增 加 2 0 ；（ 4 ） 磁 通 减 少 1 0 ， 同 时 速 度 增 加 2 0 。 解 ： 根 据 感 应 电 势 知 ， 当 一 台 结 构 一 定 的 电 机 ， 它 的 电 势 与 磁 通 和转 速 有 关 。 （ 1 ） 磁 通 减 少 1 0 时 ， 2 0 7 伏 （ 2 ） 励 磁 电 流 减 少 1 0 时 ， 由 于 磁 路 有 饱 和 现 象 存 在 ， 当 磁 路 不 饱和 时 使 磁 通 减 少 1 0 ， 即 2 0 7 伏 ， 当 磁 路 饱 和 时 ， 磁 通 减 小 很 多 ， 感 应 电 势 比 2 3 0 伏 小 但 比 2 0 7 伏 大 。（ 3 ） 磁 通 不 变 ， 转 速 增 加 2 0 时 ， 2 7 6 伏 （ 4 ） 磁 通 减 少 1 0 ， 同 时 转 速 增 加 2 0 ， 2 4 8 .4 伏 ， 此 时 ， 电 势 增 加 了 1 0 。 1 3 、 一 台 四 极 、 8 2 k w、 2 3 0 伏 、 9 7 0 r/min 的 并 励 直 流 发 电 机 ， 在 7 5 度 时 电 枢 回 路 电 阻 ， 并 励 绕 组 每 极 有 7 8 .5 匝 ， 四 极 串 励 绕 组 总 电 阻 ， 额 定 负载 时 ， 并 励 回 路 串 入 3 .5 欧 的 调 节 电 阻 ， 电 刷 压 降 为 2 伏 ， 基 本 铁 耗 及 机 械 损 耗 ， 附 加 损 耗 ， 试 求 额 定 负 载 时 发 电 机 的 输 入 功 率 ， 电 磁 功 率 ， 电 磁 转 矩 和 效 率 。解 ： 电 机 的 额 定 电 流 励 磁 绕 组 中 通 过 的 电 流电 枢 电 流 为 + 3 5 6 .5 +8 .7 5 3 6 5 .2 5 A 电 机 中 电 枢 绕 组 感 应 电 势 2 3 0 +3 6 5 .2 5 * 0 .0 2 5 9 +2 2 4 1 .4 6 伏所 以 在 额 定 负 载 时 ， 发 电 机 的 输 入 功 率 2 4 1 .4 6 * 3 6 5 .2 5 * 0 .0 0 1 +2 .3 +0 .0 0 5 * 8 2 9 0 .8 9 k w 电 机 的 电 磁 功 率 8 8 .1 9 k w 电 机 的 电 磁 转 矩 （ Nm）发 电 机 的 效 率 1 4 、 一 台 并 励 发 电 机 在 6 0 0 r/min 时 空 载 电 压 为 1 2 5 伏 ， 假 如 将 转 速 提 高 到 1 2 0 0 r/min ， 同 时 将 励 磁 回 路 的 电 阻 增 加 一 倍 ， 问 电 机 的 空 载 电 压 为 多少 ？ 解 ： 假 定 在 1 2 0 0 r/min 场 阻 增 大 一 倍 时 保 持 不 变 ， 由 于 假 定 不 变 ， 所 以 E正 比 于 转 速 n ， 故 1 2 0 0 r/min 时 空 载 端 电 压 伏当 伏 时 实 际 的 为 与 假 定 不 变 相 符 ， 故 电 机 空 载 电 压 为 2 5 0 伏 。 1 5 、 如 何 判 断 直 流 电 机 运 行 于 发 电 机 状 态 还 是 电 动 机 状 态 ？ 它 们 的 、n 、 E、 U、 的 方 向 有 何 不 同 ？ 能 量 转 换 关 系 如 何 ? 答 ： 可 以 根 据 反 电 势 （ 感 应 电 势 ） E的 大 小 来 判 断 直 流 的 运 行 状态 。 当 EU时 处 于 发 电 机 状 态 ， 反 之 处 于 电 动 机 状 态 。 发 电 状 态 时 于 n 反 向 ， E于 同 向 ， 于 反 向 ； 电 动 机 于 n 同 向 ， E于 、 反 向 。 