附录:

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。

2-3 直流发电机是如何 发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？

答： 直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势(如题图2-3所示瞬间以导体a为例)， 电枢绕组的a导体处于N极底下， 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，处于S极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙。。。。。。，它通过换向装置后， 才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而 A、B电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且A刷恒与N极下导体相连，B刷恒与S极底下导

N 体相连），则由A刷引出的电动势方向恒为⊙（流出）， 若定义为正极， 则Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕ (流入)， 为

负极，因此，由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。 由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。

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A . a + _ B S 题图1-3 直流电机模型

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.

2-6 直流电机有哪几种励磁方式？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？

I I=If If 答： 励磁方式有：

Ia Ia ???自励????他励?串励??并励 ?复励?Uf U U

他励

I=Ia If=Uf/Rf I Ia If U

Ia If 串励 Ia=If=I

I U 并励 Ia=If+I If=U/Rf

题图2-6 直流电机的励磁方式

复励 Ia=If+I

2-7 “直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？

答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。 这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。 发电机

交流（内电路） 直流（外电路）

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电动机

因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。

2-8 造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？

答：电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中的电流由正?ia变成?ia，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。不良换向会引起火花和环火，使电机遭到损坏。改善换向的方法有：装设换向极。在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。

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。

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。

2-10 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？

答：用感应电动势和端电压的大小来判断。当入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率后，以电功率UI的形式输出；当

Ea?U时为发电机状态，由原动机输

T???EaIa，再扣除电枢和励磁损耗

Ea?U时，为电动机运行状态，电源输入的功率UI，

EaIa?T??，再扣除空载损耗后，输出机械功

扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率

率。

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？

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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； 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。

2-2 一台直流电动机，额定功率为PN=160千瓦，额定电压UN=220伏，额定效率ηN=85%，额定转速nN=1500转/分，求该电机的额定电流？

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IN?解：额定电流

PNUN?N160?103??856A220?0.85

2-3 一台直流发电机，额定功率为PN=145千瓦，额定电压UN=230伏，额定转速nN=1450转/分，额定效率ηN=85%，求该发电机的额定电流？ 解：

PN145?103额定电流 IN???630.4A

UN2302-4 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

63.79?102-5 一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为马，电枢总导体数为152

根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？

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????4

2-7 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。

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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，

'''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(?)222IN2?255

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。

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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

W (3) 输出功率 P2?UI?220?55?12100电磁功率 或

2-12 一台并励直流发电机，

PM?EaIa?235?60?14100W

222PM?P2?IaRa?I2R?12100?60?0.25?5?44?14100WffPN?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

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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。

'nn（2）理想空载转速0与实际空载转速0。

（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?n?M2??500N60

（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：

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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]

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

又

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：

Ea?Ce?n

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额定时：

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：

一、填空题：

1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)

2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。 （Ea〈U；Ea〉U）

3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠）

4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。 （相反；相同）

5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2）

6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通

量；电枢电流）

7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁

作用）

二、判断题

1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（ ）（F）

2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（ ） （T）

3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F）

4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（ ） （F）

三、选择题

1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（ ）中。 （1）

（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组

2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（ ） （3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（ ）。（2）

（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。

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四、简答题

1、直流发电机的励磁方式有哪几种？

（他励；自励（包括并励，串励和复励））

2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？

（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。

换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。）

3、试比较他励和并励直流发电机的外特性有何不同？并说明影响曲线形状的因素。 （并励直流发电机的外特性比他励的软。 他励：影响因素有两个

(1)随着Ia增加，IaRa增加，使U下降；

(2) 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通φ减少，电枢电动势Ea减少，最后使U下降。 并励：影响因素有三个

(1) 随着Ia增加，IaRa增加，使U下降；

(2) 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通φ减少，电枢电动势Ea减少，最后使端电压U下降。

(3) 两端电压下降，磁通φ下降，电枢电动势Ea进一步减少，端电压U进一步下降。）

4、一台并励直流发电机并联于电网上，若原动机停止供给机械能，将发电机过渡到电动机状态工作，此时电磁转矩方向是否变？旋转方向是否改变？

（电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。）

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。

3-3 衡量调速性能的好坏时，采用哪些指标，说明各项指标的意义。 答：

就调速指标而言，有静差率、调速范围、平滑性等，静差率与硬度是有区别的。静差率按低速机械特性校核。静差率δ与调速范围D是互相制约的。

调速范围反映了电机的额定工作时的速度变化范围，平滑性，反映了系统调速过程中

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的连续性、匀速性的特点。

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。

3-6 哪些制动方法可以获得稳速制动运行？哪些制动方法没有稳速运行，只有过渡性制动

运行？哪些制动方法可以兼而有之？

答：所谓稳速制动是指电机拖动系统能使动转矩在保持恒定的条件下起动或制动。改变电压可以实现稳速制动和起动。能耗制动只有过渡性制动运行，转子串电阻的方法是二者兼而有之。

