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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为多少？

（4）保持额定运行时总负载转矩不变，则串入R??0.122?而稳定后的电枢电流与转速各为多少？

解: (1) 输出转矩 TN?PNP96000?60?N??1833.5[N?m] 2?nN?N2??50060额定运行时，电枢电流：

IaN?IN?IfN?255?5?250[A]

额定运行时，电枢电动势：

EaN?UN?IaNRa?440?250?0.078?420.5[V]

额定运行时，电磁转矩T：

T?EIPM420.5?250?60?aNN??2008[N?m]2?nN?M2??50060

（2）由于额定励磁下，且不计电枢反应，所以空载时的主磁通与额定磁通相同，则额定运行时

?0??N，

Ce?NnN?EaN

所以：

Ce?N?EaN420.5??0.841nN500

n0?得，理想空载转速为：

UN440??523.2[r/min]Ce?n0.841

实际空载有损耗，由额定运行时转矩平衡方程为：

T?TN?T0

T0为不变损耗引起的转矩为制动转矩，所以空载时的制动转矩也为此转矩。

T0?T?TN?2008?1833.5?174.5[N?m]

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又

CM?N?9.55Ce?N?9.55?0.841?8.032 Ia0?T0174.5??21.73[A]CM?N8.032

UN?IaN?Ra440?21.73?0.078??521.2[r/min]Ce?n0.841

得：

则实际空载转速为：

n0?（3）串入电阻R?，由于惯性转速瞬间不变n?nN?500[r/min]，瞬间电流为：

Ia?

UN?EaN440?420.5??97.5[A]Ra?R?0.078?0.122

电枢电流与转速各为多少？

（4）由于磁通和负载都不变，所以串入电阻R?稳定时的电枢电流为：

Ia?

T?T0TZ?N?IaN?250[A]CM?CM?N不变。而稳态时的反电动势为：

Ea?UN?Ia(Ra?R?)?440?250?(0.078?0.122)?390[V]

则最后的转速为n： 稳态时：

额定时：

Ea?Ce?n

EaN?Ce?nN

由以上两个式子可得串入电阻后最后稳定的转速为：

第3章 思考题及答案

3-2 直流电动机为什么不能直接起动？一般的他励直流电动机为什么不能直接起动？采

用什么起动方法比较好？ 答：

不能直接起动。这是因为受到换向器的限制，起动瞬间电枢回路相当于短路，如不加以限制，电流太大会烧毁换向器，所以，直流电动机不允许直接起动。通常采用电枢回路串电阻起动，或降压起动，以降压起动为最好。因为降压起动时，可以实现无电流冲击，做到平滑、无级的连续起动，甚至可以做到恒力矩起动。

3-4 直流他励电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？比较它们的优

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缺点。 答：

直流电动机通常采用三种方法调速，它们是电枢回路串电阻调速；调整电枢电压调速；弱磁调速。其中，串电阻调速和调整电枢电压调速都是属于恒转矩调速，而弱磁调速则属于恒功率调速。

其特点是, 串电阻调速和调整电枢电压调速都适用于亚同步调速,即空载转速以下调速,而弱磁调速一般都用于空载转速以上调速。

3-5 何谓恒转矩调速方式？何谓恒功率调速方式？为什么要考虑调速方式与负载类型的配合？怎样配合才合适？ 答：

根据定义，恒转矩调速是指在在调速的过程中始终保持电磁转矩不变的调速。在保持励磁不变、负载不变的条件下，通过改变电枢电阻和电枢电压可以实现恒转矩调速。

恒功率调速是指在在调速的过程中始终保持输入的电功率不变的调速。在保持电枢电压不变、负载不变的条件下，通过改变励磁电流可以实现恒功率调速。

对恒定负载采用恒转矩调速方式；对额定转速以上的调速采用恒功率调速。

3-7 比较各种电磁制动方法的优缺点，它们各应用在什么地方？ 答：

电源反接串电阻制动和能耗制动制动速度快，但对电机（机械）冲击大，能量完全消耗在制动电阻上；电枢回路串电阻制动，制动速度快，可实现分级制动，但制动后需迅速切除电枢回路中所串电阻，多用于起动和制动的过程中；回馈制动主要是指带有逆变装置的电压调速，通过降低电枢电压，使直流电机在一段时间内，处于发电状态，并将发出的电回馈电网。

