電機課后題答案1-5章.doc

緒 論0.-1 電機和變壓器的磁路常用什么材料制成，這類材料應(yīng)具有哪些主要特性？答：電機和變壓器的磁路常用導(dǎo)磁性能高的硅鋼片疊壓制成，磁路的其它部分常采用導(dǎo)磁性能較高的鋼板和鑄鐵制成。這類材料應(yīng)具有導(dǎo)磁性能高、磁導(dǎo)率大、鐵耗低的特征。0-3 感應(yīng)電動勢中的負號表示什么意思？ 答：是規(guī)定感應(yīng)電動勢的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系時電磁感應(yīng)定律的普遍表達式；當(dāng)所有磁通與線圈全部匝數(shù)交鏈時，則電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)描述可表示為；當(dāng)磁路是線性的，且磁場是由電流產(chǎn)生時，有為常數(shù)，則可寫成。 0-.4試比較磁路和電路的相似點和不同點。答：磁路和電路的相似只是形式上的，與電路相比較，磁路有以下特點：1）電路中可以有電動勢無電流，磁路中有磁動勢必然有磁通；2）電路中有電流就有功率損耗；而在恒定磁通下，磁路中無損耗3）由于G導(dǎo)約為G絕的1020倍，而僅為的倍，故可認為電流只在導(dǎo)體中流過，而磁路中除主磁通外還必須考慮漏磁通；4）電路中電阻率在一定溫度下恒定不變，而由鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，磁導(dǎo)率隨變化，即磁阻隨磁路飽和度增大而增大。0-5 在圖0-2中，已知磁力線的直徑為10cm，電流I1 = 10A，I2 = 5A，I3 = 3A，試求該磁力線上的平均磁場強度是多少？答：平均磁場強度0.-6 在圖0.8所示的磁路中，線圈中通入直流電流，試問：（1） 電流方向如圖所示時，該磁路上的總磁動勢為多少？（2） 中電流反向，總磁動勢又為多少？（3） 若在圖中處切開，形成一空氣隙，總磁動勢又為多少？（4） 比較兩種情況下鐵心中的的相對大小，及中鐵心和氣隙中 的相對大??？圖8解： （1） （2） （3）不變（4）由于，而， 所以，。 其中 和 分別 表示兩種情況下的各物理量。 在（3）中，由于，所以 。0-7一個有鐵心的線圈，線圈電阻為2。將其接入110V交流電源，測得輸入功率為22W，電流為1A，試求鐵心中的鐵耗及輸入端的功率因數(shù)。解： 第1章 直流電機的運行原理1-1 試述直流發(fā)電機工作原理，并說明換向器和電刷起什么作用？答 直流發(fā)電機的工作原理：當(dāng)原動機拖動直流發(fā)電機的電樞以恒速沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)時， 在線圈中會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，其大小為：，由于線圈一會兒在極下，一會兒在極下，因此這個感應(yīng)電動勢的方向是變化的，即線圈中的電動勢及電流的方向是交變的，只是在經(jīng)過電刷和換向片的整流作用后，才使外電路得到方向不變的直流電。換向器電刷的作用：把線圈中的交變電動勢及電流整流成外電路方向不變的直流電。2-2試判斷下列情況下，電刷兩端的電壓是交流的還是直流。（1） 磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)；（2） 電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)。答 由直流發(fā)電機原理可知，只有電刷和電樞保持相對運動時，在電刷兩端的電壓才為直流，由此： 交流：因為電刷與電樞相對靜止。 直流：因為電刷與電樞相對運動。1-.3 什么是電機的可逆性？答 一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，稱為電機的可逆原理。1-.4 直流電機有哪些主要部件？試說明它們的作用、結(jié)構(gòu)答 直流電機由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分）兩大部分組成。定子部分包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。 主磁極鐵心用11.5mm厚的低碳鋼板疊壓而成。主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場；.換向極換向極鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極的作用是用以改善換向。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。機座有兩個作用，一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成，電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。 直流電機的轉(zhuǎn)子稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。 電樞鐵心電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。是電機主磁路的一部分，且用來嵌放電樞繞組。電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。換向器也是直流電機的重要部件。換向器與電刷相配合，起到整流或逆變器的作用。 1-.5直流電機電樞鐵心為什么必須用薄電工鋼沖片疊成？磁極鐵心何以不同？答 為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通交變而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。