電機(jī)與拖動(dòng)課后習(xí)題答案

1、電機(jī)與拖動(dòng)參考答案2-1 （1） 切削功率: （2） 電動(dòng)機(jī)輸出功率：（3） 系統(tǒng)總飛輪轉(zhuǎn)矩：（4） 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：（5） 不切削時(shí)的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：忽略損耗時(shí)的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)阻轉(zhuǎn)矩：加速時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩：2-2 （a） （b） （c） （d） （e） 2-3 (a) 穩(wěn)定 ；（b）穩(wěn)定；(c) 穩(wěn)定； (d) 穩(wěn)定； (e) 不穩(wěn)定；第三章 3-1 直流發(fā)電機(jī)通過電刷和換向器將導(dǎo)體中的交流電勢整流成直流輸出。如果沒有換向器輸出的將是交流電勢。3-2 直流電動(dòng)機(jī)通過電刷和換向器將外部輸入直流電壓，逆變成導(dǎo)體中的交流電壓和電流。3-3 略3-4 電樞反映是指電樞繞組流過電流時(shí)產(chǎn)生的磁場對主

2、極磁場的影響。電樞反應(yīng)的影響為：（1） 使氣隙磁場發(fā)生畸變，半個(gè)磁極下磁場消弱，另半個(gè)磁極下磁場加強(qiáng)。（2）磁路不飽和時(shí)，增加的和減弱的相同，每極磁通量不變；磁路飽和時(shí)，半個(gè)磁極下增加的磁通小于另半個(gè)磁極下減弱的磁通，每極磁通量略有減少。3-5 3-6 3-7 略3-8 當(dāng)繞組為單疊形式時(shí)：每條支路并聯(lián)元件匝數(shù)=， 當(dāng)繞組為單波形式時(shí)：每條支路并聯(lián)元件匝數(shù)=3-9 3-10 采用單疊繞組時(shí)：采用單波繞組時(shí)：3-11 (1) 因?yàn)椋赃\(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)；(2) (3) 3-12 略3-13 （1） （2） （3）對于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，(4) (5) (6) 3-14 （1）(2) (3) 3-15

3、 (1) 第四章 4-1 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求：（1）起動(dòng)電流要小，一般在（1.52）IN （2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大，TstTL，； （3）起動(dòng)設(shè)備要簡單便可靠。如果起動(dòng)時(shí)直接將額定電壓加至電樞兩端，稱為直接起動(dòng)。由于起動(dòng)初始時(shí)，電動(dòng)機(jī)因機(jī)械慣性而未能旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為零，電樞電動(dòng)勢，忽略電樞回路電感的作用時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為一般電動(dòng)機(jī)的電樞繞組電阻Ra很小，若直接加上額定電壓起動(dòng)，Ist可達(dá)到額定電流的1020倍。這樣大的起動(dòng)過流將導(dǎo)致轉(zhuǎn)向困難，換向器表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花式環(huán)火；電樞繞組產(chǎn)生過大的電磁力，引起繞組損壞；而且產(chǎn)生過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，可能損壞機(jī)械傳動(dòng)部件。另外，過大的起

4、動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。一般直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接起動(dòng).一般直流電動(dòng)機(jī)的最大允許電流為（1.52）IN，為了限制過大的起動(dòng)電流，由可以看出，可以采用兩種辦法：一種辦法是降低電源電壓，另一種辦法是電樞回路串電阻。4-2 速度調(diào)節(jié)是用改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行于不同的人為機(jī)械特性上，從而在相同的負(fù)載下，得到不同的運(yùn)行速度。是人為的有目的行為；速度變化是由于負(fù)載的變化，使電動(dòng)機(jī)在同一條機(jī)械特性上發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化。4-3 在額定負(fù)載下，電機(jī)可能運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍。用D表示，即：在同一條機(jī)械特性上，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)

