电机习题与解答 2
第五章 三相异步电动机基本工作原理和结构
5-1 三相异步电动机为什么会转，怎样改变它的极性？ 答：（1）电生磁：定子三相绕组通以三相正弦交流电流产生一个以同步速n 1、转向与相序一致（顺时针方向）的旋转磁场。假定此瞬间旋转磁场极性由上到下（如图所示）
（2）（动）磁生电：由电磁感应理论：静止的转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势，其方向由”右手发电机”定则确定，如图所示（转子上面三个导体为 ⊙ ,
(3) 电磁力（矩）动机”定则确定（转子上面三个导体受力方向向右，下面三个导体受力方向向左），这些力对转轴形成电磁转矩（顺时针方向）T em ，它与旋转磁场方向相同（即与相序一致），于是在该转矩驱动下，转子沿着转矩方向旋转，从而实现了能量转换。
改变相序即可改变三相异步电动机的转向。
5-2 为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？若转子电流和转子电动势之间有相位差，这里所有转子导体上的电磁力的方向是否都和转向相同，画图分析说明。
答： 由上题知，异步电动机的转向n 与定子旋转磁场的转向n 1相同，只有n 假定转子导体外的”? 、×”表示电动势方向（由”右手发电机”定则确定），导体内的 ⊙、⊕ 表示电流方向，如图所示。 图（a ）为转子电流与电动势同相位，由”左手电动机”定则确定各导体在磁场中所受电磁力的方向，由小箭头表示，可见，电磁转矩方向与转向相同。 图（b ）为转子电流与电动势有相位差（如电流滞后电动势一相位角Ψ2，当正对着磁极轴线的转子导 体电动势达最大值时，则电流达最大值的转子导体还在逆磁场旋转方向并距前述导体一空间电角度Ψ2的地方，同样可判得转子各导体在磁场中所受电磁力的方向，可见，转子大部分导体所产生的电磁转矩方向与转向 2。I 1 2。 E 。 相同，只有小部分导体电磁转矩方向与转向相反，因此，当转子电流与电动势的相位差时，电动机总电磁转矩将减小。 5-3 试述“同步”和“异步”的含义？ 答： “同步”和”异步”是个相对概念，是指交流旋转电动机的转速n 对旋转磁场的转速n 1而言，若n= n 1 为同步电机，n ≠n 1为异步电机。 5-4 何谓异步电动机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于1或大于1？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？ 答：异步电机转差率s 是指旋转磁场转速n 1与转子转速 n 之间的转速差（n 1-n ）与旋转磁场转速n 1的比率，即1 1n n n s -= 。 当n< n 1时，转差率为正（s>0），n> n 1时转差率为负（s<0）； 当n 1>n>0时，转差率s<1；当0>n>∞时，转差率s>1; 当+∞>s>1 时为电磁制动运行状态，当1>s>0时为电动机运行状态，当0>s>-∞时为发电机运行状态。 5-5 假如一台接到电网的异步电动机用其它原动机带着旋转，使其转速高于旋转磁场的转速，如图5-9所示，试画出转子导体中感应电动势、电流和相序的方向。这时转子有功电流和定子旋转磁场作用产生的转矩方向如何？如把原动机去掉，情况又会怎样？ 答：当转子由电动机驱动，且n>n 1，此时转子导体以逆时针方向切割旋转磁场（相对切割速度为n-n 1）,而感应电动势e 2方向如图所示（由”右手发电机”定则判定）,其相序由转子导体的切割方向决定，由于转子导体切割旋转磁场在时间上有先后顺序，如将先切割N 极轴线的一相定义为U 相，则后切割的那两相（互差1200空间电角度）分别为V 相和W 相，可见，其相序与转向相反，如图所示。 如果电流i 2与电动势e 2同相（即有功分量电流），则转子有功电流和旋转磁场相互作用产生电磁力，并形成转矩T em ，由”左手电动机”定则判得，其方向与转子转向相反，为制动性质转矩。实际上，此时电动机已处于发电运行状态（01 1<-= n n n s ）。如果把原动机去掉，转速将下降，不再大于n 1了，这时因为已处于发电机运行的电机在旋转过程中，绕组电阻有铜损耗，通风、轴承、磨擦等有机械损耗，致使转速逐渐下降，直至n n 1 5-6 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或角形。试问在什么情况下采用这种或那种接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电流、效率、功率因数、转速等）有无改变？ 答：380/220V ，Y/△接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压均为220V ，故当电源线电压为380V 时定子绕组接成Y 接线，当电源电压为220V 时，定子绕组接成△形接线。 采用这两种接线时，相电压U ф相同，均为220V ；相电流I ф=U ф/Z 相同；效率ηN 、功率因数N ?cos 、 功率P N 及转速n N 均相等，因在相同相电压下，N ?cos 、P N 、n N 均取决于负载大小，当负载相同时，P N 、 N ?cos 、η N 就相同，因而，N N I U P ?ηφφcos 3= 就相同。唯一不同的是线电压U l 和线电流I l 不等， ??==φφI I U U l Y lY 3,3。 5-7在绕线式异步电动机中，如果将定子三相绕组短接，并且通过滑环向转子三相绕组通入三相电流（如5-10所示）转子旋转磁场若为顺时针方向，这时电动机能转吗？转向如何？ 答： 电动机以逆时针方向旋转，原理如图所示： 转子三相绕组通入三相正弦交流电流产生旋转磁场，转速为n 1、转向为顺时针方向，并假定图示瞬间，转子磁场极性N 、S 如图所示（上面为N 极，下面为S 极，产生此极性的转子电流，右面三个导体为⊙ ，左面三个导体为⊕ ）。 转子磁场旋转结果，在定子绕组中感应三相电动势, 方向如图所示（用”右手发电机”定则），由于定子三相绕组短接， 便有三相电流流过，该电流的有功 分量(与电动势同相)与转磁场相互作 用，定子导体便受到图示方向力的 作用（由”左手电动机”定则判断）， 形成顺时针方向的转矩，它企图使 定子沿顺时针方向旋转。但由于定子 静止不动，它必对转子产生一个大小 相等的反作用力，对转轴形成一个逆 时针方向的转矩，使转子沿逆时针方向旋转。 5-8 假如一台星形接法的异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组立即接入直流电源，这时异步电动机的工作状况如何，试用图分析之。 答：A 、B 两相定子绕组通入直流电流I f 方向如图所示，它产生恒定方向的磁场（图 示表示，方向向左）。由于转子惯性仍以原转向 （假定为顺时针方向）旋转，则转子导体便切割定子恒定磁场感应电动势和电流（方向由”右手发电机”定则判定），此电流的有功分量与定子恒定磁场相互作用，转 止下来。 5-9 一台三相异步电动机，P N =4.5千瓦，Y/Δ接线，380/220伏，8.0cos =N ?，8.0=N η，1450=N n 转/分，试求： 1． 接成Y 形或Δ形时的定子额定电流； 2． 同步转速1n 及定子磁极对数P ； 3． 带额定负载时转差率N s ； 解： (1)Y 接时： U N =380V A U P I N N N N N 68.108 .08.03803105.4cos 33=????= = η? △ 接时： U N =220V A U P I N N N N N 45.188 .08.02203105.4cos 33=????= = η? (2) p f n n N 601= = 磁极对数 07.21450 50 6060=?== N n f p 取p=2 同步转速min /15002 5060601r p f n =?== (3) 额定转差率 0333.01500 1450 150011=-=-= n n n s N 5-10一台八极异步电动机，电源频率f=50赫，额定转差率N s =0.04，试求： 1． 额定转速N n ； 解： (1) 同步转速 min /7504 50 60601r p f n =?== 额定转速 min /720750)04.01()1(1r n s n N =?-=-= (2) 反接转差率 19.1750 720 75011=---=---=n n n s 第七章 三相异步电动机运行原理 7-1 异步电动机的气隙为什么要尽可能地小？它与同容量变压器相比，为什么空载电流较大？ 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流(空载电流)，从而提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。 异步电动机与变压器一样，均为交流励磁的电机。它们U 1---E 1---φ0----I 0的分析思路相同。在容量和电压相同的情况下，异步电动机和变压器的主磁通φ 基本相同，又由磁路欧姆定律知：m R N I 1 00= φ，其I 0∝R m （匝数N 1的影响远不及R m ），由于异步电动机主磁通磁路中有两个气隙，而变压器是纯铁心磁路，故异步电动机主磁通磁路的磁阻远较变压器大，故其空载电流远较变压器大。 7-2 异步电动机在起动和空载运行时，为什么时候功率因数很低？当满载运行时，功率因数会提高？ 答：1.由等效电路分析： 下面分别画出起动（a ）、 空载（b ）和满载(c)时的等效电路 起动时 ' ' 211arctan r r x x ++≈? 由于' 21'21r r x x +>>+，故? 1较大，1cos ?就较小。 m m (b) （c ） （a ） 空载时 m m r r x x ++≈111arctan ? 由于m m r r x x +>>+11，故? 1较大，1cos ?就较小。 满载时：激磁支路阻抗r m +jx m 与转子支路阻抗' 2'2jx s r N + 并联，又由于激磁阻抗远大于转子支路阻抗，故可近似看成激磁支路开路。 s r r x x ' 21' 211arctan + +≈? 由于N s r r x x '21' 21+<+，故? 1较小，1cos ?就较大。 2、由电磁关系分析 ①起动时：s=1，转子漏抗x 2s =sx 2最大，故转子功率因数cos ψ2较小，因而转子无功分量电流大，则与 其平衡的定子侧无功分量电流也大，因而功率因数1cos ?就小。 ②空载时，I 1=I 0， 其中很小一部分的有功分量用来供空载损耗，其余绝大部分的无功分量电流用来励 磁，因此，空载电流属感性无功性质，因而电动机的功率因数1cos ?就小 ③满载时，因电动机轴上输出的是机械功率，从电路角度需用有功功率来模拟其机械功率，因此负载后， 转子电流的有功分量增大(s r '2增大)，则与其平衡的定子有功分量电流就增大，因而电动机的功率因数 1cos ?