電機與拖動技術(基礎篇)習題解答

1、.第1章思考題與習題1-1直流電機由哪些主要部件構成?各部分的主要作用是什么?答：（一）定子1主磁極：建立主磁通，包括： 鐵心：由低碳鋼片疊成 繞組：由銅線繞成2換向磁極：改善換向，包括： 鐵心： 中大型由低碳鋼片疊成。 小型由整塊鍛鋼制成。 繞組：由銅線繞成。3機座和端蓋：固定、支撐、保護，同時構成主磁路的一部分，用鑄鐵、鑄鋼或鋼板卷成。4電刷裝置：與換向器配合，引出（或引入）電流，電刷由石墨等材料制成。（二）轉子1 電樞鐵心：構成主磁路，嵌放電樞繞組。由硅鋼片疊成。2 電樞繞組：產生感應電動勢和電磁轉矩，實現(xiàn)機電能量轉換。由銅線繞成。3 換向器：與電刷配合，引入、引出電流，由換向片圍疊而成

2、。.NSa+_AB4 轉軸和軸承：使電樞和換向器靈活轉動。1-2簡述直流發(fā)電機的工作原理答：直流發(fā)電機主磁極通電產生主磁場，電樞繞組被原動機拖動旋轉切割主磁場感應電動勢實為交變電動勢(如圖示瞬間以導體a為例), 電樞繞組的a導體處于N極底下, 由“右手發(fā)電機”定則判得電動勢方向為，轉半圈后，a處于S極下，電動勢方向變?yōu)椋俎D半圈，又回到原來位置，電動勢又為,它通過電刷和換向器，把電樞繞組的交流變?yōu)橥怆娐返闹绷?。這就是直流發(fā)電機的工作原理。.NSa-+AB1-3簡述直流電動機的工作原理答：直流電動機主磁極通電產生主磁場，電樞繞組通過電刷引入直流電，（如圖示瞬間以導體a為例），電樞繞組的a導體處于

3、N極底下，電流方向為，由“電磁生力”定則判得產生電磁轉矩勢方向為逆時針，轉半圈后，a處于S極下，電流方向變?yōu)?，產生電磁轉矩勢方向仍為逆時針，再轉半圈，又回到原來位置,它通過電刷和換向器，把外電路的直流電變?yōu)殡姌欣@組內部的交流電，從而產生恒定方向的電磁轉矩，使直流電動機沿著一個方向旋轉。這就是直流電動機的工作原理。1-4在直流電機中，為什么要用電刷和換向器，它們各自起什么作用？答：在直流電機中，用電刷和換向器配合，把發(fā)電機電樞繞組內部的交流電流引出到外電路變?yōu)橹绷麟?。同時把電動機外部的直流電引入到電樞繞組內部變?yōu)榻涣麟姟ｋ娝⒐潭ú粍?，換向器旋轉，因而配合默契，缺一不可。1-5單疊繞組的特點有哪些

4、？答: 單疊繞組有以下特點：；2a=2p；電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應使支路感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢；電樞電流等于各并聯(lián)支路電流之和。1-6單波繞組的特點有哪些？答:單波繞組具有以下特點：；并聯(lián)支路對數(shù)a=1；電樞電動勢等于支路感應電動勢；正負電刷間電動勢最大。電樞電流等于并聯(lián)支路電流之和。1-7畫圖表示單疊繞組的各種節(jié)距。y1y2y132yk答: 第一節(jié)距 第二節(jié)距 換向節(jié)距 合成節(jié)距1-8畫圖表示單波繞組的各種節(jié)距。132y1y2yyk7答: 第一節(jié)距 第二節(jié)距 換向節(jié)距 合成節(jié)距1-9直流電機繞組元件的電動勢和電刷兩端的電動勢有什么區(qū)別？答：直流電機繞組元件的電動

5、勢是一個繞組元件產生的感應電動勢，而電刷兩端的電動勢可以是多個繞組元件感應的電動勢相串聯(lián)之和。1-10一臺直流發(fā)電機，PN=145 kW，額定電壓UN=230V，nN=1450r/min，求該電機的額定電流？解： 1-11一臺直流電動機，PN=10 kW，UN=230V，nN=1550 r/min，N=90%，其額定電流是多少？解： 1-12一臺直流發(fā)電機，PN=100kW，UN=230V，nN=2850r/min，N=85%，求該電機的額定電流及額定負載時的輸入功率。解： 解:圖略。=a=p=2解: 圖略。= = a=1答案:定子 轉子答案:機械 電 ;電 機械答案:疊 相反 相同答案:p

6、1答案:B答案:D答案:錯答案:對答案:對答案:錯答案同思考題與習題1-2答案同思考題與習題1-3解： 解：=a=p=1解：= = a=1第2章答：答：電樞反應結果：一可能使氣隙磁場畸變，一極尖磁場增強另一極尖磁場削弱。 二是去磁作用。答：在直流發(fā)電機中也有電磁轉矩，電磁轉矩的方向與電樞旋轉方向相反。如何？答：直流電動機工作時，電樞回路有感應電動勢產生，電動勢方向與電樞電流方向相反。答：換向磁極裝于幾何中性線位置，是因為換向元件處于幾何中性線。答：換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。答：改善換向的方法：答：答:坐標不同 形狀相同。直流發(fā)電機: >U直流電動機 <U 直流發(fā)電機電樞電流方向為輸

