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三相异步电机要增加功率，铁芯还要加长，槽型不变，线规怎么改？
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电机课后题答案1-5章
论0.-1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、磁导率大、铁耗低的特征。0-3
感应电动势e??d?dt中的负号表示什么意思？d?答：e??dt是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应定律的数学描述可表示为e??Nd?dt；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有??Li,L为常数，则可写成e??Ldidt。0-.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特点：1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗3）由于G34导约为G绝的1020倍，而?Fe仅为?0的10~10倍，故可认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；4）电路中电阻率?在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率?随B变化，即磁阻Rm随磁路饱和度增大而增大。0-5
在图0-2中，已知磁力线l的直径为10cm，电流I1 = 10A，I2 = 5A，I3 = 3A，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？答：平均磁场强度H??I/l?(I1?I2?I3)/?D?(10?5?3)A/??0.1m?38.2A/m0.-6 在图0.8所示的磁路中，线圈N1、N2中通入直流电流I1、I2，试问：（1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？（2） N2中电流I2反向，总磁动势又为多少？（3） 若在图中a,b处切开，形成一空气隙?，总磁动势又为多少？（4） 比较1,3两种情况下铁心中的B,H的相对大小，及3中铁心和气隙中H
的相对大小？解： （1）F1?I1N1?I2N2
（2）F2?I1N1?I2N2
（3）F3?F1?I1N1?I2N2不变（4）由于F1?F3，而Rm1??Rm3，
所以?1???3，B1??B3，H1??H3。、Rm1、?1、B1、H1和 1其中 FF3、Rm3、?3、B3、H3 分别表示1,3两种情况下的各物理量。
BFe?B??Fe???0
逆时针方向旋转时， 在线圈中会有感应电动势产生，其大小为：e?Blv，由于线圈一会儿在N极下，一会儿在S极下，因此这个感应电动势的方向是变化的，即线圈中的电动势e及电流i的方向是交变的，只是在经过电刷和换向片的整流作用后，才使外电路得到方向不变的直流电。换向器―电刷的作用：把线圈中的交变电动势及电流整流成外电路方向不变的直流电。2-2试判断下列情况下，电刷两端的电压是交流的还是直流。（1） 磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2） 电枢固定，电刷与磁极同时旋转。答
由直流发电机原理可知，只有电刷和电枢保持相对运动时，在电刷两端的电压才为直流，由此： ① 交流：因为电刷与电枢相对静止。② 直流：因为电刷与电枢相对运动。1-.3
什么是电机的可逆性？答
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。1-.4
直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用、结构答 直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。主磁极铁心用1～1.5mm厚的低碳钢板叠压而成。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场；.换向极换向极铁心一般用整块钢或钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极的作用是用以改善换向。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。机座有两个作用，一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成，电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。电枢铁心电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。是电机主磁路的一部分，且用来嵌放电枢绕组。电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。换向器也是直流电机的重要部件。换向器与电刷相配合，起到整流或逆变器的作用。1-.5直流电机电枢铁心为什么必须用薄电工钢冲片叠成？磁极铁心何以不同？答
为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通交变而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。磁极铁心中的磁通本来是恒定的，但因电枢旋转时电枢铁心齿槽的影响，磁极铁心中的磁通会来回摆动，从而产生铁心损耗，所以常采用1~1.5mm厚的低碳钢板冲制而成。1-6试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。答
直流发电机和直流电动机的主要额定参数值有：1．额定容量（功率）PN（kW）；2．额定电压UN（V）；3．额定电流IN（A）;4．额定转速nN（r/min）；IfN（A）还有一些物理量的额定值，如额定效率?N,额定转矩TN，额定温升?N等。
5．励磁方式和额定励磁电流关于额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。所以，直流发电机的额定容量为PN?UNIN，
1-8耦合磁场是怎样产生的？它的作用是什么？没有它能否实现机电能量转换？答
耦合磁场是由励磁绕组电流所产生的磁场和电枢绕组电流所产生的磁场合成产生的，它是使电机感应电动势和产生电磁转矩所不可缺少的因素。没有它是不能实现机电能量转换的。1-9如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器和电刷应怎样装置才能作直流电机运行？答
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，所以换向器应装在定子上，电刷应该放在转子上，再通过滑环和静止的电刷与外电路相连。1-10单叠绕组和单波绕组各有什么特点？其联接规律有何不同？答
单叠绕组的特点为：（1）并联支路数等于磁极数，即2a?2p；（2）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数。单波绕组的特点为：（1）同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a＝1，与磁极对数p无关；（2）从理论上讲，单波绕组只需安置一对正负电刷就够了。但为了减少电刷的电流密度与缩短换向器长度，节省用铜，一般仍采用电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。在联接方式上，叠绕组元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上y?yk?1；波绕组的特点是每个绕组元件的两端所接的换向片相隔较远，互相串联的两个元件相隔较远(y?yk?2?)。1-11一台四极，单叠绕组的直流电机，试问：（1）若分别取下一只刷杆，或相邻的两只刷杆，对电机的运行有什么影响？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化？（3）若有一主磁极失磁，将产生什么后果？答 （1）若取下一只或相邻两只电刷，使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。（2）若一元件断线，则该元件所在的支路断开，其余三条支路不变。因此，电刷间的电压不变，电流减小，电机能带3/4的额定负载，。（3）当一主磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。1-12 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答电机负载运行，电枢绕组中就有了电流，电枢电流也产生磁动势，叫电枢磁动势。电枢磁动势的出现，必然会影响空载时只有励磁磁动势单独作用的磁场，有可能改变气隙磁密分布情况及每极磁通量的大小。这种现象称为电枢反应。设电刷在几何中性线上，此时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应作用如下：（1）交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线；（2）不计饱和，交轴电枢反应既无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，呈一定的去磁作用。
pN3?398Ea?Ce?n??n??0.021?500?69.65VTN?CT?NIaN?