磁極鐵心中的磁通本來是恒定的，但因電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心齒槽的影響，磁極鐵心中的磁通會來回擺動，從而產(chǎn)生鐵心損耗，所以常采用厚的低碳鋼板沖制而成。1-6試述直流發(fā)電機和直流電動機主要額定參數(shù)的異同點。答 直流發(fā)電機和直流電動機的主要額定參數(shù)值有： 1額定容量（功率）（）； 2額定電壓（）； 3額定電流（）; 4額定轉(zhuǎn)速（）； 5勵磁方式和額定勵磁電流（） 還有一些物理量的額定值，如額定效率,額定轉(zhuǎn)矩，額定溫升等。關(guān)于額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。所以，直流發(fā)電機的額定容量為，而直流電動機的額定功率為。1-7 某直流電機，、以及。若是直流發(fā)電機，試計算額定電流；如果是直流電動機，再計算。解：若是直流發(fā)電機如果是直流電動機，再計算 1-8耦合磁場是怎樣產(chǎn)生的？它的作用是什么？沒有它能否實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換？答 耦合磁場是由勵磁繞組電流所產(chǎn)生的磁場和電樞繞組電流所產(chǎn)生的磁場合成產(chǎn)生的，它是使電機感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩所不可缺少的因素。沒有它是不能實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的。1-9如果將電樞繞組裝在定子上，磁極裝在轉(zhuǎn)子上，換向器和電刷應(yīng)怎樣裝置才能作直流電機運行？答 由直流發(fā)電機原理可知，只有電刷和磁極保持相對靜止，在電刷兩端的電壓才為直流，所以換向器應(yīng)裝在定子上，電刷應(yīng)該放在轉(zhuǎn)子上，再通過滑環(huán)和靜止的電刷與外電路相連。1-10單疊繞組和單波繞組各有什么特點？其聯(lián)接規(guī)律有何不同？答 單疊繞組的特點為：（1）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，即；（2）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)。單波繞組的特點為：（1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)1，與磁極對數(shù)無關(guān)；（2）從理論上講，單波繞組只需安置一對正負電刷就夠了。但為了減少電刷的電流密度與縮短換向器長度，節(jié)省用銅，一般仍采用電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。在聯(lián)接方式上，疊繞組元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；波繞組的特點是每個繞組元件的兩端所接的換向片相隔較遠，互相串聯(lián)的兩個元件相隔較遠()。1-11一臺四極，單疊繞組的直流電機，試問：（1）若分別取下一只刷桿，或相鄰的兩只刷桿，對電機的運行有什么影響？（2）如有一元件斷線，電刷間的電壓有何變化？電流有何變化？（3）若有一主磁極失磁，將產(chǎn)生什么后果？答 （1）若取下一只或相鄰兩只電刷，使并聯(lián)支路數(shù)減少一半，若是發(fā)電機，使輸出功率減小一半，若是電動機，則轉(zhuǎn)矩和功率均減半。 對發(fā)電機仍能運行，對電動機，在輕載時尚能運行，重載或滿載不能運行，不管怎樣，它們的工作狀態(tài)均屬正常。 （2）若一元件斷線，則該元件所在的支路斷開，其余三條支路不變。因此，電刷間的電壓不變，電流減小，電機能帶的額定負載，。（3）當(dāng)一主磁極失去勵磁時，該磁極下的一條支路無電動勢，不產(chǎn)生電流和電磁轉(zhuǎn)矩，使功率減小，對多極電機可能產(chǎn)生不平衡狀態(tài)。1-12 什么叫電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對氣隙磁場有什么影響？答電機負載運行，電樞繞組中就有了電流，電樞電流也產(chǎn)生磁動勢，叫電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)，必然會影響空載時只有勵磁磁動勢單獨作用的磁場，有可能改變氣隙磁密分布情況及每極磁通量的大小。這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。設(shè)電刷在幾何中性線上，此時的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)作用如下：（1）交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線；（2）不計飽和，交軸電樞反應(yīng)既無增磁，亦無去磁作用?？紤]飽和時，呈一定的去磁作用。1-13 一臺直流電機,單疊繞組,電樞繞組總導(dǎo)體數(shù),一極下磁通,當(dāng)（1）轉(zhuǎn)速；（2）轉(zhuǎn)速，求電樞繞組的感應(yīng)電勢。解 （1） （2）1-14一臺直流發(fā)電機額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，極對數(shù)，電樞總導(dǎo)體數(shù)，氣隙每極磁，單疊繞組。求：（1） 額定運行時的電樞感應(yīng)電勢;（2） 額定運行時的電磁轉(zhuǎn)矩。解：（1） （2）1-15 并勵直流發(fā)電機能自勵的基本條件是什么？答 （1）電機必須有剩磁；（2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致；（3）勵磁回路的電阻應(yīng)小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻。1-16 把他勵直流發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高20%，此時無載端電壓約升高多少？如果是并勵直流發(fā)電機，電壓升高比前者大還是小？答 已知：，所以： 他勵發(fā)電機： , 即，故 ，空載電壓增加1.2倍。 并勵發(fā)電機：若轉(zhuǎn)速升高情況同上，空載電壓增加1.2倍，但由于增加的同時，也相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致也增大，所以并勵發(fā)電機空載電壓增加的程度比他勵發(fā)電機大。1-17 換向元件在換向過程中可能產(chǎn)生哪些電勢？各是什么原因引起的？它們對換向各有什么影響？答 電抗電動勢：它是由于換向元件中電流變化時，由自感與互感作用所引起的感應(yīng)電動勢。它起阻礙換向的作用。 電樞反應(yīng)電動勢：它是由于換向元件切割電樞磁場，而在其中產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)電動勢，它也起著阻礙換向的作用。1-18 換向極的作用是什么？裝在什么位置？繞組如何聯(lián)接？答 裝換向極的作用是在換向元件所在處建立一個磁動勢，其一部分用來抵消電樞反應(yīng)磁動勢，剩下部分用來在換向元件所在氣隙建立磁場，換向元件切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且讓的方向與相反，使合成電動勢，以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，即幾何中性線處。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。1-19 一臺直流電動機改成發(fā)電機運行時，是否需要改接換向極繞組？為什么？答 可以。因為換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，當(dāng)一臺直流電動機改成發(fā)電機運行，電樞電流反向時，其產(chǎn)生的電樞磁勢反向，但此時換向極的電流和他的極性亦反向，因此作發(fā)電機運行時，其換向極能起改善換向的作用，當(dāng)作為電動機運行時，換向極也能起改善換向的作用。1-20 已知一臺并勵直流發(fā)電機，額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路各繞組總電阻，勵磁繞組電阻，一對電刷上壓降為，額定負載時的電樞鐵損耗和機械損耗，求：1） 額定負載時的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩2） 額定負載時的效率解 1）2）第二章 電力拖動系統(tǒng)力學(xué)基礎(chǔ)和直流電動機的電力拖動2-3一臺他勵直流電動機， ，。1）若電樞回路不串電阻直接起動，則起動電流為額定電流的幾倍？2） 若將起動電流限制為，求電樞回路應(yīng)串入的電阻大小。解：（1）（2）2-4 一臺他勵直流電動機，電動機允許最大電流，電動機拖動負載電動運行，求：1） 若采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？2） 若采用反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？解 （1）電動運行時，采用能耗制動停車，電樞回路應(yīng)串入電阻采用反接制動停車，電樞回路應(yīng)串入電阻19.9一臺他勵直流電動機，。電動機拖動額定負載運行，保持勵磁電流不變，要把轉(zhuǎn)速降到1000r/min。求： 1) 若采用電樞回路串電阻調(diào)速，應(yīng)串入多大電阻？ 2) 若采用降壓調(diào)速，電樞電壓應(yīng)降到多大？ 3) 兩種方法調(diào)速時電動機的效率各是多少？解：（1） 由 得：（2） （3）輸出功率 串電阻時的效率：%降壓時的效率：%。第三章 變壓器3-1變壓器是根據(jù)什么原理進行電壓變換的？變壓器的主要用途有哪些？答：變壓器是一種靜止的電器設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，把一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成頻率相同的另一種電壓等級的交流電能。變壓器的主要用途有：變壓器是電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電能的經(jīng)濟傳輸、靈活分配和合理使用的重要設(shè)備,在國民經(jīng)濟其他部門也獲得了廣泛的應(yīng)用，如：電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器,在電力系統(tǒng)做測量用）、特種變壓器（如調(diào)壓用的調(diào)壓變壓器、試驗用的試驗變壓器、煉鋼用的電爐變壓器、整流用的整流變壓器、焊接用的電焊變壓器等）。3-2 變壓器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：電力變壓器的基本構(gòu)成部分有：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中鐵心是變壓器的主磁路，又是它的機械骨架。繞組由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成，是變壓器的電路部分。絕緣套管:變壓器的引出線從油箱內(nèi)部引到箱外時必須通過絕緣套管，使引線與油箱絕緣。油箱：存放變壓器油。分接開關(guān)，可在無載下改變高壓繞組的匝數(shù),以調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。3-3 變壓器有哪些主要額定值？