机电最新精简考试内容：__思考题与习题的解答

第2章 思考题及答案

2-1 直流电机的主要部件是什么？各有什么作用？

答：直流电机的主要包括定子、转子

定子部分：包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置

1）主磁极：建立主磁通，包括： 铁芯：由低碳钢片叠成

绕组：由铜线绕成

2）换向磁极：改善换向，包括： 铁芯： 中大型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。 绕组：由铜线绕成。

3）机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4）电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。 转子部分：包括电枢铁芯、电枢绕组、换向片

1） 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由电工钢片叠成。

2） 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。由铜线绕成。 3） 换向片：换向用，由铜线围叠而成。 4）

2-2 在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？

答：在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整流成出线端的直流电。直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电变成电枢绕组中的交变电流。

2-4 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？

答：直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强. 2-5 公式Ea?Ce?n和T?CM?Ia中的?应是什么磁通？

答：公式中的?为每个极面下的气隙磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的. 2-9 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？

答：电枢电动势Ea?Ce?n 其中，Ce是电机的电动势结构数Ce?pN，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主60a磁极对数 p及并联支路数2a ，?是每个极面下的磁通，n是电机转速。

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电磁转矩TM?CM?Ia

CT是电机的电磁转矩结构常数，CT?pN，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、2?a主磁极对数p及并联支路数 2a，?是每个极下的磁通，Ia是电枢电流。

2-11 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，电机会有什么后果？若在起动时就断线（电机有剩磁），又会有什么后果？

答： 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（

If?0），主磁

通将减小至剩磁通值，在断线瞬间，由于惯性，电机转速不会发生变化，则电枢电动势

Ea?Ce?n大大减小，从而电枢电流

于电磁转矩

Ia?U?EaRa急剧增大，电枢绕组可能被烧坏。对

TM?CM?Ia，当电枢电流Ia增大的速度大于主磁通减小的速度时，则也会

增大。 如果负载转矩不变，致使电机转速迅速升高，若在空载或轻载时，转速会剧增，致使电机受损、甚至会造成人身伤害事故。

2-12 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？

答： 讨论他励和并励发电机

U?Ea?IaRa

他励发电机：稍下倾曲线（端电压U随负载电流I增大稍有下降），原因有：

①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁

U 通减小，使电枢电动势Ea减小。

②负载增加，电枢绕组电阻压降IaRa增大。并

他 励发电机：下倾曲线（端电压U随负载电流增大下降UN 幅度较他励发电机大），原因是：除①、②两原因与并 他励发电机相同外，因并励发电机的If =U/Rf， 因此

I 由①、②原因引起U减小，致使If减小（他励发电机

IN If不变），磁通Φ减小，Ea进一步减小，致使端电压题图2-12 机械特性曲线 下降幅度较大。

第2章 练习题题解及答案

2-1 试判断下列电刷两端电压的性质

1） 磁极固定，电刷与电枢同时旋转；

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2） 电枢固定，电刷与磁极同时旋转。 解：由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：

1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，因为电刷与磁极相对运动，电刷两端电压为交流。 2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转，因为电刷与磁极相对静止，电刷两端电压为直流。 2-4 试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系？ 解： 发电机 电动机 电动势平衡关系 功率平衡关系

Ea?U?IaRa Ea?U?IaRa

P1?P2??p

P1?P2??p

转矩平衡关系 T1?Tem?T0 Tem?T2?T0

2-5 一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为3.79?10马，电枢总导体数为152根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？

6解：

Ea?pN2?152?n??3.79?106?10?8?1200?115V60?30?4

2-6 一台四极直流电动机，nN=1460r/min，Z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为

??2.2?106马，单迭绕组，问电枢电流为800安时，能产生多大的电磁转矩？

解： Tem?pN2?36?6?Ia??2.2?106?10?8?800?605.35N?m 2????42-7 直流发电机和直流电动机的电枢 电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流

发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？

解； 直流发电机电枢电动势为电源电动势（Ea与Ia同向），直流电动机为反电动势（Ea与Ia反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。

直流发电机电磁转矩为制动转矩（Tem与n反向），直流电动机为驱动转矩（TM与n同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力而形成转矩。

2-8 把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？若是一台并励发电机，则电压升高得多还是少（励磁电阻保持不变）？ 解：

