電機與拖動基礎(chǔ)作業(yè)習題答案

1、第二章2-2變壓器為什么不能直接改變直流電的電壓等級，而能改變交流電的電 壓等級，其原理是什么？答：因為只有變化的磁通才能在線圈中感應(yīng)出電勢，變壓器不能用來變換 直流電壓。因為若是變壓器一次繞組接直流電源，所產(chǎn)生的主磁通是恒定 磁通，即不會在變壓器一、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，二次繞組的輸出 電壓為零，輸出功率也為零。2-4 一臺頻率為50Hz、額定電壓為220V/110V的變壓器，如果接在 60Hz電網(wǎng)上運行，如果額定電壓不變，則主磁通、勵磁電流會如何變化？答：根據(jù)變壓器一次側(cè)的電壓平衡方程Uin =4.44f=50Hz時，公50=7；;60Hz時，0：;，所以中5m60 二 X.:6m50

2、即主磁通為原來的5/6若不考慮磁路的飽和效應(yīng),主磁通與空載電流（勵磁電流）成正比，空載電流將減小。2-9變壓器在做空載試驗時為什么通常在低壓側(cè)進行，而在做短路實驗時又在高壓側(cè)進行？答：在做變壓器空載實驗時，為了便于測量同時安全起見，應(yīng)當在變壓器 低壓側(cè)加電源電壓，讓高壓側(cè)開路。在實驗過程中應(yīng)當將激磁電流由小到 大遞升到1.15NU左右時，只能一個方向調(diào)節(jié)，中途不得有反方向來回升降。 否則，由于鐵芯的磁滯現(xiàn)象，會影響測量的準確性。在做變壓器短路實驗時，電流較大，外加電壓很小，為了便于測量， 通常在高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)短路。在實驗過程中應(yīng)注意為了避免過大 的短路電流，短路實驗在較低的電壓下進行，

3、通常以短路電流達到額定值 為限；外加電壓應(yīng)從零開始逐漸增大，直到短路電流約等于1.2倍額定電流；在實驗過程中要注意變壓器的溫升。2-12 一臺三相變壓器，額定容量Sn =750KVA,額定電壓Uin/U2N =10/0.4KV , 采用Y, d連接，試求：(1) 一、二次側(cè)的額定電流；(2) 一、二次側(cè)繞組 的額定電壓和額定電流。解：(1) 一次側(cè)額定電流：I1N =SN/眉1N =750父1000/(工1000。= 43.3(A)二次側(cè)額定電流：I2N =Sn/、3U2N = 750 1000/( .3 0.4 1000) = 1083(A)(2) 一次側(cè)繞組的額定電壓：5相=Ui線/ J3

4、 =10八3 =5.77(KV)二次側(cè)繞組的額定電壓：U2ffi =U2 =0.4(KV)一次側(cè)繞組的額定電流：Ii相=線=43.3(A)二次側(cè)繞組的額定電流：心相=12線/ = 1083/ = 625(A)2-14 一臺三相電力變壓器，額定容量 Sn =200KVA , Uin /U2N =10000/400V , 額定電流Iin/I2N =11.5/288.7A,采用Y, y連接。在低壓側(cè)做空載試驗，額 定電壓下測得l0=5.1A , P0 =472W,試求：拆算到高壓側(cè)的勵磁參數(shù)。解：變壓器的變比 K =U1N/U2N =10000/400=25勵磁阻抗： Zm =U2n /(T3 I0

5、) =400/1.732x5.1=45.28(0勵磁電阻：Rm=P0/(3l02) =472/3 5.12 = 6.05(c)勵磁電抗：X m =、Zm2 - Rm2 = 44.87(. )若折算至高壓側(cè)，則 2_,Zm = K Zm =28300(0 2 _Rm = K Rm =3781.5(Q)Xm =K2Xm =28043.75(。)第三章3-1為什么說異步電機的工作原理與變壓器的工作原理類似？試分析兩者 的異同點。答：異步電機和變壓器在功能、外型特征和運行方式上很不相同，但它們 在工作原理上有很大的相似性。(1)都是通過電磁感應(yīng)原理來工作的。(2)異步電機的定子相當于變壓器的一次側(cè)，轉(zhuǎn)