原、副方額定電壓的含義是什么？答：變壓器的主要額定值有：額定容量、額定電壓和、額定電流和 、額定頻率等。原、副方額定電壓的含義是指：正常運行時規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓；二次側(cè)的額定電壓是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時二次側(cè)的空載電壓。對三相變壓器，額定電壓、額定電流均指線值。3-4一臺單相變壓器，SN=5000kVA，U1N/U2N=10/6.3kV，試求原、副方的額定電流。解： 3-5 一臺三相變壓器，SN=5000kVA，U1N/U2N=35/10.5kV，Y，d接法，求原、副方的額定電流。解： 3-6 在研究變壓器時，原、副方各電磁量的正方向是如何規(guī)定的？答：從原理上講，正方向可以任意選擇，但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。具體原則如下：（1）在負載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致；而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致；（2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則；（3）感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。3-7在變壓器中主磁通和原、副邊繞組漏磁通的作用有什么不同？它們各是由什么磁動勢產(chǎn)生的？在等效電路中如何反映它們的作用？答：（1）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動勢，當(dāng)副方接上負載時便有電功率向負載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用；而漏磁通不起傳遞能量的作用，僅起壓降作用。（2）空載時，有主磁通和一次側(cè)繞組漏磁通，它們均由一次側(cè)磁動勢激勵產(chǎn)生；負載時有主磁通，一次側(cè)繞組漏磁通，二側(cè)次繞組漏磁通。主磁通由一次繞組和二次繞組的合成磁動勢即激勵產(chǎn)生，一次側(cè)繞組漏磁通由一次繞組磁動勢激勵產(chǎn)生，二次側(cè)繞組漏磁通由二次繞組磁動勢激勵產(chǎn)生。（3）在等效電路中，主磁通用勵磁參數(shù)來反映它的作用，一次側(cè)漏磁通用漏電抗來反映它的作用，而二次側(cè)漏磁通用漏電抗來反映它的作用。3-8為了在變壓器原、副繞組方得到正弦波感應(yīng)電動勢，當(dāng)鐵心不飽和時激磁電流呈何種波形？當(dāng)鐵心飽和時情形又怎樣？答：為了在變壓器原、副繞組方得到正弦波感應(yīng)電動勢，當(dāng)鐵心不飽和時，因為磁化曲線是直線，勵磁電流和主磁通成正比，故當(dāng)主磁通成正弦波變化，激磁電流亦呈正弦波變化。而當(dāng)鐵心飽和時，磁化曲線呈非線性，為使磁通為正弦波，勵磁電流必須呈尖頂波。3-9變壓器的外加電壓不變，若減少原繞組的匝數(shù)，則變壓器鐵心的飽和程度、空載電流、鐵心損耗和原、副方的電動勢有何變化？答：根據(jù)可知,因此,一次繞組匝數(shù)減少,主磁通將增加，磁密，因不變，將隨的增加而增加，鐵心飽和程度增加；由于磁導(dǎo)率下降。因為磁阻，所以磁阻增大。根據(jù)磁路歐姆定律 ，當(dāng)線圈匝數(shù)減少時，空載電流增大；又由于鐵心損耗，所以鐵心損耗增加；因為外加電壓不變，所以根據(jù)，所以原方電動勢基本不變，而副方電動勢則因為磁通的增加而增大。3-10一臺額定電壓為的變壓器，若誤將低壓側(cè)接到的交流電源上，將會產(chǎn)生什么后果？答：根據(jù)可知,此時主磁通增加接近倍，磁路飽和程度大增，勵磁電流將會大大增加，鐵耗和銅耗增大，變壓器過熱。同時噪聲過大，振動明顯。3-11變壓器折算的原則是什么？如何將副方各量折算到原方？答：折算僅僅是研究變壓器的一種方法，它不改變變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)。折算的原則是保證折算方折算前后所產(chǎn)生的磁動勢不變。副方各量折算方法如下： 將副方電流除以；副方感應(yīng)電動勢、電壓乘以；漏阻抗、負載阻抗應(yīng)乘以。 3-12變壓器的電壓變化率是如何定義的？它與哪些因素有關(guān)？答：變壓器的電壓變化率定義為：當(dāng)變壓器的原方接在額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)上，副方的空載電壓與給定負載下副方電壓的算術(shù)差，用副方額定電壓的百分數(shù)來表示的數(shù)值，即變壓器電壓變化率可按下式計算：?？芍儔浩麟妷鹤兓实拇笮≈饕鸵韵挛锢砹肯嚓P(guān)：（1）電壓變化率與負載的大?。ㄖ担┏烧?；在一定的負載系數(shù)下，當(dāng)負載為阻感負載時，漏阻抗（阻抗電壓）的標(biāo)么值越大，電壓變化率也越大；（2）電壓變化率還與負載的性質(zhì)，即功率因角數(shù)的大小和正負有關(guān)。3-13為什么可以把變壓器的空載損耗看做變壓器的鐵損，短路損耗看做額定負載時的銅損？ 答：空載時，繞組電流很小，繞組電阻又很小，所以銅損耗很小,故銅損耗可以忽略，空載損耗可以近似看成鐵損耗。測量短路損耗時，變壓器所加電壓很低，而根據(jù)可知，由于漏阻抗壓降的存在，則更小。又根據(jù)可知，因為很小，磁通就很小，因此磁密很低。再由鐵損耗，可知鐵損耗很小，可以忽略，額定負載時短路損耗可以近似看成額定負載時的銅損耗。3-14變壓器在高壓側(cè)和低壓側(cè)分別進行空載試驗，若各施加對應(yīng)的額定電壓，所得到鐵耗是否相同？ 答：相同。空載試驗時輸入功率為變壓器的鐵損耗，無論在高壓邊還是在低壓邊加電壓，都要加到額定電壓，根據(jù)可知，； ，故，即。