就大。 7-3 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率为多少？由定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？由转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？，它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 答：定子电动势频率为f 1； 转子电动势频率为f 2=s f 1 ； 由定子电流产生的定子旋转磁动势以n 1的速度截切定子，又以n 1-n 的速度截切转子。 由转子电流产生的转子旋转磁动势以12sn n = 的速度截切转子，又以12n n n =+ 的速度截切定子，它与定子旋转磁动势的相对速度为0)(12=-+n n n 。 7-4说明异步电动机轴机械负载增加时，定、转子各物理量的变化过程怎样？ 答： 电动机稳定运行时，电磁转矩（T em ）与负载转矩(T L )平衡，当机械负载（即负载转矩）增加时，转子转速n 势必下降，转差率1 1n n n s -= 增大。这样转子切割气隙磁场速度增加，转子绕组感应电动势(22sE E s =)及电流I 2随之增大，因而转子磁动势F 2增大。 F 0基本不变，因而定子磁动势增大，定子电流I 1随之增大。由于电源电压不变，则电动机的输入功率就随之增加，直至转子有功电流产生的电磁转矩又与负载转矩重新平衡为止。 7-5 为什么说异步电动机的功率因数总是滞后的，而变压器呢？ 答： 异步电动机定，转子间的电磁关系尤如变压器，定子电流。 1I 也由空载电流.0I 和负载分量电流L I 1. 两部分组成： 1） 维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸取一定的滞后无功电流（即为I 0）； 2） 负载分量电流取决于转子电路； 由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流过虚拟的附加电阻 ' 21r s s -所消耗的功率来等效代替 （因输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件电阻来等效代替）。再加上转子绕组的漏阻抗，故转子电流只可能是滞后无功电流，则与转子平衡的定子负载分量也只能是滞后的无功电流，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。 变压器却不一定。与异步电动机相同的一点是其空载电流总是滞后无功电流，而变压器所带的电气负载有阻、感、容性的(而异步电动机在电路中模拟机械负载的只能是阻性的有功元件)，当其负载容抗若大于变压器的感抗时，其功率因数就会超前。 7-6 异步电动机等效电路中的附加电阻 ' 21r s s -的物理意义是什么？能否用电感或电容来代替，为什么？ 答：异步电动机等效电路中的附加电阻实为代表机械负载（严格地说还包括机械损耗等） 的一个虚拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率' 22 '2 1r s s I -来等效代替总机械功率（包括轴上输出的机械功率和机械损耗等）. 因输出的机械功率及机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等效代替。 7-7 异步电动机的电磁转矩与哪些因数有关，哪些是运行因素，哪些是结构因素？ 答： 电磁转矩参数表达式 ? ? ????+++=2'212' 211' 22 1 1)()(2x x s r r f s r pU m T em π 电磁转矩T em 与①电源参数：电源电压U 1频率f 1，②电机本身参数：相数m 1、极对数p 、定、转子漏阻抗r 1、r 2’、x 1、x 2’； ③运行参数：转差率s 有关。 其中U 1、f 1及s 是运行因素，m 1、p 、r 1、r 2’、x 1、x 2’为结构因素。 7-8 异步电动机带额定负载运行时，且负载转矩不变，若电源电压下降过多，对电动机的T max 、T st 、Φ1、I 1、I 2、s 及η有何影响？ 答：因为2 1U T em ∝，而s m 与U 1无关, 因而电源电压下降后其 T em ---s 曲线如图所示，曲线1为正常电压下的曲线，曲线3为 电压下降过多的曲线，曲线2为电压下降的曲线。 em m m ’ T L 率为s a 。 1、当电压下降过多，则电磁转矩下降更多, 当最大电磁转矩T m ’’ 2、 电压下降，而T m ’>T L ，(曲线2)，则稳定运行于b 点，（不停转），但此时： T max 减小：T m ∝U 12 T st 减小：T st ∝U 12φ0减小：1 11 044.4w K fN U ≈ Φ S 增大：由于U 1下降瞬间，T em 减小，导致转速下降， I 2增大：2 22222)(sx r sE I s += ，正常运行时，sx 2< 2 2r sE I s ≈ I 1增大：I 2增大，F 2增大，F 1L =F 2增大，故I 1L 增大；而U 1下降，致使Φ0、I 0减小，但由于I 1L 增大幅度远大于I 0减小程度，故I 1仍为增大。 η降低：电压U 1下降，铁损减小，但此时I 1、I 2增大，定、转子铜损增大，其增加的幅度远大于铁损减小幅度，故效率下降。 7-9 漏抗的大小对异步电动机的运行性能，包括起动转矩、最大转矩、功率因数有何影响，为什么？ 答： 由：[] 2'212'211' 2211)()(2x x r r f r pU m T st +++=π [] 2'212111211max ) (4x x r r f pU m T +++=π 知：起动转矩T st 和最大转矩T max 随漏抗的增大而减小。 漏抗增大，功率因数下降。因阻的成份（有功）不变，而漏抗（无功）增大所致。 7-10 通常的绕线式异步电动机如果：（1）转子电阻增加；（2）转子漏抗增加；（3）定子电压大小不变，而频率由50Hz 变为60Hz ，各对最大转矩和起动转矩有何影响？ 答：起动转矩T ts 和最大转矩T max 见上题两式，2'2 121 ' 2) (r r x x s m ++= ， 1、转子电阻'2r 增加，①T max 不变，因T max 与'2r 无关，②在一定范围内（s m <1），T st 随' 2r 的增大而增大。因在此范围内，' 2r 增大，转子电流I 2’减小，而转子功率因数cos ψ2却增大，致使转子电流的有功分量2' 2' 2cos ψI I a =增大，故起动转矩增大 2、转子漏抗' 2x 增大，T max 、T st 减小:见上题公式 3、定子频率f 1增大，T max 、T st 减小:见上题公式 7-11 s N 、cos 1?、η1、I 1N 、s m 、T max 、T st 有何变化？ 1。 max 输出同样功率（如额定功率）, 由Ω=T P 得其曲线2. （1）s N 增大，由图知，工作点由a （s a ）变至b （s b ）。 （2）1cos ?不变，因转子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，由于输出功率不变，则电机从电网吸取的有功功率基本不变，忽略电机损耗，所以1cos ?基本不变。 （3）η N 下降：由于转差率 s 增大，故转子铜损em cu sP p =2增加，I 1稍有增大，故定子铜损也稍大，而铁 损不变，机械损耗p mec 因s 增大n 减小而稍有减小，但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。 （4）I 1N 有所增大：N N N N I U P η?cos 3112= ，因P 2不变，N ?cos 不变，ηN 下降，故I 1N 有所增大。 （5）s m 增大，见图（因为s m ∝r 2’） （6）T max 不变（因为T max 与' 2r 无关） （7）T st 增大，见图 7-12 一台50Hz380伏的异步电动机若运行于60Hz 、380伏的电网上，设输出功率保持不变，问下列各量是增大还是减小： 1） 激磁电抗、激磁电流和电动机的功率因数； 2） 同步转速和额定电流时的电机转速； 3） 最大转矩和产生最大转矩时的转差率； 4） 起动转矩； 5） 电机效率。 答：本题题意为频率增加：频率增加及输出 功率不变的T em ---n 曲线见图曲线1、2. (1)励磁电抗增大，m m fL x π2=； 励磁电流减小，m x U I 10≈； 功率因数增大，因I 0减小所导致。 (2)同步转速增大，p f n 1 160= ；额定电流时转速增大，1)1(n s n N N -=, 工作点由a 至b ，N n 增加。 (3) 最大转矩下降，临界转差率减小，见7-9题式或图 (4)起动转矩下降，见7-9题式或图 (5)电动机效率升高。 7-13增大异步电动机的气隙对空载电流、漏抗、最大转矩和起动转矩有何影响？ 答：气隙增大： （1）空载电流增大，当电源电压一定，111 044.4w K fN U ≈Φ一定，又由于m R N I 100=Φ，m R I ∝0(N 1一定)， S n （2）、漏抗减小，因气隙大，漏磁路径增长，其磁阻增大，m R N f x 2 2π=，故漏抗减小。 （3）、最大转矩、起动转矩减小，见题7-9式。 7-14 一台六极异步电动机，额定功率P N =28千瓦，U N =380伏，f 1=50Hz ，n N =950转/分，额定负载时， 88.0cos 1=?，p cu1+p Fe =2.2千瓦，p mec =1.1千瓦，p ad =0，计算在额定时的s N 、p cu2、ηN 、I 1和f 2 。 解：磁极对数：p f n n N 601= ≈ 16.3950 50 6060?=≈N n f p 取3=p 同步转速：min /10003 50 60601r p f n =?== 额定转差率：05.01000950100011 =-=-=n n n s N 总机械功率：kW p P P mec N mec 1.291.128=+=+= 转子铜损： N N m e c cu s s P p -= 12 kW P s s p mec N N cu 532.11.2905 .0105 .012=?-=-= 输入功率： kW p p p p P P cu Fe cu mec N 832.322.2532.11.128121=+++=++++= 效率：%3.85%100832 .3228%1001=== P P N η 定子电流：A U P I N N 68.5688 .03803832.32cos 31 11=??= = ? 转子电动势频率：HZ f s f N 5.25005.012=?== 7-15一台4极异步电动机，额定功率P N =5。