电机简答题解答.doc

李贺贺编辑直流电机1. 为什么直流电机主磁极一般只要用3mm厚的低碳钢板叠压而成，而电枢铁芯必须要用0.35mm的硅钢片叠压而成？答：涡流损耗pWBm2f2d2，直流电机主磁极没有交变电流，涡流损耗几乎为0，故可以厚点，但电枢铁芯存在交变电流，为了减小涡流损耗所以应减小硅钢片厚度d，故硅钢片厚度应尽可能的薄。2. 为什么直流电机的机壳上不需要安装散热片？答：直流电机定子中没有交变电流，不产生交变磁场，铁耗几乎为零，不需要散热片。3. 将一台额定功率为30kW的直流发电机改为电动机运行，则其额定功率将大于、等于、还是小于30kW？为什么？答：小于。对于发电机：P=UNIN，对于电动机：P=NUNIN。4. 试判断下列情况下，电刷两端的电动势是交流还是直流？磁极固定，电刷和换向片、电枢同时旋转；电枢和换向片不动，电刷与磁极同时旋转。答：直流电机工作的基本条件是：电刷与磁极要保持相对静止关系，而电枢与电刷和磁极要保持相对运动关系。因此，（1）电刷两端电压性质是交流（2）电刷两端电压性质是直流。5. 电刷正常情况下应该放在什么位置？为什么？答：换向器上的几何中性线，确保空载时通过正负电刷引出的电动势最大。6. 为什么电枢绕组的并联支路数永远是偶数？答：单波绕组：a=1，并联支路数为2。单叠绕组：a=p，并联支路数为2p。故并联支路数永远为偶数。7. 一台他励直流发电机，在励磁电流和电枢电流不变的条件下，若转速下降，则电机铜耗、铁耗、机械损耗、电枢电动势、电磁功率、电磁转矩、输出功率、输入功率如何变化？答：PCU=Ia2Ra，铜耗不变。n下降，f下降，铁耗减小。n下降，机械损耗下降。E=CEn，n下降，电枢电动势下降。Tem=CTIa，电磁转矩不变。P2=UI=E-IaRaI，E下降，输出功率下降。P1=Pem+P0，Pem下降，输入功率下降。8. 他励直流发电机能否持续稳态短路？并励直流发电机是否可以？为什么？答：否，可以。由图可知他励直流发电机短路时，I非常大，会烧坏电机，不能持续稳态短路。并励直流发电机短路时，电流很小，不会烧坏电机，所以可以持续稳态短路。9. 如果一台他励直流发电机，如果不小心将50Hz的交流电源接在励磁绕组上，则将获得一个什么样的输出电压？答：获得f=100Hz的交变电压。10. 试证明：如果有一台直流电机，其电枢铁芯既可嵌放单叠绕组也可嵌放单波绕组，只要每极磁通和总的导体数不变，则两种绕组形式的直流电机必然具有相同的电磁功率。答：Pem=EaIa=Ea2R，Ea=CEn=pNa60an。单波：a=1，R=S4；单叠：a=p，R=S4p2，故Pem=4Ea2S。11. 一台直流电动机，磁路是饱和的，当电机带负载以后，电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度，试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响？答：电刷移动后，电刷不在几何中性线上，同时存在交轴电枢反应和直轴电枢反应。交轴电枢反应使气隙磁场波形发生畸变，磁场零点位置逆电枢旋转方向偏移；因磁路饱和，还有去磁作用，使每极磁通减少。作为电动机，电刷逆电枢旋转方向移动后，直轴电枢反应起去磁作用，使每极磁通减少。12. 直流电机磁路是饱和的，其负载运行时的电枢绕组电动势与空载运行时的是否相同？为什么？答：直流电机磁路饱和，m不变，负载时，n下降，由E=CEmn知，E下将。13. 一台正在运行的并励直流电动机转速为1450r/min，现在将它停下来，用改变励磁绕组极性的方法使之改变转向（其他条件不变），当电枢电流的大小与正转时相同，则转速会怎么变化？为什么？答：变大。对于正转情况而言，电刷顺电枢方向偏移了一个角度，直轴电枢磁动势起助磁作用；对于反转情况而言，电刷逆电枢方向偏移了一个角度，直轴电枢磁动势起去磁作用；所以减小,由公式n=U-IaRaCE可知，转速增大。