并励直流发电机能自励的基本条件是什么？答 （1）电机必须有剩磁；（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；（3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。1-16
把他励直流发电机转速升高20%，此时无载端电压U0约升高多少？如果是并励直流发电机，电压升高比前者大还是小？答
已知：U0?Ea?Ce?n，所以：① 他励发电机： If?UfRf?CpN2?572?NIaN??0.015?130.4?178.1N.m2?a2??2
, 即??C，'''U?E?C?n?Ce?(1.2n)?1.2Ce?n?1.2U0，空载电压增加1.2倍。 0ae故② 并励发电机：若转速升高??C情况同上，空载电压U0增加1.2倍，但U0Rf也相应增加，从而导致?也增大，所以并励发电由于U0增加的同时，机空载电压增加的程度比他励发电机大。 If?1-17
换向元件在换向过程中可能产生哪些电势？各是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？答
电抗电动势er：它是由于换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。电枢反应电动势ea：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。1-18
换向极的作用是什么？装在什么位置？绕组如何联接？答
装换向极的作用是在换向元件所在处建立一个磁动势FK，其一部分用来抵消电枢反应磁动势，剩下部分用来在换向元件所在气隙建立磁场BK，换向元件切割BK产生感应电动势eK，且让eK的方向与er相反，使合成电动势?ea?eK?0，以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，即几何中性
第三章 变压器3-1变压器是根据什么原理进行电压变换的？变压器的主要用途有哪些？ 答：变压器是一种静止的电器设备，它利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。变压器的主要用途有：变压器是电力系统中实现电能的经济传输、灵活分配和合理使用的重要设备,在国民经济其他部门也获得了广泛的应用，如：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器,在电力系统做测量用）、特种变压器（如调压用的调压变压器、试验用的试验变压器、炼钢用的电炉变压器、整流用的整流变压器、焊接用的电焊变压器等）。3-2
变压器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。绕组由铜或铝绝缘导线绕制而成，是变压器的电路部分。绝缘套管:变压器的引出线从油箱内部引到箱外时必须通过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。油箱：存放变压器油。分接开关，可在无载下改变高压绕组的匝数,以调节变压器的输出电压。3-3 变压器有哪些主要额定值？原、副方额定电压的含义是什么？答：变压器的主要额定值有：额定容量SN、额定电压U1N和U2N、额定电f流I1N和I2N
、、额定频率N等。原、副方额定电压的含义是指：正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压U1N；二次侧的额定电压U2N是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器，额定电压、额定电流均指线值。
I2N?3-6在研究变压器时，原、副方各电磁量的正方向是如何规定的？答：从原理上讲，正方向可以任意选择，但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原则如下：（1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致；（2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则；（3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。3-7在变压器中主磁通和原、副边绕组漏磁通的作用有什么不同？它们各是由什么磁动势产生的？在等效电路中如何反映它们的作用？答：（1）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用；而漏磁通不起传递能量的作用，仅起压降作用。（2）空载时，有主磁通和一次侧绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励产生；负载时有主磁通，一次侧绕组漏磁通，二侧次绕组漏磁通。主磁通由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即F0?F1?F2激励产生，一次侧绕组漏磁通由一次绕组磁动势F1激励产生，二次侧绕组漏磁通由二次绕组磁动势F2激励产生。（3）在等效电路中，主磁通用励磁参数xm来反映它的作用，一次侧漏磁通用漏电抗x1?来反映它的作用，而二次侧漏磁通用漏电抗x2?来反映它的作用。 3-8为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时激磁电流呈何种波形？当铁心饱和时情形又怎样？答：为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时，.....SN?U2N.9A33?10.5?10因为磁化曲线是直线，励磁电流和主磁通成正比，故当主磁通成正弦波变化，激磁电流亦呈正弦波变化。而当铁心饱和时，磁化曲线呈非线性，为使磁通为正弦波，励磁电流必须呈尖顶波。3-9变压器的外加电压不变，若减少原绕组的匝数，则变压器铁心的饱和程度、空载电流、铁心损耗和原、副方的电动势有何变化？