U0?Ea?Ce?n

If?对于他励发电机：

UfRf?C ， 即?=C，

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'''U?E?C?n?Ce?(1.2n)?1.2Ce?n?1.2U0，空载电压增加1.2倍。 0ae故

对于并励发电机：若?=C情况同上，空载电压Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同时，

If?U0Rf 也相应加，从而导致?也增大。所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发

电机大。

2-9 他励直流电动机的额定数据如下：

PN?96kW,UN?440V，

,IN?255A,nN?500r/min，估计电枢回路总电阻Ra的值。

解：由于一般电机额定运行时效率最高，最高效率时可变损耗与不变损耗相等，即

?p?2I2NRa?UNIN?PN

所以估计电枢回路的电阻为：

Ra?1UNIN?PN440?255?96000??0.1246(?)22IN2?2552

2-11 一台并励直流发电机，励磁回路电阻阻

Rf?44?,负载电阻RL?4?，电枢回路电

Ra?0.25?，端电压U=220V。

试求：（1）励磁电流

（2）电枢电流

If和负载电流I；

Ia和电动势Ea（忽略电刷电阻压降）；

（3）输出功率P2和电磁功率PM。

If?解：(1) 励磁电流

U220??5ARf44

I?负载电流 (2) 电枢电流 电枢电动势

U220??55ARL4

Ia?I?If?55?5?60AEa?U?IaRa?220?60?0.25?235V

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W (3) 输出功率 P2?UI?220?55?12100电磁功率 或

PM?EaIa?235?60?14100W

2PM?P2?IaRa?I2?602?0.25?52?44?14100WfRf?121002-12 一台并励直流发电机，

PN?35kW,UN?115V,nN?1450r/min，电枢回路电阻

Ra?0.0243?，一对电刷压降2?Ub?2V，励磁回路电阻Rf?20.1?，求额定时的电

磁功率和电磁转矩？

If?解：励磁电流

U115??5.72ARf20.1

IN?负载电流 电枢电流

PN35000??304.3AUN115

Ia?IN?If?304.3?5.72?310A电枢电动势

Ea?UN?IaRa?2?Ub?115?310?0.0243?2?124.533V

电磁功率

PM?EaIa?124.533?310?38605.23W TM?9550PM38.605?9550??254.2NmnN1450

电磁转矩

2-13 并励直流电动机的铭牌数据如下：

PN?96kW，UN?440V，IN?255A，IfN?5A，nN?500r/min。电枢总电阻Ra?0.078?，电枢反应忽略不计。求：

（1）额定运行时的输出转矩

TN与电磁转矩T。

'nn00（2）理想空载转速与实际空载转速。

（3）如果额定运行时总负载转矩不变，则串入电阻R??0.122?瞬间电枢电流与转速各

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?AEABBC ?XEAXY ?EBYZ ?BECZ ?bEAB ?aEabbcZYXC ?xEaxy ?Ebyz ?Eczcxbyz ?A(a)EabY/y-6相量图 Y/y-6接线图b.

?AEABBC XEAXY? EBYZ?B ECZbx? ?cyA(a)EABZYCX ?cEabab ?Eab?z ?zEczx ?EaxyEby Y/y-10接线图Y/y-10相量图c.

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?AEABBC ?EAXX ?EBYY ?ECZZB(Z) ? ?aEABEabbcc(y) ?Eax ?Eby ?Eczb(x) ?EabA(a)Y(z)C(X)xy△/△-8接线图z△/△-8相量图d.

?A

EABBC ?XEAXY ?EBYZ ?ECZ ?B ?aEabbcEAB ? ?Eax ?Eby ?EabcyZYXCEczzA(a)bxxyz

10、一台三相变压器，一次绕组和二次绕组的12个端点和各相绕组的极性如图3－29所示，试将次变压器联接成Y/△-7和Y/Y-4，画出联接图和相量图，并标出各相绕组的端点标志。

Y/△-1接线图 Y/△-1相量图第 17 页 共 30 页

ABC ?XEAXY ?EBYZ ?ECZ图4－29 作业题3－10的附图之一

答：（1） Y/△-7

?ABEABBC ?XEAXY ?EBYZ ?ECZ ?EAB ?c(y)zA(a)ZYXCaEabbc ?b(x)EabxY/△-7相量图yY/△-7接线图作业题4－10的附图之二

?Eax ?Eby ?Eczz 图3－30

根据Y/△-7画出一次绕组和二次绕组线电动势的相量图，使得A和a重合在一点，注意EAB和Eab相差210o,所以判断处接线组别是Y/△-7。观察图中，可以知道： a.