5、速降nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比稱為靜差率，用表示，即 調(diào)速范圍D與靜差率是相互制約的兩項(xiàng)性能指標(biāo)，由圖4-4（b）可以推斷出D與之間的關(guān)系式為 4-4 電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的容許輸出是指電動(dòng)機(jī)電樞電流保持額定值I=IN的條件下，在調(diào)速過程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指在不同轉(zhuǎn)速下保持Ia=IN，電動(dòng)機(jī)容許輸出的轉(zhuǎn)矩不變。恒功率調(diào)速是指在調(diào)速范圍內(nèi)，保持Ia=IN，電動(dòng)機(jī)容許輸出的電磁功率保持不變。如果以恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式配以恒功率負(fù)載時(shí)，為確保低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩滿足要求，只有在最低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等；在高速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就得不到充分利用。如果以恒功率調(diào)速方式配以恒轉(zhuǎn)矩

6、負(fù)載時(shí)為確保高速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩仍滿足要求，只有在nmax時(shí)電動(dòng)機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩才等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩；而在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩都得不到充分利用，造成投資和運(yùn)行費(fèi)用的浪費(fèi)。4-5 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行的主要特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，不再從電源吸收電功率。制動(dòng)運(yùn)行的作用包括：快速或準(zhǔn)確停車、限制高速。能耗、電壓反接、倒拉反轉(zhuǎn)、回饋等四種形式。4-7 4-8 (1) 直接起動(dòng)時(shí) (2) 如果需要將起動(dòng)電流限制在2倍額定電流，則(3) 如果需要將起動(dòng)電流限制在2倍額定電流，則4-9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-144-15 4-16 第五章 習(xí)題答案5-1變壓器有哪些主要部件，它們的主要作用是什么？

7、答：鐵心: 構(gòu)成變壓器的磁路,同時(shí)又起著器身的骨架作用。繞組: 構(gòu)成變壓器的電路,它是變壓器輸入和輸出電能的電氣回路。分接開關(guān): 變壓器為了調(diào)壓而在高壓繞組引出分接頭,分接開關(guān)用以切換分接頭,從而實(shí)現(xiàn)變壓器調(diào)壓。油箱和冷卻裝置: 油箱容納器身,盛變壓器油,兼有散熱冷卻作用。絕緣套管: 變壓器繞組引線需借助于絕緣套管與外電路連接，使帶電的繞組引線與接地的油箱絕緣。5-2變壓器鐵芯的作用是什么，為什么它要用0.35毫米厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片迭成？答：變壓器的鐵心構(gòu)成變壓器的磁路，同時(shí)又起著器身的骨架作用。為了鐵心損耗，采用0.35mm厚、表面涂的絕緣漆的硅鋼片迭成。5-3從物理意義上說明變壓器

8、為什么能變壓，而不能變頻率？答： 變壓器原副繞組套在同一個(gè)鐵芯上, 原邊接上電源后，流過激磁電流I0， 產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢F0，在鐵芯中產(chǎn)生交變主磁通0, 其頻率與電源電壓的頻率相同，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，原副邊因交鏈該磁通而分別產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢e1和e2，且有、顯然，由于原副邊匝數(shù)不等，即N1N2，原副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢也就不等，即e1e2，而繞組的電壓近似等于繞組電動(dòng)勢,即U1E1、U2E2，故原副邊電壓不等，即U1U2, 但頻率相等。5-4為什么要把變壓器的磁通分成主磁通和漏磁通？它們之間有哪些主要區(qū)別？并指出空載和負(fù)載時(shí)激勵(lì)各磁通的磁動(dòng)勢？答：由于磁通所經(jīng)路徑不同，把磁通分成主磁通和漏磁通，

9、便于分別考慮它們各自的特性，從而把非線性問題和線性問題分別予以處理。 區(qū)別：1. 在路徑上，主磁通經(jīng)過鐵心磁路閉合，而漏磁通經(jīng)過非鐵磁性物質(zhì) 磁路閉合。 2在數(shù)量上，主磁通約占總磁通的99%以上，而漏磁通卻不足1%。 3在性質(zhì)上，主磁通磁路飽和，0與I0呈非線性關(guān)系，而漏磁通磁路不飽和，1與I1呈線性關(guān)系。 4在作用上，主磁通在二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢，接上負(fù)載就有電能輸出， 起傳遞能量的媒介作用，而漏磁通僅在本繞組感應(yīng)電動(dòng)勢，只起了漏抗壓降的作用。空載時(shí)，有主磁通和一次繞組漏磁通，它們均由一次側(cè)磁動(dòng)勢激勵(lì)。 負(fù)載時(shí)有主磁通，一次繞組漏磁通，二次繞組漏磁通。主磁通由一次繞組和二次繞組的合成磁動(dòng)勢即激