7、出,電動勢為電源電動勢（同向），直流電動機電樞電流方向為輸入,電動勢為反電動勢（反方向）。直流發(fā)電機電磁轉矩為制動轉矩（反向），直流電動機為驅動轉矩（同向）。功率: 轉矩: 電壓: 內在聯(lián)系: 答：有剩磁。要求電樞轉向及勵磁繞組接線正確。主磁場具有飽和特性勵磁回路電阻小于其臨界值。答:一是由于負載電流的增加引起電阻壓降的增加；二是由于負載電流的增加引起電樞反應的去磁作用加劇，使產生的感應電動勢減小。對于并勵直流發(fā)電機還有另外一個原因，就是由于端電壓的下降引起勵磁電流減小，導致每極磁通減小，使端電壓進一步減小。n=1500r/minn=500r/min單疊單波解: 解： 額定輸出轉矩 解： 額定

8、輸出轉矩 額定負載時電磁轉矩：勵磁電流 電樞電流 額定負載時效率 答:(1) 發(fā)電機磁路中必須有剩磁。 (2) 勵磁繞組與電樞繞組的連接要正確。 (3) 勵磁回路的總電阻應小于發(fā)電機運行轉速對應的臨界電阻。(1)主 (2)電樞 (3)電樞磁場 (4)主磁場 (1)電樞電流 (氣隙磁場)(1)使氣隙磁場畸變 (2)去磁作用AC錯錯錯答：(1)安裝換向極(2)正確選用電刷直流發(fā)電機: >U直流電動機 <U V第3章以電動機帶動生產機械運轉的拖動方式稱為電力拖動，凡是由電動機作原動機，拖動生產機械運轉，能完成生產任務的系統(tǒng)，都稱為電力拖動系統(tǒng)。（1） （2）確定轉矩正、負號的規(guī)則如下：1

9、）電磁轉矩Tem與轉速n的正方向相同時為正，相反時為負；2）負載轉矩TL與轉速n的正方向相反時為正，相同時為負；3）慣性轉矩的大小及正、負號由Tem和TL的代數(shù)和決定。（3）當=時，轉速變化率dn/dt=0，則電力拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，電動機靜止或作勻轉速運動。 當時，則轉速變化率dn/dt0，電力拖動系統(tǒng)加速運行。 當時，則轉速變化率dn/d0，電力拖動系統(tǒng)減速運行。nOTL 位能性恒轉矩負載特性nOTL 反抗性恒轉矩負載特性 通風機類負載特性nOTL12TL0O 恒功率負載特性nTL當他勵直流電動機的電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻時的機械特性稱為固有機械特性。其固有機械特

10、性的方程式為： 如果人為地改變電動機機械特性中磁通、電源電壓和電樞回路串聯(lián)電阻任意一個或兩個、甚至三個參數(shù)，這樣的機械特性稱為人為機械特性。設有一電力拖動系統(tǒng)，原來處于某一轉速下運行，由于受到外界某種擾動，如負載的突然變化或電網電壓的波動等，導致系統(tǒng)的轉速發(fā)生變化而離開了原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)，或者當外界擾動消失后能自動恢復到原來的轉速下繼續(xù)運行，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。（1）必要條件：電動機的機械特性與負載的轉矩特性必須有交點，即存在Tem=TL；（2）充分條件：在交點Tem=TL處，滿足<。或者說，在交點的轉速以上存在Tem<TL，而在交點的轉速以下

11、存在Tem>TL。Tem=TL （1）這樣，僅用一個運動方程式就可以研究實際多軸系統(tǒng)的問題（2）負載轉矩、負載力、飛輪矩、運動質量的折算（3）負載轉矩、負載力折算：功率不變飛輪矩、動力質量的折算：保持系統(tǒng)儲存的動能不變nn0nNTemTLRa UN0Ra+RadU（a）穩(wěn)定；（b）穩(wěn)定；（c）穩(wěn)定；（d）不穩(wěn)定；（e）不穩(wěn)定；（f）穩(wěn)定解：（1）過（0，n0）和（TN，nN）兩點作直線即為固有機械特性（2）=（3）=（4）=n16621500Tem63.6710234831解：（1）0.2根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得： 解得: (1) 電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻(2) 轉速n(3)

12、電磁轉矩Tem(1)電力拖動 (2)電動機 (3)生產機械(1)硬(2)軟BC錯錯錯A點穩(wěn)定，B點不穩(wěn)定（1）必要條件：電動機的機械特性與負載的轉矩特性必須有交點，即存在Tem=TL；（2）充分條件：在交點Tem=TL處，滿足<?；蛘哒f，在交點的轉速以上存在Tem<TL，而在交點的轉速以下存在Tem>TL。nOTL 位能性恒轉矩負載特性nOTL 反抗性恒轉矩負載特性 通風機類負載特性nOTL12TL0O 恒功率負載特性nTL解：（1） （r/min） 計算額定電磁轉矩過（0，n0）和（TN，nN）兩點作直線即為固有機械特性（2）1054.88（r/min）（3）=1100（r

13、/min）=0A第4章（1）直接啟動啟動電流很大，通常為額定電流的1020倍（2）過大的啟動電流使電網電壓迅速下降，引起電網電壓的波動，影響其他設備的正常工作。會使電刷與換向器間產生強烈的火花，使電動機在正常運行時的轉速降落增大，換向惡化，甚至會燒毀電動機。（1）這樣才能啟動，否則啟動不了（轉速達不到要求）（2）損耗大，轉速達不到要求。1直接啟動不采取任何限制啟動電流措施，方法簡單，只限于功率很小的家用電器中的直流電動機。2.降壓啟動降壓啟動需要可調的直流電源，自動控制程度較高。設備投資較大，但它啟動電流小，升速平穩(wěn)，且啟動過程中能量損耗小，在對啟動性能要求較高的場合得到廣泛應用。3.電樞回路