变压器的一次绕组和二次绕组相电动势EAX和Eax缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相

?

????反； EBY和Eby缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相反；ECZ和Ecz缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相反，说明同一根铁芯柱上的一次绕组首端和二次绕组末端是同名端。可以先将接线图中一次绕组的末端X,Y,Z联接在一起，得出Y形联接，同时标出一次绕组和二次绕组的相电动势，注意相电动势永远从首端指向末端；

b. 一次绕组和二次绕组首端永远是顺时针排列，因此可以得出各个绕组的末端，得到图4-30中的相量图。

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???

（2） Y/Y-4

?BAEABBC ?EABXZYXzC ?EAXY ?EBYZ ?ECZx(a)Ayzcxy Eabbc? ?Ecza ?Eaxb ?Eby ?Y/Y－4相量图???

??

Eab

Y/Y－4接线图图4－31 作业题4－10附图之三

?由相量图可以知道，EAX和Ecz， EBY和Eax，ECZ和Eby相位相同，并分别缠绕在同一根铁芯柱上。其它画法同上。

第5章 思考题及答案

5-4 试说明直流绕组磁势、单相交流绕组基波磁势和三相交流绕组基波磁势的区别?

答：直流磁势是一恒定的磁动势，产生的磁场是静态磁场。单相与三相交流绕组磁动势是交变磁动势产生的磁场是动态磁场，但其中，单相交流绕组基波磁势是一个不能移动的脉振磁动势，而三相对称的三相交流磁动势是一个旋转磁动势。其磁场在电机的气隙中，是按正弦或余弦分布的

5-6 怎样才能改变三相异步电动机的转向?为什么?

答：任意改变三根相线的两根线的连接相序，使旋转磁场的方向反向，使电机转向。 5-7 一台三角形联接的定子绕组，若绕组内有一相断线，产生的磁势是什么磁势?若电源有一相断电，产生的磁势是什么磁势？

答：若绕组内有一相断线，产生的磁势将是单相脉振磁动势，此时，如电机正在转动则电机照样转，但是，如果是静止或停车后再起动，则是起动不了的。在这种条件下，动者恒动；静者恒静。

5-8 为什么异步电动机(电动状态)的转速n总低于同步转速n1？

答：只有在同步转速n1总是高于转子转速n的情况下，才能在旋转磁场与转子之间存在着相对运动，转子上的有效导体才能够有机会切割磁力线，并在转子绕组和铝条中中产生感应电动势，在感生电动势的作用下产生感生电流，产生电磁力矩。带动负载或生产设

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备工作。

5-9 异步电动机的气隙为什么要做得很小？

答：三相异步电动机又名叫做感应电动机，表明在电机将电能转换为机械能或机械能转换为电能的过程中，能量都是通过磁场传递的，在磁场能量传递的磁路中两次穿过气隙。为了减少在能量转换的过程中电机自身的损耗，提高电机的能量转换效率，必须减小气隙磁阻，从而减少磁场在气隙中的损耗，降低在气隙两侧的磁压降。由于气隙构成的磁阻大小与气隙的宽度成正比，所以，要减小气隙磁阻，必须将定子与转子之间的气隙做得尽可能的小。

5-10 什么叫电角度？电角度与机械角度是什么关系？

答：机械角度每转一圈所对应的机械或几何角度称为机械角度。电角度是指转子每转一圈，定子和转子绕组中的感应电动势或感应电流变化的角度。当所谓的“一圈”用定子内表面圆周上的槽数Z来表示，磁极对数用p来表示，电角度用α来表示，电角度与机械角度将有如下关系：

?360???p???Z???? ?第6章 思考题及答案

6-2 异步电动机转子有哪几种结构型式?它们与直流电机转子的根本区别是什么?

答：

主要有绕线型和鼠笼型，它们与直流电机的转子的区别主要在于

1）异步电机的转子绕组都是多相绕组并联短接的，而直流电机转子绕组是多个线圈串联后形成一个闭合环形状，并以炭刷为界分割成多个绕组，同时形成多个绕组的串与并的连接。

2）异步电机的的能量转换是通过感应方式，通过转子完成的，而直流电机电机的能量转换直接通过转子进行的。

3）异步电机与直流电机的转子线圈中的电压与电流都是交流量，但直流电机线圈中的交流是通过换向器形成的。也就是说，直流电机的转子多了一个换向器。

6-3 异步电机的最高允许温升是由什么决定的?若超过规定温升运行对电机有什么 影响?