答：根据U1?E1?4.44fN1?m可知,磁通?m将增加，磁密Bm??m?U14.44fN1,因此,一次绕组匝数减少,主?mS，因S不变，Bm将随?m的增加而增加，铁心饱和程度增加；由于磁导率?下降。因为磁阻欧姆定律 I0N1??mRm，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗2.2Rm?l?S，所以磁阻增大。根据磁路pFe?Bmf1，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所以根据U1?E1?4.44fN1?m，所以原方电动势基本不变，而副方电动势则因为磁通的增加而增大。3-10一台额定电压为220/110V的变压器，若误将低压侧接到220V的交流电源上，将会产生什么后果？答：根据U1?E1?4.44fN1?m可知,此时主磁通增加接近2倍，磁路饱和程度大增，励磁电流将会大大增加，铁耗和铜耗增大，变压器过热。同时噪声过大，振动明显。3-11变压器折算的原则是什么？如何将副方各量折算到原方？答：折算仅仅是研究变压器的一种方法，它不改变变压器内部电磁关系的本质。折算的原则是保证折算方折算前后所产生的磁动势不变。副方各量折算方法如下： 将副方电流除以2?；副方感应电动势、电压乘以?；漏阻抗、负载阻抗应乘以?。3-12变压器的电压变化率是如何定义的？它与哪些因素有关？答：变压器的电压变化率定义为：当变压器的原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的空载电压与给定负载下副方电压的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即?U%?U20?U2U?U2?100%?2N?100%U2NU2N 变压器电压变化率可按下式计算：?U%??(R*Kcos?2?x*Ksin?2)?100%。可知变压器电压变化率的大小主要和以下物理量相关：（1）电压变化率与负载的大小（?值）成正比；在一定的负载系数下，当负载为阻感负载时，漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变化率也越大；（2）电压变化率还与负载的性质，即功率因角数?2的大小和正负有关。3-13为什么可以把变压器的空载损耗看做变压器的铁损，短路损耗看做额定负载时的铜损？答：空载时，绕组电流很小，绕组电阻又很小，所以铜损耗I0R1很小,故铜损耗可以忽略，空载损耗可以近似看成铁损耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，而根据U1??E1?I1Z1可知，由于漏阻抗压降I1Z1的存在，E1则更小。又根据E1?4.44fN1?m可知，因为E1很小，磁通就很小，因此磁密很低。再由1.3p?BfFem铁损耗，可知铁损耗很小，可以忽略，额定负载时短路损耗可以近2....2似看成额定负载时的铜损耗。3-14变压器在高压群偷脱确直鸾锌赵厥匝椋舾魇┘佣杂Φ亩疃ǖ缪梗玫教氖欠裣嗤答：相同。空载试验时输入功率为变压器的铁损耗，无论在高压边还是在低压边加电压，都要加到额定电压，根据U?E?4.44fN?m可知，?m2?U2N4.44fN2?m1?U1N4.44fN1； ?m1U1NN2KU2NN???2?1，故?m2U2NN1U2NKN2，即?m1??m2。因此无论在哪侧做，主磁通大小都是相同的，铁损耗就一样。短路试验时输入功率为变压器额定负载运行时的铜损耗，无论在高压边还是在低压边做，都要使电流达到额定电流
3-18 三相变压器组和三相心式变压器在磁路结构上各有什么特点？答：三相变压器组磁路结构上的特点是各相磁路各自独立，彼此无关；三相心式变压器在磁路结构上的特点是各相磁路相互影响，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路。3-19三相变压器的联结组是由哪些因素决定的？答：三相变压器的联结组是描述高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，它主要与（1）绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关；（2）绕组的连接方式
有关。3-20从空载相电动势波形看，什么三相变压器组不采用Yy连接，而三相心式变压器又可以采用呢？答；
3-21一台单相变压器，U1N／U2N＝220V／110V，绕组标志如右图所示：将X与a连接，高压绕组接到220V的交流电源上，电压表接在Ax上，如A、a同极性，电压表读数是多少？如A、a异极性呢？解：A、a同极性时压表读数是：UAx?U1N?U2N?220V?110V?330V
A、a异极性时压表读数是：UAx?U1N?U2N?220V?110V?110V 3-22根据题图3-2的接线图，确定其联结组别。
3-23变压器理想并联运行的条件有哪些？答：变压器理想并联运行的条件有：（1） 各变压器高、低压方的额定电压分别相等，即各变压器的变比相等；（2）
各变压器的联结组相同；（3）
各变压器短路阻抗的标么值Zk相等，且短路电抗与短路电阻之比相等。 上述三个条件中，条件（2w必须严格保证。3-24并联运行的变压器，如果联结组不同或变比不等会出现什么情况？答：如果联结组不同，当各变压器的原方接到同一电源，副方各线电动势之间至少有30°的相位差。例如Y，y0和Y，
两台变压器并联时，副边的线电动势即使大小相等，由于对应?线电动势之间相位差300，也会在它们之间产生一电压差?U* 如图所示。其大小可达?U=2U2Nsin15°=0.518U2N。这样大的环流（几倍于额定电流），它将烧坏变压器的绕组。如果变比不等，则在并联运行的变压器之间也会产生环流。3-25 两台容量不相等的变压器并联运行，是希望容量大的变压器短路电压大一些好，还是小一些好？为什么？答：希望容量大的变压器短路电压小一些好，这是因为短路电压大的小，在并联运行时，不容许任何一台变压器长期超负荷运行，因此并联运行时最大的实际总容量比两台额定容量之和要小，只可能是满载的一台的额定容量加上另一台欠载的实际容量。这样为了不浪费变压器容量，我们当然希望满载的一台，即?
