电机答案

电机学习题集

习题一

一、表述问题 1．名词解释

（1）电机：根据电磁感应定律和电磁力定律实现电能和机械能之间能量形式转换的机械。

（2）同步发电机：转速n=n1=60f/p 同步速的交流发电机。

（3）异步电动机：转速n

（4）主磁通：通过铁心并闭合的绝大部分磁通。

（5）漏磁通：通过部分铁心经空气隙闭合的少量分散磁通。

2．详细说明电机的基本作用原理及其这些原理在电机中的表达形式。 1．电磁原理 1）法拉第——楞次定律

变化的磁场中将感应出电动势（法拉第）

当导体形成闭路时感应电动势产生的电流（称感应电流）产生的磁场将阻碍原磁场的变化。

感应电动势的一般表达式 e??d? dt 一般说来，磁链是时间和位置的函数，即??f(x,t)，故感应电动势可表达为 e??d???dx???(??)?(?) dt?xdt?t式中前一项称为运动电动势，后一项是变压器电动势。 电机中感应电动势的表达式

变压器中，绕组套在铁心柱上并通交流电，构成交流铁心线圈。静止的铁心中的交变磁通

???msin?t穿越绕组的全部N线匝，其磁链??N?在绕组中产生变压器电动势。电动势的大

小为e??Nd?，方向则由右手螺旋定则确定。 dt旋转电机中，绕组与磁场有相对运动，各线圈边中的导体将切割磁力线产生运动电动势。电动势的大小为e?Blv，方向用右手定则确定。 2）安培定律

载流导体的周围将产生磁场，简称电生磁。

此外，旋转电机中还用到安培电磁力定律——毕奥?萨法尔定律。 大小：F?BIl

方向：由左手定则确定。

应用此式时要求大家树立一个观点：即磁场相互作用产生力

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绪论部分

3．按照功能电机可分成哪几种型式？电机的功能主要由什么因素决定？

分为变压器，发电机（发电机又分直流/交流发电机），电动机（电动机又分直流/交流电动机） 电机的功能主要由其电磁结构决定。

4．电机的绕组有哪些作用？试画出不同类型绕组的电路图，并据此罗列《电路》课程的意义。 流通电流，产生磁场，感应电动势（产生电磁力），进而实现能量转换。

?ir??IRa??Ifeu??UEaU??Rfe???(a)交流绕组?

(b)直流电枢绕组

(c)励磁绕组

电路课程的意义：

1.作为电机学习的基础，能看懂电路，求解电路。

2.电路的基本分析方法放在电机中叶同样适用，故电路的基础知识是电机学习的基础。 3.电路是理论分析计算，而电机更加接近工程实际。有了理论基础才能进行应用。

5．电机最主要的制造材料包括哪三种？分别用在电机中何处？ 1）导电材料：Cu（Al,Ag）

精铜：主要用来制作绕组。其他用于制造电刷、集电环（滑环） 2）导磁材料：钢铁，用于制作铁心。 3）绝缘材料。

早期使用天然材料。目前使用有机合成材料。用于制造电机中的绝缘部分。

二、知识应用

1．电机工作时为什么会有温升？如何降低温升？

工作时产生各种损耗都会转变成热能导致电机温度升高。发热量与电机工作方式有关，为一确定数值。同时，电机表面又会向周围的环境散热，散热量与温升成一比例系数（称为散热系数）。小容量的电机自然散热即可满足要求，大容量的电机散热时的温升超过绝缘允许的限值，此时需要冷却。所谓冷却是指是指提高散热系数的人为措施，一般通过适当的介质来实现冷却，常用的冷却介质有空气、氢气和水。

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电机学习题集

2．为什么发电机和电动机被统称为旋转电机而变压器却是静止电器？

发电机和电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类的电机的制造成本，运动部件通常做旋转运动，称为转子；相应的固定部件称为定子；故发电机和电动机称为旋转电机。

变压器不涉及机械能，不存在定子转子，因此是静止电器。

3．根据右手定则说明电机中如何改变运动到电势的方向。

变压器中，绕组套在铁心柱上并通交流电，构成交流铁心线圈。静止的铁心中的交变磁通

???msin?t穿越绕组的全部N线匝，其磁链??N?在绕组中产生变压器电动势。电动势的大

小为e??Nd?，方向则由右手螺旋定则确定。 dt旋转电机中，绕组与磁场有相对运动，各线圈边中的导体将切割磁力线产生运动电动势。电动势的大小为e?Blv，方向用右手定则确定。