14、串電阻啟動電樞回路串電阻啟動，能量損耗較大，經濟性較差，常用于容量不大，對啟動性能要求不高的場合。電動狀態(tài)的電磁轉矩與轉速同向，制動狀態(tài)的電磁轉矩與轉速反向。1能耗制動常用于反抗性負載電器制動停車。2回饋制動回饋制動在時出現(xiàn)。3反接制動電源反接制動適用于要求強烈而迅速反轉的場合；倒拉反接制動適用于位能性負載低速下放重物的場合。（1）當轉速下降到零時，電磁轉矩仍小于負載轉矩，（2）1能耗制動能耗制動的特點是：控制線路比較簡單，制動過程中不需要從電網吸收電功率，比較經濟安全，但在轉速降到較低時，制動轉矩變得很小，制動作用大為減弱。 2回饋制動回饋制動在時出現(xiàn)，在調速過程中不需改變接線，電動機從電動

15、狀態(tài)自然轉入回饋制動狀態(tài)運行，線路簡單，實現(xiàn)容易。另外，回饋制動將系統(tǒng)存儲的機械能轉變成電能回饋給電網，節(jié)省能源，經濟性好。3反接制動反接制動的特點是：制動過程中，制動轉矩隨轉速降低的變化較小，制動較強烈。在電動機靜止不動時，也存在制動轉矩；制動過程中，要從電網吸收大量電能，電樞反接制動到轉速為零時，不及時切斷電源，電動機就會反向啟動。答：靜差率是指電動機由理想空載到額定負載時的轉速降落nN=n0-nN與理想空載轉速n0之比，即：它反映了負載變化時轉速的變化程度，即轉速的穩(wěn)定性。靜差率的大小與機械特性的斜率（或硬度）及理想空載轉速n0的大小有關。特性斜率小（硬度大）、理想空載轉速高，則靜差率就

16、小，反之就大。電樞串電阻調速時， n0不變，轉速越低，需要串聯(lián)的電阻越大，機械特性的斜率越大，轉速降落n也越大，所以靜差率越大；降壓調速時，雖然機械特性的斜率（或硬度）不變，但n0減小了，所以低速時的靜差率大。 1調速范圍調速范圍是生產機械所能達到的最高轉速與最低轉速之比。用D表示，即 2靜差率（相對穩(wěn)定性）調速的相對穩(wěn)定性是指負載轉矩變化時，轉速隨之變化的程度，常用靜差率來衡量。 3調速的平滑性調速的平滑性可用平滑系數(shù)表示，其定義是相鄰兩級轉速之比，即： K值越接近1，調速平滑性越好。當K=1時，稱為無級調速，即在調速范圍內，轉速可以達到任意值。4調速的經濟性調速的經濟性是指對調速設備的投資

17、和電能損耗、調速效率等經濟效果的綜合比較。無論采用哪一種調速方法，都希望初始投資越小越好，運行費用越低越好。5調速時的容許輸出容許輸出是指保持額定電流條件下調速時，電動機容許輸出的最大功率或最大轉矩與轉速的關系。容許輸出的最大轉矩與轉速無關的調速方法稱為恒轉矩調速方法；容許輸出的最大功率與轉速無關的調速方法稱為恒功率調速方法。答：電動機的理想空載轉速是指電樞電流Ia=0時的轉速，即 。實際上若Ia=0，電動機的電磁轉矩Tem=0，這 時電動機根本轉不起來，因為即使電動機軸上不帶任何負載,電機本身也存在一定的機械摩擦等阻力轉矩（空載轉矩）。要使電動機本身轉動起來，必須提供一定的電樞電流Ia0（稱

18、為空載電流），以產生一定的電磁轉矩來克服這些機械摩擦等阻力轉矩。由于電動機本身的空載摩擦阻力轉矩很小，克服它所需要的電樞電流Ia0及電磁轉矩T0很小，此所對應的轉速略低于理想空載轉速，這就是實際空載轉速。實際空載轉速為簡單地說，Ia=0是理想空載，對應的轉速n0稱為理想空載轉速；是Ia= Ia0實際空載，對應的轉速n0的稱為實際空載轉速，實際空載轉速略低于理想空載轉速。 (1)靜差率與調速范圍是互相聯(lián)系的兩個指標，由于最低轉速決定于低速時的靜差率，因此，調速范圍必然受到低速特性靜差率的制約。以降壓調速為例，推導出調速范圍D與低速靜差率的關系。 (2)機械特性越硬，靜差率越小，轉速的穩(wěn)定度就越高

19、1電樞串電阻調速的特點有：串入電阻后轉速只能降低，由于機械特性變軟，靜差率變大，特別是低速運行時，負載稍有變動，電動機轉速波動就很大。調速的平滑性不高。由于電樞電流大，調速電阻消耗的能量較多，不經濟。調速方法簡單，設備投資少。這種調速方法適用于小容量電動機的調速。2降壓調速的特點有：機械特性硬度不變，靜差率小，但有所增大，調速性能穩(wěn)定，故調速范圍廣。電源電壓能平滑調節(jié)，故調速平滑性好，可實現(xiàn)無級調速。降壓調速是通過減小輸入功率來降低轉速的，低速時，損耗減小，調速經濟性好。調壓電源設備復雜，造價高，初始投資大。降壓調速的性能好，主要被廣泛用于自動控制系統(tǒng)中。3弱磁調速的特點有：弱磁調速機械特性較