答：异步电机的最高允许温升是由绝缘材料决定的，若超过温升，会加速绝缘材料的老化，严重时，会使电机绝缘材料将失去原有的绝缘作用，导致电机绕组短路而烧毁。 6-4 异步电动机稳定运行时，定、转子电动势，电流的频率各为多少?转子基波磁动势切割定子的速度会不会因为转子转速的变化而变化?

答：异步电动机稳定运行时，定子绕组中的电动势为E1，转子中的电动势为sE20，定子绕组中的电动势与电流的频率为电网的频率，为f1，而转子中的感应电动势与电流的频率为sf1。转子基波磁动势切割定子的速度不会因为转子转速的变化而变化，这是因为：转子基波磁动势切割定子的速度为n1，转子的速度一慢，转差就会增大，而它们之和却不变。

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所以有上述结论。

n1??n?n?C

6-5 试从异步电机的主要构造和电磁关系各方面与变压器作一比较；说明分析异步 电机可采用与分析变压器相类似的基本方法的主要理由。它们的主要区别是什么?

答：三相民步电机与变压器相比较，它们的工作原理是相同的，都是利用磁感应原理，通过磁场传递能量的，为了提高能量传递或传输效率，都采用硅钢片做铁心降低磁阻提高磁通量。从功能上看，电机的定子铁心和绕组与变压器的原边铁心和绕组相对应，转子的定子铁心和绕组与变压器的副边铁心和绕组相对应。不同的只是变压器的原边与副边绕组之间的铁心没有气隙，而异步电机则在定子与转子之间的磁路中存在有气隙；变压器的逼上梁山边是静止的，而异步电机的转子则是转动的。然而气隙只不过是使励磁电流比变压器的励磁电流大一些而已。转子转动也只不过是磁通与绕组绞链的方式或形式不同而已。因此，完全可以利用分析变压器的方法分析异步电机。

6-6 同容量的异步电动机和变压器相比，哪一个的空载电流大?为什么?

答：相同容量的异步电动机的空载电流要大一些，这是因为在电动机的磁路中，要经过两次气隙，而气隙的磁阻要远远大于铁心的磁阻，磁路损耗自然要大，为了弥补这一损耗，需要较大的励磁电流来补偿。

6-7 求异步电动机等效电路时采用的折算法与变压器求等效电路时所采用的折算法有何异同?

答：变压器等效电路的折算时，原边与副边绕组的相数是相同的；原边与副边都是静止的；原、副边电压与电流的折算变比是相同的，而异步电机则不然，定子绕组与转子绕组的相数可以是不同的，定子和转子之间的电压与电流折算变比是不同的。特别是转子向定子一侧折算时，需要将旋转的转子等效为静止状态，以便采用变压器的折算方法将转子一侧的电压、电流表阻抗折算到定子一侧。

6-8 为什么说定、转子磁势相对静止是异步电机能工作的必要条件? 试证明无论异步电机转速n为多大时，定、转子基波磁势总保持相对静止。

6-9 异步电机等效电路中rm和xm的物理意义是什么?可以不可以把rm和xm的串联支路转变成并联支路?

答：异步电机等效电路中rm和xm反映了电机在建立和维持磁通的过程中，在磁路中的实功损耗和虚功损耗。理论上讲完全可以，但不便于分析，物理意义不直观。

6-10 绕线式异步电动机定，转子的极数与相数分别是否相等? 鼠笼式异步电动机定、转于的极数与相数分别是否相等? 鼠笼式转子磁极是怎样形成的?

答：绕线式异步电动机定，转子的极数与相数分别是相等的，而鼠笼式的异步电动机却不等。是由气隙中的磁场的等效磁极形成的。

6-11 异步电机等效电路中r1和x'20的物理意义是什么?它们大小与定、转子电流值有无关系?