因此無論在哪側(cè)做，主磁通大小都是相同的，鐵損耗就一樣。短路試驗時輸入功率為變壓器額定負載運行時的銅損耗，無論在高壓邊還是在低壓邊做，都要使電流達到額定電流值，繞組中的銅損耗是一樣的 3-15一臺單相變壓器，SN=5000kVA,U1N/U2N=35/6.0kV,fN=50HZ,鐵心有效面積A=1120cm2，鐵心中的最大磁密Bm=1.45T，試求高、低壓繞組的匝數(shù)和變比。解: 高壓繞組的匝數(shù)變壓器的變比低壓繞組的匝數(shù)3-16一臺單相變壓器，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/230V，R1=4.32，x1=8.9，R2=0.0063，x2=0.013。求：1) 折算到高壓側(cè)的短路參數(shù)Rk、xk和Zk；2) 折算到低壓側(cè)的短路參數(shù)k、k和k；3) 將1）、2）的參數(shù)用標(biāo)么值表示，由計算結(jié)果說明什么問題？4) 變壓器的短路電壓uk及其有功分量ukr、無功分量ukx；5) 在額定負載下，功率因數(shù)分別為cos2=1、cos2=0.8（滯后）、cos2=0.8（超前）3種情況下的U。解: 1) 2) 3) 4) 5) U1( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02391.0+0.05040) 100 =2.39 U2( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8+0.05040.6) 100 =4.87 U3( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8 - 0.05040.6) 100 = -1.053-17一臺三相變壓器，SN=750kVA,U1N/U2N=10000/400V,Y,d接法，f=50HZ。試驗在低壓側(cè)進行，額定電壓時的空載電流I0=65A，空載損耗p0=3700W；短路試驗在高壓側(cè)進行，額定電流時的短路電壓Uk=450V，短路損耗pkN=7500W（不考慮溫度變化的影響）。試求：1) 折算到高壓邊的參數(shù)，假定R1=2=,x1=2=；2) 繪出T形電路圖，并標(biāo)出各量的正方向；3) 計算滿載及cos2=0.8（滯后）時的效率N；4) 計算最大效率max。解：1) , 折算至高壓側(cè)的激磁參數(shù)： 短路參數(shù)計算： Zk =Rk =Xk=2) T形電路圖如下： 4) 滿載時的效率 3-18 三相變壓器組和三相心式變壓器在磁路結(jié)構(gòu)上各有什么特點？答：三相變壓器組磁路結(jié)構(gòu)上的特點是各相磁路各自獨立，彼此無關(guān)；三相心式變壓器在磁路結(jié)構(gòu)上的特點是各相磁路相互影響，任一瞬間某一相的磁通均以其他兩相鐵心為回路。3-19三相變壓器的聯(lián)結(jié)組是由哪些因素決定的？答：三相變壓器的聯(lián)結(jié)組是描述高、低壓繞組對應(yīng)的線電動勢之間的相位差，它主要與（1）繞組的極性（繞法）和首末端的標(biāo)志有關(guān)；（2）繞組的連接方式有關(guān)。3-20從空載相電動勢波形看，什么三相變壓器組不采用Yy連接，而三相心式變壓器又可以采用呢？答；3-21一臺單相變壓器，220V110V，繞組標(biāo)志如右圖所示：將與連接，高壓繞組接到220V的交流電源上，電壓表接在上，如、同極性，電壓表讀數(shù)是多少？如、異極性呢？解：、同極性時壓表讀數(shù)是： 、異極性時壓表讀數(shù)是：3-22根據(jù)題圖3-2的接線圖，確定其聯(lián)結(jié)組別。 1） 2） 3） 題圖 3-2解： 1） 2） 3)3-23變壓器理想并聯(lián)運行的條件有哪些？答：變壓器理想并聯(lián)運行的條件有：（1） 各變壓器高、低壓方的額定電壓分別相等，即各變壓器的變比相等；（2） 各變壓器的聯(lián)結(jié)組相同；（3） 各變壓器短路阻抗的標(biāo)么值相等，且短路電抗與短路電阻之比相等。上述三個條件中，條件（2必須嚴格保證。3-24并聯(lián)運行的變壓器，如果聯(lián)結(jié)組不同或變比不等會出現(xiàn)什么情況？答：如果聯(lián)結(jié)組不同，當(dāng)各變壓器的原方接到同一電源，副方各線電動勢之間至少有30的相位差。例如Y，y0和Y，d11兩臺變壓器并聯(lián)時，副邊的線電動勢即使大小相等，由于對應(yīng)線電動勢之間相位差300，也會在它們之間產(chǎn)生一電壓差，如圖所示。其大小可達=sin15=0.518。這樣大的電壓差作用在變壓器副繞組所構(gòu)成的回路上，必然產(chǎn)生很大的環(huán)流（幾倍于額定電流），它將燒壞變壓器的繞組。如果變比不等，則在并聯(lián)運行的變壓器之間也會產(chǎn)生環(huán)流。3-25 兩臺容量不相等的變壓器并聯(lián)運行，是希望容量大的變壓器短路電壓大一些好，還是小一些好？為什么？答：希望容量大的變壓器短路電壓小一些好，這是因為短路電壓大的小，在并聯(lián)運行時，不容許任何一臺變壓器長期超負荷運行，因此并聯(lián)運行時最大的實際總?cè)萘勘葍膳_額定容量之和要小，只可能是滿載的一臺的額定容量加上另一臺欠載的實際容量。這樣為了不浪費變壓器容量，我們當(dāng)然希望滿載的一臺，即短路電壓小的一臺容量大，欠載運行的一臺容量越小越好。3-26 兩臺并聯(lián)運行的變壓器，在SNI=1000kAV，SNII=500kAV，不允許任何一臺變壓器過載的情況下，試計算下列條件并聯(lián)變壓器組可供給的最大負載，并對其結(jié)果進行討論。1）=0.9；2）=0.9；解：1），第一臺變壓器先達滿載。設(shè)，則2），第二臺變壓器先達滿載。設(shè)，則討論：可見，并聯(lián)運行時，容量大的變壓器，其較小，則并聯(lián)變壓器組利用率較高。