電機學課后習題答案(專業版)

　　

【正文】 如果起動時將它們的定子繞組串聯以后接至電網上，起動完畢后再改接為并聯。5．8 異步電動機定子繞組與轉子繞組沒有直接聯系，為什么負載增加時，定子電流和輸入功率會自動增加，試說明其物理過程。（1） (2) 注：因為星接，故線電勢中無三次諧波 4．21 JO2824三相感應電動機，PN=40kW，UN=38V，IN=75A，定子繞組采用三角形聯接，雙層疊繞組，4極，48槽，y1=10槽，每極導體數為22，a=2，試求： （1）計算脈振磁動勢基波和7等次諧波的振幅，并寫出各相基波脈振磁動勢的表達式； （2）當B相電流為最大值時，寫出各相基波磁動勢的表達式； （3）計算三相合成磁動勢基波及11次諧波的幅值，并說明各次諧波的轉向、極對數和轉速； （4）寫出三相合成磁動勢的基波及11次諧波的表達式；（5）分析基波和11次諧波的繞組系數值，說明采用短距和分布繞組對磁動勢波形有什么影響。4．8 脈振磁動勢和旋轉磁動勢各有哪些基本特性？產生脈振磁動勢、圓形旋轉磁動勢和橢圓形旋轉磁動勢的條件有什么不同？脈振磁動勢：在空間呈矩形波分布，矩形波的振幅隨時間以正弦電流的頻率按正弦規律變化。在高壓側作短路試驗，短路電流，試求：（1）用標么值表示的勵磁參數和短路參數； （2）電壓變化率時負載的性質和功率因數； （3）電壓變化率最大時的功率因數和值； （4）（滯后）時的最大效率。設不計漏磁，試求： （1）兩種情況下的參數、等效電路；（2）兩種情況下的最大值。在低壓方做： 為低壓方做空載試驗時所測得的電壓，電流。3．10 變壓器的其它條件不變，僅將一、二次繞組匝數變化，對，的影響怎樣？如果僅將外施電壓變化，其影響怎樣？如果僅將頻率變化，其影響又怎樣？解：①一，二次繞組匝數變比177。2．61一直流電機并聯于電網上運行，已知，根，電樞回路總電阻（包括電刷接觸電阻），雜散損耗，試問：此直流電機是發電機還是電動機運行？計算電磁轉矩和效率。2．51 一臺直流發電機，每元件匝數，當、時試求正負刷間的電動勢。 發電機：與n方向相反，是阻力轉矩，E與U方向相同，與方向相同，發出電功率，為克服阻力轉矩，不斷輸入機械能，才能維持發電機以轉n旋轉，發出電能。選在飽和點有三個缺點：①勵磁功率大增②磁場調節困難③電樞反應敏感2．8 為什么直流電機的電樞繞組必須是閉合繞組？ 直流電機電樞繞組是閉合的，為了換向的需要，如果不閉合，換向器旋轉，電刷不動，無法保證正常換向。(1) 有右手螺旋定則判斷可知，兩個磁勢產生的磁通方向相反。 運動電勢：線圈與磁場間的相對運動而產生的eT與磁密B，運動速度v，導體長度l，匝數N有關。 渦流損耗：由電磁感應定律，硅鋼片中有圍繞磁通呈渦旋狀的感應電動勢和電流產生叫渦流，渦流在其流通路徑上的等效電阻中產生的損耗叫渦流損耗。解：(1) (2) 有一單匝矩形線圈與一無限長導體在同一平面上，試分別求出下列條件下線圈內的感應電動勢： （1）導體中通以直流電流I，線圈以線速度從左向右移動； （2）導體中通以電流，線圈不動； （3）導體中通以電流，線圈以線速度從左向右移動。 漏磁通： 有一小部分不穿過氣隙進入電樞，而是經主極間的空氣隙釘子磁軛閉合，不參與機電能量轉換，與飽和系數有關。 四種勵磁方式：他勵，并勵，串勵，復勵 電動機：他勵： 并勵： 串勵： 復勵： 短復勵 ， 長復勵 發電機：他勵： 并勵： 串勵： 復勵： 短復勵2．18 如何判別直流電機是運行于發電機狀態還是運行于電動機狀態？它們的、的方向有何不同？能量轉換關系如何？ 如所受電磁力的方向與電樞轉向相同即為電動機狀態，反之為發電機狀態。 解：(1) =13 =(2)E==13900=(3)E=13900=509V2．48 一臺4極、230V、的他勵直流發電機，如果每極的合成磁通等于空載額定轉速下具有額定電壓時每極的磁通，試求當電機輸出額定電流時的電磁轉矩。