答：在异步电机等效电路中，r1和表示定子某一相绕组回路中的等效电阻，其大小会影响励磁电流的大小；而x'20是转子在静止状态下绕组中漏抗。其大小会影响到功率因数

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的大小，而与转子电流的大小无关，因为转子电流的大小由负载决定。

第6章 练习题题解及答案

6-1某三相异步电动机PN=55kW，UN=380V，cosφN==0.89，IN=119A，nN=570r/min。试求：

(1)电动机的同步转速n1； (2)电动机的极对数p；

(3)电动机在额定负载时的效率ηN。 解：由额定转速可知，（1）三相异步电动机的同步转速为：n1=600转/分；（2）磁极对数p=5；（3）效率为：

?N?PNPN55000???0.789?78.9% P13UNINcos?N3?380?119?0.896-2有一台频率为50Hz的三相异步电动机，额定转速nN=1450 r/min，空载转差率

s=0.01，试求该电机的磁极对数p、同步转速n1，空载转速n0，额定负载时的转差率sN和起动时的转差率s。 解：由额定转速可知，

电动机的空载转速；n1=1500 r/min； 磁极对数p=2；

空载时电动机转速为：n0??1?s?n1??1?0.01??1500?1485r/min； 额定转差率为：sN?n1?nN1500?1450??0.033； n11500电动机起动时的转差率：s=1;

6-3一台三相、四极、50Hz绕线转子异步电动机，nN=1460r/min，UN=380V，Y联接、定子每相串联匝数W1=240匝，kw1=0.93，已知定子每相感应电势E1为相电压的85％。试求电机额定负载运行时转子相电势E2和频率f2。

解：由题目中的条件条件可知，欲求相电势E2和频率f2。需首先求电动机定子和转子之间的变比ke。

E?n1?nN1500?1460??0.0267 n11500n1?nN1500?1460??0.0267 n11500sN??Hz? f2?sNf1?0.0267?50?1.33第 22 页 共 30 页

6-4有一台3000V、6极、50Hz，Y联接的三相异步电动机，额定转速nN=975 r/min，每相参数为：r1=0.42Ω，xl=2.0Ω，r'2=0.45Ω，x'2=2.0Ω，rm=67Ω，xm=48．7Ω。试分别用“T”形等效电路和简化等效电路计算定子电流I1和转子电流折算值I'2，并比较两种计算结果的误差。

解：由电动机的T型型电路可知

sN?n1?nN1000?975??0.025 n11000U1U1??????0.42?j2???67?j48.7??0.45/0.025?j2??r1?jx1??rm?jxmr'2/sN?jx'20?67?0.45/0.025???j48.7?j2??rm?r'2/sN???jxm?jx'20?I1?'I2??rm?jxm??67?j48.7??I1??I1

?rm?r'2/sN???jxm?jx'20??67?0.45/0.025???j48.7?j2?6-6一台三相异步电机输入功率为PN=32.8kW，定子铜耗pcual=1060W，铁耗pFe=655W，附加损耗pad=165W，机械损耗pmec=280W，转差率s=0.0206。试求电机的电磁功率Pem，转子铜耗pcua2，输出功率P2。

解：由交流电动机的能流图可以看出，从输入端看电动机的电磁功率为：

?kW? Pem?P1?pcua1?32.8?1.06?31.74转子铜损pcua2：

?kW? pcua2?sP?31.74?0.653844em?0.0206输出功率：

P2?P1?pcua1?pcua2?pFe?pmec?pad?32.8?1.06?0.654?0.655?0.28?0.165?kW??29.986

6-7一台异步电动机，额定电压UN=380伏，Δ接法，f1=50Hz，额定功率PN=7.5kW，

额定转速nN=960r/min，额定负载时cosφN=0.824，定子铜耗pcua1=474W，铁耗pFe=231W， 机械损耗pmec=45W，附加损耗pad=37.5W，试计算额定负载时：(1)转差率sN；(2)转子电流的频率f2，(3)转子铜耗pcua2，(4)效率ηN，(5)定子电流I1。 解：（1）额定转速可知，电动机的同步转速为1000转/分，所以，其额定转差率为：

sN?n1?nN1000?960??0.04 n11000（2）f2?sNf1?0.04?50?2?Hz?