5千瓦， f 1=50Hz ，在某运行情况下，自定子方面输入的功率为6.32千瓦，p cu1=341瓦，p cu2=237.5瓦，p Fe =167.5瓦，p mec =45瓦，p ad =29瓦，试绘出该电机的功率流程图，标明电磁功率、总机械功率和输出功率的大小，并计算在该运行情况下的效率、转差率、转速及空载转矩、输出转矩和电磁转矩 。 解：输出功率： kW p p p p p P P cu Fe cu mec ad 5.5)341.01675.02375.0045.0029.0(32.6) (1212=++++-=++++-= 效率：%03.87%10032 .65.5%1001=== P P N η 电磁功率：kW p p p P P cu mec ad em 8115.52375.0045.0029.05.522=+++=+++= 转差率：041.08115 .52375 .02=== em cu P p s 转速：min /5.14382 50 60)041.01(60) 1()1(11r p f s n s n =?-=-=-= 空载损耗：kW p p p ad mec 074.0029.0045.00=+=+= 空载转矩：Nm n p T 49.05.1438074.095509550 00=== 输出转矩：Nm n P T 51.365.14385.595509550 22=== 电磁转矩：Nm n P T em em 371500 8115 .595509550 1=== 或 Nm T T T em 3749.051.3602=+=+= 第八章 三相异步电动机起动和调速 8-1普通鼠笼异步电动机在额定电压下起动，为什么起动电流很大，而起动转矩却不大？ 答： (1)从电磁关系看，起动初瞬，n=0, 定子旋转磁场对静止转子的相对切割速度最高(n 1)，故转子感应电动势最大。此时尽管转子电动势频率以及它所对应的漏抗也大，但由于受转子槽形的影响，在起动瞬间槽口处饱和，致使漏抗增加幅度较电动势小，而转子绕组电阻又近为不变，故起动时转子电流 22 22 22x r E I += 增大，根据磁动势平衡关系，此时定子电流(即起动电流)就大(约为额定电流5-7倍)。 从等效电路看，起动初瞬，n=0，s=1，附加电阻 01' 2=-r s s ，相当于短路运行状态，此时起动电流：k st Z U x x r r U I 1 2 '212'211 ) ()(= +++= 由于定，转子绕阻的漏阻抗即很小，故起动电流很大。 （2） 2' 20cos ψI C T T em Φ= 其一：转子电流I 2’尽管大，但由于起动初瞬间，x 2增大而r 2不变，故功率因数角2 2 2arctan r x =ψ大，功率因数cos ψ2就很低，所以这时转子电流有功分量I 2’cos ψ2却不大(因为说起动瞬间转子电流大的是无功分量电流)。其二，由于起动电流大，定子绕组漏阻抗压增大，由于. . Z I E U +-=。 知，此时定子 绕组的感应电动势E 1较小，故而1 111 044.4w K N f E = Φ小，基于此两原因，所以异步电动机起动转矩就不大。 8-2在应用降压起动来限制异步电动机起动电流时，起动转矩受到什么影响，比较各种降压的起动方法， 着重指出起动电流倍数年和起动转矩倍数间的关系。 答： 由上题式知：I st ∝U 1，而T st ∝U 12 , 故采用降压起动限制起动电流的同时，更限制了起动转矩，因此 此法只适用于空载或轻载时起动。 I st 、T st 被限制情况列表如下： *1 设K 为电压降低倍数（K= ' 1U U N ） *2 Y -△换接起动中K= 3 。 定子串电抗器起动的起动电流仅限制了K 倍（其它为K 2倍），但K 值可根据要求灵活选择。 Y -△换接起动只适用于有六个引出端头的角接线的异步电动机，其K 固定为3，故无选择灵活性，但其起动设备价廉。 自耦补偿器起动，有三个K 值，可供选择，它对电动机定子绕线无任何要求，起动转矩比Y -△换接大，但设备费用较贵。 8-3 绕线式异步电动机在转子回路中串电阻起动时，为什么既能降低起动电流，又能增大起动转矩？ 答：绕线式异步电动机在转子回路串电阻增加了转子回路阻抗，由式 2'2 12 '2'2 11 ) ()(x x r r r U I st st ++++= 可见，起动电流随所串电阻r 2st ’增大而减小，转子回路串电阻同时，还减小转子回路阻抗角 st r r x 222 2arctan +=ψ，从而提高转子回路功率因数cos ψ2，其结果增大了转子电流的有功分量，从而增 大了起动转矩。 8-4 绕线式异步电动机在起动和运行时，如将它的三相转子绕组接成Y 形短接，或接成 △形短接，问对起动性能和运行性能有无影响，为什么？ 答：绕线式异步电动机转子为三相对称绕阻，因此在起动或运行时，无论是接成Y 形，或△形连接，其每相绕组感应电动势是相等的。而每相绕组的漏阻抗和等效的虚拟电阻 ' 21r s s -又相同，所以每相绕组电流相等，那么由转子电流所形成的电磁转矩和由磁动势平衡关系所决定的定子电流就与转子绕组的上述接线无关，因此它不影响电动机的起动和运行性能。 8-5 一台鼠笼异步电动机原来转子导条是铜的，后因损坏改成铝条，在其它条件不变情况下，对起动性能有何影响？最大电磁转矩是否改变？若负载转矩不变，其转差率将如何变化？ 答：由题7-11知，鼠笼异步电动机转子由铜条改为铝条后（仍保持s m <1），其起动转矩增大，而最大转矩 若负载转矩T L 恒定，由Tem---s 曲线知，改铝条后，其运行点由a 点改为b 点，转差率由s a 变为s b ， 8-6深槽和双鼠笼异步电动机在额定电压下起动，起动电流较小而起动转矩较大，为什么？ 答：电动机在起动时，n=0，s=1，转子绕组电动势频率最高（f 2=sf 1），此时趋表效应最强烈，使槽电流分布趋于槽口（双鼠笼转子趋于上笼），相当于槽导体有效截面减小，转子电阻增大（双鼠笼转子，上笼本身截面积又小，，电阻大），故就类同题8-3，它既限制了起动电流，又增大了起动电阻。 8-7双鼠笼异步电动机两笼之间为什么一定要有缝隙？深槽式异步电动机转子槽为什么要做得深而窄？ 答： 磁通总是以磁阻小的路径闭合，双鼠笼电动机两笼间的缝隙主要是迫使上笼漏磁通路径也交链于下笼（因缝隙的磁阻大），这样交链于下笼的漏磁通比上笼多，下笼就有较大的漏抗，使趋表效应更为明显。 深槽式异步电动机转子槽之所以做得深而窄，主要是为了改变转子的漏磁通的分布，从而改变其参数。槽越深，交链槽底部的漏磁通就越多，这些漏磁通所经过的截面积就越大，磁阻越小，漏抗就越大。另外槽窄，漏磁通经过槽内部分的长度越短，磁阻越小，故漏抗也越大，因此槽深而窄的结果，均增加槽底部分漏抗，使趋表效应更为明显。 8-8 在绕线式异步电动机的转子回路中串接电抗器或电容器是否能改善起动性能？是否能用来调速？此时T st 、T max 、s m 和额定负载下的效率和功率因数如何变化？ 答：（1）绕线式异步电动机转子回路串联电抗器，增大了转子回路阻抗 ，由式 2 ''2 12 '2 11 ) ()(st st x x x r r U I ++++= 可见，可减小起动电流。 同时，它也增大了转子回路阻抗角2 22arctan r x x st +=ψ，cos ψ2减小，使转子电流有功分量I 2’cos ψ2减小，进而使起动转矩减小得更多。 至于转子回路串联电容器（如容抗不过分大），则反之。 因此，无论是串电抗器还是电容器，都不能全面改善起动性能。 (2)由式： [ ] 2'2 121 112 11m a x ) (4x x r r f pU m T +++= π 2'2 121 ' 2) (r r x x s m ++= 及Tem---s max b a T L max T L 若负载转矩一定，其工作点由a 变至b ，转差率s 减小，转速增高。问题是它只能在s m 值之内调速，而s m 值很小（0.08—0.2），故此法虽能调速，但调速范围很小，故很少有实用价值。 （3）串电抗后（以串联电抗器为例），由公式和曲线可知，T max 、T st 减小（因cos ψ2减小）、减小，在额定负载下，功率因数1cos ?就下降（因感抗增大所致），效率下降。当串接适当电容，情况反之。 8-9 为什么说一般的电动机不适用于需要在宽广范围内调速的场合，简述异步电动机有哪几种主要的调速方法。 答： 由 p f s n 1 60) 1(-= 知： 异步电动机调速方法主要有：（1）变极调速、（2）变频调速、变转差调速（包括（3）变压调速、（4）转子回路串电阻调速），前三种用于鼠笼异步电动机的调速，后一种为绕线式异步电动机的调速）。 其中（1）（用得较多）、（3）两种不能在宽广范围内调速，而（2）和（4）即使有较大范围调速，因其成本高，由于经济上的原因，异步电动机不适用于需要在较宽的范围内调速的场合（在这种场合下，采用直流电动机更为适宜）。 8-10 异步电动机的电源电压、电源频率、转子电阻及电抗各对转速有何影响？ 答： 异步电动机（1）电源电压下降；（2）电源频率增大；（3）转子电阻增大；（4）转子感抗增大的T em -----s 曲线如图所示， （1） s 增大，n 减小 （2）s 减小，n 增大（f 1增大，n 1增大） （3）s 增大，n 减小 （4）s 减小，n 增大 第九章 三相异步电动机在不对称电压下运行 单相异步电动机 9-1 如果电源电压显著不对称，三相异步电动机能否带额定负载长期运行，为什么？ 答：在不对称电压运行时，由于三相异步电动机定子绕组为Y 接线或△接线，绕组内不存在零序电流、零序电压和零序磁场。由负序分量电流产生的负序旋转磁动势，叠加在正序旋转磁动势上，产生椭圆形旋转磁动势，其幅值时大时小，因此产生的电磁转矩也时大时小，从而引起电机振动，转速不均，并有电磁噪声，同时由于负序旋转磁场产生反向电磁转矩，它对正向电磁转矩起制动作用，使总合成转矩减小，电机出力减小，起动性能和过载能力下降，严重时会导致电机停转。 若在负载不变的情况下，定、转子电流增大，温升升高，转差率增大，功率因数及效率下降。另外还可能使某相负序分量电流与正序分量电流同相（或相位差很小），使该相电流过大，为此当电源电压显著不对称时，就不允许三相异步电动机带额定负载长期运行。 max T L 9-2 正序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子，负序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子？当三相异步电动机在不对称电压运行时，转子电流会有哪几种频率？ 答：正序分量电流产生的旋转磁场以n 1-n 的速度截切转子，负序分量电流产生的旋转磁场以n 1+n 速度截切转子。 三相异步电动机在不对称运行时，电机内部 只有正序和负序分量电流，它们分别产生正序和负 序旋转磁动势，前者在转子绕组感应电动势和电流， 其频率为 1160 ) (sf n n p =-，后者在转子绕组感应电动 势和电流，其频率为： 11)2(60 ) (f s n n p -=+. 