3-8 采用能耗制动、转速反向的反接制动及回馈制动都能实现恒速下放重物，从节能的观点看，哪一种方法最经济？哪一种方法最不经济？ 答：

回馈制动最经济；能耗制动最不经济。

第3章 练习题题解及答案

3-3 他励直流电动机的数据为：PN＝13 kW，UN＝110V，IN＝135A，nN =680r／min，Ra=0.05 Ω，求直流电机的固有机械特性。 解：

电势系数ce?N=

UN?INRa110?135?0.05=≈0.152

680nN第 8 页 共 30 页

转矩系数cM?N=9.55 ce?N=9.55?0.152≈1.452

则电机的固有机械特性为 n=

UNRa1100.05-T=-T≈723.7-0.227T=724-0.227T. 20.1520.152?1.452ce?NcecM?N3-4 一台他励直流电动机，PN＝7.6kw，UN＝110V，IN＝85.2A，nN =750r／min，Ra=0.13

Ω，起动电流限制在2.1IN 。

（1）采用串电阻起动，求起动电阻； （2）若采用降压起动，电压应降为多少？ （3）求出这二种情况下的机械特性。 解：

（1）所串电阻R =

UN110-Ra=-0.13?≈0.48?.

2.1?85.22.1IN（2）降压起动的电压为U=2.1INRa=2.1?85.2?0.13v≈23.3v. （3）电势系数ce?N=

UN?INRa110?85.2?0.13=≈0.13

750nN转矩系数cM?N=9.55 ce?N=9.55?0.13≈1.26 串电阻时，机械特性 n=

UNR?Ra1100.48?0.13-T=-T≈846.2-3.72T=874-3.72T 20.130.13?1.26ce?NcecM?N降压时，机械特性 n=

Ra23.30.13U-T=-T≈179.2-0.79T=180-0.79T 0.130.13?1.26ce?NcecM?N23-5 一台直流他励电动机，PN =10 kW，UN＝220V，IN＝54A，nN＝1000r／min，Ra＝0.5

Ω，Φ=ΦN ，在负载转矩保持额定值不变的情况下工作，不串电阻，将电压降至139V。试求：

（1）电压降低瞬间电动机的电枢电流和电磁转矩； （2）进入新的稳定状态时的电枢电流和转速；

（3）求出新的稳定状态时，电动机的静差率和效率。 解：瞬间时

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1

Ea=UN-INRa=220-54?0.5v=193v. 电势系数ce?N=

Ea193==0.193 nN1000 转矩系数cM?N=9.55 ce?N=9.55?0.193≈1.84 （1）降压瞬间的电枢电流Ia=

U1?Ea139?193=A=-108A

0.5Ra 电磁转矩T= cM?NIa=1.84?（-108）N·M= -198.72 N·M. （2）新的稳态时，电枢电流Ia=IN=54A. 转速n1=

U1?RaIa139?0.5?54=r/min≈580.3r/min=581r/min.

0.193ce?N (3)降压后的理想空载转速 n0=

'U1139n0=?1140r/min≈720.3r/min=721r/min.

220UNn0?n1n0'' 静差率??=

721?581?100%≈19.4%

721输入功率P1=UIN=139?54w=7506w. 降压后输出功率P2=

n1581PN=?10?103w=5810w.

1000nN则效率?=

P25810=?100%≈77.4% P175063-6 一并励直流电动机，UN＝110V，IN＝28A，nN＝1500r／min，励磁回路总电阻Rf ＝ 110Ω，电枢回路电阻Ra＝0.15Ω，在额定运行状态下突然在电枢回路串入0.5Ω的电阻， 忽略电枢反应和电磁惯性，计算：

（1）串入电阻后瞬间的电枢电势、电枢电流、电磁转矩； （2）若负载转矩减为原来的一半，求串入电阻后的稳态转速。 解：

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励磁电流If=

UN110=A=1A. Rf110 电枢电流Ia=IN- If=28-1A=27A.

感应电动势Ea=UN-IaRa=220-27?0.15V=105.95V. 电势系数ce?N=

Ea105.95=≈0.071 nN1500转矩系数cM?N=9.55 ce?N=9.55?0.071≈0.678 (1) 电阻瞬间 Ea=Ea=105.95V 电枢电流Ia''U?Ea110?105.95=N=A≈6.23A.