14. 一台并励直流发电机在额定转速下能自励，而当转速下降到一定的程度时却不能自励，为什么？答：n下降，空载特性曲线向下移动，临界电阻线与空载特性曲线无交点，不能自励。15. 并励直流发电机正转时能自励，反转时还能自励么？若是将励磁绕组两端反接，是否可以自励？请说明原因。答：发电机正转时能自励，表明发电机正转时满足自励条件，即：（1）有一定的剩磁（2）励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻（3）励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的，励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同，从而实现电机的自励如果电机的转向改变，而励磁绕组的接线未改变，则剩磁电动势极性改变，励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场方向将与剩磁的方向相反，电机内磁场被削弱，电压不能建立。所以并励直流发电机正转时能自励，反转时不能自励，若是将励磁绕组两端反接，可以自励。16. 并励直流发电机自励时，其励磁绕组的电阻必须小于临界电阻。临界电阻是否永远不变？为什么？答：与n有关，否。n下降，空载特性曲线下移，临界电阻减小。17. 若把直流发电机的转速升高20%，试问在他励方式下运行和并励方式下运行时，哪一种运行方式下空载电压升高得较多？为什么？答：并励。由Ea=CEn可知，他励：n升高20%，电压升高20%。并励：电压升高使If增大，所以增大，进一步导致电压升高，故电压升高不止20%。18. 他励直流发电机由空载到额定负载，端电压会逐渐上升还是下降？并励直流发电机与他励直流发电机相比，哪一个的电压变化率大？答：下降，并励。由U=E-IaRa可知，他励直流发电机由空载到额定负载，Ia由0增加到IaN，所以端电压会下降。对于并励直流发电机而言，端电压下降，引起励磁电流If下降，使下降和E下降，从而引起U进一步下降。19. 并励直流电动机正在运行时励磁绕组突然断开，试问在电机有剩磁或没有剩磁的情况下有什么后果？若起动时励磁绕组就已经断了，会有什么后果？答：励磁绕组突然断开时，电机只剩下剩磁。在短线初瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变，电枢电势E=CEn与磁通成比例减小，由U=E-IaRa可知，Ia将急剧增大。电磁转矩Tem=CTIa，当Ia增加的比例大于磁通下降的比例时，电磁转矩增加，负载转矩不变，由于电磁转矩大于负载转矩，电动机转速会明显提高，出现飞车现象；当Ia增加的比例小于磁通下降的比例时，由于电磁转矩小于于负载转矩，因而转速下降，但在这种情况下，电枢电流仍然远远超过了额定电流，会烧毁电枢绕组。若电机没有剩磁，则励磁绕组突然断开时，电磁转矩为0，电机会停转，同样电枢电流将远远超过了额定电流。若启动时励磁绕组断线，则启动转矩为0，电机不能启动，电枢电流远远超过了额定电流值。20. 若给并励直流电动机施加交流电压，是否可以运行？为什么？若为他励电动机，能否运行？答：（1）并励可以，Tem=CTIa，前半周期，电压为正，为正，Ia为正，Tem为正；后半周期，电压为负，为负，Ia为负，Tem为正，故可以运行。（2）他励不可以。前半周期，电压为正，为正，Ia为正，Tem为正；后半周期，电压为负，为正，Ia为负，Tem为负，故不可以运行。21. 直流电动机的实验（接线图及其原理、仪表及其量程）。22. 直流发电机的实验（接线图及其原理、仪表及其量程）。23. 直流电机的电枢绕组画法变压器1. 在变压器高压侧和低压侧分别加相应的额定电压进行空载试验，所得到的铁耗是否相同？计算出来的励磁阻抗是否相同？