4．根据左手定则说明如何改变电磁力方向。

载流导体的周围产生磁场，简称电生磁。旋转电机中用到安培电磁力定律，大小F?BIl，方向由左手定则判定。

5．牛顿第三定律是描述力与直线运动的关系，那么请类似地表示出旋转电机中的力矩与圆周运动关系。

电磁力矩T=Blir,

其中 T为电磁力矩，单位是N*m；r为转子的半径，单位是m；l为导体在磁场中的长度，单位是m；i为电流，单位是A。

6．为什么说等效电路能反映电机的运行状况？

因为等效电路，是根据电路的基本方程演变折算后得到的方程画出的，所以等效电路是电机的简化形式，能够反映电机运行状况。

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绪论部分

三、发现问题

1．效率是电机的重要运行性能指标之一，效率高则说明电机性能好。提高效率的基本途径是设法降低电机的损耗，那么试根据铁耗计算式pFe?p1/50(f1.32)BmG和铜耗计算式pCu?I2r分析： 50（1）降低电机铁耗可能有哪些方法？这些方法又分别会产生什么负面影响？ （2）降低电机铜耗可能有哪些方法？这些方法又分别会产生什么负面或积极影响？ （3）从以上结论中你又发现了什么？请给出可行的结论。

1）减小交变磁场的最大磁通密度，减小磁通交变频率，减小铁芯质量。

降低了磁通变化产生的感应电动势的大小。 （2）减小输入和输出电流 ，提高铜的纯度。

缺点空载电流增大，短路电流增大，增大电机制造的成本。 优点空载电流在绕组上引起的压降减小。 （3）铁耗计算式可简写为PFe=KBm2G

当U1一定时Bm为定值

Bm=φm/AFe=U1/4.44fN1AFe=C

即铁芯损耗PFe与负载基本无关，故称为不变损耗。

2．稳定运行是电机工作的基本要求，试指出“稳定”一词的普遍含义。在变压器和旋转电机中，“稳定”的具体含义分别指什么？ 稳定：普遍含义指事物良性更新的状态。

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成绩评定和评语：（在□中打√）

□A＋（95＋）：基本概念清晰，表述问题流畅，理论基础扎实，综合应用能力强，应保持和积累 □A（94~88）：基本概念清楚，理论基础扎实，综合应用能力较强，应注意提高 能力 □B（87~80）：概念基本清楚，有一定的应用能力，还需加强 和 训练 □B（79~70）：概念基本清楚，应用能力一般，在 、 、 方面还需提高 □C（69~60）：概念基本清楚，应用能力欠缺，在 、 、 方面还需提高 □D（59－）：概念模糊，各方面都较差，希望课内认真听讲，课后加强复习和总结提高

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只有这样才不能烧变压器.变压器是发电机的负载.变压器容量大,正常运行时不会产生过流.

2．双绕组变压器中，主磁通和漏磁通有何区别？

1）它们的磁路不同，因而磁阻不同。主磁通同时交链一，二次绕组，故又称为互磁通，它行径的路径沿着铁芯而闭合的磁路，磁阻较小；一次侧漏磁通只交链一次绕组，二次漏磁通只交链二次绕组，它们所行经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大。 2）功能不同。主磁通通过互感作用传递功率，漏磁通不传递功率。

3．同一规格的变压器检修后，施加同样大小的同频交流电压U1做空载试验，试分别说明出现下列情况时，该变压器主磁通、铁心损耗、激磁电流、激磁阻抗会有什么不同？

⑴将铁心叠片少叠10%； ⑵将一次绕组匝数少绕5%； ⑶铁心叠装不紧，钢片间气隙增大；

⑷铁心受损伤，叠片间出现短接（即漆膜破坏）。

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变压器部分

4．做变压器空载、短路试验时，电压可以加在高压侧，也可加在低压侧，那么，用这两种方法分别做空载、短路试验时，电源送入的有功功率、以及所测得的参数是否相同？

电源送入的有功功率相同；测得参数则不同，如设变比K>1，则在高压侧量到的参数是低压侧数值的K2倍。

空载实验时：U10=U1N=4.44FN1Φm, U20=U2N=4.44FN2Φm,U10=KU20,故ΦM1=ΦM2=ΦM,Bm1=Bm2=Bm,p10=p20=p0,Hm1=Hm2=Hm,N1I10=N2I20,I20=KI10 短路实验时：IK1=I1N,IK2=I2N,因