发 电 机 从 机械 能 电 能 ， 电 动 机 从 电 能 机 械 能 。 1 6 、 一 台 1 5 k w， 2 2 0 伏 的 并 励 电 动 机 ， 额 定 效 率 8 5 .3 ， 电 枢 回 路 总 电 阻 0 .2 欧 ， 并 励 回 路 电 阻 欧 ， 今 欲 使 所 电 枢 起 动 电 流 限 制 为 额 定 电 流的 1 .5 倍 ， 试 求 起 动 变 阻 器 电 阻 应 为 多 少 ？ 其 电 流 容 量 为 多 少 ？ 若 起 动 时 不 接 起 动 器 则 起 动 电 流 为 额 定 电 流 的 多 少 倍 ？解 ： 并 励 电 动 机 的 额 定 电 流 安 设 电 枢 起 动 变 阻 器 电 阻 为 ， 则 有 起 动 时 ， 其 电 阻 的 电 流 容 量 安 若 不 用 起 动 器 而 直 接 起 动 ， 则 起 动 电 流 起 动 电 流 是 额 定 电 流 倍 数 倍 1 7 、 并 励 电 动 机 铭 牌 如 下 ： ， 4 4 0 伏 ， ， ，安 ， 已 知 电 枢 电 阻 为 0 .0 7 8 欧 ， 试 求 ： （ 均 忽 略 电 枢 反 应 的 影 响 ） （ 1 ） 电 动 机 的 额 定 输 入 转 矩 ；（ 2 ） 在 额 定 电 流 时 的 电 磁 转 矩 ； （ 3 ） 电 机 的 空 载 转 速 ；（ 4 ） 在 总 制 动 转 矩 不 变 的 情 况 下 当 电 枢 回 路 串 入 0 .1 欧 电 阻 后 的 稳 定 转 速 。 解 ： （ 1 ） 电 动 机 的 额 定 输 入 转 矩 （ Nm） （ 2 ） 伏 因 为 故 在 额 定 电 流 时 的 电 磁 转 矩 （ Nm）（ 3 ） 因 故 （ v m/r）故 理 想 的 空 载 转 速 r/min （ 5 ） 在 不 变 的 情 况 下 ， 电 枢 回 路 不 串 入 电 阻 时 当 电 枢 回 路 串 入 电 阻 时 联 立 解 得 r/min串 入 0 .1 欧 电 阻 之 后 得 稳 定 转 速 为 4 7 0 r/min 。 1 8 、 两 台 完 全 相 同 的 直 流 并 励 电 机 ， 机 械 上 用 同 一 轴 联 在 一 起 ， 并 联 于 2 3 0 伏 的 电 网 上 运 行 ， 轴 上 不 带 负 载 。 在 1 0 0 0 r/m时 空 载 特 性 为 （ A） 1 .3 1 .4 （ v ） 1 8 6 .7 1 9 5 .9 现 在 电 机 甲 的 励 磁 电 流 为 1 .4 安 ， 电 机 乙 的 为 1 .3 安 ， 转 速 为 1 2 0 0 r/m， 电枢 回 路 总 电 阻 （ 包 括 电 刷 接 触 电 阻 ） 均 为 0 .1 欧 ， 若 忽 略 电 枢 反 应 影 响 ， 试 问 ： （ 1 ） 那 一 台 是 发 电 机 ？ 那 一 台 是 电 动 机 ？ （ 2 ） 总 的 机 械 损耗 和 铁 耗 是 多 少 ？ （ 3 ） 只 改 变 励 磁 电 流 能 否 改 变 两 电 机 的 运 行 状 态 （ 保 持 转 速 不 变 ） ？ （ 4 ） 是 否 可 以 在 1 2 0 0 r/m时 两 台 电 机 都 从 电 网 吸 收 功 率 或 向 电 网 送 去 功 率 ？解 ： （ 1 ） 在 n 1 2 0 0 r/m时 甲 的 感 应 电 势 2 3 5 .0 8 伏 乙 电 机 的 感 应 电 势 伏 U， ， 故 甲 电 机 处 于 发 电 机 ， 乙 电 机 处 于 电 动 机 状 态 。 （ 2 ） 根 据 得 甲 电 枢 电 流 安根 据 得 乙 电 机 电 枢 电 流 安 故 总 的 机 械 损 耗 和 铁 耗 为 ： w （ 3 ） 能 改 变 其 运 行 状 态 ， 此 时 甲 的 安 ， 乙 的 安 即 可 达 到 要 求 。（ 4 ） 由 于 机 组 有 存 在 ， 故 在 安 之 间 总 可 以 找 到 一 个 电 流 ， 当 时 使 电 机 在 1 2 0 0 r/m时 同 时 从 电 网 吸 收 功 率 。 反 之 由 于 机 组 无 原 动 机 带 动 ，根 本 不 可 能 同 时 向 电 网 输 出 功 率 （ 根 据 能 量 守 恒 定 律 ） 。 1 9 、 一 台 1 7 k w， 1 1 0 伏 ， 1 8 5 安 ， 1 0 0 0 r/m的 并 励 电 动 机 。 额 定 励 磁 电 流安 ， 电 枢 电 路 总 电 阻 （ 包 括 电 刷 接 触 电 阻 ） 欧 ， 运 行 在 额 定 工 况 。 采 用 能 耗 制 动 方 式 停 车 ， 在 它 的 电 枢 电 路 里 串 入 1 .5 欧 的 电 阻 。 试 求 制 动 初瞬 的 电 枢 电 流 和 减 转 矩 。 解 ： 额 定 运 行 时 电 枢 电 流 安 反 电 势 伏在 能 耗 制 动 时 初 瞬 ， 因 不 变 ， n 也 未 及 改 变 所 以 感 应 电 势 伏初 瞬 电 流 安 电 磁 转 矩 （ Nm） 1 1 0 （ 1 8 5 4 .0 2 ） 0 .0 5 6 6 1 7 0 0 0 1 0 5 3 .9 4 w（ Nm） 减 速 转 矩 （ Nm） 2 0 、 一 台 并 励 电 动 机 1 0 k w， 伏 ， r/m， ， 安 ， 欧 ， 试 求 ： 在 额 定 电 枢电 流 下 ， 从 下 列 制 动 方 式 制 动 时 ， 电 枢 电 路 内 所 需 串 联 的 电 阻 值 ， 电 枢 电 路 内 的 损 耗 以 及 电 磁 制 动 转 矩 。（ 1 ） 反 接 制 动 ， n 2 0 0 r/m； （ 2 ） 反 馈 制 动 ， n 2 0 0 r/m； （ 3 ） 能 耗 制 动 ， n 2 0 0 r/m； 解 ： 额 定 运 行 时 ： 额 定 电 流 安 电 枢 电 流 安 （ 1 ） 反 接 制 动 ， 感 应 电 势 伏 所 串 电 阻 欧损 耗 w 制 动 转 矩 M Nm（ 2 ） 反 馈 制 动 ， 感 应 电 势 伏串 电 阻 欧 损 耗 w制 动 转 矩 M Nm （ 3 ） 能 耗 制 动 ， 感 应 电 势 伏串 电 阻 欧 损 耗 w制 动 转 矩 M Nm 交 流 电 机 及 拖 动 部 分 习题与解答 1 、 在 交 流 电 机 中 ， 那 类 电 机 叫 同 步 电 机 ？ 那 类 电 机 叫 异 步 电 机 ？ 它 们的 基 本 工 作 原 理 和 激 磁 方 式 有 什 么 不 同 ？ 答 ： 在 交 流 电 机 中 ， 凡 是 转 子 速 度 与 电 机 同 步 转 速 相 同 的 电 机 叫 做同 步 电 机 ， 反 之 ， 转 子 速 度 与 电 机 同 步 转 速 不 一 致 的 叫 做 异 步 电 机 。 同 步 机 磁 极 由 直 流 励 磁 。 同 步 发 电 机 工 作 原 来 就 是 ， 转 子 磁 极 被 原 动 机 带动 旋 转 起 来 ， 使 磁 场 相 对 定 子 旋 转 ， 切 割 定 子 绕 组 产 生 感 应 电 势 发 出 交 流 电 。 