20、軟，受電動機換向條件和機械強度的限制，轉速調高的幅度不大。調速平滑，可以實現(xiàn)無級調速。在功率較小的勵磁回路中調節(jié)，能量損耗小?？刂品奖?，控制設備投資少。因為只有弱磁調速才可以調高轉速 對于串勵直流電動機,由于理想空載轉速為無窮大,所以它不可能有回饋制動運轉狀態(tài)串勵直流電動機的能耗制動分為他勵式和自勵式能耗制動兩種. (1)他勵能耗制動他勵能耗制動是把勵磁繞組由串勵形式改接成他勵形式,即把勵磁繞組單獨接到電源上,電樞繞組外接制動電阻RB后形成回路,由于串勵直流電動機的勵磁繞組電阻很小,如果采用原來的電源,因電壓較高,則必須在勵磁回路中串入一個較大的限流電阻，此外還必須保持勵磁電流的方向與電動狀態(tài)

21、時相同,否則不能產生制動轉矩 (2)自勵能耗制動自勵式能耗制動時,電樞回路脫離電源后,通過制動電阻形成回路,但為了實現(xiàn)制動,必須同時改接串勵繞組,以保證勵磁電流的方向不變。2.反接制動串勵直流電動機的反接制動也有電樞電壓反接和倒拉反接制動兩種,制動的原理,物理過程和他勵直流電動機相同,反接制動時,電樞中也必須串入足夠大的電阻以限制電流.應該說明的是在進行反接制動時,電流 與磁通 只能有一個改變方向,通常是改變電樞電流的方向,即改變電樞電壓的極性,而勵磁電流的方向維持不變. （1）只改變勵磁繞組極性（2）只改變電樞繞組極性串勵電動機理想空載轉速為無窮大,實際上由于有剩磁磁通存在,n0一般可達(5

22、6)nN,空載運行會出現(xiàn)"飛車"現(xiàn)象.因此, 串勵電動機是不允許空載或輕載運行或用皮帶傳動的。復勵電動機: 他勵電動機: 串勵電動機: 反抗性恒轉矩負載:反向電動狀態(tài)位能性恒轉矩負載:反向回饋狀態(tài)（1）204.1（V）（A）能耗制動時的總電阻應串聯(lián)的制動電阻（2）（V）（A）能耗制動時的總電阻應串聯(lián)的制動電阻（2）=568.3（1）欠載 （2）過載（1）恒轉矩 （2）恒功率（3）通風機類(1) 電源電壓、磁通為額定值，電樞回路未接附加電阻(2) 轉速n(3)電磁轉矩Tem（1）直接啟動（2）降壓啟動（3）電樞回路串電阻啟動理想空載轉速n0BBBCCCC正確錯正確（1）只改變

23、勵磁繞組極性（2）只改變電樞繞組極性（1）電磁轉矩方向與旋轉方向相反（2）使電動機很快地減速或停車 （1）調速范圍 （2）靜差率（相對穩(wěn)定性）（3）調速的平滑性（4）調速的經濟性（5）調速時的容許輸出（1）（r/min） 計算額定電磁轉矩（r/min）（2）=（r/min）（3）=（r/min）（4）=1281（r/min）（1）=3283.6A（2）第5章（1） （2）變壓器原副繞組套在同一個鐵芯上, 原邊接上電源后，流過激磁電流im， 產生勵磁磁動勢fm，在鐵芯中產生交變主磁通m, 其頻率與電源電壓的頻率相同，根據(jù)電磁感應定律，原副邊因交鏈該磁通而分別產生同頻率的感應電動勢e1和e2，且有

24、、顯然，由于原副邊匝數(shù)不等，即N1N2，原副邊的感應電動勢也就不等，即e1e2，而繞組的電壓近似等于繞組電動勢,即U1E1、U2E2，故原副邊電壓不等，即U1U2。（3）變壓器是通過電流的交變產生磁通的變化，次級線圈又通過磁通的變化產生次級電流，他們的交變頻率是一致的，所以不能改變頻率。額定容量是指變壓器的視在功率，單位是,千瓦是有功功率的單位。銘牌上標出效率，沒有功率因素。 當變壓器空載運行時，唯有一次繞組中有電流流過，此電流稱為空載電流，用表示?？蛰d電流 產生交變磁通，交變磁通的絕大部分沿鐵芯閉合，同時交鏈一、二次繞組，稱為主磁通。有很少一部分磁通沿變壓器油和空氣路徑閉合，只交鏈一次繞組，

25、稱為一次繞組的漏磁通。 變壓器負載運行時，主磁通分別在一、二次繞組中產生感應電動勢和。同時，和還產生漏磁通和，它們在各自繞組中產生漏電勢和。 jjjjjj因為有磁的聯(lián)系，變壓器負載運行時，一次電流有兩個分量，一個是勵磁分量，用以產生主磁通；另一個是負載分量（），用以抵消二次繞組磁動勢對主磁通的影響。 由于遠遠小于，故可忽略，此時，一、二次繞組電流關系為 說明變壓器負載運行時，一、二次電流與其匝數(shù)成反比，具有變換電流的作用。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，磁導率下降。因為磁阻，所以磁阻增大。根據(jù)磁路歐姆定律，當線圈匝數(shù)減少時，勵