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（3）由电动机的能流图可知：

Pem?Pmec?P2?pmec?pFe?pad7.5?0.045?0.231?0.0375?kW????8.139?1?s??1?s??1?0.04??kW?pcua2?sNPem?0.04?8.139?0.32556?kW? P1?pcua1?Pem?8.139?0.474?8.613（4）?N?P27.5??0.87?87% P18.613（5）由三相功率表达式：PU1I1cos?可知： 1?3I1?P13U1cos??8.6133?380?0.824?A? ?15.886-8有一台三相四极鼠笼转子异步电机，PN=10kW，UN=380伏，Δ接法，IN=20A，定、转子铜耗分别为：pcua1=557W，pcua2=314W，铁耗pFe=276W，机械损耗pmec=77W，附加损耗pad=200W，试求：

(1) 电动机的额定转速nN；

(2) 额定负载制动转矩TN和空载制动转矩T0；

(3) 额定电磁转矩Tem；

(4) 电动机输出额定功率时的效率ηN。 解：

（1）由题中条件可知：磁极对数p=2；n1=1500转/分；电磁功率为：

?kW? Pem?P2?pcua2?pmec?pad?10?0.314?0.077?0.2?10.591由

pcua2?sNPem可知，额定转差率sN为：

pcua20.314sN???0.02889

Pem10.867??1500?1456 nN??1?sN?n1??1?0.02889（2）T2?9.55?P210?N?m? ?9.55??65.59nN1456（3）因为空载时，pcua2≈0，所以空载转矩为：

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T0?9550?pmec?pad0.277?9550??1.82?N?m?

nN1456Tem?Pem10.591?9550??69.5?N?m? ?nN（4）因为系统工作在额定条件下的总损耗为，

?p?pcua1?pcua2?pmec?pFe?pad?0.314?0.557?0.276?0.077?0.2?1.424?kW?

所以额定工作时的效率为：

?N?1??p1.424?N?m? ?1??0.875P2??p10?1.4246-9一台三相六极鼠笼式异步电动机PN=3kW，UN=380伏，Y联接，IN=7.25A，f1=50Hz，

r1=2.01Ω，空载试验数据为：U1=380V，I0=3.64A，p0=246W，pmec=11W，短路试验中一点的数据为：Uk=100V，Ik=7.05A，pk=470W，忽略空载附加损耗，计算电机正常运行时参数xm、rm、x1、r'2、x'20(设x1=x'20) 解：z1?U13?I0U1??3803?3.64380??r?r/s???jx1'22'1?jx20?2

r1?r2'/s?3?I03?3.64??r?r/s???jx1'22'1?jx20?2

第7章 思考题及答案

7-1 异步电机的机械特性表达公式有几种?它们之间有何内在联系?

答：主要有种形式：一种为物理表达式；一种为参数表达式；另一种是实用表达式。它们都与电机本身的参数和转差率相联系。

7-2 异步电动机的机械特性方程式有哪几种表达式?它们各有什么用途?

答：物理表达式提示了电磁转矩与转子电流与和率因数之间的关系；参数表达式反映了电机参数与电磁转矩之间的关系；而工程实际运算一般用实用表达式。

7-4 异步电动机的最大电磁转矩Tmax。受哪个参数变化的影响最大?试从物理意义上解释其原因。

答：受电源电压影响最大。这是因为，交流异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比。

7-5 异步电机机械特性参数式对应异步电机的哪一种等效电路?它的主要误差是什 么?

答：异步电机机械特性参数式对应异步电机的T型等效电路。误差主要是忽略了空载电流

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（或励磁电流）或空载损耗。

7-6 试分析异步电动机定子绕组串电抗器的人工机械特性与降低电源电压的人工机械特性有何异同?

答：特性异同表现为：相同之处为空载转速不变，转矩都与电机端电压的平方成正比；不同之处为串电抗器的人工机械特性的临界转差率会变，而纯降低电源电压的人工机械特性临界转差率不会变。

7-7 什么条件下异步电动机的电磁转矩与转差率存在近似正比例关系? 答：在同一特性上，当转差率0

s n sN之间时，或0

B 流异步电机的机械特性近似一条s A sN 直线。当负载发生变化，稳定工作

点在上述特性区间变化时，可以根据相似三角形原理推出如下关系

TTN ?ssN

s=1 T TN Tst

7-8 鼠笼式异步电动机采用直接起动有何优缺点?

答：简单易行，方便实用，但往往存在着起动电流过大，对所在电网造成冲击，特别是频繁起动，将严重影响电网供电。

7-9 三相异步电动机的最大转矩及临界转差率与电机的哪些参数有关?在给定参数 及电源频率条件下，如电压降到额定电压的80％，最大转矩如何变化?对临界转差率有没有什么影响?

