電機學課后習題解答配王秀和、孫雨萍編

1、電機學作業(yè)題解（適用于王秀和、孫雨萍編電機學）1-5 何為鐵磁材料？為什么鐵磁材料的磁導率高？答：諸如鐵、鎳、鈷及他們的合金，將這些材料放在磁場后，磁場會顯著增強，故而稱之為鐵磁材料；鐵磁材料之所以磁導率高，是因為在這些材料的內部，大量存在著磁疇，這些磁疇的磁極方向通常是雜亂無章的，對外不顯示磁性，當把這些材料放入磁場中，內部的小磁疇在外磁場的作用下，磁極方向逐漸被扭轉成一致，對外就顯示很強的磁性，所以導磁性能強。1-9 鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗是如何產生的？為何鐵心采用硅鋼片？答：鐵心中的磁滯損耗是因為鐵心處在交變的磁場中，鐵心反復被磁化，鐵心中的小磁疇的磁極方向反復扭轉，致使磁疇之間不斷

2、碰撞，消耗能量變成熱能損耗；又因為鐵心為導體，處在交變的磁場中，鐵中會產生感應電動勢，從而產生感應電流，感應電流圍繞著磁通做漩渦狀流動，從產生損耗，稱之為渦流損耗，之所以采用硅鋼片是因為一方面因硅鋼電阻高，導磁性能好，可降低渦流損耗，另一方面，采用薄片疊成鐵心，可將渦流限制在各個疊片中，相當于大大增加了鐵心的電阻，從進一步降低了渦流損耗。1-13 圖1-27所示為一鐵心，厚度為0.05m，鐵心的相對磁導率為1000。問：要產生0.003Wb的磁通，需要多大電流？在此電流下，鐵心各部分的刺痛密度是多少？解：取磁路的平均長度，上下兩邊的長度和截面積相等算一段，算作磁路段1，左側為2，右側為3。磁路

3、段1長度和截面積：，；磁路段2長度和截面積：，；磁路段1長度和截面積：，；總磁阻：磁動勢：勵磁電流：ii400匝0.15m0.15m0.15m0.1m匝0.2m匝0.05m匝在此電流下，鐵心各部分的磁通密度分別為：2-5 變壓器做空載和短路試驗時，從電源輸入的有功功率主要消耗在什么地方?在一、二次側分別做同一試驗，測得的輸入功率相同嗎？為什么？答：做空載試驗時，變壓器的二次側是開路的，所以變壓器輸入的功率消耗在一次測的電阻和激磁（勵磁）支路電阻上，空載時，變壓器的一次側電流僅為額定負載時的百分之幾，加之一次側電阻遠遠小于激磁電阻，所以輸入功率主要消耗在激磁電阻上。所以，可以認為空載損耗就是鐵耗

4、。短路試驗時，二次側短路，一次側所加電壓很小，鐵心損耗忽略不計，輸入功率主要消耗在一、二次測的繞組電阻上，可以認為短路損耗就是繞組的銅耗。在一、二側分別做同一試驗，如空載試驗在額定的電壓下；短路試驗在額定的短路電流下，在一、二次測消耗的功率是一樣的。2-8 一臺三相變壓器的額定容量為,額定電壓為35kV/10.5kV，一、二次繞組分別為星形、三角形聯(lián)結，求：(1)這臺變壓器一、二次側的額定電壓、相電壓及額定線電流；（2）若負載的功率因數(shù)為0.85(滯后)，則這臺變壓器額定運行時能帶多少有功負載？輸出的無功功率又是多少？解：（1）一、二次側的額定電壓：；。額定相電壓：；。額定線電流：；。（2）這

5、臺變壓器額定運行時能帶的有功負載：；輸出的無功功率是：。2-12 一臺三相變壓器，一、二次繞組分別為星形、三角形聯(lián)結。在低壓側做空載試驗，數(shù)據(jù)為 ，。在高壓側做短路試驗，測出數(shù)據(jù)為 ，。，求變壓器參數(shù)（實際值和標幺值）。解：變壓器的變比為：；，。由空載試驗得：，因短路試驗在高壓側做的，所以，算出的短路阻抗不需歸算，3-3 直流電機主磁路包括哪幾部分？磁路未飽和時，勵磁磁動勢主要消耗在哪一部份？答：直流電機的主磁路包括氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁軛五部分；磁路未飽和時，勵磁磁動勢主要消耗在電機的氣隙上。3-14 一臺直流電機的極對數(shù)，單疊繞組，并聯(lián)支路數(shù)，電樞總導體數(shù)匝，氣隙每極磁通，當轉速分

6、別為1500r/min 和500r/min 時，求電樞感應電動勢的大小。若電樞電流Ia=10A，磁通不變，電磁轉矩是多大？解：（1）， ；當時， ；時， 。（2）。3-15 一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：, , , , 。計算額定運行時電動機的、。解：，,，。答：直流電機主磁路包括定子軛、主磁極、氣隙、轉子齒、轉子軛五部分，其中，定子軛、主磁極、轉子齒、轉子軛四部分由導磁材料（硅鋼或鑄鋼）構成，導磁性能很好，磁路不飽和時，這幾部分消耗的勵磁磁動勢較小，所以，勵磁磁動勢主要消耗在不導磁的氣隙段。4-10 一臺三相同步發(fā)電機，,定子采用雙層短距分布繞組，每相串聯(lián)匝數(shù),星形聯(lián)結，每極磁通 ，試求