在時空載特性如下：Iｆ/A1．31．4U0/V186．7195．9 現在，電機甲的勵磁電流為，電機乙的為，轉速為，電樞回路總電阻（包括電刷接觸電阻）均為，若忽略電樞反應的影響，試問： （1）哪一臺是發電機？哪一臺為電動機？（2）總的機械損耗和鐵耗是多少（3）只調節勵磁電流能否改變兩機的運行狀態（保持轉速不變）？（4）是否可以在時兩臺電機都從電網吸取功率或向電網送出功率？解：(1)∵, , ∴甲臺電機在時電動勢 (∵) 乙臺電機在時電動勢： ＞230V ＜230V∴ 甲為發電機，乙為電動機。 （1）電動機在恒轉矩負載在額定狀態下運行時，電樞回路串電阻使轉速下降到時穩定運行，然后采用反接制動； （2）采用能耗制動，制動前的運行狀態同（1）； （3）電動機帶位能性負載作回饋制動運行，當時。① 變為原來的，則變為原來的∴勵磁電流減小，即，為原來的② 雖然頻率變為原來的倍，但減小倍，∴減小倍，但的平方與成正比∴最終仍是鐵耗減小，即③勵磁電抗 ，飽和程度降低， ∴④漏電抗： 為漏磁路磁導可認為是常數∴ 隨頻率增大而增大。今將X、a端聯在一起，Ax端加330V電壓，此時空載電流和主磁通為多少？若將X、x端聯接在一起，在Aa端加110V電壓，則空載電流和主磁通又為多少？ 解：(1)設高壓繞組為匝，低壓繞組為匝則原來主磁通： 現在匝數為（Z，a端連在一起）∴ ∴ ∴主磁通沒變，∴勵磁磁勢而 ∴(2)若將Z，x連在一起，則匝數為：現在的主磁通 不變∴勵磁磁勢不變而 ∴ ∴3．40 有一臺單相變壓器，額定容量，高、低壓側額定電壓。試求： （1）型等效電路的參數，并畫出型等效電路； （2）該變壓器高壓方接入110kV電網，低壓方接一對稱負載，每相負載阻抗為，求低壓方電流、電壓、高壓方電流。∴同發多采用Y形聯接。已知空載線電壓U0=6300V，求每極基波磁通量Ф1。5．7 試說明轉子繞組折算和頻率折算的意義，折算是在什么條件下進行的？繞組折算：將異步電機轉子繞組折算成一個相數為，匝數為，繞組系數為 的等效轉子繞組來替代原來的轉子繞組，保持極對數不變。 對深槽和雙鼠籠異步電動機在起動時，有明顯的集膚效應，即轉子電流在轉子導體表面流動，相等于轉子導體截面變小，電阻增大，即相等于轉子回路串電阻，使當起動完畢后，很小，沒有集膚效應，轉子電流流過的導體截面積增大，電阻減小，相當于起動時轉子回路所串電阻去掉，減小了轉子銅損耗，提高了電機的效率。5．22 如果電網的三相電壓顯著不對稱，三相異步電動機能否帶額定負載長期運行？為什么？5．23 已知某一臺三相異步電動機在額定電壓下直接起動時，起動電流等于額定電流的6倍，試計算當電網三相電壓不對稱、負序電壓分量的大小等于額定電壓10%、電機帶額定負載運行時，定子相電流可能出現的最大值是額定電流的多少倍？這樣的運行情況是否允許？為什么？5．24 三相異步電動機在運行時有一相斷線，能否繼續運行？當電機停轉之后，能否再起動？5．25 怎樣改變單相電容電動機的旋轉方向？對罩極式電動機，如不改變其內部結構，它的旋轉方向能改變嗎？5．26 試畫出三相籠型異步電動機由單相電網供電、當作單相電動機應用時的接線原理圖。5．9 異步電動機的等效電路有哪幾種？等效電路中的代表什么意義？能否用電感或電容代替？ 等效電路 T形等效電路 形 準確P形等效電路（為復數） 換準確P形等效電路（為實數） 簡化形等效電路（=1） 消耗在上的電功率就是電動機所產生的機械功率，它是有功功率，不能用電容或電感代替。 圖a中通入負序電流：含產生旋轉磁場，為順時針方向圖b中通入正序電流：含產生旋轉磁場，為順時針方向圖b中通入負序電流：含產生旋轉磁場，為逆時針方向 （2）a圖： 4．