系是什么？答：自耦变压器的容量是指它的输入容量或输出容量。额定运行时的容量用SN表示，即自耦变压器的额定容量。由于自耦变压器一、二次侧既有磁的联系，也有电的联系，因此它从一次侧传递到二次侧的容量即额定容量由两部分组成：①由绕组的串联部分和公共部分之间经电磁感应作用传送的功率，即绕组容量；②由绕组的公共部分靠电的联系直接由一次侧传递到二次侧的功率，即传导功11SZR?(1?)SZNSZC?SZNKAKA率。他们之间的关系可以简单的表示为： ，。其中：SZR表示自耦变压器的绕组容量, SZN表示自耦变压器的额定容量，SZC表示自耦变压器的传导容量。
3-31为什么电压互感器在运行时不允许副边短路？电流互感器在运行时不允许副边开路？答：由于电压互感器副边所接的测量仪表，例如电压表、功率表的电压线圈等，其阻抗很大，故电压互感器运行时相当于一台降压变压器的空载运行，电压互感器是按空载运行设计的。若电压互感器在运行时副边短路会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组。电流互感器在运行时不允许副边开路是因为电流互感器的原方电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副方相当于短路，副方电流有强烈的去磁作用，即副方的磁动势近似与原方的磁动势大小相等、方向相反，因而产生铁心中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小。若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全。
?,x3?与双绕组变压器的漏电抗有何不3-32三绕组变压器等效电路中的电抗x1,x2?,x3?中有一个会出现负值？ 同？为什么有时在x1,x2?并不代表三绕组变压器各绕组的漏电抗，而是各绕组自感?、x3答：x1、x2电抗和各绕组之间的互感电抗组合而成得等效电抗。对于双绕组变压器，每个绕组产生的漏磁通只与本绕组交链而不与另一个绕组交链，即这些漏磁通均为自感漏磁通。因此双绕组变压器的漏电抗为本绕组的自漏感电抗。?,x3?的大小与各绕组在铁心上的排列位置有关。排在三绕组变压器中，x1,x2列在中间位置的绕组其组合的等效电抗最小，常接近于零，甚至为微小的负值。负电抗是电容性质的，这当然不是变压器绕组真具有电容性，各绕组之间的漏电?23是不会为负的， 抗xk12、xk13、xk只是在相互组合时产生的负值而已。
3.-33为什么变压器的正序阻抗和负序阻抗相同？变压器的零序阻抗决定于哪些因素？答：由于正序和负序均是对称的，仅存在B相超前还是C相超前的差别，对变压器的电磁本质没什么不同，因此负序系统的等效电路和负序阻抗与正序系统相同，即Z??Z??ZK；变压器的零序阻抗主要决定于（1）三相变压器绕组的连接方式（2）磁路的结构等因素。3-34从带单相负载的能力和中性点移动看，为什么Y，yn接法不能用于三相变压器组，却可以用于三相心式变压器？答： Y，yn接线的组式变压器接单相负载时，由于零序阻抗大（Zm0?Zm），负载电流将很小，因此根本不能带单相负载。但很小的零序电流就会产生很大的零序电动势，造成中点浮动较大，相电压严重不对称。在极端的情况下，如一相发生短路，即短路电流仅为正常激磁电流的3倍，使其余两相电压提高到原来的3倍，这是很危险的。因此三相变压器组不能接成Y，yn联结组。而心式变压器，由于零序阻抗很小（Zm0很小），单相负载电流的大小主要由负载阻抗决定，因此它可以带一定的单相负载。只要适当限制中线电流，则相电