3-27 兩臺變壓器數(shù)據(jù)如下：SNI=1000kAV，ukI=6.5，SNII=2000kAV，ukII=7.0聯(lián)結(jié)組均為Y，d11額定電壓均為35/10.5kVA?，F(xiàn)將它們并聯(lián)運行，試計算：1）當(dāng)輸出為3000kVA時，每臺變壓器承擔(dān)的負載是多少？2）在不允許任何一臺過載的條件下，并聯(lián)組最大輸出負載是多少？此時并聯(lián)組的利用率是多少？解：1）由 得 2），第一臺變壓器先達滿載。設(shè)，則 3.-28 某變電所總負載是3000kVA，若選用規(guī)格完全相同的變壓器并聯(lián)運行，每臺變壓器的額定容量為1000kVA。1）在不允許任何一臺變壓器過載的情況下需要幾臺變壓器并聯(lián)運行？2）如果希望效率最高，需要幾臺變壓器并聯(lián)運行？已知每臺變壓器的損耗是：。解：1），需要3臺變壓器并聯(lián)運行。2） ，需要5臺變壓器并聯(lián)運行。3-29 什么是自耦變壓器的額定容量、繞組容量和傳導(dǎo)容量？它們之間的關(guān)系是什么？答：自耦變壓器的容量是指它的輸入容量或輸出容量。額定運行時的容量用表示，即自耦變壓器的額定容量。由于自耦變壓器一、二次側(cè)既有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系，因此它從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的容量即額定容量由兩部分組成：由繞組的串聯(lián)部分和公共部分之間經(jīng)電磁感應(yīng)作用傳送的功率，即繞組容量；由繞組的公共部分靠電的聯(lián)系直接由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率，即傳導(dǎo)功率。他們之間的關(guān)系可以簡單的表示為： ，。其中：表示自耦變壓器的繞組容量, 表示自耦變壓器的額定容量，表示自耦變壓器的傳導(dǎo)容量。3-30一臺三相雙繞組變壓器，SN=31500kVA，U1N/U2N=400/110kV，po=105kW，pkN=205kW。如果改接成510/110kV自耦變壓器，試求：1） 自耦變壓器的額定容量、傳導(dǎo)容量和繞組容量各是多少？2） 在額定負載和cos=0.8的條件下運行時，雙繞組變壓器和改接成自耦變壓器的效率各是多少？ 解：1） 自耦變壓器的繞組容量自耦變壓器的額定容量自耦變壓器的傳導(dǎo)容量3） 雙繞組變壓器的效率改接成自耦變壓器后po、pkN不變，其效率3-31為什么電壓互感器在運行時不允許副邊短路？電流互感器在運行時不允許副邊開路？答：由于電壓互感器副邊所接的測量儀表，例如電壓表、功率表的電壓線圈等，其阻抗很大，故電壓互感器運行時相當(dāng)于一臺降壓變壓器的空載運行，電壓互感器是按空載運行設(shè)計的。若電壓互感器在運行時副邊短路會產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞互感器的繞組。電流互感器在運行時不允許副邊開路是因為電流互感器的原方電流是由被測試的電路決定的，在正常運行時，電流互感器的副方相當(dāng)于短路，副方電流有強烈的去磁作用，即副方的磁動勢近似與原方的磁動勢大小相等、方向相反，因而產(chǎn)生鐵心中的磁通所需的合成磁動勢和相應(yīng)的勵磁電流很小。若副方開路，則原方電流全部成為勵磁電流，使鐵心中的磁通增大，鐵心過分飽和，鐵耗急劇增大，引起互感器發(fā)熱。同時因副繞組匝數(shù)很多，將會感應(yīng)出危險的高電壓，危及操作人員和測量設(shè)備的安全。3-32三繞組變壓器等效電路中的電抗與雙繞組變壓器的漏電抗有何不同？為什么有時在中有一個會出現(xiàn)負值？答：、并不代表三繞組變壓器各繞組的漏電抗，而是各繞組自感電抗和各繞組之間的互感電抗組合而成得等效電抗。對于雙繞組變壓器，每個繞組產(chǎn)生的漏磁通只與本繞組交鏈而不與另一個繞組交鏈，即這些漏磁通均為自感漏磁通。因此雙繞組變壓器的漏電抗為本繞組的自漏感電抗。在三繞組變壓器中，的大小與各繞組在鐵心上的排列位置有關(guān)。排列在中間位置的繞組其組合的等效電抗最小，常接近于零，甚至為微小的負值。負電抗是電容性質(zhì)的，這當(dāng)然不是變壓器繞組真具有電容性，各繞組之間的漏電抗、是不會為負的，只是在相互組合時產(chǎn)生的負值而已。3.-33為什么變壓器的正序阻抗和負序阻抗相同？變壓器的零序阻抗決定于哪些因素？答：由于正序和負序均是對稱的，僅存在B相超前還是C相超前的差別，對變壓器的電磁本質(zhì)沒什么不同，因此負序系統(tǒng)的等效電路和負序阻抗與正序系統(tǒng)相同，即；變壓器的零序阻抗主要決定于（1）三相變壓器繞組的連接方式（2）磁路的結(jié)構(gòu)等因素。3-34從帶單相負載的能力和中性點移動看，為什么Y，yn接法不能用于三相變壓器組，卻可以用于三相心式變壓器？答： Y，yn接線的組式變壓器接單相負載時，由于零序阻抗大（），負載電流將很小，因此根本不能帶單相負載。但很小的零序電流就會產(chǎn)生很大的零序電動勢，造成中點浮動較大，相電壓嚴重不對稱。在極端的情況下，如一相發(fā)生短路，即短路電流僅為正常激磁電流的3倍，使其余兩相電壓提高到原來的倍，這是很危險的。因此三相變壓器組不能接成Y，yn聯(lián)結(jié)組。而心式變壓器，由于零序阻抗很?。ê苄。瑔蜗嘭撦d電流的大小主要由負載阻抗決定，因此它可以帶一定的單相負載。只要適當(dāng)限制中線電流，則相電壓的偏移也不會很大。因此三相心式變壓器組可以接成Y，yn聯(lián)結(jié)組。3-35試將三相不對稱電壓：分解為對稱分量。解： 3.16試將三相不對稱電壓：分解為對稱分量。解： 3-36 一臺容量為100kVA，Y，yn0聯(lián)結(jié)組的三相心式變壓器，6000400 V，=0.02+j0.05，=0.1+j0.6如發(fā)生單相對地短路，試求：1）原繞組的三相電流；2）副方的三相電壓； 3）中點移動的數(shù)值。 