9-3 当电源电压不对称时，三相异步电动机定子绕组产生的磁动势是什么性质？当三相是Y 接线或△接线异步电动机缺相运行时，定子绕组产生的磁动势又是什么性质？ 答：三相异步电动机定子不论是Y 接线或△接线，当电源电压不对称时，在其内部只存在彼此独立的正序和负序分量电流，分别产生正序和负序旋转磁动势，它们大小不等、转速相同而转向相反，其合成结果是椭圆形旋转磁动势。 电动机缺相运行 (1) △接线电动机，绕组一相断线，成为两相绕组通入两相电流运行，故定子产生椭圆形旋转磁动势。 （2）△接线电动机，电源一相断线，Y 形接线电动机无论绕组一相断线还是电源一相断线，成单相绕 组通入单相电流运行，故定子绕组产生脉动磁动势。 9-4 三相异步电动机起动时，如电源一相断线，这时电动机能否起动，如绕组一相断线，这时电动机能否起动？Y 、△接线是否一样？如果运行中电源或绕组一相断线，能否继续旋转，有何不良后果？ 答： 电源一相断线，电动机无论是Y 接线或△接线，均成为单相运行，就相当于一台单相异步电动机，它产生脉动磁动势，而脉动磁动势可分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势，由于起动初瞬，转子是静止的，两个旋转磁动势以相同的速率截切转子绕组，产生相应的感应电动势、电流和电磁转矩，显然两个转矩大小相等、方向相反，其合成总转矩为零，故无起动转矩，电动机不能起动。 如果绕组一相断线，对Y 接电动机仍为单相运行，故也不能起动。而△接线电动机却成为两面相运行，它产生旋转磁动势，旋转磁动势有起动转矩，故能起动。 如果运行中电源或绕组一相断线，即使成单相运行，电动机仍能按原方向旋转（只要此时的电磁转矩仍大于负载转矩），因为这时两个旋转磁动势中必有一个与原来转向相同，它对转子的转差率为 111<-= +n n n s ，而另一个11 1>---=-n n n s ，由于-+ 2cos ψI 很小（漏抗22sx x s =所致），这使它所产生的电磁转矩-em T 减小，则- +>em em T T ，结 果转子总转矩减小，若它仍大于负载转矩，则转子就沿原方向旋转。 上述各种情况， 对电机都不利，若成单相运行，无法起动，呈堵转状态，电流急剧增大而会烧坏绕组。若运行中缺相，电机虽能继续旋转（若此时电磁转矩仍大于负载转矩），由于反向电磁转矩作用的结果，使总转矩减小（出力减小），若负载转矩不变，电机就处于过载状态，绕组过热，时间长同样会烧毁绕组。 1 ―n 9-5 试比较单相异步电动机和三相异步电动机的转矩---转差率曲线，着重就以下各点比较： 1） 当s=0时的转矩；2）当s=1时的转矩；3）最大转矩； 1） 在有相同转矩时的转差率；5）当21< 三相 单相 （1）s=0 T em =0 T em <0 （2）s=1 T em >0 T em =0 （3）最大转矩 T max3 > T max1 （4）相同转矩时 S 3 < S 1 （5）1 第十章 三相同步发电机基本工作原理和结构 10-1 同步发电机是怎样发出三相对称正弦交流电的？ 答： 同步发电机的转子上绕有励磁绕组，通以直流电励磁，产生磁场，并由原动机带动旋转，使定子三相对称绕组不断切割转子磁场而感应出三相交流电动势。 （1）波形：由于感应电动势的波形主要取决于转子磁场在气隙空间分布的波形，制造时使转子磁极的磁场在气隙空间尽可能按正弦波分布，三相绕组的Y 形连接和采用短距、分布绕组，便得到正弦波形的感应电动势； （2）大小：由于定子三相绕组对称，它们切割同一个转子磁场，三相感应电动势也对称，大小均为 01144.4Φ=W K fN E （3）相位差和相序：由于定子绕组在空间位置上互差1200电角度，转子旋转磁场切割定子三相绕组在时间上有先后顺序，定子的三相感应电动势在时间相位上就互差1200电角度，如果将先切割的一相定义为A 相，则后切割的那两相就为B 相和C 相，因此三相电动势的相序与转子转向一致，其由转子转向决定； （4）频率：转子转过一对磁极，感应电动势就经历一个周期的变化，若电机有p 对磁极，转子以每分钟n 转旋转，则每分钟内电动势变化pn 个周期，即频率为： 60 pn f = 也就是当电机的磁极对数p 一定时，频率f 和转速n 有严格不变的关系。 10-2 什么叫同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？ 答： 转子的转速恒等于定子旋转磁场的转速的电机称为同步电机，其感应电动势的频率与转速之间的关系是：60 pn f = ，当电机的磁极对数p 一定时，f ∝n ，即：频率f 与转速n 之间保持严格不变的关系。 10-3 说明汽轮发电机的基本结构，为什么汽轮发电机的转子采用隐极式，而水轮发电机的转子采用凸极式？ 答：汽轮发电机的基本结构由定子、转子两部分组成，定子由定子铁心、电枢绕组、机座及端盖等部件组成；转子由转子铁心、励磁绕组、护环、集电环、中心环、阻尼绕组和风扇等组成。 隐极式发电机转子的励磁绕组嵌放在转子表面各槽内，气隙均匀，机械强度好，适用于少极、高转速的汽轮发电机， 凸极式发电机转子气隙不均匀，对着极弧气隙小，而极间气隙大，励磁绕组嵌放在极弧下，适用于多极低转速的水轮发电机。 定电流；（2）发电机在额定运行时能发多少有功和无功功率？ 解：（1）额定电流 A U P I N N N N 1132085 .010********cos 33 6=????= = ? （2）额定功率因数角079.3185.0arccos ==N ? 有功功率MW P N 300= 无功功率var 18679.31tan 300tan 0 M P Q N N =?==? 10-5有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。8千伏，9.0cos =N ?，f N =50赫兹，求（1）发电机的额定电流；（2）额定运行时能发多少有功和无功功率？（3）转速是多少？ 解：（1）额定电流A U P I N N N N 6.46489 .0108.13310100cos 33 6 =????= = ? （2）有功功率MW P N 100= 无功功率 var 4.48)9.0tan(arccos 100tan M P Q N N =?==? （3）转速 min /15020 50 6060r p f n N N =?== 第十一章 三相同步发电机运行原理 11-1 试比较三相对称负载时同步发电机的电枢磁动势和激磁磁动势的性质，它们的大小、位置和转速各由 哪些因素决定的？ 11-2 同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下，电枢反应各起什么作用？ 1） 三相对称电阻负载； 2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗0.1*=t x ； 3） 电感负载7.0*=L x 答： 电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ， 而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。 由等效电路图可知（忽略电枢绕组电阻r a ）： 。 Z L 角ψ在900 >ψ>00 范围内，即空载电动势.0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ在900 >ψ>00范围内， 所以电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应； ②当负载阻抗为Z L =-jx c 时，阻抗Z=jx t -jx c ，由于x t *=1.0>x c * =0.8, 阻抗角ψ=900 ，即空载电动势. 0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应； ③当负载阻抗为Z L =jx L 时，阻抗Z=jx t +jx L 的阻抗角为ψ=900 ，即空载电动势.0E 和电枢电流。 I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应。 11-3保持转子激磁电流不变，定子电流I=I N ，发电机转速一定，试根据电枢反应概念，比较：（1）空载； （2）带电阻负载；（3）带电感负载；（4）带电容负载时发电机端电压的大小？为保持端电压为额定值，应如何调节？ 答：（1）空载时，端电压为空载电动势，即U N =E 0； （2）和（3）情况下，电枢反应有直轴去磁作用，端电压将下降，低于空载电动势，但带纯感性负载（参看上题等效电路），内功率因数角ψ=900，而带纯电阻负载时的ψ更接近00（见上题），故纯感性负载时的电枢反应直轴去磁作用更强，端电压下降得更多； （4）种情况由于负载的容抗大于发电机的同步电抗，使内功率因数角ψ<00, 接近-900，所以电枢反应的性质为直轴助磁，使端电压上升，即U>E 0； 综上所述，电压从大到小的顺序为：U 4>U 1>U 2>U 3。 欲保持端电压为额定值，当U> U N 时，应减小励磁电流；当U< U N 时，应增加励磁电流。 11-4 同步电机的电枢反应电抗与异步电机的什么电抗相似？指出它们的相似处？ 答： 同步电机电枢反应电抗x a 与异步电机的励磁电抗x m 相似； 这两个电抗所对应的磁通都是由定子三相电流产生的，都通过气隙，既交链定子绕组，又交链转子绕组，两个电抗都与气隙大小、电源频率、绕组匝数、铁心几何尺寸、材质及磁路的饱和程度有关。 11-5 同步电抗对应什么磁通？它的物理意义是什么？ 答：同步电抗是电枢反应电抗和漏抗 之和； 物理意义：同步电抗是表征三相稳定运行时，电枢旋转磁场和漏磁场对电枢电路作用的一个综合参数；同步电抗越大，表示一定负载电流时，电枢反应磁场和漏磁场越强，由它们在电枢绕组中引起的电抗压降越大。 11-6 为什么同步电抗的数值一般都较大（不可能做得较小），试分析下列情况对同步电抗的影响？ 1）电枢绕组匝数增加；2）铁心饱和程度增大；3）气隙加大 ；4）激磁绕组匝数增加。 答： 由于电机的气隙较小，磁阻m R 很小，由m R N f x 2 2π= 得，同步电抗较大。 (1）电枢绕组匝数增加，同步电抗增大 ； （2）铁心饱和程度提高，磁阻m R 增大，同步电抗减小 （3）气隙增大，磁阻m R 增大，同步电抗减小。 （4）励磁绕组匝数增加，由于未改变电枢绕组的匝数及电机磁路的磁阻，所以同步电抗不变。 11-7 一台同步电机，定子绕组施以三相对称电压，并保持恒定，试问：抽出转子与使转子以同步速沿电枢旋转方向旋转（激磁绕组开路）这两种情况下哪种情况定子电流大，为什么？ 答： 定子绕组施以三相对称低电压，将在绕组中产生三相对称电流并形成旋转磁场，定子侧的电动势方 程式为： ） （）（。 。。