26、磁電流增大。 又由于鐵心損耗，所以鐵心損耗增加。由， 當U1 不變時，若N1減少, 則每匝電壓增大，所以將增大，E2也將增大。按照常規(guī)勵磁電抗對應于主磁通，漏電抗對應于漏磁通，對于制成的變壓器，勵磁電抗不是常數(shù)，它隨磁路的飽和程度而變化，漏電抗在頻率一定時是常數(shù)。 電源電壓降至額定值一半時，根據(jù)可知，于是主磁通減小，磁路飽和程度降低，磁導率增大，磁阻減小, 導致電感增大，勵磁電抗也增大。但是漏磁通路徑是線性磁路， 磁導率是常數(shù)，因此漏電抗不變。勵磁電抗越大越好，從而可降低空載電流。漏電抗則要根據(jù)變壓器不同的使用場合來考慮。對于送電變壓器，為了限制短路電流和短路時的電磁力,保證設備安全，希望漏電

27、抗較大；對于配電變壓器，為了降低電壓變化率減小電壓波動，保證供電質量，希望漏電抗較小。 勵磁電抗對應鐵心磁路，其磁導率遠遠大于漏磁路的磁導率，因此，勵磁電抗遠大于漏電抗。略（應該是某個參數(shù)的物理意義）答：“T”形等效電路 r1 x1r2 x2 rmxm r1 ，x1一次側繞組電阻，漏抗r2, x2 二次側繞組電阻，漏抗折算到一次側的值rm , x m勵磁電阻，勵磁電抗r1 x1r2 x2 rmxm近似等效電路： rk = r1 +r2 -短路電阻 xk= x1 +x2 -短路電抗 rm , x m-勵磁電阻，勵磁電抗rK xK簡化等效電路 rk, xk-短路電阻，短路電抗得的各參數(shù)有什么不同？

28、又有什么聯(lián)系？需要進行折算： 因為空載時電流很小，在空載損耗中鐵耗占絕大多數(shù)，所以空載損耗近似看成鐵耗。 而短路時，短路電壓很低，因而磁通很小，鐵耗也很小，短路損耗中銅耗占絕大多數(shù)，所以近似把短路損耗看成銅耗。因為空載時電流很小，在空載損耗中鐵耗占絕大多數(shù)，所以空載損耗近似看成鐵耗。 而短路時，短路電壓很低，因而磁通很小，鐵耗也很小，短路損耗中銅耗占絕大多數(shù)，所以近似把短路損耗看成銅耗。自耦變壓器一、二次繞組之間不僅有磁的耦合，而且還有直接電的聯(lián)系。自耦變壓器的鐵芯上只繞著一個繞組，這個繞組中的一部分即是一次繞組又是二次繞組，磁的耦合在自身進行，故稱為自耦變壓器。優(yōu)點：可以省去二次側繞組，且繞

29、組容量小于額定容量，節(jié)省大量材料，降低成本，減少變壓器的體積和重量，有利于大型變壓器的運輸和安裝，并且內部銅損耗和鐵損耗小，提高了效率。缺點：由于一、二次繞組之間有電的聯(lián)系，當高壓側發(fā)生電氣故障將直接涉及低壓側，不能作為安全照明變壓器使用。特點：（1）一、二次側繞組的視在功率不相等，而且二次視在功率大于一次視在功率。（2）由于阻抗大，其外形較短胖，并且繞組和鐵心的機械強度也大。（3）有特殊的繞組連接組及補償裝置。（4）效率較低。應用范圍：廣泛。除了用于電力拖動中的供電，交流發(fā)電機的勵磁供電以及串勵調速的供電外，還大量用于電解、電鍍、電氣傳動、礦山機械、電力機車和城市電車待直流供電方面，實驗室也

30、用它做直流電源。解：一次繞組的額定電流 二次繞組的額定電流 =11.55A=288.68A j j=2.24（A）（1）越大（2）越小（1）不變（2）增加（1）越大（2）越?。?）勵磁 （2）勵磁（1）繞向（2）首末端標志（3）連接方式DBC錯誤正確正確變壓器的鐵芯構成變壓器的磁路，同時又具有器身的骨架作用。為了避免鐵芯損耗，所以采用0.35毫米厚硅鋼片制成。將一種電壓等級的交流電能轉換成另一種電壓等級的電能。在轉換前后，電壓、電流會發(fā)生變化，但頻率保持不變。鐵芯：是變壓器的磁路部分，又是機械骨架。繞組：繞組是變壓器的電路部分。油箱：它起著機械支撐和冷卻散熱的作用。儲油柜：它通過連通管與油箱相

31、連，從而保證變壓器油箱中始終浸滿變壓器油。氣體繼電器：當變壓器內部發(fā)生故障時，變壓器油被氣化而產生氣體，使氣體繼電器動作并發(fā)出信號，以便值班人員及時處理或使保護開關自動跳閘。安全氣道：當變壓器內部發(fā)生嚴重故障而氣體繼電器失靈時，油箱內的氣體和變壓器油便沖破防爆膜從安全氣道中噴出，保護變壓器油箱。絕緣套管：其作用是把繞組的引出線端頭從油箱中引出并確保與之絕緣。吸濕器：保證變壓器油不受潮。散熱器：散熱變壓器的是利用電磁感應的原理工作的。 當一次繞組接入交流電源時，在外加電壓的作用下，一次繞組中便有交流電流流過，并在鐵芯中產生交變磁通，同時，交變磁通還與一、二次繞組相交鏈，并在其中產生感應電動勢。二