稳态时的2倍，由于铁心有磁饱和现象，其对应的励磁电流将急剧增大到稳态值的几十倍，甚至上百倍。3-38变压器在什么情况下突然短路电流最大？大致是额定电流的多少倍？对变压器有何危害？答：当u1?0时发生突然短路，绕组中暂态分量短路电流初始值最大，经过半个周期（?t??）时出现冲击电流，其值约为额定电流的20-30倍。这是一个很大的冲击电流，它会在变压器绕组上产生很大的电磁力，严重时可能使变压器绕组变形而损坏。*3-39变压器突然短路电流的大小和Zk有什么关系？为什么大容量变压器的Zk设计得大些？1ikmaxUNIk**答：由ikmax=2IN=KyIN=KyINZk=KyZk，可知变压器突然短路电流大小与短路阻抗的标幺值大小成反比。因为大容量变压器短路电流相对较大，继*z*
imax?2I1Ni?max?2?157.46A?23.53?5240A第四章 交流电动机电枢绕组的电动势与磁动势4-.1 时间和空间电角度是怎样定义的？机械角度与电角度有什么关系？ 答
空间电角度是指一对主磁极所占的空间距离，称为360°的空间电角度。 时间电角度是指感应电动势交变一次所需要的时间为360°的时间电角度。 机械角度和电角度之间的关系为：电角度=极对数×机械角度。4-2 整数槽双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有何关？答
采用60°相带法，在单层绕组中，每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个线圈组（如用A相带和X相带的槽导体组成A相线圈组），也就是每对极只有一个极相组，所以最大并联支路数等于极对数，a?p，而在双层绕组中，每个槽中上下层分开，一个相带下的线圈可组成一个极相组，每对极有二个极相组，所以最大并联支路数可等于极对数的二倍，即a?2p。4-3为什么单层绕组采用短距线圈不能削弱电动势和磁动势中的高次谐波？ 答
单层绕组采用60°相带，在每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个极相组，所以对于单层绕组来说，一般它只能组成整距绕组，即使采用短距连接，各线圈的电动势和磁动势并未改变，所以不能削弱谐波。4-4
何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组，而不用120°相带绕组？答
相带通常指一个线圈组在基波磁场中所跨的电角度。常采用60°相带绕组是因为：（1）分布系数较大；（2）有正负相带而不含偶数次谐波磁动势。4-.5
试说明谐波电动势产生的原因及其削弱方法。答
一般在同步电机中，磁极磁场不可能为正弦波，由于电机磁极磁场非正弦分布所引起的发电机定子绕组电动势就会出现高次谐波。为了尽量减少谐波电动势的产生，我们常常采取一些方法来尽量削弱电动势中的高次谐波，使电动势波形接近于正弦。一般常用的方法有：（1）
使气隙磁场沿电枢表面的分布尽量接近正弦波形。（1） 用三相对称绕组的联结来消除线电动势中的3次及其倍数次奇次谐波电动势。（2） 用短距绕组来削弱高次谐波电动势。（4）
采用分布绕组削弱高次谐波电动势。（5）
采用斜槽或分数槽绕组削弱齿谐波电动势。4-.6
试述分布系数和短距系数的意义。若采用长距线圈，其短距系数是否会大于1。答
短距系数：Et1(y1??)y?Ky1??sin1Et1(y1??)?2它表示线圈短距后感应电动势比整距时应打的折扣。由于短距或长距时，线圈电动势为导体电动势的相量和，而全距时为代数和，故除全距时ky1=1 以外，在短距或长距时，ky1都恒小于1。q?
分布系数： sin kq1?
