2012-2013电机学期末试题复习题(1)

一、简答

1、电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩。若电枢磁动势有交、直两个分量，那么是那个分量产生，那个分量不产生？还是两个都产生？答: 产生直轴电枢磁动势的电流沿电枢表面对称分布在几何中性线两侧，受到异极性磁场的作用，合成电磁力为零，即不产生电磁转矩。产生交轴电枢磁动势的电流对称分布在主极轴线两侧，产生的电磁转矩是同一方向的。可见，只有交轴电枢磁动势才产生电磁转矩。

2、请写出磁路基尔霍夫定律的数学表达式。书P23

3、为什么三相组式变压器不宜采用Yyn联结，而三相心式变压器又可采用Yyn联结？

4、感应电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？答 负载增加时，电动机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增

加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势也增加。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加。这一过程直到转子电流产生的转矩与负载转矩重新平衡为止。

在U1不变的情况下，I1的增加导致I1Z1增加，使E1减小，主磁通略有减小。

5、并励发电机正转能自励，反转能否自励？

答 发电机正转时能够自励，表明发电机正转时满足自励条件，即：①有一定的剩磁；②励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻；③励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的。这里的正确配合就是说当电机以某一方向旋转时，励磁绕组只有一个正确的接法与之相对应。如果转向改变了，励磁绕组的接线也应随之改变，这样才能保证励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同，从而实现电机的自励。当电机的转向改变了，而励绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场方向必将与剩磁的方向相反。电机内磁场被削弱，电压不能建立，所以并励发电机正转时能自励；反转时，不改变励磁绕组的两个端头的接线，是不能自励的。 6、什么是软磁材料？什么是硬磁材料?（第一张导论18）软磁材料：磁滞回

线很窄。硅钢片、铸铁、铸钢等等。硬磁材料：磁滞回线很宽，或叫永磁材料。铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。 7、简述三相电力变压器并联运行的理想条件是什么？（要求有原则和具体条件） 书p151

8、交流电动机机定子绕组加上三相对称电压，频率为f，如果5次谐波的合成

磁动势为，试说明三相5次谐波的合成磁动势特点。

书P208

9、为什么感应电动机空载时功率因数cosφ很低，负载增大则cosφ随之增大， 在负载大到一定程度后cosφ又开始下降？

空载运行时，异步电机的定子电流基本上是励磁电流Im，因此空载时功率因数很低，通常小于0.2。

随着P2的增大，定子电流的有功分量增加， cos? 1 增大，在额定负载附近， cos? 1 达到最大值。

当P2继续增大时，转差s变大，使转子回路阻抗角 变大， cos? 2 降，从而使cos? 1下降 10、他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个电压变化率大？

答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流Ia由0增加到额定值IaN电枢回路电阻压降IaRa增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通?下降，从而使感应电动势E下降。由公式U?E?IaRa可知，端电压U随Ia的增加而下降。

对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流

If下降，

使得?下降和E下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。

11、当负载电流保持不变，变压器的电压变化率将如何随着负载的功率因数而变化？当负载的功率因数等于1时，即纯电阻负载时，变压器的电压变化率很小。当负载呈电阻电感性时，即功率因数滞后，一般随着负载阻抗角ψ2落后的越多，电压变化率越大，当

时达到最大，ψ2再增大，电压变化率又趋于减小。当负载呈电阻电容性时，即功率因数超前，随着负载阻抗角 超前得越多，电压变化率越小，当

时，电压变化率将变为负值，这时负载电压将大于空载

电压。

12、三相感应电动机运行时，若负载转矩不变而电源电压下降10%，对电机的同步转速n1，转子转速n，主磁通?m，功率因数cos?1，电磁转矩Tem有何影响？ 不变；下降；下降；下降；不变

13、在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？

14、简述并励直流发电机的自励条件，并解释原因（可以用图说明）。 自励条件为：

(1)电机应有剩磁。 (2)励磁绕组连接正确。

(3)励磁回路电阻应小于临界电阻，以确保电机端有一个恰当 的端电压。

需要说明的是，由于空载特性曲线正比于电机的转速n，转速降低意味着曲线下移，因此，对应的临界电阻也会随之变小，或者说，不同的转速将对应于不同的临界电阻

15、并励电动机正在运行时励磁绕组突然断开，并且有剩磁，负载转矩较小，电机将有什么现象发生？

16、一变压器，当其铁芯处在饱和时，为了得到正弦感应电动势，空载电流应呈何种波形？为什么？解法一：（空载电流就是励磁电流）第三章变压器１２， 解法二：百度答案

17、将对称三相绕组接到三相电源的三个接线头对调两根后，其旋转磁动势的转向是否会改变？并说明原因。会改变。因为任意两根线对调后，三相电流的相序改变了，而旋转磁动势（基波）总是超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，因此旋转磁动势的转向与原来相反。 18、当铁芯磁路上有几个线圈同时作用时，磁路计算能否用叠加原理？为什么？