6、子相當于變壓器的二次側(cè)。(3)兩者的基本方程式、等效電路和相量圖都非常相似 。尤其是當異步電機堵轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓與定子電壓之間的關(guān)系， 與變壓器的情況完全一樣。因此，異步電機又被形象地稱為“旋轉(zhuǎn)變壓器”。兩者的不同之處主要表現(xiàn)在，同容量的異步電機和變壓器相比，變壓 器的空載電流較小?？蛰d電流是用于產(chǎn)生勵磁磁場或主磁通的，變壓器的 主磁通回路沒有像異步電機定、轉(zhuǎn)子間的 氣隙，完全由鐵磁材料組成的主 磁路磁阻很小，產(chǎn)生一定磁通所需的電流就很小。這樣，變壓器可以長期空載運行。3-3異步電動機在無載運行、額定負載運行及堵轉(zhuǎn)三種情況下的等效電路 有什么不同？當定子外加電壓一定時，三種情況下的定、轉(zhuǎn)

7、子感應(yīng)電動勢 大小、轉(zhuǎn)子電流及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角、定子電流及定子功率因數(shù)角有什么不 同？ 答:Rs X sRr X0異步電動機的 T形等效電路異步電動機在無（空）載運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n接近同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率s=0,由異步電動機的T型等效電路可知，虛擬電阻 匚尺為無窮大,轉(zhuǎn)子 s電流為零，沒有機械功輸出。此時，定子電流（空載電流）也很小，定子 感應(yīng)電動勢較大，定子功率因數(shù)較小。異步電動機在堵轉(zhuǎn)運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0 ,轉(zhuǎn)差率s=1 ,虛擬電阻上sR s為零，轉(zhuǎn)子電流很大，有可能燒毀電機。此時，定子電流較大，定子感應(yīng)電動勢較小，定子功率因數(shù)較大。異步電動機額定負載運行的情況介于上述兩者之間。3-16 一臺三

8、相四極異步電動機，具額定功率Pn = 5.5kW ,額定頻率fN =50Hz。在額定負載運行情況下，由電源輸入的功率為 6.32kW,定子 銅耗為341VV轉(zhuǎn)子銅耗為237.5皿鐵損耗為167.5W,機械損耗為45W附 加損耗為29W(1)畫出功率流程圖，標明各功率及損耗。(2)在額定運行的情況下，求電動機的效率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩各是多少？解：(1)功率流程圖如下：電功率電磁功率機械功率R=6.32kW, P2=5.5kW：Pcus=341W,：pFe=167.5W . PCur = 237.5W , . Pm = 45W , .-：Padd = 29W(2)效率Pc

9、5.52 100% = 100% ： 87.03%R6.32轉(zhuǎn)差率Pem -p - PCus - PFe =6320-341-167.5 = 5811.5(W)Pm5811.5:0.0409轉(zhuǎn)速60 fNni 二nP60 50-=1500(r/ min)n =(1-8)01 =(1-0.0409) 1500 = 1438.65(r/min)電磁轉(zhuǎn)矩Te=Pm . 1Pem5811.52ml/602 冗 1500/60= 37.0(N m)輸出轉(zhuǎn)矩550002 71n/60 2 赤 1438.65/60=36.5(N m)3-17一臺三相六極異步電動機，其額定數(shù)據(jù)為:Pn28kWUn= 380V

10、 (Y 形接法)，0n = 950r / min , Tn = 50Hz 。額定負載 時定子邊的功率因數(shù)cosQn=0.88,定子銅耗、鐵耗共為2.2kW,機械 損耗為1.1kW,忽略附加損耗。計算在額定負載時：（1）轉(zhuǎn)差率；（2） 轉(zhuǎn)子銅耗；（3）效率；（4）定子電流；（5）轉(zhuǎn)子電流的頻率。解:（1）轉(zhuǎn)差率_ 60 fNni 一nP60 50-二1000(r/ min)n1 -nN 1000 -950-“1000s 二 旦二二 0.0501（2）轉(zhuǎn)子銅耗由Pn =Pem -APcur - Pm , Pcur = SP ,可得電磁功率和轉(zhuǎn)子銅耗Rm =FN . Rm28 1.11 -81 -0

