電機與拖動基礎作業(yè)習題答案

1、第二章2-2變壓器為什么不能直接改變直流電的電壓等級，而能改變交流電的電 壓等級，其原理是什么？答：因為只有變化的磁通才能在線圈中感應出電勢，變壓器不能用來變換 直流電壓。因為若是變壓器一次繞組接直流電源，所產生的主磁通是恒定 磁通，即不會在變壓器一、二次繞組中產生感應電動勢，二次繞組的輸出 電壓為零，輸出功率也為零。2-4 一臺頻率為50Hz、額定電壓為220V/110V的變壓器，如果接在 60Hz電網上運行，如果額定電壓不變，則主磁通、勵磁電流會如何變化？答：根據變壓器一次側的電壓平衡方程Uin =4.44f=50Hz時，公50=7；;60Hz時，0：;，所以中5m60 二 X.:6m50

2、即主磁通為原來的5/6若不考慮磁路的飽和效應,主磁通與空載電流（勵磁電流）成正比，空載電流將減小。2-9變壓器在做空載試驗時為什么通常在低壓側進行，而在做短路實驗時又在高壓側進行？答：在做變壓器空載實驗時，為了便于測量同時安全起見，應當在變壓器 低壓側加電源電壓，讓高壓側開路。在實驗過程中應當將激磁電流由小到 大遞升到1.15NU左右時，只能一個方向調節(jié)，中途不得有反方向來回升降。 否則，由于鐵芯的磁滯現象，會影響測量的準確性。在做變壓器短路實驗時，電流較大，外加電壓很小，為了便于測量， 通常在高壓側加電壓，將低壓側短路。在實驗過程中應注意為了避免過大 的短路電流，短路實驗在較低的電壓下進行，

3、通常以短路電流達到額定值 為限；外加電壓應從零開始逐漸增大，直到短路電流約等于1.2倍額定電流；在實驗過程中要注意變壓器的溫升。2-12 一臺三相變壓器，額定容量Sn =750KVA,額定電壓Uin/U2N =10/0.4KV , 采用Y, d連接，試求：(1) 一、二次側的額定電流；(2) 一、二次側繞組 的額定電壓和額定電流。解：(1) 一次側額定電流：I1N =SN/眉1N =750父1000/(工1000。= 43.3(A)二次側額定電流：I2N =Sn/、3U2N = 750 1000/( .3 0.4 1000) = 1083(A)(2) 一次側繞組的額定電壓：5相=Ui線/ J3

4、 =10八3 =5.77(KV)二次側繞組的額定電壓：U2ffi =U2 =0.4(KV)一次側繞組的額定電流：Ii相=線=43.3(A)二次側繞組的額定電流：心相=12線/ = 1083/ = 625(A)2-14 一臺三相電力變壓器，額定容量 Sn =200KVA , Uin /U2N =10000/400V , 額定電流Iin/I2N =11.5/288.7A,采用Y, y連接。在低壓側做空載試驗，額 定電壓下測得l0=5.1A , P0 =472W,試求：拆算到高壓側的勵磁參數。解：變壓器的變比 K =U1N/U2N =10000/400=25勵磁阻抗： Zm =U2n /(T3 I0

5、) =400/1.732x5.1=45.28(0勵磁電阻：Rm=P0/(3l02) =472/3 5.12 = 6.05(c)勵磁電抗：X m =、Zm2 - Rm2 = 44.87(. )若折算至高壓側，則 2_,Zm = K Zm =28300(0 2 _Rm = K Rm =3781.5(Q)Xm =K2Xm =28043.75(。)第三章3-1為什么說異步電機的工作原理與變壓器的工作原理類似？試分析兩者 的異同點。答：異步電機和變壓器在功能、外型特征和運行方式上很不相同，但它們 在工作原理上有很大的相似性。(1)都是通過電磁感應原理來工作的。(2)異步電機的定子相當于變壓器的一次側，轉

6、子相當于變壓器的二次側。(3)兩者的基本方程式、等效電路和相量圖都非常相似 。尤其是當異步電機堵轉時，轉子上的感應電壓與定子電壓之間的關系， 與變壓器的情況完全一樣。因此，異步電機又被形象地稱為“旋轉變壓器”。兩者的不同之處主要表現在，同容量的異步電機和變壓器相比，變壓 器的空載電流較小?？蛰d電流是用于產生勵磁磁場或主磁通的，變壓器的 主磁通回路沒有像異步電機定、轉子間的 氣隙，完全由鐵磁材料組成的主 磁路磁阻很小，產生一定磁通所需的電流就很小。這樣，變壓器可以長期空載運行。3-3異步電動機在無載運行、額定負載運行及堵轉三種情況下的等效電路 有什么不同？當定子外加電壓一定時，三種情況下的定、轉

