2009電機(jī)學(xué)變壓器直流電機(jī)題解

1、電機(jī)學(xué)題解填空題（20分，每小題2分）變壓器鐵心在疊裝時(shí)由于裝配工藝不良，鐵心間隙較大，主磁通將，勵(lì)磁電流將。1. 一臺(tái)單相變壓器進(jìn)行空載試驗(yàn)，在高壓側(cè)加額定電壓測得的損耗和在低壓側(cè)加額定電壓測得的損耗。2. 三相變壓器組不宜采用Y聯(lián)接組，主要是為了避免。3. 不考慮鐵心損耗時(shí)，當(dāng)變壓器的磁通隨時(shí)間正弦變化時(shí)，磁路飽和的非線性性質(zhì)將導(dǎo)致激磁電流成為與磁通同相位的波。4. 變壓器的繞組歸算，實(shí)質(zhì)上是在保持為不變量的條件下，對(duì)繞組的電壓、電流所進(jìn)行的一種線性變換。5. 直流電機(jī)的主磁路包括以下幾段：電樞齒兩個(gè)、電樞軛一段、主極鐵心兩個(gè)、定子軛一段以及。7直流電機(jī)單疊繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)為，單波繞組的

2、并聯(lián)支路對(duì)數(shù)。8直流電機(jī)的交軸電樞反應(yīng)結(jié)果是：引起氣隙磁場畸變；使物理中性線偏離幾何中性線一個(gè)角度；計(jì)及飽和時(shí)，對(duì)主磁場有。9. 一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，做額定運(yùn)行時(shí)，如果將電源電壓降低了20%,則穩(wěn)定后電機(jī)的電樞電流為倍的額定電樞電流（假設(shè)磁路不飽和）。10. 一臺(tái)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)與一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，都在滿載下運(yùn)行，它們的額定功率和額定電流都相等，若它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩同樣增加1N.m，則可知：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降得多，而電動(dòng)機(jī)的電流增加得多。1. 不變，增加；2相等；3電壓波形畸變；4尖頂波；5次或二次側(cè)磁動(dòng)勢；6兩段氣隙；7.2p,2；8去磁作用；倍；10.串勵(lì)，并勵(lì)。二問答題（40分

3、）1一臺(tái)變壓器=50Hz,UN=220v，當(dāng)它接到頻率為f=25Hz，電壓為U-110v的電源上運(yùn)行時(shí)，問：勵(lì)磁電流，鐵耗，一、二次側(cè)漏抗，負(fù)載能力如何變化？為什么？（8分）答：由式U!:E!=4.44fN仁:竊可知，前后兩種情況主磁通相同。從磁路歐姆定律知，勵(lì)213磁電流不變。主磁通未變，磁密不變，頻率減小，則鐵耗減?。╬Fe戈Bmf.）。一、二次側(cè)的漏電抗隨頻率的減小成正比減小。另外，二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢比原來減少一倍，故負(fù)載能力減小一倍。2. 變壓器在額定電壓和額定頻率的電源下空載運(yùn)行時(shí)，當(dāng)頻率保持不變，電源電壓增加到1.1Un，勵(lì)磁電抗和鐵耗如何變化，為什么？若變壓器二次側(cè)短路，勵(lì)磁電抗和

4、鐵耗如何變化，為什么？（8分）.答：（1）此時(shí)主磁通增大，主磁路飽和程度增加，鐵心磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，由磁路歐姆定律知，勵(lì)磁電流大大增加，反映在等效電路中就是勵(lì)磁電抗減小。（2）二次側(cè)短路，二次側(cè)電流大大增加，由磁動(dòng)勢平衡知一次側(cè)電流也大大增加，再從一次側(cè)電壓平衡方程式知，電壓U1不變，漏阻抗壓降大大增加，則電動(dòng)勢E1減小很多，主磁通隨之減小，可知?jiǎng)?lì)磁電抗有所增加。計(jì)算題（30分）已知一臺(tái)兩極直流電機(jī)，主磁極不加勵(lì)磁電流，只在電刷通以直流電流且電樞以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，問電樞導(dǎo)體是否感應(yīng)電動(dòng)勢、電刷兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢為多少？為什么？（8分）答：此時(shí)氣隙磁密友電樞磁動(dòng)勢單獨(dú)產(chǎn)生，而正、負(fù)電刷間導(dǎo)體電

5、流的大小和方向不變，故氣隙磁密相對(duì)于定子時(shí)靜止的，旋轉(zhuǎn)的電樞導(dǎo)體切割此氣隙磁密而感應(yīng)電動(dòng)勢。電刷兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，因正、負(fù)電刷間（支路間）導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢彼此抵消了。從辜承林教材圖2.35可清楚的知道這一點(diǎn)。3. 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，定子為6極，電樞繞組為單疊型式。正常運(yùn)行時(shí)有三對(duì)電刷，如保持額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速及勵(lì)磁電流不變，因故去掉一對(duì)電刷，忽略電樞反應(yīng)的影響，試分析電機(jī)可能發(fā)出的最大功率。（8分）答：單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)為2p，故原來有6條并聯(lián)支路數(shù)，去掉相鄰一對(duì)電刷后，支路數(shù)變?yōu)?條，其中三條是原來的，另一條由原來的三條支路串聯(lián)而成。正常運(yùn)行時(shí)，la=2aia=6ia；155現(xiàn)在，la=3ia