答：三相异步电动机的最大转矩与相数m、极对数p、电源电压U1的平方有关，且成正比,与电源频率f1，电机定子回路电阻r1和短路电抗有关，且成反比；而临界转差率则与电机转子回路电阻r2成正比，与定子回路电阻r1和短路电抗成反比。

在给定参数及电源频率条件下，如电压降到额定电压的80％，最大转矩将下降为额定最大转矩的64%；而临界转差率不变。

7-10 鼠笼式和绕线式异步电动机有哪几种间接起动方法?各有何优缺点?

答：鼠笼式异步电动机的间接起动动有：定子串电阻和电抗起动；Y—△起动；自耦变压器起动，这些起动方法都能大幅度降低起动电流对电网的冲击，但起动转矩却随端电压的降低成平方倍地下降。所串电阻还消耗能量。

而绕线式异步电动机在上述起动方法的基础上，还能够采用在转子绕组回路中串电阻和电抗的方法，优点是能够改善起动转矩，提高起动能力，缺点是所串电阻消耗能量，必须在起动后迅速切除；串频敏电阻的方法，可以省去切换电阻的过程，实现自适应起动。缺点是所串电阻都消耗能量。

0 t

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第7章 练习题题解及答案

7-6 有一台J 2—82—4型鼠笼转子异步电动机， PN=55kW， UN=380V，I1N=100A， nN=1475r/min，过载能力λm=2.0，起动电流倍数Ki=6.06，起动转矩倍数Km=1.1，试求：

(1)全压直接起动时的IstN和TstN；(2)为了限制起动电流，采用定子串电阻起动，但要保证Tst =0.8TN；试求所串电阻值和Ist；(3)如采用自耦变压器降压起动，仍保证Tst =0.8TN，试求变压器变比和Ist；(4)如采用Y-Δ起动，能否满足Tst≥TstN。的要求? 解：（1）全压起动时，根据要求，需先计算出额定转矩

TN?9550?于是有：

PN55?N?m? ?9550??356.1nN1475α

R

UN

Ust xk

IstN?KiIN?6.06?100?606?A?

0 rk

?N?m? TstN?KmTN?1.1?356.1?391.71 （2）根据转矩与电压成平方倍的关系，有：

Ust?TstUN0.8???220?160?V? TstN1.13Ist?Tst0.8?IstN??606?0.853?606?517?A? TstN1.1z'k?UN3?IstUN3?IstN?220??? ?0.4255517220??? ?0.363606zk????? rk?zk?cos?1?0.363?0.25?0.09xk?zk?sin?1?0.363?1??0.25??0.35???

2R??z'k?2??xk?2?rk??0.4255?2??0.35?2??? ?0.09?0.152 （3） K?UNT1.11?stN???1.375 UstTst0.80.853第 27 页 共 30 页

Ist??UY （4） TstY?1.1???U??2IstN606?A? ??441??K1.375?1?T?1.1??TN?0.36?7TN ??3?显然，TstY?0.367?TN?0.8?TN，不能满足起动要求。

7-10 一台Y(1P23)160M—6异步电动机，额定电压UN＝380 V，Δ接法，f＝50 Hz，

PN＝7.5 kW，额定转速nN=960 r/min，额定负载时cosφ＝0.824，定子铜耗pcua1＝474W，铁耗pFe＝231 W，机械损耗pmec＝45W，附加损耗pad＝37.5W，试计算：(1)额定转差率sN；(2)额定运行时转子铜耗。pcua2；(3)额定定子电流I1N；(4)效率ηN；(5)最大转矩Tm；(6)起动转矩Tst；(7)临界转差率sm。 解：

第8章 思考题及答案

8-1 三相异步电动机断了一根电源线成为单相还是两相？为什么？

答：电机仍能继续工作，但不能停，一旦停车，则不能再起动，相当于起动后的单相电机。这是因为，若为Y接，则未断的两根电源线之间的线电压将作用于串联的方式连接的两相空间互差120o的绕组两端。若为△接，则未断的两根电源线之间的线电压将作用于串联的连接的两相空间互差120o绕组与另一相空间互差120o绕组并联后的绕组两端。 8-2 罩极式电动机的转子转向能否改变？ 答：不能。