7、子感應電動勢 大小、轉子電流及轉子功率因數角、定子電流及定子功率因數角有什么不 同？ 答:Rs X sRr X0異步電動機的 T形等效電路異步電動機在無（空）載運行時，轉子轉速n接近同步轉速轉差率s=0,由異步電動機的T型等效電路可知，虛擬電阻 匚尺為無窮大,轉子 s電流為零，沒有機械功輸出。此時，定子電流（空載電流）也很小，定子 感應電動勢較大，定子功率因數較小。異步電動機在堵轉運行時，轉子轉速n=0 ,轉差率s=1 ,虛擬電阻上sR s為零，轉子電流很大，有可能燒毀電機。此時，定子電流較大，定子感應電動勢較小，定子功率因數較大。異步電動機額定負載運行的情況介于上述兩者之間。3-16 一臺三

8、相四極異步電動機，具額定功率Pn = 5.5kW ,額定頻率fN =50Hz。在額定負載運行情況下，由電源輸入的功率為 6.32kW,定子 銅耗為341VV轉子銅耗為237.5皿鐵損耗為167.5W,機械損耗為45W附 加損耗為29W(1)畫出功率流程圖，標明各功率及損耗。(2)在額定運行的情況下，求電動機的效率、轉差率、轉速，電磁轉矩以及轉軸上的輸出轉矩各是多少？解：(1)功率流程圖如下：電功率電磁功率機械功率R=6.32kW, P2=5.5kW：Pcus=341W,：pFe=167.5W . PCur = 237.5W , . Pm = 45W , .-：Padd = 29W(2)效率Pc

9、5.52 100% = 100% ： 87.03%R6.32轉差率Pem -p - PCus - PFe =6320-341-167.5 = 5811.5(W)Pm5811.5:0.0409轉速60 fNni 二nP60 50-=1500(r/ min)n =(1-8)01 =(1-0.0409) 1500 = 1438.65(r/min)電磁轉矩Te=Pm . 1Pem5811.52ml/602 冗 1500/60= 37.0(N m)輸出轉矩550002 71n/60 2 赤 1438.65/60=36.5(N m)3-17一臺三相六極異步電動機，其額定數據為:Pn28kWUn= 380V

10、 (Y 形接法)，0n = 950r / min , Tn = 50Hz 。額定負載 時定子邊的功率因數cosQn=0.88,定子銅耗、鐵耗共為2.2kW,機械 損耗為1.1kW,忽略附加損耗。計算在額定負載時：（1）轉差率；（2） 轉子銅耗；（3）效率；（4）定子電流；（5）轉子電流的頻率。解:（1）轉差率_ 60 fNni 一nP60 50-二1000(r/ min)n1 -nN 1000 -950-“1000s 二 旦二二 0.0501（2）轉子銅耗由Pn =Pem -APcur - Pm , Pcur = SP ,可得電磁功率和轉子銅耗Rm =FN . Rm28 1.11 -81 -0

11、.05:30.63(kW)PCur =sRm =0.05 30.63 : 1.53(kW)(3)效率P =Rm +ApCus + ApFe =30.63 + 2.2 = 32.83(kW) TOC o 1-5 h z P2“28”2 100%= 100% 85.3%P32.83(4)由P=nInCos%n,得定子電流(相電流，Y接法):56.7(A)P1_32830,3UN cos 1N ,3 380 0.88(5)轉子電流的頻率f2 = sfN = 0.05 50 = 2.5(Hz)第四章4-1電動機在什么條件下應采用降壓起動？定子繞組為星形接法的籠型異步電動機能否采用星形-三角形起動？為什

12、么？答：在一般情況下，小容量電動機輕載時可以允許直接起動。只要直接起動時的起動電流在電網中引起的電壓降不超過 10%15%對經常起動的電 動機取10%對不經常起動的電動機取15% ,就允許直接起動。否則，就 應采用降壓起動。不能。因為星形接法的電動機的繞組額定電壓為220V,按星形-三角形起動原理，當電機起動完成后變?yōu)槿切谓臃〞r，加在繞組上的電壓為 380V,超過了繞組所能承受的電壓值，時間一長繞組將發(fā)熱而燒毀。4-3電動機能耗制動與反接制動控制各有何優(yōu)、缺點？分別適用于什么場合？答：能耗制動是在切除三相交流電源之后，定子繞組通入直流電源，在定 轉子之間的氣隙中產生靜止磁場，慣性轉動導體切割

13、該磁場，形成感應電 流，產生與慣性轉動方向相反的電磁力矩而制動。制動結束后將直流電源 切除。能耗制動雖然制動準確、平穩(wěn)，且能量消耗較小，但需附加直流電 源裝置，制動力較弱，在低速時制動力矩小的缺點。能耗制動一般用于要 求制動準確、平穩(wěn)的場合和起動頻繁且容量較大的電動機。反接制動靠改變定子繞組中三相電源的相序，產生一個與轉子慣性轉動 方向相反的電磁轉矩，使電動機迅速停下來，制動到接近零轉速時，再將 反相序電源切除。反接制動的優(yōu)點是制動轉矩大，制動效果顯著，但制動 不平穩(wěn)，而且能量損耗大。一般適用在銃、鍵、中型車床的主軸控制中。第五章5-1換向器在直流電機中起什么作用？答：換向器和電刷是直流電機最