7、：（1）該發(fā)電機的極數(shù)；（2）定子槽數(shù)；（3）基波繞組系數(shù)；（4）基波相電動勢和線電動勢。解：（1）因為對同步電機，有，故，即 ；（2）槽； （3）,， ，；（4）；。4-14 一臺三相6000kW汽輪發(fā)電機，, ，星形聯(lián)結，雙層繞組定子槽數(shù) ，并聯(lián)支路數(shù) ， ，線圈由一匝組成，求額定電流時：（1）一相繞組所產生的基波磁動勢幅值；（2）基波三相合成磁動勢的幅值。解： ，； ， ， （1） 安匝；（2）基波三相合成磁動勢的幅值 安匝。5-5 說明轉子歸算和頻率歸算的意義，歸算是在什么條件下進行的？答：轉子歸算的目的是將電機轉子側的量用定子側的量表示，最終得到定子、轉子統(tǒng)一的等效電路，因為定、轉子

8、側只有磁場的藕合關系，沒有電的聯(lián)系，如不進行歸算，定子和轉子的電路是分離的，計算電機的運行參數(shù)很不方便，如果通過等價變換歸算，就能將電機定子和轉子的參數(shù)和電路畫到一個電路中，就可以用這個等效電路來計算電機的運行參數(shù)，很方便。頻率歸算就是用一個電阻為R2/s的靜止轉子代替原來電阻為R2的旋轉轉子，而保持定轉子的電磁性能不變。轉子歸算就是用定子的繞組匝數(shù)計算轉子側的運行參數(shù)，而保持轉子側的磁動勢不變，由于保持歸算前后的電磁性能不變，所以，各種功率、各種損耗、轉矩等歸算前后均不變。5-14 設有一臺50Hz、8極的三相感應電動機，額定轉差率，該電動機的同步轉速是多少？額定轉速是多少？當該電動機運行在

9、700r/min時，轉差率是多少？當該電動機在起動時，轉差率是多少？解：該電動機的同步轉速是：，額定轉速是：；當該電動機運行在700r/min時，轉差率是：，當該電動機在起動時，轉差率是：。5-17 已知一臺三相感應電動機的數(shù)據(jù)如下：，定子三角形聯(lián)結，頻率為50Hz，額定轉速，,忽略不計，。試求：（1）極數(shù)；（2）同步轉速；（3）額定負載時的轉差率和轉子頻率；（4）匯出T形等效電路并計算額定負載時的，和。解：（1）因，故，電機的額定轉速與同步轉速之間相差不多，故，取整數(shù)，所以極數(shù)為4；（2）同步轉速：；（3）額定負載時的轉差率：；轉子頻率：；（4）題5-17圖 T型等效電路設以電源電壓為參考相

10、量，即，由T型等效電路得：故 。5-20 一臺感應電動機，額定電壓為380V，定子三角形聯(lián)結，頻率為50Hz,額定功率為7.5kW時，額定轉速為960r/min，額定負載時，定子銅耗為474W，鐵耗為231W，機械損耗為45W,附加損耗為37.5W，試計算額定負載時：（1）轉差率；（2）轉子電流頻率；（3）轉子銅耗；（4）效率；（5）定子電流。解：（1）轉差率：，取p為整數(shù)3，則，（2）轉子電流頻率：（3）轉子銅耗：，因，故 （4）效率：,（5）定子電流：。6-1 同步電機有哪幾種運行狀態(tài)，如何區(qū)分？答：同步電機有發(fā)電機、電動機、補償機三種運行狀態(tài)。當0，為發(fā)電機運行狀態(tài)；當0，為電動機運行狀

11、態(tài)；當=0，為補償機運行狀態(tài)。6-10 有一臺70000、60000、13.8（星形聯(lián)結）的三相水輪發(fā)電機，交、直軸同步電抗的標幺值分別為、，試求額定負載時發(fā)電機的勵磁電動勢（不計磁飽和與電樞電阻）。解：功率因數(shù)：；以端電壓為參考相量，；從相量圖得：；故；則由圖可知內功率因數(shù)為：；電流直軸分量：；由于、和均為同相，故為；6-25 某工廠電力設備的總功率為4500，（滯后）。由于發(fā)展生產、欲新添一臺500的同步電動機，并使工廠的總功率因數(shù)提高到0.9（滯后），問此電動機的容量及功率因數(shù)應為多少？（電動機的損耗忽略不計）。解：添加同步電動機前：；。添加同步電動機后：；（滯后）；故；。7-1 反應式

12、步進電機與永磁式步進電機有何區(qū)別？答：反應式步進電機轉子鐵心及定子鐵心上有小齒，定轉子齒距相等，轉子鐵心上沒有繞組。永磁式步進電機定子上有二相或多相繞組，轉子為星形永磁磁極，極數(shù)與每相繞組的極數(shù)相等。7-7 何為壓電效應？超聲波電機是如何利用壓電效應工作的？答：在機械力的作用下，某些電介質晶體因其內部帶電粒子相對移動而發(fā)生極化，介質兩端面上出現(xiàn)極性相反的電荷，電荷密度與外力成正比。這種由于機械力的作用而使介質發(fā)生極化的現(xiàn)象，稱之為正壓電效應。反之，將一電介質晶體置于電場中，晶體內部正負電荷受外部電場影響而移動，導致晶體發(fā)生變形，這一效應稱為逆壓電效應。正壓電效應和逆壓電效應統(tǒng)稱為壓電效應。超聲波電機就是利用逆壓電效應工作的。采用壓電晶體材料，使之產生逆壓電效應，使某部分做橢圓運動，從而撥動轉子作旋轉運動。8-2 電機中的絕緣材料分幾類？對應的允許工作溫度為多少?答：在電工技術中，將絕緣材料按其允許工作溫度分成若干個等級：A、E、B、F、H級，它們的允許工作溫度分別為：105、120、130、155和180oC。8-3 測量電機繞組溫度的方法有哪幾種？測量結果有什么不同？答：（1）溫度計法。該方法