19、三相变压器变比和线电压比有什么区别？折算时用前者还是后者？

20、产生脉振磁动势和产生圆形磁动势的条件各有哪些？

21、一台频率为50Hz的三相电机，通入频率为60Hz的三相对称电流，如电流的有效值不变，相序不变，试问三相合成基波磁动势的幅值，转速和转向是否会改变？

百度答案：

22、同步发电机电枢反应性质由什么决定? 答：电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速同方向，在空间上始终保持静止的关系，但电枢反应的性质决定于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电动势E0点和电枢反应I0点之间的相位差，即角度fai有关，fai角决定与负载的性质。当E0点和I0点同相时，fai等于0度，电枢反应为交轴反应，交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转字转向后一个锐角。当I0点只有E0点90度时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完全是去磁的。当I0超前E0九十度时，也为直轴电枢反应，其性质完全是助磁的。一般情况下，fai大于0度小于九十度，此时电枢反应兼有去磁和交磁作用！

23、为什么三相组式变压器不宜采用Yyn连接？而三相芯式变压器可以采用Yyn连接？解法一：（课件第三章变压器58,59,60 ）解法二：百度的答案：Yyn联结的三相变压器不对称运行或带单相负载时，会产生中点移动现象。中点移动的大小主要取决于零序电动势的大小，而零序电动势的大小又取决于零序磁通的大小。对于三相变压器组，零序磁通可以通过铁心闭合，故零序励磁阻抗等于正序阻抗，其数值很大，很小的零序电流可产生相当大的零序磁通，感应相当大的零序电势。中点移动大，相电压严重不对称，导致用电设备不能正常工作，故不采用Yyn联结。

而三相心式变压器则情况大不相同，零序磁通以油和油箱为回路，零序阻抗很小，带不对称负载甚至单相负载时，中点移动也不严重，故可采用Yyn联结。但零序磁通流经油箱壁时引起涡流损耗，为了尽量减小这种涡流损耗，以及尽量减小相电压的变化，对变压器的中线电流应加以限制。 24、写出变压器折算后的方程组。 ?U??E?IZ1111 ?U'2?E'2?I'2Z'2 ??I?I?I'012 ?? ?E1?E'2 ??E1?I0Zm???U'2?I'2Z'L

3、一台三相变压器，高低压绕组同名端和高压绕组的首末端标记如图所示。试将该变压器联接成Yy4。并画出它们的电动势相量图。

4、Dy5联接组，求绕组的联接。 （1）作出Dy5联接组的相量图

（2）将高压侧绕组联接成三角形接法 （3）根据相量图，联接低压侧绕组

5、试画出图所示各变压器的高、低压方电动势相量图，并判断其联接组。

6、根据异步电动机转子旋转时的平衡方程组，当电动机运行于电动机状态时，已知U1，I1，cosφ1，s，R1，R2，X1σ，X2σ，ke，ki画异步电动机运行时的相量图。 7、下图为四级交流电机绕组，采用双层叠绕，令y1=7，a=2,请画出AX相绕组展开图（在图上直接标出）

书上１８９页例题４.２

8、有一台交流电机，Q=36，2p=4，y1=7，2a=2，试会出： （1） 槽电势星形图，并标出600相带分相情况；

四、计算题

1、一台三相四极50Hz绕线式感应电动机，转子每相电阻R2＝0.015Ω。额定运行时，转子相电流为200A，nN＝1475r/min。计算额定电磁转矩TemN。若保持额定时的总制动转矩不变，在转子回路串电阻，使转速降低到1200r/min稳态运行，求转子每相应串入的电阻值。与额定工况相比，新的稳态转速下的定子电流、电磁功率、输入功率是否变化？

2、凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式

3、一台三相、150kW、3300V、星形连接的感应电动机，若等值电路的每相参数为 R1=R2ˊ=0.8Ω，X1σ= X2σˊ=3.5Ω。假定励磁损耗与杂散损耗不计，试求：在保持额定总制动转矩不变的情况下，使其转差率增加为上述的三倍，须在定子电路内串入多大的电阻？ 解 调速前