qsin 2由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势小于q个集中线圈的合成电动势，由此所引起的折扣。不难看出，kq1?1。4-7
齿谐波电动势是由于什么原因引起的？在中、小型感应电机和小型凸极同步电机中，常用转子斜槽来削弱齿谐波电动势，斜多少合适？答
在交流电机中，空载电动势的高次谐波中，次数为v?kZ?1?2mqk?1p的谐波较强，由于它与一对极下的齿数有特定关系，所以我们称之为齿谐波电动势。在中、小型感应电机和小型凸极同步电机中，常用转子斜槽来削弱齿谐波电动势，一般斜一个齿距t1。4-8为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数，试以三相合成磁动势的基波来说明。答
同步电机的定子绕组和异步电机的定、转子绕组均为交流绕组，而它们中的电流则是随时间变化的交流电，因此，交流绕组的磁动势及气隙磁通既是时间函数，同时空间位置不同，磁动势和气隙磁通密度分布不同，所以又是空间的函数。三相合成磁动势的基波为：f1(t,?)?fA1(t,a)?fB1(t,a)?fC1(t,a)?3F?1sin(?t??)?F1sin(?t??)2同步转速旋 从表达式上可以看出，三相合成磁动势的基波为在空间按正弦分布，且随时间以转的磁动势，因此它既是时间的函数，又是空间的函数。4-9脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性？产生脉振磁动势，圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同？答 1） 脉振磁动势的基本特点为：（1） 空间位置不变，在电机的气隙空间按阶梯形波分布，幅值随时间以电流的频率按正弦规律变化。（2） 单相绕组的脉振磁动势可分解为基波和一系列奇次谐波。每次波的频率相同都等于电流的频率，其中，磁动势基波的幅值为：F?1?0.9INKN1p?次谐幅值为F???F?1KN??KN1（3） 基波的极对数就是电机的极对数，而?次谐波的极对数p???p。（4） 各次波都有一个波幅在相绕组的轴线上，其正负由绕组系数KN?决定。2）旋转磁动势的基本特点为：（1） 对称的三相绕组内通有对称的三相电流时，三相绕组合成磁动势的基波是一个在空间按正弦分布、幅值恒定的圆形旋转磁动势，其幅值为每相基波F1?NKN13F?1?1.35I2p
脉振磁动势最大幅值的3/2倍， 即（2） 合成磁动势的转速， 即同步转速 n1?60fr/minp（3） 合成磁动势的转向取决于三相电流的相序及三相绕组在空间的排列。合成磁动势是从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。改变电流相序即可改变旋转磁动势转向。（4） 旋转磁动势的瞬时位置视相绕组电流大小而定，当某相电流达到正最大值时，合成磁动势的正幅值就与该相绕组轴线重合。产生脉振磁动势，圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件为：.当F1和F1中有一个为零时，合成磁动势为圆型旋转磁动势.?.?当F1?F1时，合成磁动势为椭圆形旋转磁动势.?.?当F1?F1时，合成磁动势为脉振磁动势4-10一台三角形连接的定子绕组，接到对称的三相电源上，当绕组内有一相?.?断线时，将产生什么性质的磁动势？答
设C相绕组断线，则ic?0，A,B两相电流为iA?Imsin?t,iB?Imsin(?t?将坐标原点取在A相绕组轴线上，则有fA1?F?1cosasin?tfB1?F?1cos(a?f1?fA1?fB1?F?1[cosasin?t?cos(a?2?2?)sin(?t?)232?)3。 2?2?)sin(?t?)]331??F?1[sin(?t?a)?sin(?t?a?)]230因此，合成磁动势为椭圆形旋转磁动势，其转向为A―B―C―A。?t?90时的向量图如图所示。
4-11把一台三相交流电机定子绕组的三个首端和末端分别连在一起，通以交流电流，合成磁动势基波是多少？如将三相绕组依次串联起来后通以交流电流，合成磁动势基波又是多少？为什么？答
把一台三相交流电机定子绕组的三个首端和末端分别连在一起，通以交0流电流，相当于并联，则三个绕组内流过相位相同的交流电流，空间相差120，矢量合成为零，所以合成磁动势基波为零；如将三相绕组依次串联起来后通以交0流电流，相当于串接，绕组内流过的电流仍然是空间相差120，但是同相位，所以矢量合成后得到的磁动势基波为零。4-12把三相感应电动机接到电源的三个接线头对调两根后，电动机的转向是否会改变？为什么？答
电动机的转向会发生改变。因为磁场的转向将会因为电源接线头的对调而发生变化，旋转磁动势的转向将会与原先的相反。4-13试述三相绕组产生的高次谐波磁动势的极对数、转向、转速和幅值。多少？答
三相绕组产生的高次谐波磁动势的（1）极对数p?vp1 （2）转速nv?n1（3）转向，当 v??6k?1，则为反向（即和基波磁动势反向相反）
1??6k?1，则为正向（即和基波磁动势反向相同）(4) 幅值Fv?332INF?v?kNv2?vp它们所建立的磁场在定子绕组内的感应电动势的频率为1
v 6060601即绕组谐波磁场在绕组自身的感应电动势的频率与产生绕组谐波磁动势的基波电流频率相同，因此它可与基波电动势相量相加。4-14短距系数和分布系数的物理意义是什么？为什么现代交流电机一般采用短距、分布绕组？答
短距系数物理意义是：短距线匝电动势有效边电动势相量和）与整距线匝电动势动势代数和)的比值，即：