11、.05:30.63(kW)PCur =sRm =0.05 30.63 : 1.53(kW)(3)效率P =Rm +ApCus + ApFe =30.63 + 2.2 = 32.83(kW) TOC o 1-5 h z P2“28”2 100%= 100% 85.3%P32.83(4)由P=nInCos%n,得定子電流(相電流，Y接法):56.7(A)P1_32830,3UN cos 1N ,3 380 0.88(5)轉(zhuǎn)子電流的頻率f2 = sfN = 0.05 50 = 2.5(Hz)第四章4-1電動機在什么條件下應(yīng)采用降壓起動？定子繞組為星形接法的籠型異步電動機能否采用星形-三角形起動？為什

12、么？答：在一般情況下，小容量電動機輕載時可以允許直接起動。只要直接起動時的起動電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過 10%15%對經(jīng)常起動的電 動機取10%對不經(jīng)常起動的電動機取15% ,就允許直接起動。否則，就 應(yīng)采用降壓起動。不能。因為星形接法的電動機的繞組額定電壓為220V,按星形-三角形起動原理，當電機起動完成后變?yōu)槿切谓臃〞r，加在繞組上的電壓為 380V,超過了繞組所能承受的電壓值，時間一長繞組將發(fā)熱而燒毀。4-3電動機能耗制動與反接制動控制各有何優(yōu)、缺點？分別適用于什么場合？答：能耗制動是在切除三相交流電源之后，定子繞組通入直流電源，在定 轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生靜止磁場，慣性轉(zhuǎn)動導體切割

13、該磁場，形成感應(yīng)電 流，產(chǎn)生與慣性轉(zhuǎn)動方向相反的電磁力矩而制動。制動結(jié)束后將直流電源 切除。能耗制動雖然制動準確、平穩(wěn)，且能量消耗較小，但需附加直流電 源裝置，制動力較弱，在低速時制動力矩小的缺點。能耗制動一般用于要 求制動準確、平穩(wěn)的場合和起動頻繁且容量較大的電動機。反接制動靠改變定子繞組中三相電源的相序，產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動 方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機迅速停下來，制動到接近零轉(zhuǎn)速時，再將 反相序電源切除。反接制動的優(yōu)點是制動轉(zhuǎn)矩大，制動效果顯著，但制動 不平穩(wěn)，而且能量損耗大。一般適用在銃、鍵、中型車床的主軸控制中。第五章5-1換向器在直流電機中起什么作用？答：換向器和電刷是直流電機最

14、重要的部件，對于直流發(fā)電機，具作用是 將電樞繞組元件中的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動勢；對于直流電 動機，則是將輸入的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組元件中的交變電流，以產(chǎn)生 恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。5-4主磁通既交鏈著電樞繞組又交鏈著勵磁繞組，為什么卻只在電樞繞組 里感應(yīng)電動勢？答：勵磁繞組與主磁通無相對運動， 且直流電機的主磁通也不變化。5-6他勵直流電動機運行在額定狀態(tài)，負載為恒轉(zhuǎn)矩負載，如果減小磁通， 電樞電流是增大、減小還是不變？答：根據(jù)他勵直流電動機的電壓平衡方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程Ua=Ea + IaR=Cfn + IaR, T = Tl = C& I,如果減小磁通中，則感應(yīng)電動勢 巳減小，電樞

15、電流Ia將增大，以保持轉(zhuǎn)矩 Te =Tl的平衡關(guān)系。5-9 一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN=5kW, Un=220V,nN =1000r/ min , Apcua = 500W , Ap。=395W。計算額定運行時電動機的 Te , TOC o 1-5 h z Tl ,To , R ,n ,&。解:Pz5 103負載轉(zhuǎn)矩 Tl -9.55 =9.55 = 47.75 (N m)nN1000Ap0395空載轉(zhuǎn)矩飛;9.55:9.55 麗 ,377(N m)電磁轉(zhuǎn)矩 Te = Tl T。= 47.75 3.77 = 51.52(N m)輸入功率P = Pem+pcua = PN + Ap +