10、勵(lì)，一次繞組漏磁通由一次繞組磁動(dòng)勢激勵(lì)，二次繞組漏磁通由二次繞組磁動(dòng)勢激勵(lì)。5-5變壓器的空載電流的性質(zhì)和作用如何？它與哪些因素有關(guān)？答：作用：變壓器空載電流的絕大部分用來供勵(lì)磁，即產(chǎn)生主磁通，另有很小一部分用來供給變壓器鐵心損耗，前者屬無功性質(zhì)，稱為空載電流的無功分量，后者屬有功性質(zhì)，稱為空載電流的有功分量。性質(zhì)：由于變壓器空載電流的無功分量總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功分量，故空載電流屬感性無功性質(zhì)，它使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，輸送有功功率減小。大?。河纱怕窔W姆定律，和磁化曲線可知，I0 的大小與主磁通0, 繞組匝數(shù)N及磁路磁阻有關(guān)。就變壓器來說，根據(jù)，可知， 因此，由電源電壓U1的大小和頻率f以及繞組匝數(shù)

11、N1來決定。根據(jù)磁阻表達(dá)式可知，與磁路結(jié)構(gòu)尺寸，有關(guān)，還與導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率有關(guān)。變壓器鐵芯是鐵磁材料，隨磁路飽和程度的增加而減小，因此隨磁路飽和程度的增加而增大。綜上，變壓器空載電流的大小與電源電壓的大小和頻率，繞組匝數(shù)，鐵心尺寸及磁路的飽和程度有關(guān)。5-6變壓器空載運(yùn)行時(shí)，是否要從電網(wǎng)取得功率？這些功率屬于什么性質(zhì)？起什么作用？為什么小負(fù)荷用戶使用大容量變壓器無論對電網(wǎng)和用戶均不利？答：要從電網(wǎng)取得功率，供給變壓器本身功率損耗，它轉(zhuǎn)化成熱能散逸到周圍介質(zhì)中。小負(fù)荷用戶使用大容量變壓器時(shí)，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)兩方面都不合理。對電網(wǎng)來說，由于變壓器容量大，勵(lì)磁電流較大，而負(fù)荷小，電流負(fù)載分量小，使電網(wǎng)功率

12、因數(shù)降低，輸送有功功率能力下降，對用戶來說，投資增大，空載損耗也較大，變壓器效率低。5-7試述變壓器激磁電抗和漏抗的物理意義。它們分別對應(yīng)什么磁通，對已制成的變壓器，它們是否是常數(shù)？答：勵(lì)磁電抗對應(yīng)于主磁通，漏電抗對應(yīng)于漏磁通，對于制成的變壓器，勵(lì)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(shí)是常數(shù)。5-8變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原線圈加額定電壓，這時(shí)原線圈電阻r1很小，為什么空載電流I0不大？如將它接在同電壓（仍為額定值）的直流電源上，會如何？答： 因?yàn)榇嬖诟袘?yīng)電動(dòng)勢E1, 根據(jù)電動(dòng)勢方程：可知，盡管很小，但由于勵(lì)磁阻抗很大，所以不大.如果接直流電源，由于磁通恒定不變，繞組中不感應(yīng)電

13、動(dòng)勢，即，因此電壓全部降在電阻上，即有，因?yàn)楹苄?，所以電流很大?-9如將銘牌為60赫的變壓器，接到50赫的電網(wǎng)上運(yùn)行，試分析對主磁通、激磁電流、鐵損、漏抗及電壓變化率有何影響？答：根據(jù)可知，電源電壓不變，從60Hz降低到50Hz后，頻率下降到原來的（1/1.2），主磁通將增大到原來的1.2倍，磁密也將增大到原來的1.2倍， 磁路飽和程度增加， 磁導(dǎo)率降低， 磁阻增大。于是，根據(jù)磁路歐姆定律可知, 產(chǎn)生該磁通的激磁電流必將增大。 再由討論鐵損耗的變化情況。 60Hz時(shí)， 50Hz時(shí)， 因?yàn)?，所以鐵損耗增加了。漏電抗，因?yàn)轭l率下降，所以原邊漏電抗，副邊漏電抗減小。又由電壓變化率表達(dá)式可知，電壓變

