《电机学课后习题解答配王秀和孙雨萍编.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机学课后习题解答配王秀和孙雨萍编.doc（16页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专业资料电机学作业题解（适用于王秀和、孙雨萍编电机学）1- 5何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？答：诸如铁、镍、钻及他们的合金，将这些材料放在磁场后，磁 场会显著增强，故而称之为铁磁材料；铁磁材料之所以磁导率高，是 因为在这些材料的内部，大量存在着磁畴，这些磁畴的磁极方向通常 是杂乱无章的，对外不显示磁性，当把这些材料放入磁场中，内部的 小磁畴在外磁场的作用下，磁极方向逐渐被扭转成一致，对外就显示 很强的磁性，所以导磁性能强。1-9铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是如何产生的？为何铁心采 用硅钢片？答：铁心中的磁滞损耗是因为铁心处在交变的磁场中，铁心反复被磁化，铁心中的小磁畴的磁极方向反复扭转
2、， 致使磁畴之间不断碰 撞，消耗能量变成热能损耗；又因为铁心为导体，处在交变的磁场中， 铁中会产生感应电动势，从而产生感应电流，感应电流围绕着磁通做 漩涡状流动，从产生损耗，称之为涡流损耗，之所以采用硅钢片是因 为一方面因硅钢电阻高，导磁性能好，可降低涡流损耗，另一方面， 采用薄片叠成铁心，可将涡流限制在各个叠片中，相当于大大增加了 铁心的电阻，从进一步降低了涡流损耗。1-13图1-27所示为一铁心，厚度为0.05m,铁心的相对磁导率 为1000。问：要产生0.003Wb的磁通，需要多大电流？在此电流下， 铁心各部分的刺痛密度是多少？解：取磁路的平均长度，上下两边的长度和截面积相等算一段,算作
3、磁路段1,左侧为2,右侧为3。磁路段1长度和截面积：h =2 0.05 0.2 0.025i； = 0.55m，2Ai = 0.05 0.15 = 0.0075mRm1 =175.836 104 A wbuAi10004兀 x10 x 0.0075磁路段2长度和截面积：12 =0.15 2 0.075 = 0.30m，2A2 二 0.05 0.10 二 0.005m ；只皿2=戈4.775 104 AwbUA21000 x 4兀 x 10 x 0.005磁路段1长度和截面积：13 =0.15 2 0.070.30m，A3 =0.05 0.05 = 0.0025m2 ；Rm3= 9.549 1
4、04A；wb13 0puA31000 4二 100.0025总磁阻:= Rm1+ Rm2 + Rm3 =(5.836 4.775 9.549) 102.016 105A-wb磁动势：F Rm =0.003 2.016 105 =604.8A励磁电流：'鑿T51”word完美格式0.1m0.2m0.05m1 t* 11111400 匝11111©0.15m0.15m0.15m在此电流下，铁心各部分的磁通密度分别为:B【0.4TA10.0075A20.05 e 0.03B31.2TA 0.00252- 5变压器做空载和短路试验时，从电源输入的有功功率主要消耗在什么地方？在一、二次
5、侧分别做同一试验，测得的输入功率相同吗？为什么？答：做空载试验时，变压器的二次侧是开路的，所以变压器输入 的功率消耗在一次测的电阻和激磁（励磁）支路电阻上，空载时，变 压器的一次侧电流仅为额定负载时的百分之几， 加之一次侧电阻远远 小于激磁电阻，所以输入功率主要消耗在激磁电阻上。所以，可以认 为空载损耗就是铁耗。短路试验时，二次侧短路，一次侧所加电压很小，铁心损耗忽略 不计，输入功率主要消耗在一、二次测的绕组电阻上，可以认为短路 损耗就是绕组的铜耗。在一、二侧分别做同一试验，如空载试验在额定的电压下；短路 试验在额定的短路电流下，在一、二次测消耗的功率是一样的。2-8 一台三相变压器的额定容量
6、为 SN=：3200kV A,额定电压为35kV/10.5kV , 、二次绕组分别为星形、三角形联结，求：（1）这台变压器一、二次侧的额定电压、相电压及额定线电流；（2）若负载的功率因数为0.85（滞后），则这台变压器额定运行时能带多少有功负载？输出的无功功率又是多少?解:（1） 一、二次侧的额定电压：U1N =35kV ； U1N=10.5kV。额定相电压:U1N厂U； =20.21kV ； U2N厂U1N=10.5kV。额定线电流：I 二N3200 103SN3200 103N3 =52.78A ； I2NN3 =175.95A。Jjn3 35 103. 3U2n3 10.5 103（2）