解：1）單相對地短路時副方的短路電流 2) 副方的三相電壓,忽略和，則3) 中點移動副邊：3-37變壓器的空載電流很小，為什么空載合閘電流卻可能很大？答：變壓器空載合閘時，鐵心磁通處于瞬變過程中，此時的磁通最大值可達穩(wěn)態(tài)時的2倍，由于鐵心有磁飽和現(xiàn)象，其對應(yīng)的勵磁電流將急劇增大到穩(wěn)態(tài)值的幾十倍，甚至上百倍。3-38變壓器在什么情況下突然短路電流最大？大致是額定電流的多少倍？對變壓器有何危害？答：當(dāng)時發(fā)生突然短路，繞組中暫態(tài)分量短路電流初始值最大，經(jīng)過半個周期（）時出現(xiàn)沖擊電流，其值約為額定電流的20-30倍。這是一個很大的沖擊電流，它會在變壓器繞組上產(chǎn)生很大的電磁力，嚴重時可能使變壓器繞組變形而損壞。3-39變壓器突然短路電流的大小和有什么關(guān)系？為什么大容量變壓器的設(shè)計得大些？答：由=，可知變壓器突然短路電流大小與短路阻抗的標(biāo)幺值大小成反比。因為大容量變壓器短路電流相對較大，繼電保護相對較難，所以為了限制短路電流，應(yīng)將設(shè)計得大些。 3-40有一臺三相變壓器，聯(lián)結(jié)組，試求：1）高壓方的穩(wěn)態(tài)短路電流及其標(biāo)么值；2）在最不利的情況下發(fā)生副方突然短路時短路電流的最大值和標(biāo)么值。 解：1） 2）第四章 交流電動機電樞繞組的電動勢與磁動勢4-.1 時間和空間電角度是怎樣定義的？機械角度與電角度有什么關(guān)系？答 空間電角度是指一對主磁極所占的空間距離，稱為360的空間電角度。時間電角度是指感應(yīng)電動勢交變一次所需要的時間為360的時間電角度。機械角度和電角度之間的關(guān)系為：電角度=極對數(shù)機械角度。4-2 整數(shù)槽雙層繞組和單層繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)與極對數(shù)有何關(guān)？答 采用60相帶法，在單層繞組中，每對極下，必須用兩個相帶下的槽導(dǎo)體組成一個線圈組（如用A相帶和X相帶的槽導(dǎo)體組成A相線圈組），也就是每對極只有一個極相組，所以最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對數(shù)，而在雙層繞組中，每個槽中上下層分開，一個相帶下的線圈可組成一個極相組，每對極有二個極相組，所以最大并聯(lián)支路數(shù)可等于極對數(shù)的二倍，即。4-3為什么單層繞組采用短距線圈不能削弱電動勢和磁動勢中的高次諧波？答 單層繞組采用60相帶，在每對極下，必須用兩個相帶下的槽導(dǎo)體組成一個極相組，所以對于單層繞組來說，一般它只能組成整距繞組，即使采用短距連接，各線圈的電動勢和磁動勢并未改變，所以不能削弱諧波。4-4 何謂相帶？在三相電機中為什么常用60相帶繞組，而不用120相帶繞組？答 相帶通常指一個線圈組在基波磁場中所跨的電角度。常采用60相帶繞組是因為：（1）分布系數(shù)較大；（2）有正負相帶而不含偶數(shù)次諧波磁動勢。4-.5 試說明諧波電動勢產(chǎn)生的原因及其削弱方法。答 一般在同步電機中，磁極磁場不可能為正弦波，由于電機磁極磁場非正弦分布所引起的發(fā)電機定子繞組電動勢就會出現(xiàn)高次諧波。為了盡量減少諧波電動勢的產(chǎn)生，我們常常采取一些方法來盡量削弱電動勢中的高次諧波，使電動勢波形接近于正弦。一般常用的方法有：（1） 使氣隙磁場沿電樞表面的分布盡量接近正弦波形。（1） 用三相對稱繞組的聯(lián)結(jié)來消除線電動勢中的3次及其倍數(shù)次奇次諧波電動勢。（2） 用短距繞組來削弱高次諧波電動勢。（4） 采用分布繞組削弱高次諧波電動勢。（5） 采用斜槽或分數(shù)槽繞組削弱齒諧波電動勢。4-.6 試述分布系數(shù)和短距系數(shù)的意義。若采用長距線圈，其短距系數(shù)是否會大于1。答 短距系數(shù)：它表示線圈短距后感應(yīng)電動勢比整距時應(yīng)打的折扣。由于短距或長距時，線圈電動勢為導(dǎo)體電動勢的相量和，而全距時為代數(shù)和，故除全距時=1 以外，在短距或長距時，都恒小于1。 分布系數(shù)： 由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個分布線圈的合成電動勢小于q個集中線圈的合成電動勢，由此所引起的折扣。不難看出，。4-7 齒諧波電動勢是由于什么原因引起的？在中、小型感應(yīng)電機和小型凸極同步電機中，常用轉(zhuǎn)子斜槽來削弱齒諧波電動勢，斜多少合適？答 在交流電機中，空載電動勢的高次諧波中，次數(shù)為的諧波較強，由于它與一對極下的齒數(shù)有特定關(guān)系，所以我們稱之為齒諧波電動勢。在中、小型感應(yīng)電機和小型凸極同步電機中，常用轉(zhuǎn)子斜槽來削弱齒諧波電動勢，一般斜一個齒距。4-8為什么說交流繞組產(chǎn)生的磁動勢既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)，試以三相合成磁動勢的基波來說明。答 同步電機的定子繞組和異步電機的定、轉(zhuǎn)子繞組均為交流繞組，而它們中的電流則是隨時間變化的交流電，因此，交流繞組的磁動勢及氣隙磁通既是時間函數(shù)，同時空間位置不同，磁動勢和氣隙磁通密度分布不同，所以又是空間的函數(shù)。三相合成磁動勢的基波為：從表達式上可以看出，三相合成磁動勢的基波為在空間按正弦分布，且隨時間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁動勢，因此它既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)。4-9脈振磁動勢和旋轉(zhuǎn)磁動勢各有哪些基本特性？產(chǎn)生脈振磁動勢，圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件有什么不同？