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。

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解：

电势系数ce?N=

UN?INRa110?135?0.05=≈0.152

680nN 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. 0.1520.152?1.452ce?NcecM?N23-4 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 0.130.13?1.26ce?NcecM?N2降压时，机械特性 n=

Ra23.30.13U-T=-T≈179.2-0.79T=180-0.79T 20.130.13?1.26ce?NcecM?N3-5 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；

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1

（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

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

Ea193==0.193 1000nN 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% 7506P13-6 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：

第 14 页 共 45 页

（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：

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

'?Ea110?105.95'U电枢电流Ia=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第 15 页 共 45 页

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

0.210.21?2.01ce?NcecM?N21048N·M=-80 N·M.(负号表示方向与开始时相反). 13.1第 16 页 共 45 页

当转速n=0时，T= -

忽略空载制动转矩，额定电磁转矩为

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.

一、填空题：

1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN、φ=ΦN，电枢回路不串电阻；n；Tem

2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动）

3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2）

4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速）

5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁）

二、判断题

1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（F）

2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（ ） （T）

3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （T）

4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （F）

5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （T）

三、选择题

1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）

（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。

2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）

（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）

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（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。

5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（2）

（1）I1I2。

四、简答题：

1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？

（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足 dTemdTL?） dndn2、何谓电动机的充分利用？

(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。)

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。 4-2 变压器铁芯的主要作用是什么？其结构特点怎样？

答：变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路，为变压器交变主磁通提供流通回路。为了减小磁阻，一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的，硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间，表面涂有绝缘漆。

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

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??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：

?o

????????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。 4-7 三相变压器是如何连接的？

答：三相变压器的一次绕组和二次绕组对应的线电动势相量之间的相位关系与绕组的绕向、首末端标志及绕组接法有关，但是其相位一定为30o的整数倍，因此可以采用时钟方法表示，当一次绕组和二次绕组接法相同时，即Y/Y或者△/△，其连接组别号一定为偶数；当一次绕组和二次绕组接法不同时，即Y/△或者△/Y，其连接组别号一定为起奇数。

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第 19 页 共 45 页

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。 4-9 为什么三相组式变压器一般不采用Y/y连接，而常常采用Y/△或△/Y连接？

答：Y/y连接的变压器，一次绕组和二次绕组没有谐波电流流通，励磁电流成正弦波，根据饱和磁化曲线的对应关系，磁通波形为平顶波，如果将磁通按照傅立叶级数展开，磁通可以分解为波形形状为正弦波的基波和波形形状同为正弦波，但频率为基波三倍的三次谐波磁通分量。

(1)Y/Y接法

对于三相组式变压器，三次谐波磁通可沿各自主磁路闭合，产生幅值可达基波幅度为60%左右的三次谐波相电动势。当基波电动势达到峰值的时候，三次谐波电动势也同时达到峰值，会使相电动势最大值升高很多，对绝缘不利。但是线电动势中没有三次谐波分量，因为同相位的三相三次谐波线电动势相互抵消了。所以三相组式变压器一般不会采用Y/Y接法。

对于三相芯式变压器，三相磁路相互连通，所以同相位的三次谐波磁通不能在主磁通路中闭合，只能经变压器油箱形成回路，磁阻大，三次谐波磁通被削弱，三次谐波电动势较小，所相电动势接近于正弦，但三次谐波磁通在油箱中引起损耗，导致变压器局部过热，效率降低。所以容量较大、电压较高的三相芯式变压器也不宜用Y/Y接法。

（2）△/Y或△/△接法

三次谐波电流可以在原边三相绕组中流过，所以根据饱和磁化曲线，可以知道主磁通与相电动势基本上均为正弦波，不会产生过高的相电动势，所以也不会对变压器造成损坏。

（3）Y/△接法

一次绕组中三次谐波电流无法流通，根据饱和磁化曲线可知，铁芯中的三次谐波磁通在一、二次绕组中会产生三次谐波电动势，二次绕组的三次谐波电动势在△接法中就可有三次谐波电流流通，对一次侧产生的三次谐波磁通起削弱作用，从而使主磁通及相电动势接近正弦。

