電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)第版湯天浩習(xí)題解答

WTDstandardizationoffice【W(wǎng)TD5AB-WTDK08-WTD2C】WTDstandardizationoffice【W(wǎng)TD5AB-WTDK08-WTD2C】電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)第版湯天浩習(xí)題解答電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)TOC\o"1-3"\h\z第一章電機(jī)的基本原理請(qǐng)說明電與磁存在哪些基本關(guān)系，并列出其基本物理規(guī)律與數(shù)學(xué)公式。

答：

電與磁存在三個(gè)基本關(guān)系，分別是

（1）電磁感應(yīng)定律：如果在閉合磁路中磁通隨時(shí)間而變化，那么將在線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通的變化率成正比，即

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手螺旋定則確定，式中的負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)試圖阻止閉合磁路中磁通的變化。

（2）導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：如果磁場(chǎng)固定不變，而讓導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，這時(shí)相對(duì)于導(dǎo)體來說，磁場(chǎng)仍是變化的，同樣會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由下式給出

而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。

（3）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的電磁力：如果在固定磁場(chǎng)中放置一個(gè)通有電流的導(dǎo)體，則會(huì)在載流導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)電磁力。載流導(dǎo)體受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的位置有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)體與磁力線方向垂直時(shí)，所受的力最大，這時(shí)電磁力F與磁通密度B、導(dǎo)體長(zhǎng)度l以及通電電流i成正比，即

電磁力的方向可由左手定則確定。

通過電路與磁路的比較，總結(jié)兩者之間哪些物理量具有相似的對(duì)應(yīng)關(guān)系（如電阻與磁阻），請(qǐng)列表說明。

答：

磁路是指在電工設(shè)備中，用磁性材料做成一定形狀的鐵心，鐵心的磁導(dǎo)率比其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率高得多，鐵心線圈中的電流所產(chǎn)生的磁通絕大部分將經(jīng)過鐵心閉合，這種人為造成的磁通閉合路徑就稱為磁路。而電路是由金屬導(dǎo)線和電氣或電子部件組成的導(dǎo)電回路，也可以說電路是電流所流經(jīng)的路徑。

磁路與電路之間有許多相似性，兩者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一節(jié)點(diǎn)處都遵守基爾霍夫第一定律約束；KVL：在任一回路中都遵守基爾霍夫第二定律；另外，磁路與電路都有各自的歐姆定律。兩者之間相似的物理量主要有：電路中傳輸?shù)氖请娏?，磁路中相?yīng)的為磁通；電路中的電動(dòng)勢(shì)、電壓與磁路中的磁動(dòng)勢(shì)、磁壓降類似。電路中的電阻或電導(dǎo)與磁路中的磁阻或磁導(dǎo)相似。這些對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

當(dāng)然兩者之間也有一些不同之處，比如磁通只是描述磁場(chǎng)的物理量，并不像電流那樣表示帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，磁通通過磁阻時(shí)，也不像電流通過電阻那樣要消耗功率，因而也不存在與電路中的焦耳定律類似的磁路定律；分析電路時(shí)一般不涉及電場(chǎng)問題，不考慮漏電流，而分析磁路時(shí)離不開磁場(chǎng)的概念，要考慮漏磁現(xiàn)象；在電路中電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，電流也為零，但在磁路中往往有剩磁，磁動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，磁通不一定為零；磁路的歐姆定律與電路的歐姆定律也只是形式上的相似，由于鐵心的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，它隨勵(lì)磁電流而變化，因而磁路計(jì)算不能應(yīng)用疊加原理。

如何理解機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理？根據(jù)這個(gè)原理可以解決什么問題？

答：

從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)，可以把依靠電磁感應(yīng)原理運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備看作是一類機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，比如，變壓器是一種靜止的電能轉(zhuǎn)換裝置，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機(jī)）或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)裝置。因此，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理是學(xué)習(xí)和研究電機(jī)理論的一個(gè)重要工具。根據(jù)這個(gè)原理，可以求得電機(jī)（發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)）和變壓器中的關(guān)鍵物理量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而分析電機(jī)和變壓器的運(yùn)行特性。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)模型的基本結(jié)構(gòu)由哪些部分組成，其各自有什么作用？氣隙又有何作用？

答：

旋轉(zhuǎn)電機(jī)模型的基本結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子和氣隙三個(gè)部分組成：定子是固定不動(dòng)的，轉(zhuǎn)子是運(yùn)動(dòng)的，它們之間隔著一層薄薄的氣隙。在定子和轉(zhuǎn)子上分別按需要安裝若干線圈，其目的是在氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。往往要求氣隙磁場(chǎng)按一定的形式分布，例如正弦分布磁場(chǎng)。電機(jī)作為一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，也能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。由于機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)是兩種不同的系統(tǒng)，其能量轉(zhuǎn)換必須有一個(gè)中間媒介，這個(gè)任務(wù)就是由氣隙構(gòu)成的耦合磁場(chǎng)來完成的。

以兩極原型電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的物理模型，有何應(yīng)用意義？

答：

兩極原型電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，易于擴(kuò)展，可作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的物理模型。通過對(duì)該模型的研究和分析，便于學(xué)習(xí)和掌握一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本原理。

通過模型電機(jī)，是如何建立電機(jī)的基本電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)矩方程的？又怎樣將兩極電機(jī)的方程推廣到多極電機(jī)？

答：

通過模型電機(jī)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可以求得旋轉(zhuǎn)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的通用計(jì)算公式。利用該公式可以推導(dǎo)出具體電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，比如同步電機(jī)、異步電機(jī)或直流電機(jī)。再根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，可得兩極電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式。由于電機(jī)的磁極總是成對(duì)設(shè)置的，常用極對(duì)數(shù)來表示電機(jī)的磁極數(shù)，則多極電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為。

電機(jī)中存在哪些能量損耗？有哪些因素會(huì)影響電機(jī)發(fā)熱？電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率傳遞有何不同？

答：

電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換時(shí)總是存在能量損耗的，能量損耗將引起電機(jī)發(fā)熱和效率降低。一般來說，電機(jī)的能量損耗可分為兩大類：

（1）機(jī)械損耗：由電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械磨擦和空氣阻力產(chǎn)生的損耗，這類損耗與電機(jī)的機(jī)械構(gòu)造和轉(zhuǎn)速有關(guān)。

（2）電氣損耗：主要包括導(dǎo)體損耗、電刷損耗和鐵耗等。導(dǎo)體損耗是由于電機(jī)的線圈電阻產(chǎn)生的損耗，有時(shí)又稱為銅耗，通常在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上都會(huì)產(chǎn)生銅耗；電刷損耗是由于電刷的接觸電壓降引起的能量損耗，因?yàn)橹挥性谥绷麟姍C(jī)中安裝電刷，所以電刷損耗僅僅出現(xiàn)在直流電機(jī)中；鐵耗是由于電機(jī)鐵磁材料的磁滯效應(yīng)和渦流效應(yīng)產(chǎn)生的一種損耗，主要取決于磁通密度、轉(zhuǎn)速和鐵磁材料的特性。

電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率傳遞過程如下圖所示：電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而發(fā)動(dòng)機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