32、次繞組兩端便有了電壓，當接上用電負載后，負載中便有了交流電流流過。從而實現(xiàn)了交流電能的傳遞，這就是變壓器的原理。匝匝第6章異步電動機的工作原理是通過氣隙旋轉磁場與轉子繞組中感應電流相互作用產生電磁轉矩,從而實現(xiàn)能量轉換，故異步電動機又稱為感應電動機。答： 異步電動機定，轉子間的電磁關系尤如變壓器，定子電流也由空載電流和負載分量電流兩部分組成：1） 維持氣隙主磁通和漏磁通，需從電網吸取一定的滯后無功電流（即為I0）；2） 負載分量電流取決于轉子電路；由等效電路可知，電動機軸上輸出的機械功率（還包括機械損耗等）只能用轉子電流流過虛擬的附加電阻所消耗的功率來等效代替（因輸出的機械功率是有功的，故只能

33、用有功元件電阻來等效代替）。再加上轉子繞組的漏阻抗，故轉子電流只可能是滯后無功電流，則與轉子平衡的定子負載分量也只能是滯后的無功電流，因此異步電動機的功率因數(shù)總是滯后的。主磁通就是同時與定子、轉子交鏈，在氣隙中以同步轉速旋轉的基波磁通。定、轉子電流還產生僅與定子或轉子繞組交鏈的磁通，統(tǒng)稱為漏磁通。僅與定子繞組交鏈的磁通，稱為定子漏磁通。僅與轉子繞組交鏈的磁通，稱為轉子漏磁通。異步電動機的轉子要依靠切割定子磁場的磁力線來產生轉子的勵磁電流，如果轉子以同步轉速旋轉，轉子與定子磁場就沒有了相對運動，也切割不到磁力線，轉子無法勵磁，將失去轉動力矩。所以，異步電機的轉子與定子旋轉磁場的轉速必須保持一個轉

34、差率，一般為5%左右。氣隙過大勵磁電流也大，無功功率較多，電機功率因數(shù)就低。氣隙過小會引起電動機的附加損耗增加，甚至發(fā)生定、轉子相擦。所以中小型異步電動機的氣隙通常為0.22.0mm。當三相定子繞組通入三相對稱電流后，便在氣隙中產生旋轉磁場；旋轉磁場切割靜止的轉子繞組導體，在其中產生感應電動勢和感應電流，轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用而產生電磁轉矩，在電磁轉矩的作用下，轉子沿著旋轉磁場的方向旋轉起來。這就是三相異步電動機的工作原理。鼠籠式轉子繞組可分為銅條繞組和鑄鋁繞組兩種。銅條繞組是在轉子鐵芯槽內插入銅條，并將每根銅條的兩端分別用端環(huán)焊接起來。鑄鋁繞組是將轉子鐵芯槽內的導條、端環(huán)和風扇

35、葉片用鋁水一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子。繞線式轉子繞組和定子繞組一樣，也是由嵌放在轉子鐵芯槽內的線圈按一定規(guī)律連接而成的三相對稱繞組。轉子三相繞組一般接成星形，三個末端連在一起，三個首端分別與安裝在轉軸上且與轉軸絕緣的三個滑環(huán)相連接，再經電刷裝置引出。當異步電動機進行啟動和調速時，便可在轉子回路中串接附加電阻（1）定子 三相異步電動機的定子由定子鐵芯、定子繞組、機座和端蓋組成，其主要作用是產生旋轉磁場。 定子鐵芯是三相異步電動機磁路的一部分，用以嵌放定子繞組。定子繞組是三相異步電動機的電路部分，其作用是通入三相對稱交流電產生旋轉磁場。機座和端蓋是電動機的支撐部分。機座用于支撐定子鐵芯和固定端蓋，

36、端蓋用于支撐電動機的轉子。（2）轉子 三相異步電動機的轉子由轉子鐵芯、轉子繞組、轉軸等組成，是電動機的轉動部分。其主要作用是產生電磁轉矩。 轉子鐵芯也是三相異步電動機磁路的一部分，用以澆鑄導條或嵌放轉子繞組。轉子繞組也是三相異步電動機的電路部分，轉子繞組的作用是產生電磁轉矩。轉軸對轉子的旋轉起支撐作用。（1）電動狀態(tài)：0<S<1（2）發(fā)電狀態(tài)：S<0（3）電磁制動狀態(tài)：S>1略Y接時每相負載承受220V電壓，誤接成接時每相負載承受380V電壓，工作電壓高于額定電壓會使得電機燒毀。接時每相負載承受380V電壓，誤接成Y接時每相負載承受220V電壓，工作電壓遠低于額定電壓，

37、電機不能正常工作。三相異步電動機在正常運行時，如果轉子被突然卡住而不能轉動，則電機線圈馬上會被燒毀。其原因是轉子不轉，線圈內不能產生與電源電動勢相平衡的反電動勢，線圈內的電流會變的很大（稱為堵轉電流），導致線圈燒毀。（1）不合適（2）D接時每相負載承受380V電壓，改接成Y接時每相負載承受220V電壓，工作電壓遠低于額定電壓，電機不能正常工作。 三相異步電動機在運行中斷了一根電源線則在慣性作用下可以在其余兩相電源的磁場作用下繼續(xù)運轉。不過轉矩變小，電機很快就會因過載而燒毀。但停機后，斷了一根電源線不能產生方向正確的旋轉磁場，所以電機不能啟動。此時通入電動機定子繞組中的電流是增大了，因為電動機在