所以，不论三相芯式或组式变压器，为使主磁通及相电动势为正弦波，常将一次绕组或二次绕组接成△。

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

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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。

第4章 练习题题解及答案

4-1 有一台单相变压器，额定容量SN?500kV?A，额定电压U1N/U2N?10/0.4kV，求一次侧和二次侧的额定电流。 解：

I1NSN500?103???50A3U1N10?10SN500?10??1250A3U2N0.4?103

I2N?4-2 有一台三相变压器，额定容量SN?2500kV?A，额定电压U1N/U2N?10/6.3kV，Y/△连接。求一次侧和二次侧的额定电流。

解：

I1N?I2N?SN3U1NSN3U2N??2500?1033?10?102500?1033?144.3A

33?6.3?10?229.1A4-3 一台三相变压器，容量为SN?60kV?A，用400V的线电压给三相对称负载供电，设负载为Y形连接，每相负载阻抗为ZL?3?j1?，问此变压器是否可以带动该负载？ 解： 负载阻抗的模值为：ZL?32?12?2?

负载的相电压和相电流分别为：

ULP?400/3?230VILP?ULP/ZL?230/2?115A

三相负载的视在功率为：SL?3ULPILP?3?230?115?79.35kV?A 因为SL?SN,所以变压器不能带动该负载。

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4-4 实验室有一单相变压器如图3－27，其数据如下：SN?1kV?A，

U1NU2N?220110V， I1NI2N?4.559.1A。今将它改接为自耦变压器，接法（a）

和（b）所示，求此两种自耦变压器当低压边绕组ax接于110V电源时，AX边的电压U1及自耦变压器的额定容量SN各为多少？

AAaU1aU1N1N2U2N1xXX(a)(b)xN2U2

题图3－27 某单相变压器接线图

解：（1）按照图1（a）接线的自耦变压器变比

??AX边额定电压

N1?N22N2?N2??3

N2N2U1??U2?3?110?330V

变压器额定容量

SN?I1U1?4.55?330?1500V?A

（2）按照图1（b）接线的自耦变压器变比

??AX边额定电压

N1?N22N2?N2??1

N2N2U1??U2?110V

变压器额定容量

SN?I1U1?4.55?110?500V?A

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。

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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.

第 24 页 共 45 页

?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 25 页 共 45 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。

一、填空题：

1、一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏阻抗压降条件下，其主磁通的大小决定于_______的大小，而与磁路的_______基本无关，其主磁通与励磁电流成_______关系。（外加电压；材质和几何尺寸；非线性）

2、变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越_______，励磁电流越_______。 （越

大；越小）

3、变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将_______，铜损耗将_______（忽略漏阻抗压降的影响）。 （不变；增加）

4、当变压器负载（φ2>0°）一定，电源电压下降，则空载电流I0_______，铁损耗PFe_______。（ 减小；减小）

5、一台2kV·A,400/100V的单相变压器，低压侧加100V，高压侧开路测得I0=2A；P0=20W；当高压侧加400V，低压侧开路，测得I0=_______A，P0=_______W。（0.5；20）

6、变压器短路阻抗越大，其电压变化率就_______，短路电流就_______。（大；小）

7、变压器等效电路中的xm是对应于_______电抗，rm是表示_______电阻。 （主磁

通的；铁心损耗的等效）

8、两台变压器并联运行，第一台先达满载，说明第一台变压器短路阻抗标么值比第二台_______。 （小）

9、三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。 （绕向；首末端标记；联结方式）

第 27 页 共 45 页

10、变压器空载运行时功率因数很低，这是由于___ ____。（空载时建立主、漏磁场所需无功远大于供给铁损耗和空载时铜损耗所需的有功功率）

二、判断题

1、一台变压器原边电压U1不变，副边接电阻性负载或接电感性负载，如负载电流相等，则两种情况下，副边电压也相等（ ）。 （F）

2、变压器在原边外加额定电压不变的条件下，副边电流大，导致原边电流也大，因此变压器的主要磁通也大（ ）。（F）

3、变压器的漏抗是个常数，而其励磁电抗却随磁路的饱和而减少（ ）。（T） 4、自耦变压器由于存在传导功率，因此其设计容量小于铭牌的额定容量（ ）。 （T） 5、使用电压互感器时其二次侧不允许短路，而使用电流互感器时二次侧则不允许开路（ ）。 （T）