1111jx r I E U ++-= 若忽略定子漏阻抗压降，上式为： 044.4? Φ=-≈w fNK j E U ）（。。 上式表明，当电源电压。 U 不变时，气隙磁通基本不变。产生气隙磁通的磁动势的大小主要取决于气隙磁通磁路的磁阻。当转子在同步速下沿电枢旋转磁场方向旋转并与抽出转子相比：前者气隙磁通路径上磁 阻小而后者磁路的磁阻很大，产生同样大的磁通所需的电流前者就比后者的小。所以，抽出转子后电枢电流会很大，但由于定子只是施以三相对称低电压，所以电枢电流不会大到烧毁绕组的程度。 11-8 同步发电机带上? >00 的对称负载，后，端电压为什么会下降， 试用磁路和电路两方面分别加以分析？ 答：磁路方面：带上? >00的对称负载，电枢反应的性 质有直轴去磁作用，故端电压会下降。 电路方面： 电动势方程： t a x I j r I U E 。 。。++=.0 由相量图可见，发电机带上? >00 的负载后，由于电机本身阻抗压降的影响，使得端电压下降。 11-9表征同步发电机单机对称 稳定运行的性能有哪些特性？其变化规律如何？什么叫短路比？它和同步电抗有何关系？它的大小对电机的运行性能和制造成本有何关系？ 答：有空载特性、短路特性、外特性和调整特性，变化规律曲线为： . I .U t x I j . 0. E I f U 0 U N f0I f I k fk I N I N U N N I f 短路比K c ： 是指在空载特性曲线上对应额定电压时的励磁电流I f0下，三相稳态短路电流I k 与额定电流I N 的比值； K c 与同步电抗的关系是： 其中，Ks 为电机的饱和系数。 影响：如果短路比大，由短路比的表达式：fk f c I I K 0= 知，空载时产生额定电压（或E 0）所需的励磁电流 就大，或者说，运行时要产生所需的E 0就要有较大的励磁磁动势。这就表明发电机的气隙大，在保证气隙磁通密度一定的条件下需增大励磁磁动势，其一需增加励磁绕组匝数，其二需增加励磁电流（即需增加励磁电源容量及励磁绕组导线截面）。另外，气隙大，必导致定子几何尺寸增加，直接影响了电机的制造成本。另一方面，由于气隙大，同步电抗减小，使电机的三相稳态短路电流大，电压变化率小及并网运行时电机的稳定性提高。 11-10同步发电机短路特性曲线为什么是直线？当N k I I =时，这时的激磁电流已处于空载特性曲线的饱和段，为什么此时求得的d x 却是不饱和值，而在正常负载下却是饱和值？ 答：同步发电机短路时，略去电枢绕组电阻有：d K x I j E ? ? =0，而气隙电动势为： 此时气隙电动势只需用来平衡漏抗压降，因x σ很小，故气隙电动势很小，用来感应气隙电动势的气隙磁通很小，所以短路时，电机磁路不饱和，E 0∝I f ，而E 0∝I k ，因此I k ∝I f ，所以短路特性是一条过原点的直线。 k d I E x 0 )(= 不，尽管当I k =I N 时励磁电流已于空载特性的饱和段，但其E 0取之于空载特性曲线的气隙线，而且短路时电机磁路又处于不饱和状态，所以求得的x d 为不饱和值。在正常负载下，电机磁路处于饱和状态，所以x d 为饱和值。 11-11负载大小的性质对发电机外特性和调整特性有何影响？为什么？电压变化率与哪些因素有关？ 答：(参看见题11-9图) 对外特性的影响： （1）发电机带阻、感性负载时，电枢反应有直轴去磁作用，随着负载的增加，去磁作用越强，端电压下降越多，外特性曲线下降程度越大； （2）带容性负载（负载容抗大于同步电抗）时，电枢反应为直轴助磁，随着负载的增加，助磁作用越强，端电压上升越多，外特性曲线上升程度越大。 对调整特性的影响： （1）发电机带阻、感性负载时，电枢反应有直轴去磁作用，随着负载的增加，去磁作用越强，端电压下降越多，为保持端电压不变，必须增加励磁电流，使增加的励磁磁动势恰好用来平衡去磁的电枢磁动势，所以曲线上升； （2）带容性负载（负载容抗大于同步电抗）时，电枢反应为直轴助磁，随着负载大小的增加，助磁作用越强，端电压上升越多，为保持端电压不变，必须减小励磁电流，使减小的励磁磁动势恰好用来平衡助磁 ) (* 1 *1 *00 不d s I K N I K c x K I I I K f f === =σ δx I j E k . .= 第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3）。 答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生 电枢反应。 答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是 和 空间夹角。 答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。 答 δs i n 2)X 1 X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指（ ）。 A 转轴上输入的机械功率； B 转轴上输出的机械功率； C 电枢端口输入的电功率； D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，则其电枢反应的性质为（ ）。 A 交轴电枢反应； B 直轴去磁电枢反应； C 直轴去磁与交轴电枢反应； D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗较大； B 短路电流产生去磁作用较强； C 电枢反应产生增磁作用； D 同步电抗较大。 答 B 4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ； B σX X X X X q aq d ad >>>>； 电机学相关习题及解答 1－36 一台直流电动机，电枢电流为15.4A，2P＝4，单波S＝27，每元件匝数W y＝3，每极磁通量等于0.025W b，问电机的电磁转矩为多少？若同样元件数，绕组改为单迭，极数于励磁不变，电磁转矩又为多少？ 1－48 一台并励直流电动机，P N＝100kw，U N ＝220V，n＝550r/m在750C时电枢回路电阻r a ＝0.022欧，励磁回路电阻r f＝27.5欧，2u ＝2V，额定负载时的效率为88％，试求电机空载时的电流。 1－54 一台并励直流电动机的额定数据如下：P N＝17kw，U N＝220V，n＝3000r/m， I N＝88.9A，电枢回路电阻r a=0.0896欧，励磁回路电阻R f＝181.5欧，若忽略电枢反应的影响，试求：（1）电动机的额定输出转矩；（2）在额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率；（4）在理想空载（I a＝0）时的转速；（5）当电枢回路串入电阻R＝0.15欧时，在额定转矩时的转速。 1－58 一台串励直流电动机U N＝220V，n＝1000r/m，I N＝40A，电枢回路电阻为0.5欧，假定磁路不饱和。试求：（1）当I a＝20A时，电动 机的转速及电磁转矩？（2）如果电磁转矩保持上述值不变，而电压减低到110V ，此时电动机的转速及电流各为多少？ 1－62 一台直流串励电动机，额定负载运行，U N ＝220V ，n ＝900r/m ，I N ＝78.5A ，电枢回路电阻r a =0.26欧，欲在负载转矩不变条件下，把转速降到700r/m ，须串入多大电阻？ 1－76 并励直流电机接在电网上。 1、 比较该机作发电机运行和电动机运行时的旋转方向。 2、 该机作电动机运行，正转时和反转时不一样为什么？ 1－77 并励直流发电机，额定电压为230V ，现需要将额定负载运行时的端电压提高到250V ，试问：（1）若用增加转速的方法，则转速必须增加多少？（2）若用调节励磁的方法，则励磁电流增加多少倍？ 1－78 一台并励发电机，P N ＝6kw ，U N ＝230V ，n ＝1450r/m ，电枢回路电阻r a 750 ＝0.921欧，励磁 回路电阻R f 750 ＝177欧，额定负载时的附加损耗 60 =? P w ，铁耗5 .145=P Fe w ，机械损耗4 .168=Ω P w ，求 额定负载下的输入功率、电磁功率、电磁转矩及 第5章 感应电机 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是 2::Cu e p P P Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 Hz 50，Hz 50，sHz 50，sHz 50 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比， 正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，Hz 1，min /720r ，Hz 2 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 电机学试题及答案 Revised as of 23 November 2020 《电机学（1）》模拟试题 一：填空题（每空3分，共45分） 1．一台变压器加额定电压时，主磁通为φ，空载电流为I0，励磁阻抗为Z m，现将电源的频率从50Hz改变为60Hz，其它情况不变，并假定磁路线性，则现在的磁通φ‘= φ，空载电流I’0= I0，励磁阻抗Z’m= Z m。 2．某变压器带感性负载运行时，若负载电流相同，则cosφ 2 越小，副边电压变化率越，效率越。 3．一台单相变压器，铁芯柱上有三个绕组，已知U 1=330V，W 1 =700匝，为获得 U 2=220V，U 3 =11V，应使W 2 = 匝，W 3 = 匝。若已知绕组W 1 开路， ì 3=10∠100A，忽略励磁电流，则ì 2 = A。 4．拖动恒转矩负载运行的并励直流电动机，若减弱磁通，电枢电流 将。 5．交流电机绕阻高次谐波电势，如5次和7次谐波，可以通过 的方法大大削弱。 6．三相同步电机，定子上A、B两导体空间相隔200机械角度，该电机接于50Hz三相交流电源，同步转速为750r/min，则A、B两导体的空间电角度为。 二、（8分） 图1所示为三相变压器接线图，画出电动势向量图，并确定其连接组别。 三、（27分） 一台三相电力变压器额定容量S=1000 kVA，额定电压U1N/U2N=10000/3300V，Y，d11连接组，每相短路阻抗Z k=+，该变压器原边接额定电压，副边带Δ接对称负载，每项负载阻抗Z L=50+j85Ω，计算： （1）变压器原边线电流； （2）副边线电流； （3）副边线电压； （4）电压调整率 四、（10分） 一台他励直流电动机，P N=22KW，I N=115A，U N=220V，n N=1500r/min电枢回 路总电阻R a=Ω（包括了电刷回路的接触电阻），忽略M0，要求把转速降到 1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL 电机学复习题与答案 解析 第一章磁路 一、填空： 1.磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。 答：直流磁路，交流磁路。 2.电机和变压器常用的铁心材料为。 答：软磁材料。 3.铁磁材料的磁导率非铁磁材料的磁导率。 答：远大于。 4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是。 答：磁动势。 5.★★当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁 通，电感，电流；对交流磁路，则磁通，电感，电流。 答：减小，减小，不变；不变，减小，增大。 二、选择填空 1.★★恒压直流铁心磁路中，如果增大空气气隙。则磁通；电感；电 流；如果是恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时，磁通；电感；电流。 A：增加 B：减小 C：基本不变 答：B，B，C，C，B，A 2.★若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2 A：增加 B：减小 C：基本不变 答：A 3.★在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。 A：存在 B：不存在 C：不好确定 答：A 4.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。 A：线形 B：非线性 C：所有的 答：A 5.★铁心叠片越厚，其损耗。 A：越大 B：越小 C：不变 答：A 三、判断 1.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。（） 答：对。 2.铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。（） 答：错。 3.在磁路中与电路中的电流作用相同的物理量是磁通密度。（）答：对。 4.★若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。（） 答：对。 5.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。（）仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n 0=60f/p S=(n -n)/ n =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f 2=Sf 1 =0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N =1470r/min,电源频率为50H Z 。设在额定负载 下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法. ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N =2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max / T N =2.0 T max =59.6 Nm I st /I N =6.5 I st =46.8A 一般n N =(0.94-0.98)n 0 n 0=n N /0.96=1000 r/min SN= (n 0-n N )/ n 0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n 0=60*50/1000=3 ③ η=P N /P 输入 P 输入=3/0.83=3.61 5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁. 一、填空题 1．变压器中的磁通按照性质和作用的不同，分为__主磁通__和 漏磁通 ，其中__漏磁通___不参与变压器的能量传递。 2．他励直流电动机常用的调速方法有：_ 改变电枢回路里的串联电阻 ； 减小气隙磁通 ；改变电枢端电压U 。 3．鼠笼式异步电动机降压起动的方法有 定子串接电抗器起动 ； Y —起动 ； 自耦减压起动 。 4．三相同步电动机通过调节___励磁电流__可调节无功功率。 5．异步电动机的电源电压降低10％，电机的过载能力降低到____80%__________，临界转差率___不变_______，负载不变时，电机的转速将___降低_______。 6．直流电动机常用的调速方法有： 电枢 控制和 磁场 控制。 7．变压器负载运行时， 二 次电流的大小决定着 一 次电流的大小。 8．削弱齿谐波电动势的方法有 斜槽 、 分数槽（半闭口槽） 以及其它措施。 9．单相绕组的磁动势是 脉动 磁动势；对称三相绕组的磁动势为 旋转 磁动势。 10．三相感应电动机的调速方法有：改变转差率调速、 改变电压 调速、 变频 调速。 11．变压器空载实验选择在__低压侧_____压侧进行，原因是___安全和仪表选择方便 。短路实验选择在高压侧 压侧进行，原因是 安全和仪表选择方便 。 12．一台单相变压器一次、二次绕组匝数比为10，则将二次绕组进行归算后，归算前后的二次侧电阻之比为 1：100 ；归算前后的二次侧磁势之比是 1：1 。 13．并励直流发电机自励的三个条件是 有剩磁 、 剩磁与励磁方向相同（电枢和励磁绕组接法正确） 、 励磁电阻小于临界电阻 。 14．一台直流发电机，其电势和端电压的大小关系是 E>U 。 15．三相感应电动机转子转速为n ，定子旋转磁场的转速为n S , 极对数为p ，则定子电流的交变频率为 60s n p _ ；转子电流的交变频率为 ()60 s n n p 。 二、选择题 1、两相对称绕组通以两相对称电流，将产生（ A ）；三相感应电机通以三相对称电流，若一相绕组断线（绕组无中线），将产生脉振磁场。 A 圆形旋转磁场 B 脉振磁场 C 椭圆形旋转磁场 2、一台额定条件下工作在 220V50Hz 的单相变压器，错接在220V60Hz 的交流电源上，则额定负载时的主磁通会（ B ）： A 变大 B 变小 C 几乎不变 3、直流电动机定子励磁绕组中电流为（ A ）： A 直流电流 B 交流电流 C 尖顶波形 电机原理试题及答案（仅供参考） 一、填空(每空1分，共25分) 1. 单相异步电动机可分为________、________两大类型。 2. 6极异步电动机电源频率f=50Hz，额定转差率S N=，则额定转速为n N=_____、额定工作时， 将电源相序改变，则反接瞬时的转差率S=_____。 ~ 3. 同步补偿机实际上是一台_________的同步电动机，它接到电网上的目的就是为了 ___________。 4. 直流电机的励磁方式可分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。 5. 有一台极数2P＝4，槽数Z＝24的三相单层链式绕组电机，它的极距τ＝＿＿＿、每极每 相槽数ｑ＝＿＿＿、槽距角α＝＿＿＿。 6、变压器空载运行时功率因数很______。 7．________型三相异步电动机可以把外接电阻串联到转子绕组回路中去。 … 8. 直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向________。 9. 直流电动机的起动方法有____________；______________。 10. 当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。 11. 三相异步电动机的过载能力是指_______________。 12 . 星形—三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的______倍。 》 13. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则 U1应随f1按______规律调节。 14、可用下列关系来判断直流电机的运行状态。当_________时为电动机状态，当________ 时为发电机状态。 15、单迭绕组极对数为P时，则并联支路数为_______。 二、判断正误(对在括号里打√、错则打×，每小题1分，共15分) 【 1.( ) 电动机的额定功率是指额定运行时从电源输入的电功率。 2.( ) 一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变 3.( ) 三相异步电动机的旋转方向决定于定子绕组中通入的三相电流的相序。 4.( ) 与同容量的变压器相比较，异步电动机的空载电流小。 5.( ) Y-D降压起动适用于正常运行时定子绕组为星形联接的笼型异步电动机。 - 6. ( ) 变极调速时必须同时改变加在定子绕组上电源的相序。 7. ( ) 变频调速过程中按U1/f1=常数的控制方式进行控制，可以实现恒功率调速。 8. ( ) 异步电动机的功率小于时都允许直接起动。 9. ( ) 变压器的二次额定电压是指当一次侧加额定电压，二次侧开路时的空载电压值。 10.( ) 变压器在原边外加额定电压不变的条件下，副边电流大，导致原边电流也大，因 此变压器的主磁通也大。 > 控制电机习题和答案 1 有一台交流伺服电动机，若加上额定电压，电源频率为 50Hz,极对数P=1，试问它的理想空在转速是多少？ n0=60*f/p =60*50/1 =3000r/min 理想空在转速是3000 r/min 2何谓“自转”现象？交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？ 自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动. 克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方.当速度n 为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象 3有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化？ 当副在增加时, n=U c/K eΦ-RT/K e K tΦ2电磁转矩增大,转 速变慢,根据n=U c/K eΦ-R a I a/K eΦ控制电流增大. 4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流I a1=0.05A，转速n1=3000r/min;加负载后，电枢电流 I a2=1A, 转速n2=1500r/min。试做出其机械特性n=f (T)。 