用硅鋼作為導(dǎo)磁材料，現(xiàn)已知，試根據(jù)圖1-3所示的曲線求取在此磁場(chǎng)條件下硅鋼的磁導(dǎo)率。

解：

根據(jù)圖1-3所示的硅鋼曲線，查得時(shí)，

有一導(dǎo)體，長(zhǎng)度，通以電流，放在的磁場(chǎng)中，試求：

（1）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)的電磁力；

（2）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)的電磁力；

（3）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向?yàn)?0o時(shí)的電磁力。

解：

載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中電磁力的一般計(jì)算公式為

（1）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，，

（2）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，，

（3）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向?yàn)?0o時(shí)，

有一磁路的鐵心形狀如圖1-20所示，鐵心各邊的尺寸為：A、B兩邊相等，長(zhǎng)度為17cm，截面積為7cm2；C邊長(zhǎng)，截面積為14cm2；氣隙長(zhǎng)度。兩邊各有一個(gè)線圈，其匝數(shù)為，分別通以電流和，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)由A、B兩邊匯入中間的C邊，且方向一致。試求：在氣隙中產(chǎn)生時(shí)所需的電流值，及此時(shí)氣隙中儲(chǔ)存的能量，并計(jì)算電感。

解：

設(shè)，，

由，得

所以，所需的電流值

氣隙磁通

根據(jù)電感的定義，

氣隙中儲(chǔ)存的能量第二章電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)什么是電力拖動(dòng)系統(tǒng)？它包括哪些部分？

答：

拖動(dòng)就是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)方式，稱為電力拖動(dòng)。如圖2-1所示，電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成，通常又把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式中各量的物理意義是什么？它們的正負(fù)號(hào)如何確定？

答：

電力拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過化簡(jiǎn)，都可視為如圖2-2a所示的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連的單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，各物理量的方向（正負(fù)號(hào)）標(biāo)示如圖2-2b所示。

根據(jù)牛頓力學(xué)定律，該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為

式中，各量的物理意義分別是：——電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（N·m），——生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩（N·m），——電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2），——電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s）。

轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系與靜態(tài)平衡關(guān)系有什么不同？

答：

轉(zhuǎn)矩的靜態(tài)平衡是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即。而轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下，從原來的平衡狀態(tài)達(dá)到新的平衡狀態(tài)的過渡過程中，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩以及加速度轉(zhuǎn)矩相平衡，即。由于過渡過程中轉(zhuǎn)速是變化的，電磁轉(zhuǎn)矩也是隨時(shí)變化的，以保持轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。

拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是什么關(guān)系？

答：

在拖動(dòng)系統(tǒng)的工程計(jì)算中，習(xí)慣用飛輪慣量代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，與的關(guān)系為

式中，——系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量（kg），——系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力（N），——系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)半徑（m），——系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)直徑（m），——重力加速度（可取=s2）。

把多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算原則是什么？各軸飛輪慣量的折算原則是什么？

答：

對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單而且實(shí)用的分析方法是用折算的方法把它等效成一個(gè)簡(jiǎn)單的單軸拖動(dòng)系統(tǒng)來處理，并使兩者的動(dòng)力學(xué)性能保持不變，其基本思想是通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力學(xué)折算把實(shí)際的多軸系統(tǒng)表示成等效的單軸系統(tǒng)。

在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中折算一般是把負(fù)載轉(zhuǎn)矩和各軸飛輪慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上，而中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳送比在折算中就相當(dāng)于變壓器的匝數(shù)比。系統(tǒng)等效的的原則是：保持兩個(gè)系統(tǒng)傳遞的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能相同。

起重機(jī)提升和下放重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗是由電動(dòng)機(jī)還是重物負(fù)擔(dān)？提升和下放同一重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的大小是否相同？傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率是否相等？

答：

起重機(jī)提升重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗由電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)；下放重物時(shí)，則由重物負(fù)擔(dān)。提升和下放同一重物時(shí)，可以認(rèn)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗是相同的，但其效率不相等。設(shè)提升重物時(shí)的效率為，下放重物時(shí)的效率為，兩者之間的關(guān)系為

生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性歸納起來，可以分為哪幾種基本類型？

答：

生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性歸納起來可以分為三種基本類型：

（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性又可分為反抗性負(fù)載特性和位能性負(fù)載特性兩種，如下圖所示。

（2）通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即。屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對(duì)機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，如下圖所示。

（3）恒功率負(fù)載特性：有些生產(chǎn)機(jī)械（比如車床），在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，此時(shí)開低速；在精加工時(shí)，切削量小，切削阻力小，往往開高速。因此，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與基本上與轉(zhuǎn)速成反比，即。由于負(fù)載功率，表明在不同轉(zhuǎn)速下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功率保持不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的持性曲線呈現(xiàn)恒功率的性質(zhì)，如上圖所示。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么？請(qǐng)舉例說明。

答：

對(duì)于一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是

其中，表示電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性必須存在交點(diǎn)，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件；而表示電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度必須小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的硬度，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。

例如，對(duì)于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，只要電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度是負(fù)值，系統(tǒng)就能穩(wěn)定運(yùn)行。而各類電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度大都是負(fù)值或具有負(fù)的區(qū)段，因此，在一定范圍內(nèi)電力拖動(dòng)系統(tǒng)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載都能穩(wěn)定運(yùn)行。

在圖2-16所示的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，已知飛輪慣量，，，傳動(dòng)效率，，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，，。試求：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

解：

折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量為

折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

有一起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如圖2-18所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，齒輪減速箱的傳動(dòng)比；卷筒直徑；滑輪的減速比；空鉤重量；起重負(fù)荷；電動(dòng)機(jī)的飛輪慣量，傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)效率，放大系數(shù)。試求提升速度和折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩以及折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量。

解：

（1）提升速度

依照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過三級(jí)減速后，再轉(zhuǎn)換成直線速度的關(guān)系，得

，，

（2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩

根據(jù)功率平衡原則，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩為

這里，，，，所以

（3）折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量

題中未給出系統(tǒng)中間傳動(dòng)軸和卷筒的飛輪慣量，可用放大系數(shù)近似估計(jì)。今取，則折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量為

第三章直流電機(jī)原理換向器在直流電機(jī)中起什么作用？

答：

是最重要的部件之一，對(duì)于直流，是將元件中的交變轉(zhuǎn)換為間的動(dòng)勢(shì)；對(duì)于直流，則是將輸入的轉(zhuǎn)換為元件中的，以產(chǎn)生恒定方向的。

說明下列情況下空載電動(dòng)勢(shì)的變化：

（1）每極磁通減少10%，其他不變；

（2）勵(lì)磁電流增大10%，其他不變；

（3）電機(jī)轉(zhuǎn)速增加20%，其他不變。

答：

根據(jù)直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（即空載電動(dòng)勢(shì)）的基本計(jì)算公式

（1）若每極磁通減少10%，則空載電動(dòng)勢(shì)減小10%；

（2）若勵(lì)磁電流增大10%，因電機(jī)磁路存在非線性的磁飽和效應(yīng)，空載電動(dòng)勢(shì)將增大，但低于10%；

（3）如電機(jī)轉(zhuǎn)速增加20%，則空載電動(dòng)勢(shì)增大20%。

主磁通既鏈著電樞繞組又鏈著勵(lì)磁繞組，為什么卻只在電樞繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

答：

因?yàn)橹鞔磐ㄊ怯啥ㄗ觿?lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流而產(chǎn)生，是一恒定的磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁繞組間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以只在轉(zhuǎn)子電樞繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率指什么？

答：

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率是指由定子方通過氣隙傳入轉(zhuǎn)子方的功率，可以由定子方的輸入電功率扣除定子銅耗來計(jì)算，也可以由轉(zhuǎn)子方的輸出機(jī)械功率加上鐵心損耗、機(jī)械摩擦損耗和附加損耗來計(jì)算，即

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程

，

如果減小磁通，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流將增大，以保持轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系。

某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為，，，。計(jì)算額定電樞電流、額定轉(zhuǎn)矩和額定負(fù)載時(shí)的輸入電功率。

解：

額定負(fù)載時(shí)的輸入電功率

額定電樞電流

額定轉(zhuǎn)矩

有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為，，，，，計(jì)算額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的，，，，，。