变压器的空载损耗等于铁芯损耗加线圈电阻损耗，只不过通常情况下，由于空载电流非常小，线圈电阻损耗非常小，一般忽略不计，所以我们通常认为空载损耗等于铁芯损耗。

严格地说，在变压器变比误差为0的情况下，从高低压侧分别加额定电压测得的空载损耗是有差别的，因为铁芯损耗是不变的，但这时线圈的电阻损耗有差别。所以测得的损耗也有差别，但通常这种差别非常小，一般忽略不计。

但是计算出来的励磁阻抗是完全不一样的。 从 Z=U / I 可知，从高压侧加额定电压时，Z1=U1 / I1 从低压侧加额定电压时，Z2=U2 / I2 所以z1 = K^2 * Z2 K为变比。

5．一般说来，变压器的工作电压不允许超过额定电压，这是因为额定电压下的铁心已经处于饱和状态，如果磁通进一步增加的话，空载电流就变得相当大。试以额定电压的运行情况为上限，说明能否将220/110V、60Hz的变压器的高压侧接在220V、50Hz的电源上运行?

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? 相当于频率降低。则主磁通增加，空载电流增加，铁损耗增加，漏抗减小。

四、心中有数（各类计算）

1．一台Y,d接法的三相变压器，U1N/U2N＝10kV/0.4kV，SN＝100kVA，一次绕组N1=436匝，频率50Hz。试求该变压器的变比、一次绕组额定电流及额定相电压；二次绕组的匝数、阻抗基准值、及额定相电流；空载运行时铁心磁通最大值。（注：本题为最基础的计算，必须熟练掌握） 解:

K= U1N/U2N＝10/0.4=25

2．一台SN?200kVA、U1N/U2N?1000/230V的单相变压器。已知r1?0.1?，x1??0.16?，?1N落后于U?1N的相位角为30°，rm?5.5?，xm?63.5?；又知该变压器带额定负载运行时，I求该变压器空载及满载运行时，一次漏阻抗压降I1z1及电动势E1大小。比较这两种情况下电动势

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变压器部分

值，说明什么问题？（注：本题为变压器基本计算，必须熟练掌握）

3．600kVA、35kV/6.3kV的单相变压器。绕组中有额定电流时，其内部阻抗压降占额定电压的6%、铜耗为8.5kW；一次侧外加额定电压时，空载电流是额定电流的5.5%，功率因数为0.15。试求： （1）该变压器折算到高压侧的短路阻抗rK、xK和激磁阻抗rm、xm并用标幺值表示。 （2）满载且cos?2?0.8滞后时，该变压器的电压变化率和效率。

（3）当一次加额定电压、二次侧流过功率因数cos?2?0.8滞后的额定电流时，试用近似等效电路求出一次电流I1和二次电压U2大小。（注：本题为变压器综合计算，必须掌握）

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五、展现本领（综合分析）

1．两台结构尺寸完全相同但铁心导磁性能不同的变压器，如将它们的一次侧串联后接到额定电压和频率的交流电源上运行，则两者的二次侧空载电压是否相同？为什么？

2．某220/110V的单相变压器，其中A、a为同极性端。现将X、a相接而将A、x端接到相同频率的330V交流电源上，试分析此时高压绕组中电流与直接将高压接到相同频率的220V交流电源上空载运行时的电流是否相同？为什么？如果换成极性标记相同220/220V的隔离变压器，同时改变成将X、x相接而把A、a接到220V同频交流电源上，情况又会变成怎样？分别说明理由。

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变压器部分

成绩评定和评语：（在□中打√）

□A＋（95＋）：概念清晰，计算功底扎实，综合应用能力强，应保持和积累

□A（94~88）：概念清楚，计算功底扎实，综合应用能力较强，应注意提高 能力 □B（87~80）：概念基本清楚，有一定的应用能力，还需加强 和 训练 □B（79~70）：概念基本清楚，应用能力一般， 、 、 能力需提高 □C（69~60）：概念基本清楚，应用能力欠缺， 、 、 能力需提高 □D（59－）：概念模糊，各方面都较差，希望课内认真听讲，课后加强复习和总结提高