8-3 有人安装一台吊扇，安装完毕通电后，发现扇叶是旋转的但没有风，试想一下是什么原因和怎么解决。

答：是风扇叶片角度不对，或者方向反了。只需调整一下即可。

8-4 有人安装一台吊扇，安装完毕通电后，发现扇叶不旋转，用手去转动一下扇叶后，扇叶就逐渐加速旋转起来。断电后，扇叶停止，再通电，扇叶又不动，用手反方向转动一下扇叶，风扇就反方向旋转起来，问是什么原因及怎么解决？

答：这是单相交流电机的正常现象，原因是单电机本身没有起动转矩。此时，在通电后，任由外力作用，朝哪个方向推，就朝哪个方向转。解决方法是附加一个正交起动绕组，外串一个起动电容即可。

8-5 三相异步电动机的3根电源断了一根，为什么不能起动？而在电动机运行过程中断了一根电源线，为什么能继续转动？考虑这两种情况各对电动机有什么影响？

答：正常运行的三相异步电动机，在断了一根电源线后，电机仍能继续工作，这是因为，此时，三相异步电动机相当于起动后的单相电机，存在着旋转磁场。但不能停，一旦停车，则不能再起动，这是因为，单相交流电机没有起动转矩。

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8-6 现在只有单相电源，考虑如何使一个三相异步电动机工作起来？

根据单相交流电机的工作原理，将三相绕组中的二相串联，与另一相形成两个绕组，并在单一绕组回路中串入起动电容，形成单相电机，尽管两个等效绕组之间的空间相角相差不是90，产生的旋转磁场不是正圆，但仍是旋转磁场。只要磁场强度足够大能够产生足够大的起动转矩，即可使三相电机转起来。

8-3 单相异步电动机主要分为哪几种类型？简述罩极电动机的工作原理。

答：根据起动方式的不同，单相异步电动机可以分为许多不同的型式。常用的有：1)罩极式电动机；2)分相式电动机；3)电容式电动机（又分为：电容起动式；电容运转式；电容起动、运转式三种)。

罩极式电动机的工作原理：定子上有凸出的磁极，主绕组就安置在这个磁极上。在磁极表面约1／3处开有一个凹槽，将磁极分成为大小两部分，在磁极小的部分套着一个短路铜环，将磁极的一部分罩了起来，称为罩极，．它相当于一个副绕组。当定子绕组中接入单相交流电源后，磁极中将产生交变磁通，穿过短路铜环的磁通，在铜环内产生一个相位上滞后的感应电流。由于这个感应电流的作用，磁极被罩部分的磁通不但在数量上和未罩部分不同，而且在相位上也滞后于未罩部分的磁通。这两个在空间位置不一致，而在时间上又有一定相位差的交变磁通，就在电机气隙中构成脉动变化近似的旋转磁场。这个旋转磁场切割转子后，就使转子绕组中产生感应电流。载有电流的转子绕组与定子旋转磁场相互作用，转子得到起动转矩，从而使转子由磁极未罩部分向被罩部分的方向旋转。

第9章 思考题及答案

思考题

9-1 无刷直流电动机定子绕组中的电流是直流的吗？为什么？

答：不是。虽然电源进入逆变器中的为直流电，但针对每一相绕组实际中其内部为近似交流，理论上为矩形波电流。

9-3 如何改变永磁同步电动机的转向？

答：改变电源相序，即对调三个出线端的任意两个，即可改变旋转方向。

9-4 步进电动机转速的高低与负载大小有关系吗？ 答：无关。

9-5 下列电动机中哪些必须检测转子位置才能控制运行： 永磁同步伺服电动机； 步进电动机；

三相鼠笼式异步电动机； 永磁无刷直流电动机； 直流伺服电动机； 旋转变压器。 答：（1）和（4）。

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第9章 练习题题解及答案

9-1 步距角为1.5/0.75的反应式三相六极步进电动机转子有多少齿？若频率为1000Hz，电动机转速是多少？

答案

??360?360?360?解：?b?；Zt????80

NZt?bN1.5?3N=3时转速， n1?60f60?1000??250r/min ZtN80?3N=6时转速： n2?125r/min

9-2 一台五相步进电动机，采用五相十拍运行方式时，步距角为1.5，若脉冲频率为2000Hz，试问转速是多少？

解：

Zt?b?

?36036060f60?2000??240； n???500r/min ?1.5NZt240第 30 页 共 30 页

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