解：

負(fù)載轉(zhuǎn)矩

空載轉(zhuǎn)矩

電磁轉(zhuǎn)矩

輸入功率

額定效率

電樞電阻

有一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，，，，已知，，求額定負(fù)載下的及。

解：

電樞電流

定子銅耗

輸入功率

電磁功率第四章直流電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)直流電動(dòng)機(jī)一般為什么不允許直接起動(dòng)？可采用什么方法起動(dòng)比較好？

答：

所謂起動(dòng)就是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到某一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須先加額定勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)，然后再加電樞電壓。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)忽略電樞電感時(shí)，電樞電流為

在起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電樞回路只有電樞繞組電阻，此時(shí)電樞電流為起動(dòng)電流，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并有

，

由于電樞繞組電阻很小，因此起動(dòng)電流，約為(10~20)，這么大的起動(dòng)電流使電機(jī)換向困難，在換向片表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花，甚至形成環(huán)火；同時(shí)電樞繞組也會(huì)因過熱而損壞；另外，由于大電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過大，將損壞拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這都是不允許的。因此除了微型直流電動(dòng)機(jī)由于較大、慣量較小可以直接起動(dòng)外，一般直流電動(dòng)機(jī)都不允許直接起動(dòng)。這樣，就需要增加起動(dòng)設(shè)備和采取措施來控制電機(jī)的起動(dòng)過程。

由可知，限制起動(dòng)電流的措施有兩個(gè)：一是增加電樞回路電阻，二是降低電源電壓，即直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有電樞串電阻和降壓兩種。串電阻起動(dòng)操作較簡(jiǎn)單、可靠，但起動(dòng)電阻要消耗大量電能，效率較低。因此，目前已較少使用，只在應(yīng)用串電阻調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中才使用這種起動(dòng)方法；降壓起動(dòng)需要可調(diào)的直流電源，可采用基于電力電子器件的可控整流器向直流電機(jī)供電。采用降壓起動(dòng)方法，可使整個(gè)起動(dòng)過程既快又平穩(wěn)，同時(shí)能量損耗也小。此外，可控直流電源還可用于調(diào)速，因而在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

為什么要考慮調(diào)速方法與負(fù)載類型的配合？怎樣配合才合理？試分析恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速拖動(dòng)恒功率負(fù)載，以及恒功率調(diào)速拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種情況的機(jī)械特性。

答：

為了使電機(jī)得到充分利用，根據(jù)不同的負(fù)載，應(yīng)選用相應(yīng)的調(diào)速方式。通常，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，恒功率負(fù)載應(yīng)采用恒功率調(diào)速方式，這樣可使調(diào)速方式與負(fù)載類型相匹配，電動(dòng)機(jī)可以被充分利用。

例如初軋機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，壓下量較大，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，可采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；轉(zhuǎn)速高時(shí)，壓下量減小，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而減小，為恒功率負(fù)載，因此，要與恒功率調(diào)速方式相配合。所以，在采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的初軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中，在額定轉(zhuǎn)速以下一般用改變供電電壓調(diào)速，在以上用弱磁調(diào)速，這樣的配合較恰當(dāng)。如圖4-13所示。

反之，假如恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式，或者恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，則調(diào)速方式與負(fù)載類型就不匹配，電動(dòng)機(jī)不能被充分利用。

例如用轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法去拖動(dòng)恒功率負(fù)載（如下圖），因調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在范圍內(nèi)變化，故電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)地變化。由于勵(lì)磁磁通并不變，那么電樞電流就隨之在范圍內(nèi)變化。如果令，則低速時(shí)，電機(jī)過載、過熱；高速時(shí)，，電機(jī)為輕載，沒被充分利用。

又如用恒功率調(diào)速方法去拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如下圖），因?yàn)檎{(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常值，所以電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為常值，從電磁轉(zhuǎn)矩公式可知，隨著磁通的減小，電樞電流一定會(huì)變大。如果令，則弱磁高速時(shí)，電機(jī)會(huì)過熱；強(qiáng)磁低速時(shí)，，電機(jī)沒被充分利用。

如何區(qū)別電動(dòng)機(jī)是處于電動(dòng)狀態(tài)還是制動(dòng)狀態(tài)？

答：

直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)主要分為電動(dòng)狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài)兩大類。

電動(dòng)狀態(tài)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的基本工作狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同，此時(shí)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從電源吸收電功率，向負(fù)載傳遞機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性如圖4-14所示。

電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，此時(shí)為制動(dòng)性阻轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能，該電能或消耗在電阻上，或回饋電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械特性處在第二、四象限。

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，當(dāng)電樞所接電源電壓為額定電壓、電樞回路串入電阻時(shí)拖動(dòng)著重物勻速上升，若把電源電壓突然倒換極性，電動(dòng)機(jī)最后穩(wěn)定運(yùn)行于什么狀態(tài)？重物提升還是下放？畫出機(jī)械特性圖，并說明中間經(jīng)過了什么運(yùn)行狀態(tài)？

答：

電機(jī)開始運(yùn)行于正向電動(dòng)狀態(tài)。若把電源電壓突然倒換極性，電動(dòng)機(jī)最后穩(wěn)定運(yùn)行于反向回饋制動(dòng)狀態(tài)，重物勻速下放，其機(jī)械特性如下圖所示。

圖中曲線1為固有機(jī)械特性，曲線2為電樞電壓等于額定值、電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性，曲線3為電樞電壓反接后電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性。反接電壓之前，勻速提升重物的工作點(diǎn)為A，反接后穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)為E。從A到E中間經(jīng)過：

（1）B—C，反接制動(dòng)過程；

（2）C—D，反向升速，屬反向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；

（3）D—E，繼續(xù)反向升速，屬反向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)車行駛，前進(jìn)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為正。當(dāng)電動(dòng)車行駛在斜坡上時(shí)，負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩比位能性轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)車在斜坡上前進(jìn)和后退時(shí)電動(dòng)機(jī)可能工作在什么運(yùn)行狀態(tài)？請(qǐng)?jiān)跈C(jī)械特性上標(biāo)出工作點(diǎn)。

答：

如圖4-22所示，當(dāng)電動(dòng)車在斜坡上前進(jìn)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為摩擦轉(zhuǎn)矩與位能性轉(zhuǎn)矩之和，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)車前進(jìn)，電動(dòng)機(jī)工作在第一象限的正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖中的A點(diǎn)。當(dāng)電動(dòng)車在斜坡上后退時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為摩擦轉(zhuǎn)矩與位能性轉(zhuǎn)矩之差，由于摩擦轉(zhuǎn)矩比位能性轉(zhuǎn)矩小，所以與轉(zhuǎn)速n方向相同，實(shí)質(zhì)上成為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與n方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制電動(dòng)車后退速度，同時(shí)將電能回饋給電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)工作在第二象限的正向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖中的B點(diǎn)。

有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，，，，估算額定運(yùn)行時(shí)的，，，，最后畫出固有機(jī)械特性。

解：

認(rèn)為額定運(yùn)行時(shí)電樞銅耗近似等于總損耗的50%，即

這樣電樞電阻

固有機(jī)械特性方程為

因?yàn)?，所以該方程又可寫?/p>

由此可畫出固有機(jī)械特性，如下圖所示

畫出上題電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻和電樞電壓降到150V的兩條人為機(jī)械特性。

解：

電樞回路串入電阻的人為機(jī)械特性方程為（空載轉(zhuǎn)速不變）

電樞電壓降到150V的人為機(jī)械特性方程為（特性斜率不變）

由此可畫出這兩條人為機(jī)械特性，如下圖所示

有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，，，，，，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流。

解：

額定運(yùn)行時(shí)