14、化率將隨，的減小而減小。5-10變壓器負(fù)載時(shí)，一、二次線圈中各有哪些電動(dòng)勢或電壓降，它們產(chǎn)生的原因是什么？寫出它們的表達(dá)式，并寫出電動(dòng)勢平衡方程？答：一次繞組有主電動(dòng)勢，漏感電動(dòng)勢，一次繞組電阻壓降，主電動(dòng)勢由主磁通交變產(chǎn)生，漏感電動(dòng)勢由一次繞組漏磁通交變產(chǎn)生。一次繞組電動(dòng)勢平衡方程為；二次繞組有主電動(dòng)勢，漏感電動(dòng)勢，二次繞組電阻壓降，主電動(dòng)勢由主磁通交變產(chǎn)生，漏感電動(dòng)勢由二次繞組漏磁通交變產(chǎn)生,二次繞組電動(dòng)勢平衡方程為。5-11試說明磁勢平衡的概念及其在分析變壓器中的作用。答：磁勢平衡就是在變壓器中，當(dāng)副邊有電流產(chǎn)生時(shí)，使得整個(gè)磁勢減小，那么原邊就要增加，試，這就是磁勢平衡。 在分析變壓器中

15、，可據(jù)此從一個(gè)已知電流求出另一個(gè)電流，并知其電磁本質(zhì)。5-12為什么可以把變壓器的空載損耗近似看成是鐵耗，而把短路損耗看成是銅耗？變壓器實(shí)際負(fù)載時(shí)實(shí)際的鐵耗和銅耗與空載損耗和短路損耗有無區(qū)別？為什么？答：因?yàn)榭蛰d時(shí)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(shí)，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。 實(shí)際負(fù)載時(shí)鐵耗和銅耗與空載時(shí)的鐵耗和銅耗有差別，因?yàn)楹笠粋€(gè)是包含有其它損耗。5-13變壓器的其它條件不變，僅將原、副邊線圈匝數(shù)變化10，試問對和的影響怎樣？如果僅將外施電壓變化10，其影響怎樣？如果僅將頻率變化10

16、，其影響又怎樣？答：因?yàn)?，所以?dāng)原、副邊匝數(shù)變化10時(shí)，變化20。由于w變化10，而U不變，使變化10。又因?yàn)?，磁通變?0時(shí)由于飽和影響，變化k，所以的變化大于20。將外施電壓變化10時(shí)，也將變化10，使不變，的變化大于10。這是因?yàn)樽兓?0，由于磁路飽和影響，變化大于10。如果將頻率變化10，所以變化10，而f變化10，則因?yàn)閁不變，使變化10。同樣使的變化大于10。5-14將一臺1000匝的鐵心線圈接到110伏，50赫茲的交流電源上，由安培表的讀數(shù)得知，把鐵心抽去后電流和功率為100A和10kw。假設(shè)不計(jì)漏磁，試 求：(1) 兩種情況下的參數(shù)；(2) 磁化電流和鐵耗電流；(3) 兩種情況

17、下的相同最大值。解：（1）有鐵心時(shí)： 取出鐵心后：(2) 有鐵心時(shí)磁化電流鐵耗電流當(dāng)鐵心 取出后電流的有功分量空載電流的無功分量(3) 有鐵心時(shí)線圈感應(yīng)電勢根據(jù)得有鐵心時(shí)磁通的最大值韋當(dāng)無鐵心時(shí)感應(yīng)電勢伏所以無鐵心時(shí)磁通最大值 韋5-15有一臺單相變壓器，額定容量KVA，原副邊額定電壓伏，赫茲。原副線圈的電阻及漏抗為歐，。試求：（1）折算到高壓邊的短路電阻，短路電抗及阻抗；（2）折算到低壓邊的短路電阻，短路電抗及阻抗；（3）將（1）、（2）求得的參數(shù)用標(biāo)么值表示；（4）計(jì)算變壓器的短路電壓百分比及其分量，。（5）求滿載及超前等三種情況下的電壓變化率并討論計(jì)算結(jié)果。解：（1）折算到高壓邊的短路阻