7、这台变压器额定运行时能带的有功负载：P cos ： =3200 0.85 =2720kW ；输出的无功功率是：Q = S si n =3200 sin （cos0.85） =1685.7kVar。2-12 一台三相变压器，Sn =750kV A，U1N. U2N = 10000V 400V，一、二次绕组分别为星形、三角形联结。在低压侧做空载试验，数据 为U20 =400V，I20 =65A， p。=3.7kW。在高压侧做短路试验，测出数 据为 Uik=450V，Iik =35A， Pk=7.5kW。R 二 R?，X-X，求变压器 参数（实际值和标幺值）。解：变压器的变比为：k =10000 3
8、 =14.434 ；400750 103I_ I _ SN11N1N.,3U1n 3 10000二 43.3A ,U10000 - 3 =133.33"。I1N43.3由空载试验得：ZmU_I 20 / V320=_400"0.659，65 .3Po 33700 322 二 0.876 :，120 打 65 , 3XmZm=k2 Z=14.4342 10.659 = 22207,Rm =kRm =14.434- 0.876 =182.51，|Z IXm =k2xm =14.4342 10.623 =22132，Z：-Z1b公匹=16.65，133.337养理二竺邑十69 ,
9、 xm=蚣二述=16.599Z1b133.337Z1b 133.337Xk11k3511k35Z2 2 R： = J7.4232 2.042 =7.137。,，所以，算出的短路阻抗不需归算,Zk35因短路试验在咼压侧做的，Zk 环0557，kZ1b戌哙=恚=0.0153，x:=XkZib7.137133.337= 0.0535=J|zm|2 _£ =(10.6592 -0.8762 = 10.6230，=1.02' 13-14 一台直流电机的极对数p= 3，单叠绕组，并联支路数2a= 6 , 电枢总导体数乙= 398匝，气隙每极磁通=2.1 10-2Wb，当转速分别 为150
10、0r/min 和500r/min 时，求电枢感应电动势的大小。若电枢电 流la=10A磁通不变，电磁转矩是多大？解: ( 1)邑二S=6.63 ,C±Z=A298= 63.34 ；60a60x32a兀 2汇3=兀当 n1500r min 时,Eai = Ce：m = 6.63 2.1 10 150 208.9V ；n2 =500r.min 时，Ea1 二 CJF =6.63 2.1 10J 50 69.6V。(2) Te =CtI a =63.34 2.1 10- 10 =13.30N m。3-15 一台他励直流电动机的额定数据如下：Pn = 6kW , U N = 220V ,nN
11、 = 1000 r. min , pa =500W , p® -100W , p。=395W。计算额定运行时电动机的T。、Tn、Pe、n解:F0F0395汇 60T0003.77N m,Q 2二 n 2 二 100060P NRQ " 2二 n6103602二103=57.3N m ,60PN P0 =巳,R =395 6000 =6395W =6.395kW ,PnPn ' Pcua - Pcuf ' P。60006000 500 100 395= 85.77%答：直流电机主磁路包括定子轭、主磁极、气隙、转子齿、转子轭五部分，其中，定子轭、主磁极、转子齿、
12、转子轭四部分由导磁材 料(硅钢或铸钢)构成，导磁性能很好，磁路不饱和时，这几部分消 耗的励磁磁动势较小，所以，励磁磁动势主要消耗在不导磁的气隙段nN = 1500r, min ,定子采用4-10 一台三相同步发电机，f=50Hz ,专业资料双层短距分布绕组，q=3 , yr/. = 8 9，每相串联匝数N =108,星形联 结，每极磁通i = 1.015"0，Wb，试求：（1）该发电机的极数；（2）定子槽数；（3）基波绕组系数kwi ；（4）基波相电动势和线电动势。解：（“因为对同步电机有.“込罟，故P=¥£=2，即 2p= 4 ;(2) Q= 2pT= 2mpq
13、= 2 2 9= 36 槽;(3)t= 9 , y1 = 8, q = 3 ,a=丄斗込® ,Q36kpEn*90®#900.985 ,.qa . 3 20csinsinkd1 =二“96 ；qsin3 sin -2 2=10 ；636word完美格式kw1 = kp1 ken = 0.985 0.96 二 0.946 ;(4) E©1 =4.44fN Qkw1 =4.44汇50江108汉1.015><10'汉0.946 =230.22V ；E 1 3eL1 = v 3 230.22 二 398.75V。4-14 一台三相 6000kW气轮发电