试予以解释。答：由于U1E1=4.44fN1m，即mU1/N1=U2/N2，因此，在变压器高压方和低压方分别加额定电压进行空载实验时，铁芯的主磁通是相等的，即磁密Bm是相等的。而铁耗pFefBm2,故所测得的铁耗相等。由于主磁通相等，因此磁动势相等，故所测得的空载电流与匝数成反比。而所加的电压与匝数成正比，故计算出的励磁阻抗（等于电压除以电流）之比等于匝数之比的平方，所以它们之间的关系符合变压器的阻抗参数折算关系。2. 电流互感器与主线路是串联关系还是并联关系？哪一侧绕组的匝数多？哪一侧绕组的导线截面积大？为什么？为什么电流互感器二次侧不能开路运行？答：串联，二次侧，一次侧。由I1I2=N2N1，因为I1I2，所以N2N1，因为一次侧匝数较少，所以导线截面积大。若电流互感器二次侧开路运行，则二次侧产生极大的电压，将使其绕组绝缘损坏，危及人身、仪表安全，且铁芯会过饱和，铁耗将大大增加，使铁芯过热，将电流互感器烧坏。3. 一台额定频率为50Hz的电力变压器接到60Hz的电网上运行，额定电压不变，试问对励磁电流、铁耗、漏抗、电压调整率有什么影响？为什么？答：根据U1E1=4.44fN1m，频率f由50Hz变为60Hz时，主磁通减小为原来的5/6，铁芯饱和程度下降，主磁路磁导增大，磁阻减小，由F=mRm=N1Im 知励磁电流减小且小于原来的5/6。由于pFefBm2(12)，主磁通减小为原来的5/6，即磁密Bm减小为原来的5/6.因此铁耗变为原来的(65)(56)2=(65)-21.故铁耗减小。漏电抗X1=2fN121，X2=2fN222，1、2与饱和程度无关，为常数，故漏抗增大为原来的6/5倍。由于漏抗增大，短路电抗增大，基值不变，短路电抗标幺值Xk*增大，由u=I2*(rk*cos2+xk*sin2)100% 知电压调整率增大。4. 变压器负载运行时输出电压高于额定电压，负载是感性、容性还是阻性？为什么？答：容性。由题意知，u=U2N-U2U2N100%0，又因为u=I2*(rk*cos2+xk*sin2)100%0,所以xk*sin20,且rk*cos2xk*sin2，所以为容性。5. 变压器二次侧开路，一次侧加额定电压时，虽然一次绕组的电阻很小，但是一次电流却不大，为什么？答：由U1N=I0(Rm+jXm)，因为Xm非常大，所以电流I0不大。6. 使用T型等效电路进行变压器实际问题的计算时，算出来的一次和二次电压、电流、铜耗、铁耗、输入功率、输出功率是否均为实际值？为什么？答：一次侧电压、电流、铜耗、铁耗、输入功率均为实际值；二次侧输出功率、铜耗为实际值，但电压、电流均不是实际值，它们都是二次侧折算到一次侧的值。7. 相同容量和相同额定电压的两台变压器，若额定频率分别为50Hz和500Hz，则哪一台变压器的体积大？为什么？答：第一台变压器的体积大，由U1=4.44fN1m知，相同容量和相同额定电压的两台变压器第一台变压器频率低，所以匝数多，故体积要大。8. 试证明：在额定电压时，变压器的空载电流标幺值等于励磁阻抗模的标幺值的倒数。答：I0*=I0I0b=I0U0NZ0N=1U0NI0NZ0N=1ZmZ0N=1Zm*9. 试证明：变压器在额定电流下做短路试验时，所加短路电压的标幺值等于短路阻抗模的标幺值。答：Zk*=ZkZ1b=ZkU1bI1b=ZkU1NI1N=I1NZkU1N=UkU1N=Uk*10. 相同容量的变压器和异步电动机，谁的励磁电抗大？答：变压器，因为变压器没有气隙，异步电动机有气隙，所以变压器的磁阻小，又因为磁阻与励磁电抗成反比，所以变压器的励磁电抗大。11. 联结组号的判定。答：高、低压绕组线电动势相量三角形的重心重合，将高压绕组线电动势相量作为长针指向零点，将低压绕组相应的线电动势相量作为短针，它指向的钟点就是连接组的组号。12. 参考方向的规定。13. 空载试验（接线图及其原理、仪表及其量程）。14. 