异 步 电 动 机 当 在 三 相 对 称 绕 组 中 统 入 对 称 的 三 相 电 流 后 ， 它 们 共同 作 用 产 生 一 个 旋 转 磁 场 ， 这 个 磁 场 的 励 磁 是 由 电 流 的 无 功 产 生 。 旋 转 磁 场 切 割 转 子 导 体 产 生 感 应 电 势 ， 通 过 短 路 环 形 成 感 生 电 流 ， 这 个 电 流在 磁 场 中 受 力 ， 使 电 动 机 转 动 ， 这 就 是 异 步 机 工 作 原 理 。 2 、 整 数 槽 双 层 迭 绕 组 和 单 层 绕 组 的 最 大 并 联 支 路 数 与 极 对 数 有 什 么 关 系 ？ 整 数 槽 双 层 波 绕 组 的 最 大 并 联 支 路 数 是 多 少 ？ 如 何 才 能 达 到 ？答 ： 整 数 槽 双 层 迭 绕 组 的 最 大 并 联 支 路 数 a 极 数 2 P。 将 每 相 的 线 圈 组 并 联 在 一 起 即 可 达 到 2 P条 并 联 支 路 数 。 整 数 槽 单 层 绕 组 最 大 并 联 支路 数 a P， 同 前 一 样 的 联 法 。 整 数 槽 双 层 波 绕 组 最 大 可 能 并 联 支 路 数 a 2 P， 联 时 让 y 即 可 。 3 、 在 电 势 相 加 的 原 则 下 ， 交 流 迭 绕 组 和 波 绕 组 的 连 接 规 律 有 什 么 不同 ？ 并 说 明 二 者 的 主 要 优 缺 点 和 应 用 范 围 。 答 ： 交 流 迭 绕 组 连 接 规 律 是 任 何 两 个 相 邻 的 线 圈 都 是 后 一 个 跌 在 前一 个 上 。 然 后 将 同 属 一 相 的 相 邻 线 圈 直 接 串 联 起 来 ， 形 成 迭 绕 组 ， 它 使 用 于 1 0 k w以 上 中 小 型 异 步 电 机 及 大 型 同 步 机 定 子 绕 组 中 。 它 的 优 点 是短 矩 时 端 点 节 铜 ， 能 获 得 较 多 的 并 联 支 路 数 。 波 绕 组 是 依 次 把 同 极 下 的 线 圈 串 联 起 来 ， 每 次 前 进 约 这 种 绕 组 就 是 波 绕 组 。 它 可 以 减 少 线 圈 之 间的 连 接 线 ， 短 矩 时 不 能 节 铜 ， 多 用 于 水 轮 机 和 绕 线 式 异 步 机 的 转 子 中 。 4 、 试 说 明 谐 波 电 势 产 生 的 原 因 及 其 削 弱 方 法 。 答 ： 谐 波 电 势 是 由 于 磁 极 磁 场 非 正 弦 分 布 以 及 电 枢 表 面 齿 槽 分 布 影 响 产 生 的 。 削 弱 的 方 法 有 ： （ 1 ） 改 变 磁 极 的 极 化 形 状 使 之 电 枢 表 面 磁 场分 布 接 近 正 弦 。 （ 2 ） 在 三 相 电 机 中 采 用 或 Y接 消 除 三 次 谐 波 。 （ 3 ） 采 用 短 矩 绕 组 削 弱 高 次 谐 波 。 （ 4 ） 采 用 分 布 绕 组 削 弱 高 次 谐 波 电 势 。 （ 5 ） 采 用 鈄 槽 削 弱 齿 谐 波 电 势 。 （ 6 ） 采 用 分 数 槽 绕 组 削 弱 齿 槽 谐 波 电 势 。 5 、 为 什 么 采 用 短 矩 和 分 布 绕 组 能 削 弱 谐 波 电 势 ？ 为 什 么 削 弱 5 次 谐 波 和7 次 谐 波 电 势 ， 节 距 选 多 大 比 较 合 适 ？ 答 ： 从 绕 组 系 数 公 式 可 知 ， 采 用 短 矩 和 分 布 绕 组 能 削 弱 谐 波 电 势 ，这 是 因 为 每 槽 电 势 随 着 谐 波 次 数 的 增 加 ， 相 邻 槽 的 电 势 相 位 差 增 大 倍 ， 所 以 采 用 它 们 可 以 削 弱 谐 波 电 势 。 