空載轉(zhuǎn)矩和空載損耗為

負(fù)載運(yùn)行時(shí)，認(rèn)為空載損耗保持不變，即有如下關(guān)系

求解上面的三個(gè)方程，可得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，，，，，試計(jì)算：

（1）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；

（2）限制起動(dòng)電流不超過，采用電樞串電阻起動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入多大的電阻值；若采用降壓起動(dòng)，電壓應(yīng)降到多大？

解：

（1）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流

（2）采用電樞串電阻起動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入多大的電阻值

若采用降壓起動(dòng)，電壓應(yīng)降到

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，，，，，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載運(yùn)行，現(xiàn)把電源電壓降至150V，問：

（1）電源電壓降低的瞬間轉(zhuǎn)速來不及變化，電動(dòng)機(jī)的電樞電流及電磁轉(zhuǎn)矩各是多大？電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)轉(zhuǎn)矩是多大？

（2）穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速是多少？

解：

（1）額定運(yùn)行時(shí)

電源電壓降至150V的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及變化，則電動(dòng)機(jī)的電樞電流

此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩

（2）因?yàn)槭呛戕D(zhuǎn)矩負(fù)載，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞電流為額定值，所以轉(zhuǎn)速

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，，，，，，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，。弱磁調(diào)速時(shí)，從調(diào)至，問：

（1）調(diào)速瞬間電樞電流是多少？

（2）調(diào)速前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速各為多少？

解：

（1）額定運(yùn)行時(shí)

不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電樞電流為，轉(zhuǎn)速為

弱磁調(diào)速瞬間，轉(zhuǎn)速來不及變化，電樞電流為

（2）調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

因?yàn)槭呛戕D(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，調(diào)速后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，此時(shí)電樞電流，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，，，，，已知電動(dòng)機(jī)最大允許電流，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載電動(dòng)運(yùn)行。問：

（1）若采用能耗制動(dòng)停車，電樞應(yīng)串入多大的電阻？

（2）制動(dòng)開始瞬間及制動(dòng)結(jié)束時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩各為多大？

（3）若負(fù)載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)使負(fù)載以120r/min轉(zhuǎn)速勻速下放重物，此時(shí)電樞回路應(yīng)串入多大的電阻？

解：

（1）額定運(yùn)行時(shí)

不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載電動(dòng)運(yùn)行時(shí)的電樞電流為，轉(zhuǎn)速為

能耗制動(dòng)前電樞電動(dòng)勢(shì)為

制動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)速來不及變化，電樞電動(dòng)勢(shì)不變，電樞應(yīng)串入的電阻值為

（2）制動(dòng)開始瞬間的電樞電流，電磁轉(zhuǎn)矩

制動(dòng)結(jié)束時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩

（3）因?yàn)樨?fù)載是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，重物下放時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍為，電樞電流，電樞回路應(yīng)串入的電阻值

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，，，，，已知電動(dòng)機(jī)的過載能力，電動(dòng)機(jī)帶反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載處于額定運(yùn)行。求：

（1）采用反接制動(dòng)停車，電樞回路應(yīng)串入多大的電阻？

（2）如制動(dòng)結(jié)束時(shí)，不切斷電源，電動(dòng)機(jī)是否會(huì)反轉(zhuǎn)？若能反轉(zhuǎn)，試求穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，并說明電動(dòng)機(jī)工作在什么狀態(tài)？

解：

（1）額定運(yùn)行時(shí)

由于反接制動(dòng)時(shí)電樞電流不超過，電樞回路應(yīng)串入的電阻為

（2）如制動(dòng)結(jié)束時(shí)，不切斷電源，當(dāng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩

由于，電動(dòng)機(jī)將會(huì)反轉(zhuǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，，，，。

（1）電動(dòng)機(jī)以反向回饋制動(dòng)運(yùn)行下放重物，設(shè)，電樞回路不串電阻，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩各為多少？回饋電源的電功率多大？

（2）若采用能耗制動(dòng)運(yùn)行下放同一重物，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，問電樞回路串入多大的電阻？該電阻上消耗的電功率是多大？

（3）若采用倒拉反轉(zhuǎn)下放同一重物，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，問電樞回路串入多大的電阻？該電阻上消耗的電功率是多大？電源送入電動(dòng)機(jī)的電功率多大？

解：

（1）額定運(yùn)行時(shí)

反向回饋制動(dòng)運(yùn)行下放重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為

不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

回饋電源的電功率為

（2）能耗制動(dòng)運(yùn)行下放重物時(shí)，電樞回路串入的電阻值

該電阻上消耗的電功率為

（3）倒拉反轉(zhuǎn)下放重物時(shí)，電樞回路串入的電阻值

該電阻上消耗的電功率為

電源送入電動(dòng)機(jī)的電功率為

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，，，，。負(fù)載轉(zhuǎn)矩，最大制動(dòng)電流。求當(dāng)該電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能負(fù)載時(shí)，用哪幾種方法可使電動(dòng)機(jī)以500r/min的速度下放負(fù)載，每種方法電樞回路中所串電阻為多少？并畫出相應(yīng)的機(jī)械特性，標(biāo)出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過程。

解：

額定運(yùn)行時(shí)

不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的電樞電流為

以500r/min速度穩(wěn)態(tài)提升重物時(shí)的機(jī)械特性為

由此可求得電樞回路串入的電阻值

采用以下兩種方法可使電動(dòng)機(jī)以500r/min的速度下放負(fù)載：

（1）采用轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為

由此可求得電樞回路串入的電阻值

從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過程如下圖所示，

（2）采用能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為

由此可求得電樞回路串入的電阻值

從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過程如下圖所示，

某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：，，，，，。拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，。采用能耗制動(dòng)或反接制動(dòng)停車，最大允許電流為，求兩種停車方法各自最快的制動(dòng)停車時(shí)間是多少（?。?？

解：

基本數(shù)據(jù)計(jì)算：

額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的

負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速（即制動(dòng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速）

（1）能耗制動(dòng)計(jì)算：

電樞回路串入電阻后的總電阻

能耗制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

能耗制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù)

最快的制動(dòng)停車時(shí)間

（2）反接制動(dòng)計(jì)算：

電樞回路串入電阻后的總電阻

能耗制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

能耗制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù)

最快的制動(dòng)停車時(shí)間

一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：，，，，，系統(tǒng)總飛輪慣量。在轉(zhuǎn)速為時(shí)使電樞反接，反接制動(dòng)的起始電流為，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩。試就反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種情況求：反接制動(dòng)使轉(zhuǎn)速自降到0的制動(dòng)時(shí)間。

解：

基本數(shù)據(jù)計(jì)算：

額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的

額定負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

反接制動(dòng)時(shí)電樞回路串入電阻后的總電阻

反接制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù)

（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算：

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

制動(dòng)時(shí)間

（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算：

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

制動(dòng)時(shí)間

第五章變壓器在研究變壓器時(shí)，對(duì)正弦量電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通等為什么要規(guī)定正方向？我們是按什么慣例來規(guī)定正方向的？

答：

由于變壓器中電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化，為了能正確表明各量之間的關(guān)系，要規(guī)定它們的正方向。一般采用電工慣例來規(guī)定其正方向（假定正方向）：

（1）同一條支路中，電壓的正方向與電流的正方向一致；

（2）由電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)所建立的磁通其二者的正方向符合右手螺旋法則；

（3）由磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其正方向與產(chǎn)生該磁通的電流的正方向一致，則有。