14、重要的部件，對于直流發(fā)電機，具作用是 將電樞繞組元件中的交變電動勢轉換為電刷間的直流電動勢；對于直流電 動機，則是將輸入的直流電流轉換為電樞繞組元件中的交變電流，以產生 恒定方向的電磁轉矩。5-4主磁通既交鏈著電樞繞組又交鏈著勵磁繞組，為什么卻只在電樞繞組 里感應電動勢？答：勵磁繞組與主磁通無相對運動， 且直流電機的主磁通也不變化。5-6他勵直流電動機運行在額定狀態(tài)，負載為恒轉矩負載，如果減小磁通， 電樞電流是增大、減小還是不變？答：根據他勵直流電動機的電壓平衡方程和轉矩平衡方程Ua=Ea + IaR=Cfn + IaR, T = Tl = C& I,如果減小磁通中，則感應電動勢 巳減小，電樞

15、電流Ia將增大，以保持轉矩 Te =Tl的平衡關系。5-9 一臺他勵直流電動機的額定數據為：PN=5kW, Un=220V,nN =1000r/ min , Apcua = 500W , Ap。=395W。計算額定運行時電動機的 Te , TOC o 1-5 h z Tl ,To , R ,n ,&。解:Pz5 103負載轉矩 Tl -9.55 =9.55 = 47.75 (N m)nN1000Ap0395空載轉矩飛;9.55:9.55 麗 ,377(N m)電磁轉矩 Te = Tl T。= 47.75 3.77 = 51.52(N m)輸入功率P = Pem+pcua = PN + Ap +

16、 Apcua = 5 + 0.395 + 0.5 = 5.895 (kW)額定效率N=2 100% Pl二一100%84.8%5.895Ra電樞電阻RuaINPcua50042(5895Un，2200.696 (J )25-10有一他勵直流電動機的額定數據為：Pn =7.5kW , Un =220V ,In =40A , nN T000r/min , R = 0.50 , Tl = 0.5Tn ,求電動機的轉速和電樞電流。解：額定運行時Ce:NUn -日nN220 -40 0.51000= 0.2(V min/r)TeN -9.55Ce IN =9.55 0.2 40 = 76.4 (N m)

17、空載轉矩和空載損耗為T0 =TeN -Tn =76.4 -71.625=4.775 (N m)T0 nNP0 :4.775 10009.559.55=500 (W)=71.625 (N m)Pn7.5 1031000Tn =9.55=9.55 負載運行時，認為空載損耗保持不變，即有如下關系P0P0Te =Tl 9.55 =0.5Tn 9.55Cen = Un - laRaTe QNIa =9.55Ce：，NIa求解上面的三個方程，可得電動機的轉速和電樞電流n 1047.3(r / min)Ia 21.1 (A)第六章6-1如何改變直流電動機的旋轉方向？答：使他勵直流電動機反轉的方法有兩種：（1

18、）電樞繞組接線不變，將勵磁繞組反接，這種方法稱為磁場方向。（2）勵磁繞組接線不變，電樞繞組反接，稱為電樞反向6-2如何實現直流電動機的能耗制動？ 答：如圖所示的電動狀態(tài)，將開關 S投向制動電阻R上可實現制動，即切 斷電源串入電阻。由于慣性，電樞保持原來方向繼續(xù)旋轉，電動勢Ea方向 不變。由Ea產生的電樞電流lab的方向與電動狀態(tài)時的Ia方向相反，對 應的電磁轉矩TembW Tem方向相反，為制動性質，電機處于制動狀態(tài)。nAAAA電動匚喜制動Ce:NTl =Tn = 9.55PL = 9.55nN317 101500= 108.23 (N m)則6-3直流電動機的電氣制動有哪些方法？各有什么特點

19、？ 答：(1)能耗制動。能耗制動是把正在做電動運行的他勵直流電動機的電樞從電網上切除， 并接到一個外加的制動電阻上構成閉合回路。特點：能量消耗在電阻上。(2)反接制動。反接制動就是將正向運行的他勵直流電動機的電源電壓突然反接，同 時電樞回路串入制動電阻來實現。特點：制動力矩大，制動效果好，可實 現快速停車，電能全部消耗到電樞回路電阻上，不經濟。(3)回饋制動?；仞佒苿泳褪请妱訖C工作在發(fā)電機狀態(tài)。電動機向電源回饋電功率。特點是此時轉速大于理想空載轉速，電機運行在第二、四象限，節(jié)約電能 能耗制動、反接制動用于快速停車，三種制動均可用于恒速下放重物。回饋制動的轉速大于理想空載轉速，電機運行在第二、四象限。6-12一臺他勵直流電動機的銘牌參數為 Pn =17kW , Un = 220V , In =90A , nN =1500r/min , & = 0.2陰，當電源電壓降壓160V時，電動機拖動 額定負載轉矩時的轉速和電樞電流分別為多少？ 解：(1)額定運行時Un -INRa220-90 0.23nNN N a =0.133 (V min/r)1200有 Te二Tl ?Te=9.55CeNIa =9.55 0.133 Ia = 108.23(N m)= la = 85.2(A)Cen -UN -Ia(R+ R)= 0.133n=220-Ia 1.