电动机的电磁转矩为T=BI a NLD/2, 0.05A1A T 5 若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压 Uc=100V时，理想空载转速n0=3000r/min;当Uc=50V时，n0等于多少？ n0=120Uc/πNBLD 电压与转速成正比,当Uc=50V时, n0等于1500 r/min 6 为什么直流力矩电动机要做成扁平圆盘状结构？ 直流力矩电动机的电磁转矩为T=BI a NlD/2在电枢体积相同条件下,电枢绕组的导线粗细不变,式中的BI a Nl/2紧思维常数,故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大. 7 为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动 电机学 一、选择题（本大题共18小题，每小题1.5分，共27分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题多选或未选均无分。 1．直流并励电动机起动时，励磁回路的调节电阻阻值应置于（）A．任意位置；B．中间位置；C．零位置；D．最大位置 2．同步电机中参数X d’表示为（） A．同步电抗；B．直轴瞬态电抗；C．直轴漏抗；D．直轴超瞬态电抗3．并联于大电网上的同步发电机，当电流落后于电压运行时，若逐渐增大励磁电流，则电枢电流（） A．渐大；B．减小；C．先增大后减小； D．先减小后增大 4．如果不计定子电阻效应，同步发电机运行在什么条件下有△U=0（） A．电阻性负载B．电阻、电感性负载 C．纯感性负载D．电阻、电容性负载 5．要增加并联在电网上运行的发电机的有功输出，可以（）A．增加励磁电流使E 增加; B．增加原动机的动力，使功角增加; C．减小励磁电流使E 0减小; D．加快原动机转速使n＞n 1 6．判断一台同步电机运行于发电机状态的依据是（） A．E 0＞U; B．E 滞后于U; C．E ＜U; D．E 领先于U 7．三相异步电动机负载增加时，会使（） A．转子转速降低; B．转子电流频率降低 C．转子电流产生的磁动势对转子的转速减小 D．转子电流产生的磁动势对定子的转速增加 8．异步电动机空载电流比同容量变压器空载电流大的原因是（） A．异步电动机的损耗大;B．异步电动机是旋转的; C．异步电动机有气隙;D．异步电动机的漏抗大; 9．三相异步电动机转子转速减小时，转子磁势对空间的转速将（） A．增加; B．保持不变; C．减小; D．为0; 10．三相异步电动机的最大转矩大小（） A．与转子电阻无关; B．与电源电压无关; C．与电源频率无关; D．与极对数无关; 11．转差率为s的异步电动机，其sP e 将等于（） A．定子铜耗; B．总机械功率; C．机械功率; D．转子铜耗; 12．三相异步电动机定子通入频率为f 1的电流，当转子不动时，其转子频率f 2 为 （） A．f 2=f 1 ;B．f 2 =0; C．f 2 ＜f 1 ;D．f 2 ＞f 1 13．交流双层绕组中，每相串联匝数N同每个线圈的匝数N c 、每极每相槽数q、极对数p、并联支路数a之间的关系是（） A．N=（2a/p）qN c B．N=（2p/ a）qN c C．N=apqN c D．N=2apqN c 14．变压器负载运行时与空载运行时相比，变比K（） A．变大; B．变小; C．相等; D．基本不变; 15．若外加电压随时间正弦变化，当磁路饱和时，单相变压器的励磁电流随时间变化的波形是（） A．矩形波; B．平顶波; C．正弦波; D．尖顶波; 16．变压器空载时，线路电压增加，则铁耗将（） 《电机与电气控制技术》第2版习题解答 第二章三相异步电动机 2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？ 答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。 2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？ 答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。 对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。 2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。 答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。 所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且n?n1。 2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？ 答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。 2-5当三相异步电动机转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？ 答：三相异步电动机转子电路开路时，电动机是不能转动的。这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流，建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割，在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。 2-6何谓三相异步电动机的转差率？额定转差率一般是多少？起动瞬间的转差率是多少？ 答：三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速n1与转子转速n之差即转速差n1?n与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即S=（n1?n）/n1。 额定转差率S N=~，起动瞬间S=1。 2-7试述三相异步电动机当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程，最终使电动机稳定运行在更低转速下。 答：三相异步电动机原稳定工作在n A转速下运行，当机械负载增加时，由于负载转矩大于电磁转矩，电动机转速n将下降，由于n的下降，使转子导体切割定子磁场运动加大。转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大，直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速n B下运动，且n B?n A。 2-8当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 答：当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通，而当定子绕组外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常数。为此，定子 第一章 第一章 变压器基本工作原理和结构 1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？ 答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 产生励磁磁动势F 0， 在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定 律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 1和e 2, 且有 dt d N e 01 1φ-=, dt d N e 0 2 2φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。 1-2 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？ 答：由dt d N e 011φ-=, dt d N e 0 2 2φ-=, 可知 , 2211N e N e =，所以变压器原、副两边每匝感应电动势相等。又U 1≈ E 1, U 2≈E 2 , 因此，22 11N U N U ≈ ， 当U 1 不变时，若N 1减少, 则每匝电压11N U 增大，所以11 22N U N U =将增大。或者根据m fN E U Φ=≈11144.4，若 N 1 减 小，则m Φ增大， 又m fN U Φ=2244.4，故U 2增大。 1-3 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？为什么？ 答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零， 不会在绕组中产生感应电动势。 1-4 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？ 答：变压器的铁心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。为了铁心损耗，采用0.35mm 厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。 1-5变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？ 答：铁心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。 绕组: 构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。 分接开关: 变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。 油箱和冷却装置: 油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。 绝缘套管: 变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。 电机设计 第一章 1. 电机常数CA 和利用系数KA 的物理意义是什么？ 答：CA ：大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料。KA ：单位体积有效材料能产生的计算转矩。 2. 什么是主要尺寸关系是？根据他可以得出什么结论？ 