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习题三（三相变压器）

一、表述问题 1．名词解释

（1）独立磁路：（三相变压器组，又称组式变压器）各相的主磁通只经过自身铁心闭合，即三相主磁路彼此独立。

（2）相关磁路：（三相心式变压器）每一相的主磁通需要经另外两相的铁心才能组成闭合回路，即三相主磁路彼此相关。

（3）同极性端（同名端）：一相（匝链同一个主磁通）绕组中，各绕组的交流电压瞬时极性相同的端头成为同极性端。

（4）时钟法：变压器绕组组别的一种判定方法（画法）。分针表示高压侧指向12点位置，时针表示低压侧指向

（5）变压器理想并联：1.空载时，各台变压器只有一次侧空载电流，二次侧没有环流。即（U20= 2.负载时，负荷按容量分配，即各台负载系数相等，即 2．变压器理想并联的条件是什么？

变压器理想并联运行的条件有三条： ①各变压器一、二次侧的额定电压应分别相等，即变比相同； ②各变压器的联结组别必须相同； ③各变压器的短路阻抗（或短路电压）标么值ZS*（US*）相等，且短路阻抗角也相等。

3．三相变压器中出现谐波的根本原因是什么？绕组连接方式和磁路结构分别对3次谐波有何影响？

出现三次谐波的根本原因是变压器磁路饱和，即磁化曲线U0=f(i0)欠（低于）线性，此外还有电路原因和磁路原因。

电路原因：电路影响三次谐波电流能否流通，进而影响主磁通和绕组电动势的波形。绕组为星形接法时，三次谐波电流不能流通（即不存在）；绕组为带中性线的星形接法时，三次谐波电流能流通（即可能存在）；绕组为三角形接法时，三次谐波电流能在三角形内部流通，但在三角形的外部不能流通。只有在励磁电流为尖顶波（即有三次谐波）时，主磁通和绕组电动势才可能象希望地那样为正弦波。Y,y接线时三次谐波电流不存在，Y,yn接线时三次谐波电流极小，因此，这两种接法下变压器的空载电流为正弦波、主磁通为平顶波，绕组电动势为尖顶波。对有一侧绕组为Δ接线，则由于三次谐波电动势在Δ内产生三次谐波电流，进而产生三次谐波磁通，这一磁通能抵消产生三次谐波电动势的原三次谐波磁通，最终在铁心中维持一个（存在性）不大的三次谐

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变压器部分

波磁通。这就是三角形接线抑制三次谐波的原理，此时三次谐波幅值级小，认为这类变压器不出现谐波。

磁路原因：主要影响三次谐波的幅值。对Y,y或Y,yn接线的三相变压器组，经铁心闭合的三次谐波磁通幅值较大，三次谐波电动势的幅值更大，可达额定电压的60%，这会导致绕组严重过电压而造成绝缘击穿，因此它在实际中不能使用；对Y,y或Y,yn接线的三相心式变压器，经漏磁路闭合的三次谐波磁通幅值很小，三次谐波电动势的幅值也不大，但是对大容量变压器绝缘不利，因此只有容量在1800kVA以下的心式变压器才能采用接线；大容量变压器通常都有一侧接成三角形。

4．额定电压相同的D,y11和Y,d11变压器各一台，则二者能否并联运行？为什么？ 变压器并联运行条件 1、电压和变比相同。 2、连接组别相同。

3、短路电压（阻抗电压）相等。 4、容量差别不宜过大。

连接组别不同，当然不能并联运行。

5．突然短路对变压器本身的危害有哪些？

绕组过热；绕组机械（结构）损坏

6．Y,y接线的变压器带不对称负载时是否会产生中点移动？为什么？

变压器不平衡电流系指三相变压器绕组之间的电流差而言。当变压器三相负载不平衡时，会造成变压器三相电流不平衡，由于不平衡电流的存在，将使变压器阻抗不平衡，二次侧电压也不平衡，这对变压器和用电设备是不利的。尤其是在Y，yno接线的变压器中，零线将出现零序电流，而零序电流将产生零序磁通，绕组中将感应出零序电动势，，使中性点位移。其中电流大的一相电压下降，而其他两相电压上升，另外对充分利用变压器的出力也是很不利的。