變壓器中主磁通和漏磁通的性質(zhì)和作用有什么不同？在等效電路中如何反映它們的作用？

答：

當(dāng)一次繞組加上交流電源電壓時(shí)，一次繞組中就有電流產(chǎn)生，由于變壓器為空載運(yùn)行，此時(shí)稱一次繞組中的電流為空載電流。由產(chǎn)生空載磁動(dòng)勢(shì)，并建立空載時(shí)的磁場(chǎng)。由于鐵心的磁導(dǎo)率比空氣（或油）的磁導(dǎo)率大得多，所以絕大部分磁通通過鐵心閉合，同時(shí)交鏈一、二次繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和，如果二次繞組與負(fù)載接通，則在電動(dòng)勢(shì)作用下向負(fù)載輸出電功率，所以這部分磁通起著傳遞能量的媒介作用，因此稱之為主磁通；另有一小部分磁通（約為主磁通的%左右）主要經(jīng)非磁性材料（空氣或變壓器油等）形成閉路，只與一次繞組交鏈，不參于能量傳遞，稱之為一次繞組的漏磁通，它在一次繞組中產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。

在變壓器等效電路中，主磁通的作用通過它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來表征，即一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)、及鐵心中主磁通的最大值成正比，而在相位上比產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的主磁通滯后90°。而等效電路中的漏電抗反映了漏磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng)。由于漏磁通的主要路徑是非鐵磁性物質(zhì)，漏磁路不會(huì)飽和，是線性的，其磁導(dǎo)是常數(shù)，因此對(duì)已制成的變壓器，漏電感為一常數(shù)，當(dāng)電源頻率一定時(shí)，漏電抗也是常數(shù)。

變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一次側(cè)加額定電壓，為什么空載電流很??？如果一次側(cè)加額定電壓的直流電源，這時(shí)一次側(cè)電流、鐵心中磁通會(huì)有什么變化？二次繞組開路和短路對(duì)一次繞組的電流有無影響？

答：

變壓器主磁通的路徑完全是通過鐵心閉合的，主磁路的磁阻很小，只需要很小的勵(lì)磁電流就能產(chǎn)生較大的主磁通，并產(chǎn)生足以平衡一次側(cè)額定電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以變壓器空載運(yùn)行時(shí)，即使一次側(cè)加額定電壓，空載電流也很小。

如果一次側(cè)加額定電壓的直流電源，這時(shí)沒有電磁感應(yīng)作用，額定電壓將完全由一次側(cè)繞組的電阻壓降來平衡，由于一次側(cè)繞組的電阻一般很小，一次側(cè)電流將變得非常大，鐵心中的磁通很變得很大，有可能燒毀變壓器（相當(dāng)于短路事故）。這時(shí)二次繞組開路和短路對(duì)一次繞組的電流沒有影響。

一臺(tái)用于50Hz電源的單相變壓器，如果接在60Hz電網(wǎng)上運(yùn)行，如果額定電壓不變，則空載電流、鐵心損耗、漏電抗、勵(lì)磁電抗及電壓調(diào)整率等有何變化？

答：

根據(jù)變壓器一次側(cè)的電壓平衡方程

時(shí)，；時(shí)，，所以

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(lì)磁電流）成正比，空載電流將減小。

鐵心損耗的近似計(jì)算公式為

所以，鐵心損耗將減小。

漏磁路的磁阻不變，漏電感不變，所以漏電抗隨著頻率的增加而變大。在不考慮磁路飽和的情況下，勵(lì)磁電抗也隨著頻率的增加而變大。而漏電抗的變大意味著短路電抗的變大，所以電壓調(diào)整率也變大。

一臺(tái)單相變壓器，額定電壓為220V/110V，如果不慎將低壓側(cè)誤接到220V的電源上，對(duì)變壓器有何影響？

答：

這是一臺(tái)降壓變壓器，低壓繞組匝數(shù)少。由公式可知，主磁通要增加很多才能平衡端電壓，磁通的增加又因磁路非線性引起勵(lì)磁電流增加很多，電流過大就可能燒壞低壓繞組。

一臺(tái)單相變壓器，額定容量為5kV·A，高、低壓側(cè)繞組均為兩個(gè)匝數(shù)相同的線圈，高、低壓側(cè)每個(gè)線圈的額定電壓為1100V和110V，現(xiàn)將它們進(jìn)行不同方式的連接，試問每種連接的高、低壓側(cè)額定電流為多少？可得幾種不同的電壓比？

解：

（1）高壓繞組串聯(lián)、低壓繞組串聯(lián)：

（2）高壓繞組串聯(lián)、低壓繞組并聯(lián)：

（3）高壓繞組并聯(lián)、低壓繞組并聯(lián)：

（4）高壓繞組并聯(lián)、低壓繞組串聯(lián)：

變壓器為什么要并聯(lián)運(yùn)行？并聯(lián)運(yùn)行的條件有哪些？哪些條件需要嚴(yán)格遵守？

答：

所謂并聯(lián)運(yùn)行，就是將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的變壓器的一、二次繞組分別并聯(lián)到公共母線上，同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。變壓器之所以要并聯(lián)運(yùn)行，是因?yàn)椴⒙?lián)運(yùn)行時(shí)很多的優(yōu)點(diǎn)：

（1）提高供電的可靠性。并聯(lián)運(yùn)行的某臺(tái)變壓器發(fā)生故障或需要檢修時(shí)，可以將它從電網(wǎng)上切除，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電；

（2）提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)負(fù)載有較大的變化時(shí)，可以調(diào)整并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行的效率；

（3）可以減小總的備用容量，并可隨著用電量的增加而分批增加新的變壓器。

并聯(lián)運(yùn)行的條件有以下三條，都必須嚴(yán)格遵守：

（1）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的額定電壓應(yīng)相等，即各臺(tái)變壓器的電壓比應(yīng)相等；

（2）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)必須相同；

（3）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對(duì)值要相等。

與普通雙繞組變壓器相比，自耦變壓器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

答：

自耦變壓器與普通雙繞組變壓器相比，在相同的額定容量下，由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量，因此自耦變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸小，節(jié)省有效材料（銅線和硅鋼片）和結(jié)構(gòu)材料（鋼材），降低了成本。同時(shí)有效材料的減少還可減小損耗，從而提高自耦變壓器的效率。

由于自耦變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間有電的直接聯(lián)系，所以高壓側(cè)的電氣故障會(huì)波及到低壓側(cè)，因此在低壓側(cè)使用的電氣設(shè)備同樣要有高壓保護(hù)設(shè)備，以防止過電壓。另外，自耦變壓器的短路阻抗小，短路電流比普通雙繞組變壓器的大，因此必須加強(qiáng)保護(hù)。

電壓互感器和電流互感器的功能是什么？使用時(shí)必須注意什么？

答：

電壓互感器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)降壓變壓器，原理和結(jié)構(gòu)與普通雙繞組變壓器基本相同，其功能就是安全地測(cè)量高電壓。使用電壓互感器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）電壓互感器在運(yùn)行時(shí)二次繞組絕對(duì)不允許短路，因?yàn)槿绻蝹?cè)發(fā)生短路，則短路電流很大，會(huì)燒壞互感器。因此，使用時(shí)在一、二次側(cè)電路中應(yīng)串接熔斷器作短路保護(hù)。

（2）電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防止高壓繞組絕緣損壞時(shí)，鐵心和二次繞組帶上高電壓而造成的事故。

（3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次側(cè)不宜接過多的儀表，以免影響電壓互感器的準(zhǔn)確度。

電流互感器類似于一個(gè)升壓變壓器，其功能就是安全地測(cè)量大電流。使用電流互感器時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）電流互感器在運(yùn)行時(shí)二次繞組絕對(duì)不允許開路。如果二次繞組開路，電流互感器就成為空載運(yùn)行狀態(tài)，被測(cè)線路的大電流就全部成為勵(lì)磁電流，鐵心中的磁通密度就會(huì)猛增，磁路嚴(yán)重飽和，一方面造成鐵心過熱而毀壞繞組絕緣，另一方面二次繞組將會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生很高的電壓，可能使絕緣擊穿，危及儀表及操作人員的安全。