答：主要尺寸关系式为：D2lefn/P ’=6.1/(αp ’KNmKdpAB δ)，根据这个关系式得到的重要结论有:①电机的主要尺寸由其计算功率P ’和转速n 之比P ’/n 或计算转矩T 所决定;②电磁负荷A 和B δ不变时，相同功率的电机，转速较高的，尺寸较小；尺寸相同的电机，转速较高的，则功率较大。这表明提高转速可减小电机的体积和重量。③转速一定时，若直径不变而采取不同长度，则可得到不同功率的电机。④由于极弧系数αp ’、 KNm 与Kd 的数值一般变化不大，因此电机的主要尺寸在很大程度上和选用的电磁负荷A 和B δ有关。电磁负荷选得越高电机的尺寸就越小。 3.什么是电机中的几何相似定律？为何在可能情况下，总希望用大功率电机来代替总功率相等的小功率电机？为何冷却问题对于大电机比对小电机更显得重要? 答：在转速相同的情况，当Db a D =lb la =hb ha =bb ba =…下，'P G ∝'P Gef ∝'P P ∝'4 /3'P P ∝P 4/1'1 即当B 和J 的数值保持不变时，对一系列功率递增，几何形状相似的电机， 每单位功率所需有效填料的重量、成本及产生损耗均怀功率的1/4次方成反比。用大功率电机代替总功率相等的数台小电机的原因是随着单机容量的增加，其效材料的重量G 、成本Gef 相对容量的增加要慢。因此用大功率电机代替总功率相等的数台小电功率机。其有效材料的利用率提高了。损耗增加相对容量慢，因此效率提高了。冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要的原因是电机损耗与长度l 的立方成成正比，而冷却表面却与长度的平方成正比。功率上升，长度变长，损耗增加大于冷却的增加。为了使温升不超过允许值，随着功率的增加，要改变电机的通风和冷却系统，从而放弃它们的几何形状相似。 4. 电磁负荷队电机的性能和经济性有何影响？电磁负荷选用是要考虑哪些因素？ 答：当p ’/n 比一定，由于a ’p ，Knm ，Kap 变化不大，则电机主要尺寸决定于电磁负荷。生产固定效率电磁负荷越高，电机的尺寸将越小，重量越轻，成本越低，经济效益越好。电磁负荷选用常需要制造运行费用，冷却条件，所用材料与绝缘等级，电机的功率，转速等。 一、填空题 1. 变压器中的磁通按照性质和作用的不同，分为主磁通漏磁通，其中漏磁通不参与变压器的能量传递。 2. 他励直流电动机常用的调速方法有：_改变电枢回路里的串 联电阻；减小气隙磁通;改变电枢端电压U。 3. 鼠笼式异步电动机降压起动的方法有定子串接电抗器起动 ; Y —起动 ; 自耦减压起动。 4. 三相同步电动机通过调节励磁电流可调节无功功率。 5. 异步电动机的电源电压降低10%,电机的过载能力降低到80, 临界转差率不变，负载不变时，电机的转速将降低_____ 6. 直流电动机常用的调速方法有： 电枢控制和磁场控制。 7. 变压器负载运行时，二次电流的大小决定着一次电 流的大小。 8. 削弱齿谐波电动势的方法有斜槽、分数槽（半闭口 槽）___ 以及其它措施。 9. 单相绕组的磁动势是脉动磁动势;对称三 相绕组的磁动势为旋转磁动势。 10. 三相感应电动机的调速方法有：改变转差率调速、改变电 压_____ 调速、 变频________ 调速。 11. 变压器空载实验选择在低压侧压侧进行, 原因是安全和仪表 选择方便。短路实验选择在高压侧压侧进行,原因是—安 全和仪表选择方便。 12. 一台单相变压器一次、二次绕组匝数比为10，则将二次绕 组进行归算后，归算前后的二次侧电阻之比为 1 : 100 ;归 算前后的二次侧磁势之比是1 : 1 。 13. 并励直流发电机自励的三个条件是有剩磁、剩磁与励 磁方向相同（电枢和励磁绕组接法正确）、励磁电阻小于临 界电阻。 14 . 一台直流发电机，其电势和端电压的大小关系是 E>U 。 15. 三相感应电动机转子转速为n定子旋转磁场的转速为,极对数为P,则定子电流的交变频率为上￡ ；转子电流 的交变频率为5s —n）P。 《电机学》各章练习题与自测题参考答案 第1章 思考题与习题参考答案 1.1 变压器是怎样实现变压的?为什么能够改变电压，而不能改变频率? 答：变压器是根据电磁感应原理实现变压的。变压器的原、副绕组交链同一个主磁通，根据电磁感应定律dt d N e φ =可知，原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比，所以当原、副绕组匝数21N N ≠时，副边电压就不等于原边电压，从而实现了变压。因为原、副绕组电动势的频率与主磁通 的频率相同，而主磁通的频率又与原边电压的频率相同，因此副边电压的频率就与原边电压的频率相同，所以，变压器能够改变电压，不能改变频率。 1.2变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什么? 答：若一次绕组接直流电源，则铁心中将产生恒定的直流磁通，绕组中不会产生感应电动势，所以二次侧不会有稳定的直流电压。 1.3变压器铁心的作用是什么?为什么要用0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成? 答：变压器铁心的主要作用是形成主磁路，同时也是绕组的机械骨架。采用导磁性能好硅钢片材料是为了提高磁路的导磁性能和减小铁心中的磁滞损耗，而用薄的（0.35mm 厚）表面绝缘的硅钢片叠成是为了减小铁心中的涡流损耗（涡流损耗与硅钢片厚度成正比）。 1.4 变压器有哪些主要部件，其功能是什么? 答：变压器的主要部件是器身，即铁心和绕组。铁心构成变压器的主磁路，也是绕组的机械骨架；绕组构成变压器的电路，用来输入和输出电能。除了器身外，变压器还有一些附属器件，如绝缘套管、变压器油、油箱及各种保护装置等。 1.5 变压器二次额定电压是怎样定义的? 答：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组空载时的端电压定义为变压器二次额定电压。 1.6 双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计? 答：变压器传递电能时，内部损耗很小，其效率很高（达95%以上），二次绕组容量几乎接近一次绕组容量，所以双绕组变压器的一次、二次额定容量按相等设计。 1.7 变压器油的作用是什么？ 答：变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，起绝缘和冷却作用。 2、要进行频率归算和绕组归算 3、笼型异步电动机降压起动的方法有：星三角起动法；自耦变压器起动法。星型起动的线电流为三角形连接时的1/3。起动转矩为三角形连接时的1/3. 4、同步电动机的额定电压UN，额定电流IN，功率因素，效率，三相同步发电机的额定容量Sn，额定功率Pn,三相同步电动机的额定功率PN各位多少 7.一台三相绕线式感应电动机技术数据为：30,50,41470/min kW Hz r 极，，转子电流为 51.5A ，转子开路电压360V ，Y 解法，负载转矩保持额定值不变。转速降到1321r/min 时，转子每相应串入多大的调速电阻。 解：电动机的额定转差率1115001470 0.021500 N N n n s n --=== 额定时转子回路电压方程： 2222222()()s s s s N E I R jX I R js X ??? =+=+ 22s I R ? ≈ 转子每相本身电阻2R 2022022220.02360 0.08073351.5 N s N s s s s E E s E R I I I ??=====Ω ?转子每相串入调速电阻1R Ω时，转子转速从a 点降到b 点，如图。有' 22 11 ' 2'2 211122[()()] R m pU s T R f R c X X s σσπ=+++ 得''' 221 a b R R R s s Ω+= 15001321,1500a N b s s s -== 1220.4b a s R R R s Ω= -=Ω 9、异步电动机三种运行状态 电动机状态、发电机状态、电磁制动状态 转子转速低于旋转磁场转速，且方向相同，电磁转矩是驱动性质，电机处于电动机状态，转差率0 异步电机例题与解答 第三篇 异步电机例题 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗 之间的比例是 2::Cu m em p P P = 。 答 1：(1-s )：s 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于50HZ 的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为S ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50HZ ，50HZ ，50S HZ ，50S HZ ， 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时S m = ,转子总电阻值约为 。 答 1， 21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率S = ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率50HZ ，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，1HZ ，720r /min ，2HZ 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率P 1与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为n 1，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与n 1反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法 有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为60HZ 的三相感应电动机，用在频率为50HZ 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 答 265??? ??，265?? ? ?? 11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。 答 []22111121 1)X X (R R f 4pU m '+++π 12. 一台三相异步电动机的额定功率N P 是指额定运行时的 功率，如果撤换其定子绕组，将每相匝数减小了，在电源电压不变的条件下，气隙中的每极磁通将 。 答 输出的机械功率，减小同步电机练习题及标准答案
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