当变压器的负荷接近额定值时，由于三相负载不平衡，将使电流大的一相过负荷，而电流小的一相负荷达不到额定值。所以，一般规定变压器零线截面的也是根据这一原则决定的。所以，当零线电流超过额定电流的25%时，要及时对变压器三相负荷进行调整

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二、知识应用

1．根据下列接线图画出相量图，判断变压器的连结组别。

ABCABCXYZXYZyzxxyzbca

cab

2．试画出⑴Y,y4；⑵Y,y2；⑶Y,d9的接线图。

ABCABCXYZXYZ

3

ABCXYZzxycabABCXYZ

变压器部分

3．为什么三相变压器组不能采用Y,yn接线？

三相壳式变压器和三相变压器组，三次谐波磁通完全可在铁心中流通，因此三次谐波电压较大，可达基波的30％～60％，这对绕组绝缘极为不利，如中性点接地也将对通信产生干扰。因此，三相壳式变压器和三相变压器组不能采用Y，y或Y，Yn接线组合

4．为什么大型变压器必须有一侧采用△接线？

我国的高压和超高压输变电系统是中性点直接接地的大接地电流系统。为了做到中性点直接接地，那么主变在这个电压等级的绕组必须是Y接法。

为了解决三次谐波的问题，一般（大型输电）变压器都会有一组Δ绕组（有的本身就不装输出端，空绕组，作用就是抵消三次谐波）。

**5．几台并联运行的变压器其zk不等，并联组带负载时，哪一台变压器负载系数β最大？zk大的

变压器，希望其容量大些还是小些好？若变比K不等又如何？为什么？

6．为什么变压器的绕组要绕成圆形？

三、发现问题

1．接线都是Y,d的两台变压器，一台为组式、一台为心式。现将它们的△打开一个接头形成开口三角形，先接入电压表，通电测量开口电压，则哪台的电压值大？为什么？再接入电流表，通电测量电流，发现电流基本相等，这又是为什么？

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2．某同学在做Y,y连结组变压器组别测定实验时，发现电源保险丝烧毁，这是为什么？

四、心中有数（计算）

设有两台变压器并联运行，其额定电压U1N/U2N=110/10kV，其它数据为： 第一台：SN1=100000kVA，p01=80KW，uK1=0.05，pKN1=100kW 第二台：SN2=50000kVA，p02=42KW，uK2=0.055，pKN2=55kW

（1）当它们带135000kVA，功率因数为0.8滞后的负荷时，每台变压器分别承担多大的负荷？ （2）保证每台变压器均不过载时，它们所能承担的最大负荷为多少？ （3）并联的两台变压器带多大的负荷时，它们的总效率最高？

（4）若第二台变压器的u*K=0.05而其它条件不变时，它们的负载系数是否相同？

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变压器部分

五、展现本领（综合分析） 1．为什么电力变压器需要调压？

变压器在正常运行时，由于负荷变动一次侧电源电压的变化，二次侧电压也经常变动。电网各点的实际电压一般不能恰好与额定电压相等。这种实际电压与额定电压之差，称为电压偏移。电压偏移的存在是不可避免的，但要求这种偏移不能太大，否则就不能保证供电质量，就会对用户带来不利的影响。因此，对变压器进行调压（改变变压器的变比），是变压器正常运行中一项必要的工作。

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2．一台Y,d接线的变压器，内部接线正确但端头和连结组标号模糊不清。某人先按右图标注出端头字母并将A、a端接在一起，然后通电试验，测得Uab?100V，UBb?UBc?UCc?1007V，那么：

（1）此种情况下该变压器的连结组是什么？ （2）该变压器的变比为多大？

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ABCabc 变压器部分

成绩评定和评语：（在□中打√）

□A＋（95＋）：概念清晰，计算功底扎实，综合应用能力强，应保持和积累

□A（94~88）：概念清楚，计算功底扎实，综合应用能力较强，应注意提高 能力 □B（87~80）：概念基本清楚，有一定的应用能力，还需加强 和 训练 □B（79~70）：概念基本清楚，应用能力一般， 、 、 能力需提高 □C（69~60）：概念基本清楚，应用能力欠缺， 、 、 能力需提高 □D（59－）：概念模糊，各方面都较差，希望课内认真听讲，课后加强复习和总结提高

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