答 1） 脈振磁動勢的基本特點為：（1） 空間位置不變，在電機的氣隙空間按階梯形波分布，幅值隨時間以電流的頻率按正弦規(guī)律變化。（2） 單相繞組的脈振磁動勢可分解為基波和一系列奇次諧波。每次波的頻率相同都等于電流的頻率，其中，磁動勢基波的幅值為：次諧幅值為 （3） 基波的極對數(shù)就是電機的極對數(shù)，而次諧波的極對數(shù)。（4） 各次波都有一個波幅在相繞組的軸線上，其正負由繞組系數(shù)決定。2）旋轉(zhuǎn)磁動勢的基本特點為：（1） 對稱的三相繞組內(nèi)通有對稱的三相電流時，三相繞組合成磁動勢的基波是一個在空間按正弦分布、幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，其幅值為每相基波脈振磁動勢最大幅值的3/2倍， 即 （2） 合成磁動勢的轉(zhuǎn)速， 即同步轉(zhuǎn)速 （3） 合成磁動勢的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序及三相繞組在空間的排列。合成磁動勢是從電流超前相的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后相的繞組軸線。改變電流相序即可改變旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)向。（4） 旋轉(zhuǎn)磁動勢的瞬時位置視相繞組電流大小而定，當(dāng)某相電流達到正最大值時，合成磁動勢的正幅值就與該相繞組軸線重合。產(chǎn)生脈振磁動勢，圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件為：當(dāng)和中有一個為零時，合成磁動勢為圓型旋轉(zhuǎn)磁動勢當(dāng)時，合成磁動勢為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢當(dāng)時，合成磁動勢為脈振磁動勢4-10一臺三角形連接的定子繞組，接到對稱的三相電源上，當(dāng)繞組內(nèi)有一相斷線時，將產(chǎn)生什么性質(zhì)的磁動勢？答 設(shè)C相繞組斷線，則，A,B兩相電流為。將坐標(biāo)原點取在A相繞組軸線上，則有因此，合成磁動勢為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，其轉(zhuǎn)向為ABCA。時的向量圖如圖所示。 4-11把一臺三相交流電機定子繞組的三個首端和末端分別連在一起，通以交流電流，合成磁動勢基波是多少？如將三相繞組依次串聯(lián)起來后通以交流電流，合成磁動勢基波又是多少？為什么？答 把一臺三相交流電機定子繞組的三個首端和末端分別連在一起，通以交流電流，相當(dāng)于并聯(lián)，則三個繞組內(nèi)流過相位相同的交流電流，空間相差，矢量合成為零，所以合成磁動勢基波為零；如將三相繞組依次串聯(lián)起來后通以交流電流，相當(dāng)于串接，繞組內(nèi)流過的電流仍然是空間相差，但是同相位，所以矢量合成后得到的磁動勢基波為零。4-12把三相感應(yīng)電動機接到電源的三個接線頭對調(diào)兩根后，電動機的轉(zhuǎn)向是否會改變？為什么？答 電動機的轉(zhuǎn)向會發(fā)生改變。因為磁場的轉(zhuǎn)向?qū)驗殡娫唇泳€頭的對調(diào)而發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向?qū)c原先的相反。4-13試述三相繞組產(chǎn)生的高次諧波磁動勢的極對數(shù)、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和幅值。多少？答 三相繞組產(chǎn)生的高次諧波磁動勢的（1）極對數(shù)（2）轉(zhuǎn)速 （3）轉(zhuǎn)向，當(dāng)，則為反向（即和基波磁動勢反向相反），則為正向（即和基波磁動勢反向相同）(4) 幅值它們所建立的磁場在定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢的頻率為 即繞組諧波磁場在繞組自身的感應(yīng)電動勢的頻率與產(chǎn)生繞組諧波磁動勢的基波電流頻率相同，因此它可與基波電動勢相量相加。4-14短距系數(shù)和分布系數(shù)的物理意義是什么？為什么現(xiàn)代交流電機一般采用短距、分布繞組？答 短距系數(shù)物理意義是：短距線匝電動勢（為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動勢相量和）與整距線匝電動勢(為構(gòu)成線匝的兩導(dǎo)體有效邊電動勢代數(shù)和)的比值，即： 分布系數(shù)物理意義是：線圈組各線圈分布在若干個槽時電動勢相量和和對各線圈都集中在同一槽時電動勢代數(shù)和的比值，即：因為短距和分布繞組能削弱或消除高次諧波電動勢。4-15 已知Z=24，2p=4，a=1，試繪制三相單層繞組展開圖。解：，取單層鏈示，繞組展開圖如下：4-16 有一雙層繞組，Z=24，2p=4，a=2，。試繪出：（1）繞組的槽電動勢星形圖并分相；（2）畫出其疊繞組A相展開圖。解：（1）槽電動勢星形圖如右：（2）畫出其疊繞組A相展開圖如下 ：4-17一臺兩極汽輪發(fā)電機，頻率為，定子槽數(shù)為槽，每槽內(nèi)有兩根有效導(dǎo)體，接法，空載線電壓為。試求基波磁通量。解 4-18 一臺三相同步發(fā)電機，f=50HZ ，nN =1500r/min，定子采用雙層短距分布繞組：q=3，每相串聯(lián)匝數(shù)N=108，Y接法，每極磁通量1=1.01510-2Wb，3=0.6610-3Wb，5=0.2410-3Wb， 7=1.01510-4Wb，試求：（1）電機的極對數(shù)；（2）定子槽數(shù)；（3）繞組系數(shù)kN1、kN3、k