三、单项选择题

1、变压器空载电流小的原因是：③

①一次绕组匝数多，电阻很大；②一次绕组的漏抗很大；③变压器的励磁阻抗很大；④变压器铁心的电阻很大。

2、变压器空载损耗： ④

①全部为铜损耗；②全部为铁损耗；

③主要为铜损耗；④主要为铁损耗

3、一台变压器原边接在额定电压的电源上，当副边带纯电组负载时，则从原边输入的功率： ③

①只包含有功功率；②只包含无功功率；

③既有有功功率，又有无功功率；④为零。

4、变压器中，不考虑漏阻抗压降和饱和的影响，若原边电压不变，铁心不变，而将匝数增加，则励磁电流：②

①增加；②减少；③不变；④基本不变。 5、一台变压器在（ ）时效率最高。③ ①β=1；②P0/PS=常数；③PCu=PFe；④S=SN

四、简答题

1、为什么变压器的空载损耗可近似看成铁损耗，而短路损耗可近似看成为铜损耗？

（变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。

变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生

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的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。）

2、电源频率降低，其他各量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电流、励磁电抗、漏抗的变化情况。

（据U1?4.44fN1?m可知，当f降低时，?m(Bm)增加，铁心饱和程度增加，励磁

电流增加，励磁电抗减小。）

3、变压器的原、副边额定电压都是如何定义的？

（原边额定电压是指规定加在一次侧的电压。副边额定电压是指当一次侧加上额定电压时，二次侧的开路电压。）

第5章 思考题及答案

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

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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???? ?一、填空题：

1、一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50Hz的三相对称交流电流，其合成磁通势为_______磁通势。(圆形旋转)

2、采用_______绕组和_______绕组可以有效地削弱谐波分量，同时使基波分量_______（增加、减小）。 (叠;波;增加)

3、一个脉振磁通势可以分解为两个_______和_______相同，而_______相反的旋转磁通势。 (幅值;转速;转向)

4、三相对称绕组的构成原则是_____ __;____ _;__ _ _。(各相绕组的结构相同;阻抗相等;空间位置对称（互差120度电角度）)

二、是非题

1、两相对称绕组，通入两相对称交流电流，其合成磁通势为旋转磁通势。（ ） (T) 2、改变电流相序，可以改变三相旋转磁通势的转向。（ ） (T)

第6章 思考题及答案

6-1 异步电动机在结构上有什么特点?为什么异步电动机的气隙必须很小?为什么异步电机的定子铁心和转子铁心要用导磁性能良好的硅钢片制成?如果定、转子铁心用非磁性 材料制成会出现什么后果?如果用整块的导磁材料制成定、转子铁心是否可以?

答：

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?

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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。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。

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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

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的变比ke。

E?n1?nN1500?1460??0.0267 n11500n1?nN1500?1460??0.0267 n11500sN??Hz? f2?sNf1?0.0267?50?1.336-4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第 33 页 共 45 页

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? （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第 34 页 共 45 页

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：

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：

?p1.424?N?m? ?N?1??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???jx1'221?jx'220?

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

一、填空题：

1、当s在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩）

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2、三相异步电动机根据转子结构不同可分为___ ____和__ _____两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机）

3、一台6极三相异步电动机接于50HZ的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为_______r/min，定子旋转磁势相对于转子的转速为_______r/min。（950；50；0）

4、三相异步电动机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（主磁通；转子电流的有功分量 ）

5、一台三相异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的转速

_______，定子电流_______，最大转矩_______，临界转差率_______。（减小；增大；减小；不变）

6、三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速_______，定子电流_______。（减小； 增加）

7、三相异步电动机等效电路中的附加电阻是模拟_______的等值电阻。（总机械功率） 8、三相异步电动机在额定负载运行时，其转差率s一般在_______范围内。 （0.01～0.06）

9、对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩_______，最大转矩_______。（增大；不变）

二、判断题

1、不管异步电机转子是旋转还是静止，定、转子磁通势都是相对静止的（ ）。（T） 2、三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗（ ）。 （T）

3、三相异步电动机的最大电磁转矩Tm的大小与转子电阻r2阻值无关（ ）。（T） 4、通常三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。（ ） （T）

5、三相异步电机当转子不动时，转子绕组电流的频率与定子电流的频率相同（ ）。（T）

三、选择题

1、三相异步电动机带恒转矩负载运行，如果电源电压下降，当电动机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩：①