0.15?0.5Ra?R''电磁转矩T= cM?NIa=0.678?6.23N·M≈4.22 N·M.

(2) 若负载转矩减为原来的一半，则电枢电流I=0.5Ia=0.5?27A=13.5A. 则串入电阻后的稳态转速 n=

UN?(Ra?R)I110?0.65?13.5=r/min≈1425.7r/min=1426r/min.

0.071ce?N3-7 一他励直流电动机，PN＝2.5kW，UN =220V，IN =12.5A，nN =1500r/min，Ra=0.8Ω。

试求：

（1）电动机以1200r／min的转速运行时，采用能耗制动停车，要求制动开始后瞬间电流限制为额额定电流的两倍，求电枢回路应串入的电阻值；

（2）若负载为位能性恒转矩负载，TZ ＝0.9TN，采用能耗制动，使负载以420r／min的转速恒速下放，电枢回路应串入的电阻。 解：

（1）电势系数ce?N=

UN?INRa220?12.5?0.8==0.14

1500nN 以n=1200r/min运行时，感应电动势Ea=ce?Nn=0.14?1200V=168V.

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制动开始瞬时，要求Ia= -2IN=-2?12.5V= -25V. 则串入的电阻R= -

Ea168-Ra=-0.8?=5.92?.

25Ia(2) 若TZ=0.9TN, 则电枢电流Ia=0.9IN=0.9?12.5A=11.25A.

感应电动势Ea= -ce?Nn= -0.14?420V= -58.8V 则串入的电阻R= -

Ea58.8-Ra=-0.8?≈5.23-0.8?=4.43?.

11.25Ia3-8 他励直流电动机，PN＝5.6 kW，UN＝220V，IN＝31A，nN =1000r／min，Ra=0.4Ω。

在额定电动运行情况下进行电源反接制动，制动初瞬电流为2.5IN ，试计算电枢电路中应 加入的电阻，并绘出制动的机械特性曲线。如果电动机负载为反抗性额定转矩，制动到 n＝0时，不切断电源，电动机能否反转？若能反转，稳定转速是多少？ 解：

制动前运行于额定状态，则Ea=UN-INRa=220-31?0.4V=207.6V. 制动后开始瞬时, Ia=-2.5IN=-2.5?31A= -77.5A. 则串入的电阻R=

?UN?Ea?220?207.6-Ra=-0.4?≈5.52-0.4?=5.12?.

?77.5IaUN?INRa220?31?0.4=≈0.21

1000nN电势系数ce?N=

转矩系数cM?N=9.55 ce?N=9.55?0.21≈2.01 机械特性曲线 n=

?UNR?Ra?2205.12?0.4-T=-T≈-1047.6-13.1T=-1048-13.1T 20.210.21?2.01ce?NcecM?N1048N·M=-80 N·M.(负号表示方向与开始时相反). 13.1当转速n=0时，T= -

忽略空载制动转矩，额定电磁转矩为

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PN9.55?5.6?103TN=9.55=N·M=53.48N·M.

1000nN稳态时，负载转矩TZ=TN=53.48N·M. |T|> TZ，故电动机能反转。

稳定转速n=-1048-13.1?(-53.48)r/min≈-1048+701r/min=-347r/min.

第4章 思考题及答案

4-1 变压器能否对直流电压进行变换？

答：不能。变压器的基本工作原理是电磁感应原理，如果变压器一次绕组外接直流电压，则在变压器一次绕组会建立恒定不变的直流电流i1，则根据F1= i1N1，我们知道直流电流i1会建立直流磁动势F1，该直流磁动势F1就不会在铁芯中产生交变的磁通，也就不会在二次绕组中产生感应电动势，故不会在负载侧有电压输出。