6、丄iala，UaIa。Pmax=UaI；P，此為電機(jī)可能發(fā)出的最大399功率。4. 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)的電樞電流增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流有何變化？機(jī)組轉(zhuǎn)速有何變化？分析其原因。設(shè)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流均保持不變。（8分）答：直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流也增加。因?yàn)橹绷靼l(fā)電機(jī)電流增加時(shí)，輸出功率、電磁功率增加，電磁轉(zhuǎn)矩增大（磁通不變），根據(jù)能量守恒原理，發(fā)電機(jī)必須增大輸入轉(zhuǎn)矩即電動(dòng)機(jī)應(yīng)增加輸出轉(zhuǎn)矩，那么，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大，因此電樞電流也增大。電動(dòng)機(jī)電樞電壓為固定值，根據(jù)電壓平衡方程知，機(jī)組轉(zhuǎn)速略有下降。三變壓器負(fù)載運(yùn)行原理示意圖如圖題三所示，當(dāng)圖中二次

7、側(cè)的電磁量正方向全部與圖中相反時(shí)，列出變壓器的六個(gè)基本方程式并畫出相應(yīng)的相量圖（10分）圖題三變壓器負(fù)載運(yùn)行原理圖解：此時(shí)變壓器的基本方程式為:6八巳IjxQU2=E2-I2（2jX2；J巳E2Il-|2mEi=Tm（mjXm）U2二I2ZL四計(jì)算題（30分）1.（12分）一臺(tái)單相變壓器50kVA、7200/480V、60Hz。其空載和短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:-Pfx空載短路電壓（V）電流（A）功率（W）4805.22451577615實(shí)驗(yàn)名稱電源加在低壓邊高壓邊試求：（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;效率。解:(1)(3)額定負(fù)載電流、功率因數(shù)短路參數(shù)其阻抗基值所以I1NS

8、nXk=6.944A；Uk157Ik7Pk61521k7Zk=12.55門&=cos2二0.9滯后時(shí)的電壓變化率、副邊電壓及I2-Sn=104.1A7U2N22.42.1=Z-R=22.422-12.5518.581U1NZ1N=7200=1036.87011n6.944Zf=互=0.0216Z1NZ1N12.550.0121；Xk1036.87XkZ1N衛(wèi)0.01791036.87（2）空載時(shí)鐵耗pFe:P=245W;銅耗Pcu0滿載銅耗PkN=(如)2Pk=(644)2615=605.2WIk7PFe=245W（3）額定負(fù)載電流時(shí)12=12n=104.167A根據(jù)電壓變化率近似公式LU-(

9、Rkcos2Xksin2)100%得.：u=1（0.01210.90.0179.1-0.81）100%=1.87%此時(shí)副方電壓U2=U2N（1-1.87%）=471.02V所以P2=U2|2nCos2=471104.1670.9=44158.64wR=F2P。Rn=44158.64245605.2=45008.64Wp2=R1100%=98.11%P12.一臺(tái)直流電機(jī)，2p=4，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=120,每元件電阻為0.2門，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1000r/min時(shí)，每元件的平均電動(dòng)勢為10V。問當(dāng)電樞繞組分別為單疊和單波時(shí)，正負(fù)電刷端的電壓U和電樞繞組電阻Ra各是多少？（8分）解：電樞繞組為單疊繞組時(shí)，

10、2a=2p=4，每條支路串聯(lián)的元件數(shù)為120/4=30。因此端電壓U和電樞繞組電阻Ra分別為-1030V=300VRaRa0.23冬-1.514電樞繞組為單波繞組時(shí)，2a=2，每條支路串聯(lián)的元件數(shù)為120/2=60，故有U=1060V=600/Ra二0260門=623.一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，Pn-4.4kw,Un220v,n-80%,n”-1500r/min,勵(lì)磁繞組電阻rf=440門，電樞電阻Ra=0.81（包括電刷接觸電阻）。為了改善換向,4%?，F(xiàn)將此電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)4%?，F(xiàn)將此電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)移動(dòng)了電刷，使得在額定電樞電流下轉(zhuǎn)速偏高了額定值的行，轉(zhuǎn)向不變，若輸出電壓為230v，電樞電流保持

11、為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的額定值，并設(shè)鐵耗、機(jī)械損耗和附加損耗不變，不計(jì)磁路飽和。求：作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入功率。(10分)解:PnRf440=0.5A；in=總=0v25A；Ia=In_IfN=25-0.5=24.5AEaN=Un-IaNRa220-24.50.8=200.4v；EaN2000.1336nN1500移刷后，轉(zhuǎn)速n=nNnN4%=150015000.04=1560r/min移刷后，電樞電流保持為額定不變，不計(jì)飽和時(shí)有EaN_CN門“（電樞電流不變，則電動(dòng)勢不變）EaN二Ce“所以，Ce-Cen二15000.1336=0.12846n1560從以上分析可知，移刷后直軸電樞反應(yīng)起去磁作用，所以Ce(N-ad)二Ce，Cead=CeN-Ce=0.00514，ad改作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若轉(zhuǎn)向不變，則電樞電流必改變方向,為助磁作用。所以保持發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電樞電流為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的IaN時(shí)，所求轉(zhuǎn)速:UgNJRa2302450.1448（不考慮電樞反應(yīng)，幷勵(lì)電機(jī)有Um1mfCemNUm1m