24 在對稱的兩相繞組（空間差900電角度）內通以對稱的兩相電流（時間上差900），試分析所產生的合成磁動勢基波，并由此論證“一旋轉磁動勢可以用兩個脈振磁動勢來代表”。三相對稱繞組通入三相對稱電流（正弦分布）時產生旋轉磁動勢（圖形）。解： 空載低壓側 ∴ 變比 短路參數計算： (2) ∴(3) 3．50 一臺三相變壓器，Yy聯接，短路阻抗，負載阻抗，試求： （1）一次側加額定電壓時，一二次側電流和二次側電壓； （2）輸入、輸出功率及效率。 (1) ∴(2)折算到低壓測： ∴(3)阻抗機值： (4) 也可以，但麻煩。(1) (要注意方向，如與圖中相反，則為：)令， （沒有“－”號）（沒有“－”號）， (2) 時相量圖3．17 如何確定聯接組？試說明為什么三相變壓器組不能采用Yy聯接組，而三相心式變壓器又可以呢？為什么三相變壓器中常希望一次側或者二次側有一方的三相繞組接成三角形聯接？3．18 一臺Yd聯接的三相變壓器，一次側加額定電壓空載運行。②外施電壓變比177。今欲使起動電流限制為額定電流的倍，試求起動變阻器電阻應為多少？若起動時不接起動電阻則起動電流為額定電流的多少倍？2．63一臺并勵電動機，（包括電刷接觸電阻）。問當電樞繞組為單疊或單波時，電樞端的電壓和電樞繞組的電阻各為多少？ 解：單疊繞組：每支路元件數： ∴電刷端電壓U=3010=300V電樞繞組電阻 單波繞組：每支路元件數： 電刷端電壓：U=1060=600V電樞繞組電阻：=2．54 一臺2極發電機，空載時每極磁通為，每極勵磁磁動勢為3000A。鐵耗：交變磁場引起渦流損耗和磁滯損耗機械能：抽水，電刷摩擦損耗∵鐵耗和機械耗和附加損耗與負載電流無關 ∴認為是不變損耗2．20 直流發電機中電樞繞組元件內的電動勢和電流是交流的還是直流的？若是交流的，為什么計算穩態電動勢時不考慮元件的電感？ 都是交流的∵通過電刷引出的感應電動勢是直流，∴不考慮元件電感2．21 他勵直流發電機由空載到額定負載，端電壓為什么會下降？并勵發電機與他勵發電機相比，哪一個的電壓變化率大？ 空載時：他勵發電機端電壓U=E=負載時： ∴電壓下降并勵下降大，∵隨著電壓下降，減小，∴下降，端電壓更加下降2．22 若把直流發電機的轉速升高20%，問在他勵方式下運行和并勵方式下運行時，哪一種運行方式下空載電壓升高的較多？ 空載電壓 他勵時，n升20％，E升20％并勵時，∵n增加 ∴E增加，增加，增加，∴E除n增大外，也增大，∴并勵時，空載電壓升較多。 ④實際電機中。當將其接入110V的交流電源時，測得輸入功率為90W，電流為，試求此鐵心的鐵心損耗。、磁路截面積A、磁路平均長度l有關。 特點：導電性能好，電阻損耗小. 電機：熱軋硅鋼片， 永磁材料 鐵氧體 稀土鈷 釹鐵硼 變壓器：冷軋硅鋼片。解：(1) ∵u1為正弦電壓，∴電流i1也隨時間變化，由i1產生的磁通隨時間變化，由電磁感應定律知產生感應電動勢.(2) 磁通方向：右手螺旋定則，全電流定律方向：阻止線圈中磁鏈的變化，符合右手螺旋定則：四指指向電勢方向，拇指為磁通方向。 （2）直流 電刷與磁極相對靜止，∴電刷總是引出某一極性下的電樞電壓，而電樞不動，磁場方向不變 ∴是直流。 2．14 何謂電樞反應？電樞反應對氣隙磁場有何影響？直流發電機和直流電動機的電樞反應有哪些共同點？又有哪些主要區別？ 電樞反應：電樞磁場對勵磁磁場的作用 交軸電樞反應影響：①物理中性線偏離幾何中性線 ②發生疇變 ③計及飽和時，交軸有去磁作用， 直軸可能去磁，也可能增磁。 解： == (A)2．46 已知直流發電機的額定功率，額定電壓，額定轉速，試求電機的額定電流。2．59 一臺4極并勵電動機，主極繞組每極2800匝，總勵磁電阻。若制動總轉矩為額定值，外施電壓減到150V，試求此時電樞電流及轉速（假設電機不飽和）。減小10％，則增加10％，減小，∴的減小于10％。(1) (2) 3．3