4-3为分析变压器方便，通常会规定变压器的正方向，本书中正方向是如何规定的？

答：变压器正方向的选取可以任意。正方向规定不同，只影响相应变量在电磁关系中的表达式为正还是为负，并不影响各个变量之间的物理关系。变压器的一次侧正方向规定符合电动机习惯，将变压器的一次绕组看成是外接交流电源的负载，一次侧的正方向以外接交流电源的正方向为准，即一次侧电路中电流的方向与一次侧绕组感应电动势方向相同；而变压器的二次侧正方向则与一次侧规定刚好相反，符合发电机习惯，将变压器的二次绕组看成是外接负载的电源，二次侧的正方向以二次绕组的感应电动势的正方向为准，即二次侧电路中电流方向与二次侧负载电压方向相同。感应电动势的正方向和产生感应电动势的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向和产生该磁通的电流正方向也符合右手螺旋定理。各个电压变量的正方向是由高电平指向低电平，各个电动势正方向则由低电平指向高电平。

4-4 变压器空载运行时，为什么功率因数不会很高？

答：变压器空载运行时，一次绕组电流就称为空载电流，一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%，变压器空载电流I0可以分为两个分量：建立主磁通?m所需要的励磁电流I?和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流IFe。其中励磁电流I?与主磁通?m同相位，称为空载电流的无功分量；铁耗电流IFe与一次绕组E1的相位相反，超前主磁通?m90,称为空载电流I0的有功分量。其中的铁耗电流与励磁电流相比非常小，所以一次绕组电流就近似认为是励磁电流，在相位上滞后一次绕组电压90o，所以空载运行时功率因数不会很高。

4-5 变压器负载运行时，绕组折算的准则是什么？

答：折算就是用一个匝数和一次绕组完全相同的假想绕组来替代原有的二次绕组，虽然折算前后二次绕组匝数改变了，但是变压器二次绕组折算之前的能量关系、电磁关系和

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?o

?????????

磁动势大小并不受影响，这是变压器折算的基本准则。

4-6 研究变压器特性时，如何定义变压器的电压变化率？它的大小与哪些因素有关？

答：电压变化率就是变压器一次绕组外接工频额定电压，负载功率因数一定时，变压器空载运行时的二次侧输出空载电压U20与变压器负载运行时的二次侧输出负载电压U2之差和二次侧额定输出电压U2N之比，且当变压器空载运行时，有U1= U1N，I2= 0，U2= U2N，，则有：

?u?u20?u2u?u2?100%?2N?100%u2Nu2N

电压变化率是是衡量变压器输出电压稳定性的一项重要性能指标，与变压器的短路阻

抗、负载大小和负载性质有关。

4-8 额定电压为380/110的变压器，如果将二次绕组误接到380V电压上，对变压器磁路会产生哪些影响？

答：变压器一次绕组外接电压和主磁通的关系满足u1?e1?4.44fN1?m,当外接电压的大小和频率不变时，铁芯中流通的主磁通和绕组匝数成反比，即?m?1。设一次绕组N1外接电压为380V时，空载电流为i0，此时?m?1。如果误把二次绕组接到380V电压N1上，则有?m?'1'， 并且由变压器的变比可以知道，?m?3.45?m。当变压器铁芯不饱N2Ni和的时候，可以根据磁路欧姆定律，有?m?10R?m'Ni'所以可以得到i0?12i0；?20，R'如果考虑到磁路饱和情况，则铁芯处于严重饱和状态，变压器发热，严重的会损坏变压器。 4-10 什么电压互感器在工作时不允许二次侧短路？电流互感器在工作时不允许二次侧开路？

答：由于电压互感器二次侧所接的电压表或者功率表等仪表，内阻很大，所以实际上电压互感器工作时相当于一太降压变压器的空载运行，此时二次侧短路，会产生很大的短路电流，烧坏变压器绕组，所以不允许二次侧短路。

电流互感器正常工作时，二次侧相当于短路，二次侧电流所产生的磁动势近似与一次侧磁动势大小相等，方向相反，所以建立铁芯中主磁通的合成磁动势和励磁电流很小。但是如果二次侧开路，则一次侧电流全部为励磁电流，在铁芯中产生的磁通会很大，铁芯过饱和，铁损耗增大，互感器发热。而且二次绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危机操作人员安全。

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第4章 练习题题解及答案

4-9 画出图3－28所示的各种联接法的相量图，并判断接线组别。

ABCABCXYZXYZabccabxy(a)zzx(b)yABCABC ?XYZXYZECZabcabcxy(c)zxy(d)z

图4－28 作业题3－9的附图

答：a

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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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（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。

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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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