（2）電流互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以免絕緣損壞時(shí)，高電壓傳到低壓側(cè)，危及儀表及人身安全。

（3）電流表的內(nèi)阻抗必須很小，否則會(huì)影響測(cè)量精度。

有一交流信號(hào)源，已知信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)阻，負(fù)載電阻。（1）如果負(fù)載經(jīng)變壓器接至信號(hào)源，并使等效電阻，求變壓器的電壓比和負(fù)載上獲得的功率；（2）如果負(fù)載直接接至信號(hào)源，求負(fù)載上獲得的功率？

解：

（1）變壓器的電壓比為

回路電流

負(fù)載上獲得的功率

信號(hào)源的輸出功率

效率

（2）如果負(fù)載直接接至信號(hào)源，回路電流為

負(fù)載上獲得的功率

信號(hào)源的輸出功率

效率

有一臺(tái)單相變壓器，已知，，，，，，匝，匝，，，（滯后），試用近似等效電路和簡(jiǎn)化等效電路求和。

解：

電壓比

（1）近似等效電路如下圖所示，先將相關(guān)參數(shù)折算到低壓側(cè)來計(jì)算

以為參考向量，設(shè)，則

折算到高壓側(cè)，得

（2）簡(jiǎn)化等效電路如下圖所示，將相關(guān)參數(shù)折算到高壓側(cè)來計(jì)算

以為參考向量，設(shè)

一臺(tái)單相變壓器，，，，空載及短路試驗(yàn)的結(jié)果如下（25℃時(shí)）：試驗(yàn)名稱電壓/V電流/A功率/W電源加在空載63005000低壓側(cè)短路324014000高壓側(cè)試計(jì)算：（1）歸算到高壓側(cè)的參數(shù)；（2）滿載及（滯后）時(shí)的電壓調(diào)整率及效率；（3）最大效率。

解：

（1）歸算到高壓側(cè)的參數(shù)

由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，先求低壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)

折算到高壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)為

由短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算高壓側(cè)室溫下的短路參數(shù)

換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值

額定短路損耗為

短路電壓（阻抗電壓）為

（2）滿載（）及（滯后）時(shí)

（3）當(dāng)時(shí)

有一三相鋁線變壓器，已知，，Yy0聯(lián)結(jié)，空載及短路試驗(yàn)數(shù)（20℃）如下：試驗(yàn)名稱電壓/V電流/A功率/W電源加在空載400603800低壓側(cè)短路44010900高壓側(cè)試計(jì)算：（1）歸算到高壓側(cè)的參數(shù)；（2）滿載及（滯后）時(shí)的、及；（3）最大效率。

解：

（1）歸算到高壓側(cè)的參數(shù)

由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，先求低壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)

折算到高壓側(cè)的勵(lì)磁參數(shù)為

由短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算高壓側(cè)室溫下的短路參數(shù)

換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值

額定短路損耗為

短路電壓（阻抗電壓）為

（2）滿載（）及（滯后）時(shí)

（3）當(dāng)時(shí)

有一臺(tái)單相變壓器，，，，繞組參數(shù)為，，，。試求：

（1）歸算到高壓側(cè)的短路參數(shù)；

（2）求滿載時(shí)，當(dāng)、（滯后）和（超前）3種情況下的電壓調(diào)整率，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

解：

（1）歸算到高壓側(cè)的短路參數(shù)

變比

（2）滿載時(shí)，。另外，

當(dāng)時(shí)，，

當(dāng)（滯后）時(shí)，，

當(dāng)（超前）時(shí)，，

由于在電力變壓器中，一般和都比較小，因此在純電阻負(fù)載，即時(shí)，很小，說明負(fù)載變化時(shí)下降得很?。辉诟行载?fù)載，即時(shí)，和均為正值，也為正值且較大，說明隨負(fù)載電流的增大而下降，而且在相同負(fù)載電流下，感性負(fù)載時(shí)的下降比純電阻負(fù)載時(shí)的下降來得大；在容性負(fù)載，即時(shí)，，而，若，則為負(fù)值，這表明負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓比空載時(shí)高，即隨的增大而升高。

一臺(tái)單相變壓器，，，，今把它兩個(gè)繞組串聯(lián)改接為自耦變壓器使用，如圖5-29所示。問當(dāng)a-x端接220V電壓時(shí)，A-X兩端的電壓是多少？一次側(cè)電流為多大？公共繞組的電流為多大？

解：

變比為

若忽略漏阻抗壓降，當(dāng)a-x端接220V電壓時(shí)，A-X兩端的電壓是380V。

如圖所示，根據(jù)基爾霍夫第一定律可得

當(dāng)自耦變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，負(fù)載時(shí)合成磁動(dòng)勢(shì)建立的主磁通與空載磁動(dòng)勢(shì)建立的主磁通相同，故有

由于空載電流（勵(lì)磁電流）很小，如果忽略不計(jì)，則上式可寫成

所以

上式說明，不計(jì)空載電流時(shí)，一次側(cè)電流與二次側(cè)電流相位相反。

設(shè)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)仍為額定容量，則一次側(cè)電流的有效值為

二次側(cè)電流的有效值為

公共繞組電流的有效值為

第六章交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論電角度的含義是什么？它與機(jī)械角度之間的關(guān)系如何？

答：

電機(jī)每對(duì)極在定子內(nèi)圓上所占的角度360°/p指的是實(shí)際的空間幾何角度,這個(gè)角度被稱為機(jī)械角度。在四極及以上極數(shù)的電機(jī)中常常把一對(duì)極所占的360°定義為電角度，這是因?yàn)槔@組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化一個(gè)周期為360°。對(duì)于兩極電機(jī)，其定子內(nèi)圓所占電角度和機(jī)械角度相等，均為360°；而p對(duì)極電機(jī)，其定子內(nèi)圓全部電角度為360°·p，但機(jī)械角度卻仍為360°。所以二者存在以下關(guān)系：

電角度=機(jī)械角度×極對(duì)數(shù)

單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)具有什么性質(zhì)？它的振幅是如何計(jì)算的？

答：

（1）單相的磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)，可分為磁動(dòng)勢(shì)及高次磁動(dòng)勢(shì)。

（2）磁動(dòng)勢(shì)幅值的位置與的相重合，及高次磁動(dòng)勢(shì)分量的幅值在時(shí)間上都以繞組中電流變化的頻率脈振。

（3）單相繞組脈振磁動(dòng)勢(shì)中基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為，次磁動(dòng)勢(shì)幅值，。

（4）繞組采取和適當(dāng)短距的措施可以減少諧波成分，使磁動(dòng)勢(shì)的近似。

從物理意義上解釋為什么三相交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)的？

答：

交流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙中的產(chǎn)生有兩個(gè)條件：①三相對(duì)稱：互差120°；②三相電源對(duì)稱：互差120°時(shí)間。當(dāng)三相交流中通入時(shí)，各自產(chǎn)生沿繞組軸向方向的脈振磁場(chǎng)，三相脈振磁場(chǎng)合成的結(jié)果就是。該的幅值保持不變，在時(shí)間上將按照A-B-C的移動(dòng)。三相脈振磁場(chǎng)之間相差120°，交替起來就形成了氣隙中的。

三相繞組接在三相電源上，如果有一相斷路，則繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)具有怎樣的性質(zhì)？

答：

如果有一相斷電，則只有兩相繞組電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，空間相差120°電角度的兩相脈振磁動(dòng)勢(shì)的合成無法滿足對(duì)稱條件，其合成磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是一個(gè)橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