短路试验（接线图及其原理、仪表及其量程）。异步电机1. 异步电动机的转子绕组为什么需要进行频率折算？频率折算是怎么进行的？其原则是什么？答：转子绕组折算和频率折算的目的是导出异步电机的统一等效电路，从而使一部电机的分析计算更加简便。绕组折算的条件是，折算前后转子磁动势不变，转子上有功功率、无功功率保持不变。频率折算的条件是，折算前后转子磁动势不变，转子上有功功率不变。2. 异步电动机的T型等效电路中，哪些电阻是虚拟电阻？其物理意义是什么？答：1-ssr2和rm 。1-ssr2消耗的功率代表总机械功率P，rm消耗的功率代表铁耗pFe。3. 一台绕线式异步电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为f1，旋转磁场相对于转子以n1=61f1/p 顺时针方向旋转，则此时转子转向如何？转差率如何变化？为什么？答：按异步电动机的工作原理，转子交流电流建立的磁场相对于定子顺时针旋转，企图带动定子同向旋转，但定子不能动，反作用与转子，使得转子以转速n反时针方向旋转。站在转子上观察，定子以转速n(n1。4. 异步电动机的T型等效电路中的1-ssR2代表什么意义？能否用电感或电容来代替？答：异步电动机的T型等效电路中的1-ssR2是一种虚拟电阻，其消耗的功率代表转轴上产生的总机械功率。因为机械功率为有功功率，所以不能用电感或电容代替。5. 变压器与异步电机有哪些异同点？答：相同点：一次、二次绕组之间没有电的联系，只有磁的联系。绕组中主磁通按正弦规律变化不同点：变压器：没有气隙、集中绕组、脉振磁场。异步电机：有气隙、分布绕组、旋转磁场。6. 试证明：绕组折算前后，异步电动机转子绕组的铜耗不变。答：折算前pCu2=m2I22r2s,折算后pCu2=m1I22r2s=m11ki2I22kiker2s=m1kekiI22r2s=m2I22r2s=pCu2。7. 使用T型等效电路进行异步电动机实际问题的计算时，算出来转子电动势、电流、铜耗、输出功率和实际值的关系是什么？答：电动势E2=keE2=kesE2s、电流I2=kiI2=kiI2s、铜耗、输出功率和实际值相等。8. 异步电动机的转子绕组是否短路？为什么？答：是。转子绕组作用是感应电动势、产生电流和电磁转矩。若转子绕组开路则无法产生电流和电磁转矩。9. 2极绕线式异步电动机的转子绕组开路，定子绕组加额定电压，若用手将转子转动一个90度，则转子绕组的电动势是否会发生变化？为什么？答：是，电动势大小不变，相位变化90。10. 能否通过重新设计定子绕组，将一台2极绕线式异步电动机改为4极电机？为什么？答：不能。改动前定子2极、转子2极，改动后定子4极、转子2极，电动机无法运转（如果是鼠笼式则可以）。11. 为什么异步电动机的机壳上一般都装有散热片？答：因为铁耗、定子铜耗很大。12. 异步电动机的定子电流和定子电压的相位关系如何？为什么？答：电流滞后电压，因为异步电动机从电网吸收滞后（感性）的无功功率。13. 为什么异步电动机起动时，定、转子电流很大而感应电动势和主磁通很小？答：异步电动机起动时n=0，s=1所以1-ssr2=0， ZmZ2，两者并联，Zm可以忽略，相当于开路。此时阻抗很小，因此电流很大，Z1Z2，所以电动势和主磁通相当于额定运行时的一半。14. 异步电动机的空载转矩是否等于空载损耗除以转子旋转的机械角速度？为什么？答：不等于。因为T0=m+。15. 进行异步电动机的空载试验时，定子端电压一般要从1.1U1N逐渐减小，测量若干个点。但是当电动机转速发生后明显变化、空载电流明显回升时就不能再减小电子端电压，这是为什么？答：因为m只与n有关，n发生明显变化，则m发生明显变化，故不能再减小电子端电压。16. 如何才能通过异步电动机的空载试验数据，实现机械损耗和铁耗的分离？答：由P0=P0-3I02R1=pFe+pm+ppFe+pm，pm仅与电机转速有关，pFe与U12成正比，P0与U12的关系曲线为一条直线。