Et(y??)（为构成线匝的两导体Et(y??)(为构成线匝的两导体有效边电ky?Et(y??)Et(y??)分布系数物理意义是：线圈组各线圈分布在若干个槽时电动势相量和Eq(q?1)和对各线圈都集中在同一槽时电动势代数和Eq(q?1)的比值，即：kq?Eq(q?1)Eq(q?1) 因为短距和分布绕组能削弱或消除高次谐波电动势。 4-15
Z=24，2p=4，a=1，试绘制三相单层绕组展开图。解：q?Z/2pm?24/(4?3)?2，取单层链示，绕组展开图如下：
El?E?1?E?5?E?7?3?V?398.4V2224-19一台50HZ的三相电机，通以60HZ的三相交流电流，若保持电流的有效值不变，试分析其基波磁动势的幅值大小，极对数、转速和转向将如何变化？NKN13F1?F?1?1.35I2p答
三相合成磁动势基波的幅值为：n1?60fr/minp 因为电流的有效值不变，所以磁动势的幅值大小不变，又因为而频率增大到60HZ，所以转速增加1.2倍，又因为相序不变，所以转向不变，极对数也不变。4-20一台两相交流电机的定子绕组在空间上相差90°电角度，若匝数相等，通入怎样的电流形成圆形旋转磁场？通入什么样的电流形成脉振磁场？若两相匝数不等，通入什么样的电流形成圆形旋转磁场？通入什么样的电流形成脉动磁场？答
（1）绕组中通入在时间上互差90°电角度的两相对称电流可以形成圆形旋转磁场（2）通入相同相位的电流会形成脉振磁场（3）若匝数不相等，则当绕组中通入幅值大小不相等但在时间上互差90°电角度的两相对称电流以保证 .F1和F1中有一个为零时，可以形成圆形旋转磁场，同理，通入相同相位但幅值大小不相等的电流会形成脉振磁场。
短距和分布绕组对基波磁动势幅值影响不大，而对5、7次谐波磁动势幅值大大减小，使电机磁动势波形近似为正弦波。4-22一台三相二极汽轮发电机，PN?50000KW,UN?10.5KV,Y接法，cos?N?0.85（滞后），槽数Z?72,y1?28,NC?1,a?2，试求额定电流时： (1)相绕组磁动势的基波幅值及瞬时值表达式；(2)三相合成磁动势的基波幅值及瞬时值表达式；(3)画出A相电流为最大值时的三相磁动势空间矢量及其合成磁动势空间矢量图。解
（1）相绕组磁动势的基波幅值：F?1?31351A相绕组磁动势的瞬时值表达式fA?1?F?1cos?sin?t?31351cos?sin?tAfB?1?31351cos(??1200)sin(?t?1200)AfC?1?31351cos(??2400)sin(?t?2400)A1?47027A (2)三相合成磁动势的基波幅值：F三相合成磁动势的瞬时值表达式：f1?F1sin(?t??)t?47027sin(?t??)A0(3)A相电流为最大值时的磁动势空间矢量图(?t?90时)
4-24电枢绕组若为两相绕组，匝数相同，但空间相距120°电角度，A相流入iA?2Icos?t，问：（1）若iB?2Icos(?t?1200)，合成磁动势
第五章 异步电动机的运行原理5-.1为什么感应电动机的转速一定低于同步速，而感应发电机的转速则一定高于同步转速？如果没有外力帮助，转子转速能够达到同步速吗？答
因为异步电动机的转向n与定子旋转磁场的转向n1相同，只有n?n1（异步电动机），即转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动，转子绕组才能感应电动势和电流，从而产生电磁转矩。若转速上升到n?n1，则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转，两者相对静止，转子绕组就不感应电动势和电流，也就不产生电磁转矩，电动机就不转了。而感应发电机的转子用原动机拖动进行工作，进行机电能量的转换，转速只有高于同步转速，才能向外送电。如果没有外力的帮助，转子转速不能达到同步转速。5-2简述异步电机的结构。如果气隙过大，会带来怎样不利的后果？答
异步电机主要是由定子、转子两大部分组成，定、转子中间是空气隙，此外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。如果气隙过大，会造成产生同样大小的主磁场时所需要的励磁电流的增大，由于励磁电流是无功电流，所以会降低电机的功率因数，减少电机的效率。5-3 感应电动机额定电压、额定电流，额定功率的定义是什么?答
额定电压UN是指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V；额定电流IN是指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A；额定功率PN是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。-5-4绕线转子感应电机，如果定子绕组短路，在转子边接上电源，旋转磁场相对转子顺时针方向旋转．问此时转子会旋转吗？转向又如何?答
会旋转。因为旋转磁场相对转子顺时针方向旋转时，根据电磁感应，在定子侧，会产生转矩企图带动定子旋转，但是定子不能动，则反作用于转子，使
n??I2s转子电流的频率f2???EsE2s2?r2?jx2?sr2?jsx2? pn2p(n1?n)pn1n1?n???f1s相应的转子绕组中的电动势为 E2s?sE2，转子漏抗为X2?s?sX2?，和静止时相比，转子转动时的参数和转差率成正比。5-7
感应电动机转速变化时，为什么定、转子磁势之间没有相对运动？?答
设定子旋转磁动势F1相对于定子绕组的转速为n1，因为转子旋转磁动势?n2F2相对于转子绕组的转速为?sn1。由于转子本身相对于定子绕组有一转速?2的转速为n2?n。而n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势Fn2?n?sn1?n?n1?nn1?n?n1n1，所以，感应电动机转速变化时，定、转子磁势之间没有相对运动。5-8