如果在三相對(duì)稱繞組中通入時(shí)間上同相位的電流，則繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)具有怎樣的性質(zhì)？

答：

因?yàn)閱蜗嗬@組產(chǎn)生的是沿軸向方向的脈振磁動(dòng)勢(shì)，如果在三相對(duì)稱繞組中通入時(shí)間上同相位的電流，所產(chǎn)生的三相脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的變化就完全相同，其合成磁動(dòng)勢(shì)就為零，這種情況就如同Y形連接三相對(duì)稱電路的中線電流為零。第七章異步電機(jī)原理為什么說異步電機(jī)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(diǎn)。

答：

異步電機(jī)和變壓器在功能、外型特征和運(yùn)行方式上很不相同，但它們?cè)诠ぷ髟砩嫌泻艽蟮南嗨菩?，都是通過電磁感應(yīng)原理來工作的。異步電機(jī)的定子相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)，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(dāng)異步電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，上的感應(yīng)電壓與電壓之間的關(guān)系，與變壓器的情況完全一樣。因此，異步電機(jī)又被形象地稱為“”。

兩者的不同之處主要表現(xiàn)在，同容量的異步電機(jī)和變壓器相比，變壓器的空載電流較小。空載電流是用于產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)或主磁通的，變壓器的主磁通回路沒有像異步電機(jī)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(zhǎng)期空載運(yùn)行。

試說明異步電機(jī)頻率折算和繞組折算的意義、折算條件及折算方法。

答：

轉(zhuǎn)子繞組折算就是用新繞組替換原繞組。為了導(dǎo)出等效電路，用一個(gè)與定子繞組的相數(shù)、匝數(shù)和繞組因數(shù)都相同的等效繞組替換實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組，折算前后轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢(shì)和各種功率及損耗不變，即從定子方看轉(zhuǎn)子，一切未變。折算的方法就是將轉(zhuǎn)子方的電壓或電動(dòng)勢(shì)乘以異步電機(jī)的電壓比，將轉(zhuǎn)子方的電流除以異步電機(jī)的電流比，將轉(zhuǎn)子方的阻抗乘以。

頻率折算就是用靜止的轉(zhuǎn)子替換旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，折算條件也是磁動(dòng)勢(shì)和各種功率及損耗不變。為此，只要將轉(zhuǎn)子電阻用電阻來代替，或者說在轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)實(shí)際上并不存在的虛擬電阻。

異步電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行、額定負(fù)載運(yùn)行及短路堵轉(zhuǎn)運(yùn)行3種情況下的等效電路有什么不同？當(dāng)定子外加電壓一定時(shí)，3種情況下的定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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：

異步電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率，由異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路可知，虛擬電阻為無窮大，轉(zhuǎn)子電流為零，沒有機(jī)械功輸出。此時(shí)，定子電流（空載電流）也很小，定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，定子功率因數(shù)較小。

異步電動(dòng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率，虛擬電阻為零，轉(zhuǎn)子電流很大，有可能燒毀電機(jī)。此時(shí)，定子電流較大，定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較小，定子功率因數(shù)較大。

異步電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行的情況介于上述兩者之間。

用異步動(dòng)電機(jī)等效電路解釋為什么異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的？為什么異步電動(dòng)機(jī)不宜在輕負(fù)載下運(yùn)行？

答：

由等效電路可見，可以等效為若干電阻與電感的串并聯(lián)，屬于型負(fù)載，而的電流特性即是電流滯后于電壓的變化，所以其總是滯后。

如果異步電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就比較接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率很小，由等效電路可見，虛擬電阻將很大，定、轉(zhuǎn)子電流都很小，定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，定子功率因數(shù)較小。這樣，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)都很低，電能使用效率低。所以，異步電動(dòng)機(jī)不宜在輕負(fù)載下長(zhǎng)期運(yùn)行。

異步電動(dòng)機(jī)外加電壓的大小與最初起動(dòng)電流有什么關(guān)系？與最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有什么關(guān)系？為什么電磁轉(zhuǎn)矩隨外加電壓的平方變化？

答：

在不考慮磁路飽和效應(yīng)的情況下，異步電動(dòng)機(jī)最初起動(dòng)電流與外加電壓成正比，最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與外加電壓的平方成正比。

由電機(jī)的基本理論可知，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，產(chǎn)生定子磁場(chǎng)的定子電流由定子外加電壓產(chǎn)生，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子電流由定子磁場(chǎng)的感應(yīng)作用而產(chǎn)生，也可視為定子外加電壓作用的結(jié)果，所以異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨外加電壓的平方變化。

異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變而電源電壓下降10%，對(duì)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、主磁通、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)、定子電流等有何影響？如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，長(zhǎng)期低壓運(yùn)行，會(huì)有何后果？

答：

首先，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速保持不變，主磁通將減小。其次，根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式，因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必然下降，以增大定、轉(zhuǎn)子間的轉(zhuǎn)差，使轉(zhuǎn)子電流增大，隨之定子電流也增大，以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的減小，使轉(zhuǎn)子電流頻率增大，轉(zhuǎn)子回路的漏電抗增大，轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)將減小。

由上分析可知，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，長(zhǎng)期低壓運(yùn)行，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)很低，電能使用效率低，并且定、轉(zhuǎn)子電流都偏大，有可能燒毀電機(jī)。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻改善了功率因數(shù)，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加；籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩小，如果把電阻串在定子繞組里以改善功率因數(shù)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能否提高？為什么？

答：

把電阻串在定子繞組里雖然可以改善功率因數(shù)，但也起到了分壓的作用，實(shí)際加在定子繞組的電壓將減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不能提高。

一臺(tái)額定頻率為50Hz的三相異步電機(jī)，當(dāng)定子繞組加額定電壓，轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為100V。設(shè)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速n=960r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同，問：

（1）此時(shí)電機(jī)運(yùn)行在什么狀態(tài)？

（2）此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)為多少？（忽略定子漏阻抗壓降影響）

（3）轉(zhuǎn)子參數(shù)，，試求額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流是多少？

解：

（1）轉(zhuǎn)差率，，此時(shí)電機(jī)運(yùn)行在正向電動(dòng)狀態(tài)。

（2）此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)。

（3）額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流

一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：，，，定子繞組為Δ接法。已知該三相異步電動(dòng)機(jī)一相的參數(shù)為：，，，

，，忽略不計(jì)。試求：

（1）額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電流的頻率。

（2）作T型等效電路，并計(jì)算額定負(fù)載時(shí)的定子電流、轉(zhuǎn)子電流折算值、輸入功率和功率因數(shù)為多少？

解：

（1）額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率

轉(zhuǎn)子電流的頻率

（2）T型等效電路為

額定負(fù)載時(shí)的阻抗計(jì)算：

定子相電流

定子線電流

功率因數(shù)

（滯后）

輸入功率

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

轉(zhuǎn)子電流折算值

一臺(tái)三相4極異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定頻率。在額定負(fù)載運(yùn)行情況下，由電源輸入的功率為，定子銅耗為341W，轉(zhuǎn)子銅耗為，鐵損耗為，機(jī)械損耗為45W，附加損耗為29W。

（1）畫出功率流程圖，標(biāo)明各功率及損耗。

（2）在額定運(yùn)行的情況下，求電動(dòng)機(jī)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：

，

，

，，

（2）效率

轉(zhuǎn)差率

轉(zhuǎn)速

電磁轉(zhuǎn)矩

輸出轉(zhuǎn)矩

一臺(tái)三相6極異步電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)為：，，，。額定負(fù)載時(shí)定子邊的功率因數(shù)，定子銅耗、鐵耗共為，機(jī)械損耗為，忽略附加損耗。計(jì)算在額定負(fù)載時(shí)：（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