实验时，在保证转速不明显变化和空载电流不明显回升的情况下，将定子电压从1.1U1N逐渐下降，记录7组数据（P0、I0、U0），做出P0与U12的曲线，曲线与纵轴的交点即是pm。17. 异步电动机转子旋转时，转子电流为I2s=E2sr2+jsx2=sE2r2+jsx2=E2r2s+jsx2，当转子堵转时，转子电流为I2=E2r2+jx2，这两个式子中的E2是否相等？为什么？答： 否。第一个式子中的E2的频率为f1, 第二个式子中的E2的频率为f2(f2=sf1)，故不相等。18. 三相异步电机工作在电磁制动状态下，且气隙合成磁场逆时针旋转。请标出转子转向、转子绕组中电流方向、电磁转矩方向，并说明转差率的范围及功率流向。答：s=ns-nns1,n00（发电机状态）主极磁场超前于气隙合成磁场，制动性质的电磁转矩，吸收机械功率，输出电功率；功角=0（补偿机状态）主极磁场与气隙合成磁场的轴线重合，电磁转矩为零，没有有功功率的转换；功角0（电动机状态）主极磁场滞后于气隙合成磁场，驱动性质的电磁转矩，吸收电功率，输出机械功率。4. 交轴电枢反应和直轴电枢反应对同步发电机的运行有何影响？答：交轴电枢反应总是呈交磁作用；当内功率角0,直轴电枢反应呈去磁作用，当内功率角-0,直轴电枢反应呈增磁作用。5. 试说明隐极同步发电机带上纯电阻性负载时，电枢反应的性质。答：交轴电枢反应呈交磁作用，因为隐极同步发电机带上纯电阻性负载，所以U和I同相位，由E=U+Ira+jIXs知，0/2，所以直轴电枢反应呈去磁作用。6. 试述同步发电机并网运行的条件。答：（1）相同的相序（2）E0和电网电压U必须相等：有效值相等、相位相等、频率一致7. 一台同步发电机转速恒定，若单独给对称负载进行供电，其定子电流的功率因数由什么决定？若是并网运行，则又由什么决定？为什么？答：若单独给对称负载进行供电，其定子电流的功率因数由负载决定，因为外功率因素角等于阻抗角；若是并网运行，则由电网决定，因为同步发电机与无穷大电网并联后，其输出电压大小和频率将受到电网的约束，被强行与电网保持一致。8. 为什么说同步电机的电枢反应电抗xa和异步电机的励磁电抗xm性质相似？答：同步电机的电枢反应电抗xa表示电枢反应电动势与电枢电流之间的比例系数，其与电枢反应磁通所经过的磁路的磁导成正比；异步电机的励磁电抗xm是表征主磁路磁化性能的等效电抗，且xmN12f1m，故性质相似。9. 相同容量的同步电机和异步电机，xa和xm哪个大？为什么？答：相同容量的同步电机气隙比异步电机大，所以同步电机的磁导要小，又因为xa、xm与磁导成正比，所以xm要大。10. 试画出隐极（凸极）同步发电机欠励时的简化相量图，并说明电枢反应的作用。答：交轴电枢反应呈交磁作用，因为0/2，所以直轴电枢反应呈去磁作用11. 为什么同步发电机的气隙比同容量的异步电机大？答：因为同步电机的电枢反应电抗xa小于异步电机的励磁电抗xm，且xa、xm与磁阻成反比，所以同步发电机的气隙比同容量的异步电机大。12. 稳态短路时，为什么同步发电机的短路电流不是很大？答：以隐极为例，短路时：E=Ira+jIXs，因为同步电抗Xs比较大，所以同步发电机的短路电流不是很大。13. 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？答：空载时，定子电流为零，气隙磁场为转子励磁电流产生的主磁场；负载时，定子电流不为零，气隙磁场为转子励磁电流产生的主磁场和定子电流交变产生的旋转磁场的合成磁场14. 一台凸极同步发电机，当转子绕组突然失去励磁电流，试问该电机能否输出有功功率？为什么？答：有，因为em=3E0UXdsin+3U22(1Xq-1Xd)sin2，当转子绕组突然失去励磁电流时em=3U221Xq-1Xdsin22，故该电机能输出有功功率。 9 / 9