从 知 ， 要 削 弱 5 次 和 7 次 谐 波 电 势 ， 选y 1 比 较 合 适 ， 此 时 ， ， ， 使 它 们 削 弱 都 比 较 大 。 6 、 何 谓 相 带 ？ 在 三 相 电 机 中 为 什 么 常 采 用 6 0 0 相 带 绕 组 而 不 用 1 2 0 0 相 带绕 组 ？ 答 ： 将 极 下 的 电 枢 表 面 分 成 三 等 分 ， 每 相 占 一 等 分 ， 我 们 称 每 一 等 分 为 一 相 带 。 在 三 相 电 机 中 采 用 6 0 0 相 带 绕 组 可 以 产 生 比 1 2 0 0 相 带 绕 组 高 的 感 应 电 势 ， 分 布 系 数 也 大 于 1 2 0 0 相 带 ， 所 以 采 用 6 0 0 相 带 。 7 、 交 流 电 机 的 频 率 、 极 数 和 同 步 转 速 之 间 有 什 么 关 系 ？ 试 求 下 列 交 流电 机 的 同 步 转 速 或 极 数 。 （ 1 ） 汽 论 发 电 机 f 5 0 Hz， 2 P 2 ， n ？（ 2 ） 水 轮 发 动 机 f 6 0 Hz， 2 P 3 2 ， n ？ （ 3 ） 同 步 发 电 机 f 5 0 Hz， n 7 5 0 r/m， 2 P ？解 ： 交 流 电 机 的 频 率 、 极 数 和 同 步 转 速 之 间 的 关 系 是 n 6 0 f/P 1 2 0 f /2 P（ 1 ） 汽 论 发 电 机 n 1 2 0 5 0 /2 3 0 0 0 r/m （ 2 ） 水 轮 发 电 机 n 1 2 0 5 0 /3 2 2 2 5 r/m（ 3 ） 同 步 电 动 机 2 P 1 2 0 f/n 1 2 0 5 0 /7 5 0 8 8 、 交 流 绕 组 和 直 流 绕 组 的 基 本 区 别 在 哪 里 ？ 为 什 么 直 流 绕 组 必 须 用 闭 合 绕 组 ， 而 交 流 绕 组 却 常 接 成 开 启 绕 组 ？答 ： 基 本 区 别 在 于 交 流 绕 组 分 相 ， 不 闭 合 。 直 流 绕 组 不 分 相 ， 但 必 须 闭 合 。 直 流 绕 组 由 于 换 向 ， 使 电 刷 与 换 向 器 之 间 有 相 对 运 动 ， 所 以 为了 保 证 电 机 运 行 ， 就 必 须 使 直 流 绕 组 用 闭 合 绕 组 。 而 交 流 绕 组 是 在 绕 组 中 通 电 后 产 生 旋 转 磁 场 ， 不 存 在 换 向 问 题 ， 所 以 常 将 其 接 成 开 启 绕 组 。 9 、 试 求 双 层 绕 组 的 优 点 ， 我 是 现 代 中 、 大 型 电 机 的 交 流 绕 组 一 般 都 采用 双 层 绕 组 ？ 答 ： 双 层 绕 组 可 以 恨 灵 活 的 选 择 线 圈 节 距 来 削 弱 谐 波 电 势 和 磁 势 ，并 且 漏 抗 较 小 ， 电 压 中 、 大 型 电 机 一 般 都 采 用 它 。 1 0 、 有 一 台 三 相 异 步 发 电 机 2 P 2 ， 转 速 为 3 0 0 0 r/m， 电 枢 槽 数 Z 6 0 ， 双 层 绕 组 ， 单 支 路 ， 每 个 线 圈 为 单 匝 ， 设 气 隙 磁 场 的 基 波 Wb ， 五 次 谐 波 磁 密 幅 值 Bm5 为 基 波 幅 值 的 2 0 。 试 求 ： （ 1 ） 基 波 电 势 的 频 率 ； 整 距 线 圈 时 基 波 的 绕 组 系 数 和 一相 的 基 波 电 势 ； 五 次 谐 波 的 绕 组 系 数 和 一 相 的 五 次 谐 波 电 势 。（ 2 ） 如 要 消 除 五