18、抗 （2）折算到低壓邊的短路阻抗 (3) 所以 (4 ) 短路電壓百分值（5）當(dāng)滿載，功率因數(shù)時(shí)變壓器的電壓變化率 當(dāng)滯后時(shí)， 當(dāng)超前時(shí)， 對于電壓變化率，當(dāng)即阻性負(fù)載時(shí)電壓變化率較小，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，電壓變化率大，當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，負(fù)載時(shí)的端電壓可能高于空載時(shí)的端電壓。5-16一臺單相變壓器，已知，當(dāng)滯后時(shí)，副邊電流，。試求：(1) 用近似T形等效電路和簡化等效電路求，并將結(jié)果進(jìn)行比較(2) 畫出折算后的矢量圖和T形等效電路。解：（1）變壓器變比k 所以 用近似T形等效電路計(jì)算時(shí)，以作參考向量 6000伏所以 6000 6300.082987.16 v 144.83+113.59184.06

19、A故 V A用簡化等效電路計(jì)算時(shí)，仍以作參考向量 伏A所以 用兩種等效電路計(jì)算結(jié)果相差很小。U相同，I略變。（2）5-17一臺三相變壓器，原、副方額定電壓，11連接，匝電壓為14.189伏，副方額定電流。試求（1）原副方線圈匝數(shù)；（2）原線圈電流及額定容量；（3）變壓器運(yùn)行在額定容量且功率因數(shù)為1、0.9（超前）和0.85（滯后）三種情況下的負(fù)載功率。解：（1）原方 副方 所以 （2）額定容量 （3）因 所以當(dāng)1時(shí)1000 W當(dāng)0.9時(shí)10000.9900 w當(dāng)0.85時(shí)10000.85850 w5-18 一臺3KVA，230/115伏單相變壓器，原線圈電阻，副線圈電阻，原線圈漏抗，副線圈漏抗

20、，鐵耗w，額定負(fù)載時(shí)銅耗w。求：(1) 副方功率因數(shù)為0.9（滯后）時(shí)的電壓變化率；(2) 供給3.04kw，功率因數(shù)為0.95（滯后）負(fù)載時(shí)的效率解：（1） 所以 故副方Cos0.8（滯后）時(shí)電壓變化率5.524（2）供給負(fù)載3.04kw時(shí)，如不考慮電流對的影響時(shí)， 0.0280.95+0.0681 4.78此時(shí)端電壓 此時(shí)負(fù)載電流這個(gè)電流對電壓變化率的影響為所以考慮電流變化對電壓變化率的影響后電壓變化率 端電壓負(fù)載電流在這個(gè)負(fù)載時(shí)變壓器的鐵耗不變，銅耗為W所以供給3.04kw、功率因數(shù)為0.95（滯后）負(fù)載時(shí)的效率為 5-19一臺單相變壓器50KVA、7200/480V、60Hz。其空載和

21、短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下實(shí)驗(yàn)名稱電壓（伏）電流（安）功率（W）電源加在空載4805.2245低壓邊短路1577615高壓邊試求：（1）短路參數(shù)及其標(biāo)么值；（2）空載和滿載時(shí)的銅耗和鐵耗；（3）額定負(fù)載電流、功率因數(shù)滯后時(shí)的電壓變化率、副邊電壓及效率。（注：電壓變化率按近似公式計(jì)算）解： (1) 短路參數(shù) 其阻抗基值 所以 (2) 空載時(shí)鐵耗 w 滿載銅耗 w(3) 額定負(fù)載電流時(shí) 根據(jù)電壓變化率近似公式得此時(shí)副方電壓 所以 ww5-20單相變壓器10KVA，參數(shù)：,。在額定電壓下鐵耗w，空載電流。求（1）假定原副邊漏抗折算到同一方時(shí)相等，求各參數(shù)的標(biāo)厶值，并繪出T、等效電路；（2）假若副邊電壓和電流均保持為額定值且功率因數(shù)（滯后）時(shí)，求原邊電流基功率因數(shù)（用等效電路解）。解：（1） 所以 等效電路如圖 （2）設(shè)，則 1.022+j0.0171.022所以 0.008-j0.0505故原邊電流 5-21一臺三相變壓器，5600KVA，Y/11連接，變壓器空載基短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：實(shí)驗(yàn)名