①下降；②增大；③不变；④不定。

2、三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因：③

①异步电动机是旋转的；②异步电动机的损耗大；③异步电动机有气隙；④异步电动机有漏抗。

3、三相异步电动机空载时，气隙磁通的大小主要取决于：①

①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 4、三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：②

①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。

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5、三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：②

①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。 四、简答题

1、三相异步电动机空载运行时，电动机的功率因数为什么很低？

（空载时，I1?I0，而I0?I0a?I0r，其中，I0a为有功分量电流，用来供给空载损耗；I0r为无功分量电流，用来建立磁场。由于I0a??I0r，所以空载电流基本上是一无功性质的电流，因而电动机的功率因数很低。）

?????????1?s'R22、异步电动机等效电路中的附加电阻s的物理意义是什么？能否用电抗或电容

代替这个附加电阻？为什么？

（异步电动机等效电路中的附加电阻代表总机械功率的一个虚拟电阻，用转子电流在

1?s''2R2I2s该电阻所消耗的功率来代替总机械功率（包括轴上输出的机械功率和机械损耗、

附加损耗等）。因输出的机械功率和机械损耗等均属有功性质。因此， 从电路角度来模拟

的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电抗或电容代替这个附加电阻。）

3、异步电动机中的空气隙为什么做得很小？

（异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流

就小。而励磁电流有属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。）

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

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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（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 0 t

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

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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。

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第 39 页 共 45 页

（3） K?UNT1.11?stN???1.375 UstTst0.80.853IstN606?A? ??441?1.375?KIst??UY （4） TstY?1.1???U??2?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。

7-7 一台三相绕线式异步电动机数据为，PN＝11 kW，UN＝380 V，IN＝30.8 A，12N

＝46.7 A，nN＝715 r/min，λm＝2.9。用它来拖动一台绞车，在下放重物时采用发电反馈制动，负载转矩为额定转矩的0.8倍。求： (1) 电机在固有机械特性上的稳定转速。

(2) 如果在转子回路串入其值为转子电阻值3倍的附加电阻，稳定转速为多少? 解：（1）首先，计算额定转差率sN和临界转差率sm，并根据题意画出特性变化图。

sN?n1?n750?715??0.0467 n1750?0.26232 sm?sN?m??2?1?0.0467?2.9?2.9-1?0.1353?0.127??m?0.0083因为0.0083

固有有特性转速 n R=3r2时的转速 ????0.8TN?2?mTN2?TNssm?m 22smss?s?ssm20.8s2?2?msms?0.8sm?0

s2?1.9s?0.0688?0

s1,2??b1?2a2a?1.864b2?4ac?0.95?0.914???0.0360 Tem 0.8TN

因为1. 864>sN ，所以舍去。根据转速与转差率之关系，有：

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??750?723?r/min? n??1?s?n1??1?0.036（2）如果在转子回路串入其值为转子电阻值3倍的附加电阻，且负载转矩不变时，有：

s'?R?r23r?r?r/min? ?s?22?s?4?0.036?0.144r2r2??750?642?r/min? n'??1?s'?n1??1?0.144一、填空题：

1、拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s在_______范围内时，电动机都能稳定运行。 (0?sm)

2、三相异步电动机的过载能力是指______。 (Tm/TN)

3、星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的_______倍。(3)

4、三相异步电动机进行能耗制动时，直流励磁电流越大，则补始制动转距越______。(大)

5、三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1按_______规律调节。 (正比)

二、判断题

1、由公式Tem=CTΦmI’2cosΦ2可知，电磁转矩与转子电流成正比，因为直接起动时的起动电流很大，所以起动转矩也很大。（ ） (F)

3、三相绕线转子异步电动机转子回路串入电阻可以增大起动转矩，串入电阻值越大，起动转矩也越大。（ ） (F)

4、三相绕线转子异步电动机提升位能性恒转矩负载，当转子回路串接适当的电阻值时，重物将停在空中。（ ） (T)

5、三相异步电动机的变极调速只能用在笼型转子电动机上。（ ） (T)

三、选择题

1、与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3）

（1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。

2、 一台三相笼型异步电动机的数据为PN = 20kW，UN = 380V，λT=1.15，ki=6,定子绕组为三角形联结。当拖动额定负载转矩起动时，若供电变压器允许起动电流不超过12IN，最好的起动方法是：（1）