38、額定負載下運行時電動機的功率不變，電壓降低了只有電流增大才能達到額定功率，對電動機會產生過熱，嚴重時會燒壞。三相異步電動機中不論是籠型轉子還是繞線轉子異步電動機,轉子開路時它們都是不能工作的。然而在實踐中,發(fā)現(xiàn)繞線轉子電動機的轉子開路時,其轉子也能轉動,這是一種不正常的現(xiàn)象,說明該電動機的轉子部分有問題。經過分析研究,總結出繞線轉子異步電動機轉子開路轉的故障原因主要有以下三個方面: 1.集電環(huán)短路 由于集電環(huán)制造質量低劣,而使集電環(huán)上2個或3個銅環(huán)在內部短路,這相當于轉子單相開路或沒有開路,所以通電時電動機仍然會轉動。 2.轉子繞組接線錯誤 在進行轉子繞組內部接線時,如果發(fā)生接線錯誤,使轉子線

39、圈在內部接成短路,那么當電動機通電時,雖然轉子開路,但轉子繞組中還會產生感應電流,所以電動機仍然會轉動。 3.轉子鐵心有問題 如果轉子鐵心在壓裝過程中壓得過緊,即迭壓系數(shù)過大,導致片間絕緣降低,甚至損壞片間絕緣,使片與片之間導通,這樣就在轉子鐵心內部形成一個較大的渦流,·從而會導致電動機轉子開路轉。如果轉子沖片質量較差,毛刺過大,或者轉子外圓車削時吃刀量過大,都可能會使沖片間相通,導致轉子鐵心的渦流增大,從而造成轉子開路轉。改變定子旋轉磁場的方向，即改變三相電源電流的相序。Zm是勵磁阻抗。異步電動機轉子旋轉時除了繞組折算外還需對轉子繞組進行頻率折算。在異步電動機中，由于氣隙的存在，其

40、勵磁阻抗比變壓器的小得多，勵磁電流相對較大，因此，不能象變壓器那樣，把勵磁支路去掉而變成簡化等效電路。表示實際轉子等效為不動的轉子后，軸上沒有機械功率輸出，但轉子電路上卻多了該電阻消耗的電功率。不能用電感或電容替代，因為電感和電容不耗能。（1）空載實驗和短路實驗。根據(jù)空載實驗測得的數(shù)據(jù)I0和P0，可求出勵磁參數(shù)。 根據(jù)短路試驗數(shù)據(jù)可求出短路阻抗Zk、短路電阻Rk和短距電抗Xk =118.85（A）=10.68（A）（1）籠型 （2） 繞線式1%6%（1）電動（2）發(fā)電（3）電磁制動（1）3.3%（2）4BCCCBC錯正確錯正確錯錯（1）電動狀態(tài)：0<n<n1 0<S<1

41、（2）發(fā)電狀態(tài)：n > n1 S<0（3）電磁制動狀態(tài)：n<0 S>1改變定子旋轉磁場的方向，即改變三相電源電流的相序。電磁轉矩和電流均降低。答：（1） 電磁轉矩參數(shù)表達式電磁轉矩Tem與電源參數(shù)：電源電壓U1頻率f1，電機本身參數(shù)：相數(shù)m1、極對數(shù)p、定、轉子漏阻抗r1、r2、x1、x2； 運行參數(shù)：轉差率s有關。（2）電源電壓下降過多，電磁轉矩成平方下降更多，當電磁轉矩小于負載轉矩時，出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象，會使電動機發(fā)熱，甚至燒毀。=56.2（A）第7章電源一相斷線，電動機無論是Y 接線或接線，均成為單相運行，就相當于一臺單相異步電動機，它產生脈動磁動勢，而脈動磁動勢可分解

42、成大小相等、轉速相同、轉向相反的兩個旋轉磁動勢，由于啟動初瞬，轉子是靜止的，兩個旋轉磁動勢以相同的速率截切轉子繞組，產生相應的感應電動勢、電流和電磁轉矩，顯然兩個轉矩大小相等、方向相反，其合成總轉矩為零，故無啟動轉矩，電動機不能啟動。如果運行中電源一相斷線，即使成單相運行，電動機仍能按原方向旋轉（只要此時的電磁轉矩仍大于負載轉矩），因為這時兩個旋轉磁動勢中必有一個與原來轉向相同，它對轉子的轉差率為 ，而另一個，由于, 因此由相反方向旋轉磁動勢所產生的有功分量電流很?。┛顾拢?，這使它所產生的電磁轉矩 減小，則，結果轉子總轉矩減小，若它仍大于負載轉矩，則轉子就沿原方向旋轉。上述各種情況， 對電

43、機都不利，若成單相運行，無法啟動，呈堵轉狀態(tài)，電流急劇增大而會燒壞繞組。若運行中缺相，電機雖能繼續(xù)旋轉（若此時電磁轉矩仍大于負載轉矩），由于反向電磁轉矩作用的結果，使總轉矩減?。ǔ隽p?。糌撦d轉矩不變，電機就處于過載狀態(tài)，繞組過熱，時間長同樣會燒毀繞組。答： (1)啟動初瞬，n=0, 定子旋轉磁場對靜止轉子的相對切割速度最高(n1)，故轉子感應電動勢最大。此時盡管轉子電動勢頻率以及它所對應的漏抗也大，但由于受轉子槽形的影響，在啟動瞬間槽口處飽和，致使漏抗增加幅度較電動勢小，而轉子繞組電阻又近為不變，故啟動時轉子電流增大，根據(jù)磁動勢平衡關系，此時定子電流(即啟動電流)就大(約為額定電流5-7