（2）轉(zhuǎn)子銅耗

由，，可得電磁功率和轉(zhuǎn)子銅耗

（3）效率

（4）由，得定子電流（相電流，Y接法）

（5）轉(zhuǎn)子電流的頻率

第八章同步電機(jī)原理異步電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的形成上有什么相同之處？在凸極同步電動(dòng)機(jī)中為什么要把電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)分成直軸和交軸兩個(gè)分量？

答：

相同之處在于，兩者的電磁轉(zhuǎn)矩都是定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，且穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間保持相對(duì)靜止或同步。

在凸極同步電動(dòng)機(jī)中，定、轉(zhuǎn)子間的氣隙不均勻，但氣隙磁阻分別沿直軸方向和交軸方向?qū)ΨQ。對(duì)于電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生的磁通，可視為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)與交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)在電機(jī)主磁路中分別產(chǎn)生磁通的疊加。因?yàn)榭偸窃谥陛S方向，總是在交軸方向，盡管氣隙不均勻，但對(duì)直軸或交軸來說，都分別為對(duì)稱磁路，這就給分析帶來了方便。所以，在凸極同步電動(dòng)機(jī)中要把電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)分成直軸和交軸兩個(gè)分量。

同步電動(dòng)機(jī)欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)，從電網(wǎng)吸收什么性質(zhì)的無功功率？過勵(lì)時(shí)，從電網(wǎng)吸收什么性質(zhì)的無功功率？

答：

同步電動(dòng)機(jī)欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流比正常勵(lì)磁電流小，在這種情況下同步電動(dòng)機(jī)除了從電網(wǎng)吸收有功功率以外，還要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。這時(shí)同步電動(dòng)機(jī)就像一個(gè)電阻電感性負(fù)載，需要電網(wǎng)提供滯后的無功功率，加重了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，所以同步電動(dòng)機(jī)一般很少采用欠勵(lì)運(yùn)行方式。

同步電動(dòng)機(jī)欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流比正常勵(lì)磁電流大，在這種情況下同步電動(dòng)機(jī)除了從電網(wǎng)吸收有功功率以外，還要從電網(wǎng)吸收超前的無功功率，相當(dāng)于對(duì)電網(wǎng)輸出滯后的無功功率。這時(shí)同步電動(dòng)機(jī)就像一個(gè)電阻電容性負(fù)載，對(duì)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)非常有益。

同步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，若保持勵(lì)磁電流不變，而負(fù)載降為零時(shí)，功率因數(shù)是否會(huì)改變？

答：

當(dāng)負(fù)載降為零，也就是空載運(yùn)行時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的有功功率降到最小（只維持自身的空載轉(zhuǎn)矩），而電機(jī)內(nèi)部感性無功并沒什么變化，這樣有功減小，無功不變會(huì)變小。

一臺(tái)凸極同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子若不加勵(lì)磁電流，它的功角特性和矩角特性是什么樣的？

答：

根據(jù)凸極同步電動(dòng)機(jī)電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式

若轉(zhuǎn)子不加勵(lì)磁電流，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩為

相應(yīng)的功角特性和矩角特性如下圖的曲線2所示。

一臺(tái)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，忽略定子電阻，當(dāng)功率因數(shù)為超前性的情況下，若減小勵(lì)磁電流，電樞電流將怎樣變化？

答：

根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁電流時(shí)的相量圖，在功率因數(shù)超前的情況下，若減小勵(lì)磁電流，電樞電流將減小。

同步電動(dòng)機(jī)為什么沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？一般如何使它起動(dòng)？起動(dòng)時(shí)應(yīng)注意什么問題？

答：

同步電動(dòng)機(jī)在電源頻率恒定時(shí)，其轉(zhuǎn)速是不能調(diào)節(jié)的，電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行要求其平均電磁轉(zhuǎn)矩必須不為零。而起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧愕酵睫D(zhuǎn)速，這個(gè)過程中轉(zhuǎn)速是變化的，產(chǎn)生的是脈動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)忽正忽負(fù)的轉(zhuǎn)矩作用，平均電磁轉(zhuǎn)矩等于零，所以同步電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

通常在同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上裝有類似異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠型繞組的起動(dòng)繞組，用于異步起動(dòng)。需要注意的是，為防止勵(lì)磁繞組出現(xiàn)高電壓和大電流，起動(dòng)時(shí)須在勵(lì)磁繞組中外串一個(gè)較大阻值的電阻，并閉合勵(lì)磁繞組，待轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再切除串入的大電阻，通入正常的勵(lì)磁電流。

試從起動(dòng)與運(yùn)行諸方面對(duì)異步電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)作綜合性比較。

答：

（1）基本結(jié)構(gòu)：和的是相同的，主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有直流，需要外加，通過引入電流；而的轉(zhuǎn)子是短路，靠產(chǎn)生電流。

（2）工作原理：定子通入，產(chǎn)生，而受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)相互作用，使跟著定子而轉(zhuǎn)動(dòng)。由于比定子慢，有個(gè)轉(zhuǎn)差，不同步，所以稱為異步電機(jī)；而轉(zhuǎn)子是人為加入形成恒定磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)并保持同步，所以稱為。

（3）起動(dòng)能力：異步電動(dòng)機(jī)定子接三相交流電后可以直接起動(dòng)；而同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上必須裝有專門的起動(dòng)繞組，并且勵(lì)磁繞組必須經(jīng)一大電阻短接后，才可以正常起動(dòng)。

（4）運(yùn)行特性：同步電動(dòng)機(jī)可以通過調(diào)節(jié)電流來靈活控制，且效率較高，多用于工礦大型沒備；而異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)不可調(diào)，且功率因數(shù)和效率均偏低，因此在一些大的工廠，異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多時(shí)，可附加一臺(tái)同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用，用來調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。

（5）使用維護(hù)：同步電動(dòng)機(jī)因?yàn)橛泻?，維護(hù)工作量大，造價(jià)也較高；而異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且基本上可以免維護(hù)，易于安裝、使用和維護(hù)。

已知一臺(tái)隱極式同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：額定電壓，額定電流，額定功率因數(shù)（超前），定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，同步電抗，忽略定子電阻。當(dāng)這臺(tái)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，求：

（1）空載電動(dòng)勢(shì)；

（2）功率角；

（3）電磁功率；

（4）過載倍數(shù)。

解：

由上圖所示：

（1）空載電動(dòng)勢(shì)

（2）功率角

（3）電磁功率

（4）過載倍數(shù)

一臺(tái)三相凸極式同步電動(dòng)機(jī)，定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，額定電壓為380V，直軸同步電抗，交軸同步電抗。運(yùn)行時(shí)電動(dòng)勢(shì)（相值），，求電磁功率。

解：

一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行且從電網(wǎng)吸收一功率因數(shù)為（超前）的額定電流，該機(jī)的同步電抗標(biāo)幺值為，，試求空載電動(dòng)勢(shì)和功率角。

解：

，

根據(jù)上面所示的相量圖，得

功率角

空載電動(dòng)勢(shì)（標(biāo)幺值）

一臺(tái)三相、Y聯(lián)結(jié)，400V、50Hz、80kVA、1000r/min同步電動(dòng)機(jī)，同步電抗的標(biāo)幺值為，，忽略定子電阻。外部的負(fù)載情況要求該機(jī)發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩為。試求：

（1）當(dāng)，時(shí)的輸入電流及其功率因數(shù)；

（2）當(dāng)，時(shí)的輸入電流及其功率因數(shù)；

（3）當(dāng)，時(shí)的輸入電流及其功率因數(shù)。

解：

額定電流為

電磁功率為

（