（1）直接起动；（2）Y—△降压起动；（3）自耦变压器降压起动。

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3、一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1）

（1）Tem=TN;(2) Tem=0.81 TN;(3) Tem=0.9TN。

4、三相绕线转子异步电动机拖动起重机的主钩，提升重物时电动机运行于正向电动状态，若在转子回路串接三相对称电阻下放重物时，电动机运行状态是：（3）

（1）能耗制动运行；（2）反向回馈制动运行；（3）倒拉反转运行。

5、三相异步电动机拖动恒转矩负载，当进行变极调速时，应采用的联结方式为：（1）（1）Y—YY；（2）△—YY；（3）正串Y—反串Y。

四、简答题

1、容量为几个千瓦时，为什么直流电动机不能直接起动而三相笼型异步电动机却可以直接起动？

(直流电动机的直接起动电流为Ist?UN/Ra，由于UN??Ra,无论功率大小，Ist都

将达到额定电流的十几倍，甚至几十倍，这是电动机本身所不能允许的，所以直流电动机不能直接起动。三相异步电动机在设计时通常允许直接起动电流为额定电流的5-7倍，加上供电变压器容量通常都能满足小功率三相异步电动机直接起动要求，所以几个千瓦的三相异步电动机可以直接起动。)

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？

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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。

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。

9-2 请谈谈当前为何在大功率场合无刷直流电动机应用上受到一定限制。

答：无刷直流电动机优点突出，但其控制部分较复杂，大功率领域由于成本较高，使得其性价比相对来说在当前是比较差的。

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。

9-6 三相反应式步进电动机为A－B－C－A送电方式时，电动机顺时针旋转，步距

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角为1.5，请填入正确答案：

（1） 顺时针转，步距角为0.75，送电方式为_______； （2） 逆时针转，步距角为0.75，送电方式为_______；

逆时针转，步距角为1.5，送电方式可以是_______；也可以是_______。

答：（1）A－AB－B－BC－C－CA－A；

（2）A－AC－C－CB－B－BA－A；

（3）C－B－A－C，CB－BA－AC－CB。

9-7 五相十极反应式步进电动机为A－B－C－D－E－A通电方式时，电动机顺时针转，步距角1，若通电方式为A－AB－B－BC－C－CD－D－DE－E－EA－A，其转向及步距角怎样？

答：电动机转向仍为顺时针，步距角为0.5。

9-10 交流测速发电机的输出绕组移到与励磁绕组相同的位置上，输出电压与转速有什么关系？

答：交流测速发电机运行时，励磁绕组轴向上是一个脉振磁通势，其大小与电动机转速无关，而只由励磁绕组所加的电压大小而定。输出绕组若移到励磁绕组轴上，其感应电动势就像变压器的二次侧一样，与电动机转速无关，不能成为测速发电机。

??????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

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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 ?1.5NZt240一、简答题：

1、什么叫自转现象？两相伺服电机如何防止自转？(P140)

2、为什么异步测速发电机的输出电压大小与电机转速成正比，而与励磁频率无关？ (答：当励磁绕组上外加励磁电压动时，转子切割脉动磁动路电流

Uf后，产生

If，而

If将建立磁通

?d，当转子转

?d，产生切割电动势Er，Er?Cr?dn，在Er作用下，产生短

Is，Is产生Fr，Fr可分解为Frd和Frq，Frq产生?q，交轴磁通与输出绕组交链

感应出频率与励磁频率相同，幅值与交轴磁通

?q成正比的感应电动势E2，

qrqrr因为：q，所以，2，即输出电压大小正比于测速发电机的转速，而频率与转速无关，为励磁电源的频率。)

3、简要说明力矩式自整角机中发送机和接收机整步绕组中合成磁通势的性质。 (提示：合成磁动势的性质为脉动磁动势。)

5、交流伺服电机有哪几种控制方式？并分别加以说明。

(交流伺服电动机有三种控制方式，它们分别是幅值控制、相位控制和幅相控制。 幅值控制：控制电压和励磁电压保持相位差90度，只改变控制电压幅值。

相位控制：相位控制时控制电压和励磁电压均为额定电压，通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电机的控制。

幅相控制：对幅值和相位都进行控制，通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压相位差控制伺服电机的转速。)

6、简要说明步进电动机动稳定区的概念。

(步进电机的动稳定区是指步进电机从一个稳定状态切换到另一个稳定状态二不失步的区域。)

??F?F?E?nE???n第 45 页 共 45 页