44、倍)。從等效電路看，啟動初瞬，n=0，s=1，附加電阻，相當于短路運行狀態(tài)，此時啟動電流：由于定，轉子繞阻的漏阻抗即很小，故啟動電流很大。（2） 其一：轉子電流I2盡管大，但由于啟動初瞬間，x2增大而r2不變，故功率因數(shù)角大，功率因數(shù)cos2就很低，所以這時轉子電流有功分量I2cos2卻不大(因為說啟動瞬間轉子電流大的是無功分量電流)。其二，由于啟動電流大，定子繞組漏阻抗壓增大，由于知，此時定子繞組的感應電動勢E1較小，故而小，基于此兩原因，所以異步電動機啟動轉矩就不大。電動機無論在空載還是帶負載的工況下，啟動的瞬間對于電機的工況都是一樣的，其轉子都是在停止狀態(tài)，此時的啟動電流和啟動轉矩也都是

45、一樣的，在轉子轉動后，才出現(xiàn)空載與帶負載啟動的不同，反映在啟動電流上，就是其持續(xù)的時間長短而已。直接啟動IstTst降壓啟動定子串電抗器啟動Ist /kTst /k2Y-換接啟動Ist /k2Tst /k2自耦補償器啟動Ist /k2Tst /k2答：繞線式異步電動機在轉子回路串電阻增加了轉子回路阻抗，由式 可見，啟動電流隨所串電阻r2st增大而減小，轉子回路串電阻同時，還減小轉子回路阻抗角，從而提高轉子回路功率因數(shù)cos2，其結果增大了轉子電流的有功分量，從而增大了啟動轉矩。變極是通過改變定子繞組連接方式來實現(xiàn)的，如圖所示。相電流是從首進，尾出。當兩個“半相繞組”首尾相連時（稱之為順串），根

46、據(jù)“半相繞組”內的電流方向，可以判斷出磁場的方向，并用“×”和“·”表示，如圖a所示。很顯然,這時電動機所形成的是一個2P=4極的磁場；如果將兩個“半相繞組”尾尾相連（稱之為反串）或首尾相并聯(lián)（稱之為反并）時，就形成一個2P=2極的磁場，分別如圖b、c所示。通過比較可知，只要將兩個“半相繞組”中的任何一個“半相繞組”的電流反向，就可將極對數(shù)增加一倍（順串）或減少一半（反串或反并）。這就是單繞組倍極比的變極原理，如2/4，4/8極等。三相異步電動機在改變定子繞組接線的同時，將、兩相的出線端進行了對調。這是因為在電動機定子的圓周上，電角度是機械角度的P倍，當極對數(shù)改變時，必然引

47、起三相繞組的空間相序發(fā)生變化。如當P1時，、三相繞組的空間分布依次為0°、120°、240°電角度。而當極對數(shù)變?yōu)镻=2時，空間分布依次是相為0°、相為120°×2=240°、相為240°×2=480°（相當于120°），這說明變極后繞組的相序改變了。所以，為了保證變極調速前后電動機的轉向不變，在改變定子繞組接線的同時，必須將U、三相中的任意兩相出線端對調。在反接制動開始時,由于機械慣性電動機仍按原方向轉動,n,制動電流比啟動電流還要大,為了限制電流,對功率較大的電動機進行制動時,必須

48、在定子電路(籠型)或轉子電路(繞線式)中接入電阻.=12.8Nm=53.06 NmnN=1470=194.9 Nm=0.88額定轉差率sN= =0.02臨界轉差率sm=sN（m+）=0.02（2+）=0.075額定轉矩TN=9550=9550=7.4（N·m）最大轉矩Tm=mTN =2×7.4=14.8（N·m）機械特性的實用表達式為Tem=曲線略線電流=2.75A相電流1.586A=7.5 NmA求啟動轉矩缺條件【解】（1）直接啟動電源允許電動機直接啟動的條件是3+=3+=4.25因為電動機的ki=6.5>4.25,故不能采用直接啟動。（2）定子串電抗（電

49、阻）啟動從（1）中可知，電源允許啟動電流為= 4.25IN,因此：=0.65因為>0.6TN，所以能采用這種啟動方法 。（3）YD啟動=kiIN=×6.5IN=2.17IN=kTN=×2×TN=0.67TN因為，>0.6TN ，所以能采用YD降壓啟動。（4）自耦變壓器啟動選用73%抽頭時，=0.73 =0.732×6.5IN=3.46IN<4.25IN=0.732×2×TN=1.65TN>0.6TN可見，選用73%抽頭時，啟動電流和啟動轉矩均滿足要求，所以該電動機可以采用73%抽頭比的自耦變壓器降壓啟動。(1)籠型 (2)繞線式(1)定子(2)轉子47(1)Y(2)(1)星角降壓啟動(2)自耦變壓器降壓啟動(3)定子回路串電阻(電抗)降壓啟動(1)電阻(2)頻敏變阻器感應電動機轉子串接電阻及串極最大轉矩與額定轉矩的比值同步轉速n1 (1)改變磁極對數(shù)(2)改變頻率(3)改變轉差率正比正確正確正確正確錯正確錯正確正確正確錯錯A.29.2Nm B