16、 Apcua = 5 + 0.395 + 0.5 = 5.895 (kW)額定效率N=2 100% Pl二一100%84.8%5.895Ra電樞電阻RuaINPcua50042(5895Un，2200.696 (J )25-10有一他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：Pn =7.5kW , Un =220V ,In =40A , nN T000r/min , R = 0.50 , Tl = 0.5Tn ,求電動機的轉(zhuǎn)速和電樞電流。解：額定運行時Ce:NUn -日nN220 -40 0.51000= 0.2(V min/r)TeN -9.55Ce IN =9.55 0.2 40 = 76.4 (N m)

17、空載轉(zhuǎn)矩和空載損耗為T0 =TeN -Tn =76.4 -71.625=4.775 (N m)T0 nNP0 :4.775 10009.559.55=500 (W)=71.625 (N m)Pn7.5 1031000Tn =9.55=9.55 負載運行時，認為空載損耗保持不變，即有如下關(guān)系P0P0Te =Tl 9.55 =0.5Tn 9.55Cen = Un - laRaTe QNIa =9.55Ce：，NIa求解上面的三個方程，可得電動機的轉(zhuǎn)速和電樞電流n 1047.3(r / min)Ia 21.1 (A)第六章6-1如何改變直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向？答：使他勵直流電動機反轉(zhuǎn)的方法有兩種：（1

18、）電樞繞組接線不變，將勵磁繞組反接，這種方法稱為磁場方向。（2）勵磁繞組接線不變，電樞繞組反接，稱為電樞反向6-2如何實現(xiàn)直流電動機的能耗制動？ 答：如圖所示的電動狀態(tài)，將開關(guān) S投向制動電阻R上可實現(xiàn)制動，即切 斷電源串入電阻。由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電動勢Ea方向 不變。由Ea產(chǎn)生的電樞電流lab的方向與電動狀態(tài)時的Ia方向相反，對 應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TembW Tem方向相反，為制動性質(zhì)，電機處于制動狀態(tài)。nAAAA電動匚喜制動Ce:NTl =Tn = 9.55PL = 9.55nN317 101500= 108.23 (N m)則6-3直流電動機的電氣制動有哪些方法？各有什么特點

19、？ 答：(1)能耗制動。能耗制動是把正在做電動運行的他勵直流電動機的電樞從電網(wǎng)上切除， 并接到一個外加的制動電阻上構(gòu)成閉合回路。特點：能量消耗在電阻上。(2)反接制動。反接制動就是將正向運行的他勵直流電動機的電源電壓突然反接，同 時電樞回路串入制動電阻來實現(xiàn)。特點：制動力矩大，制動效果好，可實 現(xiàn)快速停車，電能全部消耗到電樞回路電阻上，不經(jīng)濟。(3)回饋制動?；仞佒苿泳褪请妱訖C工作在發(fā)電機狀態(tài)。電動機向電源回饋電功率。特點是此時轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，電機運行在第二、四象限，節(jié)約電能 能耗制動、反接制動用于快速停車，三種制動均可用于恒速下放重物。回饋制動的轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，電機運行在第二、四象限。6-12一臺他勵直流電動機的銘牌參數(shù)為 Pn =17kW , Un = 220V , In =90A , nN =1500r/min , & = 0.2陰，當電源電壓降壓160V時，電動機拖動 額定負載轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速和電樞電流分別為多少？ 解：(1)額定運行時Un -INRa220-90 0.23nNN N a =0.133 (V min/r)1200有 Te二Tl ?Te=9.55CeNIa =9.55 0.133 Ia = 108.23(N m)= la = 85.2(A)Cen -UN -Ia(R+ R)= 0.133n=220-Ia 1.