调速后 因为

故 解得

所以定子电路内应串入的电阻

8、一台三相感应电动机，额定功率PN?4kW，额定电压UN?380V，?型接法，额定转速nN?1442r/min，定、转子的参数如下：

??3.18? Rm?11.9?； R1?4.47? R2???9.85? Xm?6.7? X1??6.7? X2试求在额定转速时的电磁转矩、最大转矩、起动电流和起动转矩

解：转差率 s?n1?n150?01442??0.038 7n11500

4、有一台PN＝25000kW，UN＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后）的汽轮发电机，X*t＝2.13，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势E0及E*0与I*的夹角ψ。 百度答案：

5、一台隐极同步发电机，在额定电压下运行，Xt＝2，Ra≈0，试求： （1） 调节励磁电流使定子电流为额定电流时，cosφN＝1，空载电动势E*0是多少？

（2） 保持上述E*0不变，当cosφN＝0.866（滞后）时，I*是多少？

*

6、设有一台三相、六极、50Hz感应电动机，转子每相电阻R2＝0.06Ω。当额定输出功率为100kW时，转速为980r/min，电机的机械损耗和附加损耗共为1kW。设在额定总制动转矩不变的情况下，在转子回路中接入变阻器，把转速降低至750r/min。试求在转子回路中串入的每相电阻值，消耗在变阻器中的功率和调速后的输出功率（设机械损耗和附加损耗与转速成正比，也即空载制动转矩不变）。

7、计算题一直流电机并联于U=220V电网上运行，已知a=1,p=2,Na=398根，nN=1500r/min,φ=0.0103Wb,电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）Ra=0.17Ω，IFn=1.83A,pFe=276W,pmec=379W,pad=0.86%P1,试问：此直流电机是发电机还是电动机运行？计算电磁转矩Tem和效率。（电动势常数CE?pNa） 60a

8、一台三相感应电动机，额定功率PN?4kW，额定电压UN?380V，?型接法，额定转速nN?1442r/min，定、转子的参数如下：

??3.18? Rm?11.9?； R1?4.47? R2???9.85? Xm?6.7?。 X1??6.7? X2

试求在额定转速时的电磁转矩、最大转矩、起动电流和起动转矩。

解：转差率 s?n1?n150?01442??0.038 7n115001?13U12额定转速时的电磁转矩 Tem?TemR???)2(R1?2)2?(X1??X2s3.183?3802?10.0387?N?m?29.14N?m 2??15003.182(4.47?)?(6.7?9.85)2600.03872?R2s

3U11最大转矩为 Tmax?

22?12[R?R?(X?X?)]111?2?13?3802?N?m?63.77N?m 2??15002[4.47?4.472?(6.7?9.85)2]60起动电流为 Ist?U1?)?(X1??X2??)(R1?R222

?380(4.47?3.18)?(6.7?9.85)22A?20.84A

起动线电流 Istl?3Ist?3?20.84A?36.05A

2?3U1R21起动转矩 T? 22?)?(X1??X2??)?1(R1?R213?3802?3.18?N?m?26.39N?m 2??1500(4.47?3.18)2?(6.7?9.85)260

9、一台三相8极电动机的数据为PN=200kW，UN=380V,f=50Hz,nN=722r/min,过载能力kM=2.13。试求

(1)产生最大电磁转矩时的转差率； (2)s=0.02时的电磁转矩。

答案：书上的２８５页５.３４

10、台三相感应电动机，PN?7.5W，额定电压UN?380V，定子?接法，频率为50Hz。额定负载运行时，定子铜耗为474W，铁耗为231W，机械损耗45W，附加损耗37.5W，已知nN?960r/min，cos?N?0.824，试计算转子电流频率、转子铜耗、定子电流和电机效率。

11、设一台4kW、220V，效率?N?84%的两极直流电动机，电枢绕组为单叠绕组，槽数Q=18，每槽每层元件边数u=4,元件匝数Ny?8。试求：

（1）电机的额定电流；

（2）电枢绕组数据：虚槽数Qu，换向片数K，绕组元件数S，总导体数Za以及绕组各节距。

12、一台220/110V单相变压器，在高压方加额定电压进行空载试验，测得

空载电I0?0.5A，空载损耗如将U2与u1联在一起，PW。0?25在U1与u2端加330V电压，如图所示，试计算这种情况下的空载电流I0'和空载损

'耗P0，电阻和漏抗均可不计。

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