当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动，试证明之．?答
设定子旋转磁动势F1相对于定子绕组的转速为n1，因为转子旋转磁动势?n?sn1。由于转子本身相对于定子绕组有一转速F2相对于转子绕组的转速为2?n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势F2的转速为n2?n。而n2?n?sn1?n?n1?nn1?n?n1n1，该式不论转差率为何值时均成立。只不过当感应电机在发电状态运行时n?n1时，?动势F1的转向相反；当感应电机在制动状态运行时，电动机转子的转向与的与定s?n1?n?n1为负，F2的转向与定子旋转磁?子旋转磁动势F1转向相反，s＞1。所以，当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动。5-.9用等效静止的转子来代替实际旋转的转子，为什么不会影响定子边的各种量数？定子边的电磁过程和功率传递关系会改变吗？答
我们知道异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似。从定子边看转子只有转子旋转磁动势F2与定子旋转磁通势F1起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。根据这个道理，我们设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（新转子也是三相、N1、kN1）。这时在新换的转?????，转子漏阻抗为z??、电流为I22?r2?jx2?，子中，每相的感应电动势为E2但产生的转子旋转磁动势F2却和原转子产生的一样。虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以不影响定子边，从而也就不会影响定子边的各种
?5-13感应电机定子、转子边的频率并不相同，相量图为什么可以画在一起？根据是什么？答
因为在这里进行了除匝数、相数折算外，还对转子边的频率进行了折算。本来电动机旋转时能输出机械功率，传给生产机械。经过转子频率的折算，把电1?s'R2动机看成不转，用一个等效电阻s上的损耗代表电动机总的机械功率，这样就实现了相量图可以画在一起的分析方法。根据的原则就是保持折算方在折算前后的磁动势不变。5-14一台三相异步电动机：PN?10KW
,UN?380V,nN?1455rmin,r1?1.33?,'r2'?1.12?,rm?7?,X1??2.43?,X2??4.4?,Xm?90?.定子绕组为?接法，试计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率??I???I??9.68??10.020A?4.21??85.550A?4.21??85.550A?11.48??30.820AI12N00功率因数
cos??cos30.82?0.86输入功率
P1?3UNI1cos??3?380?11.48?0.86W?11239W3??P/P?10?10/% N1效率
5-15 什么叫转差功率？转差功率消耗到哪里去了？增大这部分消耗，异步电动机会出现什么现象？答
在感应电机中，传送到转子的电磁功率中，s部分变为转子铜耗，（1-s）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于sPM,所以它亦称为转差功率。增大这一部分消耗，会导致转子铜耗增大，电机发热，效率降低。5-16异步电动机的电磁转矩物理表达式的物理意义是什么？PM?1，答
电磁功率PM除以同步机械角速度?1得电磁转矩经过整理为T?CT?1I2cos?2，从上式看出，异步电动机的电磁转矩T与气隙每极磁通?1、T?转子电流I2以及转子功率因数cos?2成正比，或者说与气隙每极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。5-17异步电动机拖动额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？2T?T?TT?ULNm1答
当时，若电源电压下降过多，因为，则电磁转矩下降更多,会造成定、转子电流急速增大，则定子、转子铜耗增大，且其增加的幅度远远大于铁耗减小的幅度，故效率下降，甚至电动机停转。若无保护，则绕组
U1N?380V,f1?50Hz,PN?7.5KWnN?962rmin,cos1N?0.827，定子绕组D接。定子铜损耗470W，铁损耗234W,机械损耗45W，附加损耗80W。
PN7500I1N???15.85A3U1Ncos?1N?N?380?0.827?0.8695-20一台三相极异步电动机，有关数据为：PN?3kW,U1N?380V,I1N?7.25A，定子绕组Y接，r1?2.01?。空载试验数据：U1?380V,p0?246W,I0?3.64A,pm?11W。短路试验数据为：U1k?100V,I1k?7.05A,p1k?470W。假设附加损耗忽略不计，'??x?x1?2?，试求：短路特性为线性，且（1）r2,x1?,x2?,rm,xm之值；（2）cos?1N及?N之值。解
（1）电路参数：因为：rk?3.15?；所以：r2??rk?r1?1.14
?；xk?Z0?Zk?
?7.56?；x1??x2??
?xk/2?3.78?，?60.3?因为：；r0?p0?pm?5.91?23
x0??60.0?；所以：rm?r0?r1?3.90?；xm?x0?x1?
?56.22?cos?1N?（2）
?0.761N?82.5% ，?N?PN/P
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