14、机，2p= 2 ,f=50Hz , U n = 6.3kV , cos，0.8，星形联结，双层绕组定子槽数 Q=36，并联支路数a= 1 , y1 = 15，线圈由一匝组成，求额定电流时：（1）一相绕组所产生的基波磁动势幅值;（2）基波三相合成磁动势的幅值解:Q _362pm 2 1 3oc =p 360；Q1 360''kp1 = sin 仏 90T专业资料.q a .6 1015sin sin=sin 90 = 0.966 ,kdi = =20.956 ,18d1 、 a.10、'qsi n6 汉 sin 2 2kwi = kpi 匕1 = 0.966 0.96 =
15、 0.927(1) I60003U cos6300-687.32A0.8F 1 二 0.9Nkw1P= 0.92pqNK1PI =0.9 2 1 6 O.927 687.32 =6881.14 安1匝；(2)基波三相合成磁动势的幅值F，3F1=? 6881.14=10321.71屮2屮2安匝。5- 5说明转子归算和频率归算的意义，归算是在什么条件下进行 的？答：转子归算的目的是将电机转子侧的量用定子侧的量表示，最终得到定子、转子统一的等效电路，因为定、转子侧只有磁场的藕合 关系，没有电的联系，如不进行归算，定子和转子的电路是分离的， 计算电机的运行参数很不方便，如果通过等价变换一归算，就能将电
16、 机定子和转子的参数和电路画到一个电路中， 就可以用这个等效电路 来计算电机的运行参数，很方便。频率归算就是用一个电阻为R/s的静止转子代替原来电阻为 R的旋转转子，而保持定转子的电磁性能 不变。转子归算就是用定子的绕组匝数计算转子侧的运行参数，而保持转子侧的磁动势不变，由于保持归算前后的电磁性能不变，所以， 各种功率、各种损耗、转矩等归算前后均不变。5-14设有一台50Hz 8极的三相感应电动机，额定转差率Sn =0.044，该电动机的同步转速是多少？额定转速是多少？当该电动 机运行在700r/min时，转差率是多少？当该电动机在起动时，转差 率是多少？解：该电动机的同步转速是：ns二空二6
17、0 50 =750 r min，额定转P 4速是：nN二订-s ns = 1 -0.044 750=717r；min ；当该电动机运行在700r/min时，转差率是：s= 75口00 = 0.0667，当该电动机在ns750起动时，n= 0，转差率是：s=i。ns7505-17已知一台三相感应电动机的数据如下：Un= 380V，定子三角形联结，频率为50HZ,额定转速nN =1426rfmin , R = 2.86Q ,人；_ 二 7.71 Q, R2 = 2.82 Q ,X= 11.75 Q , Rm 忽略不计，Xm = 202 Q。试求：(1) 极数；(2) 同步转速；(3) 额定负载时的
18、转差率和转子频率；(4) 汇出T形等效电路并计算额定负载时的11 , R , cos 1和12。解：(1)因n60，故p= -60f，电机的额定转速与同步转速之P足间相差不多，故p二 型:60f二60 =2.1，取整数p = 2 , 2p= 4，所 nsnN1426以极数为4；(2)同步转速：ns = 60f =1500r. min;p 2(3)额定负载时的转差率:s=ns - n _ 1500 -1426ns1500二 0.0493 ；转子频率：f2 =0.0493 50 = 2.465Hz ；(4)TI2.8657.712.82' 111.75.1O-22o2| 54.381题5-
19、17图T型等效电路设以电源电压U为参考相量，即U = 380 0，由T型等效电路得:U1380 011 =xm乙二 2.865j7.71 j202 / 57.2j11.753802.865 j7.71j20257.2 j11.75380-44.78 -j 16.14Xm Z2C= 7.98-19.82j 202j 20257.2 j 11.75j20257.2 j11.75皿8 -19.82j2057.2 j11.75 7 -19.82202 90'221.27 75.02-7.98 -19.82： 0.913 14.98 =7.285 - 4.84故 1笃=7.285 175.16R
20、cos巴=3x380x7.92 cos（19.82 ）= 8558.3W。5-20 一台感应电动机，额定电压为 380V,定子三角形联结，频 率为50Hz,额定功率为7.5kW时，额定转速为960r/min ,额定负载时 cos 1 =0.824，定子铜耗为474VY铁耗为231W机械损耗为45W附加 损耗为37.5W,试计算额定负载时：（1）转差率；（2）转子电流频率；（3）转子铜耗；（4）效率；（5）定子电流。解:（ 1）转差率：p=60f ,.6 = 6L0=3.125，取 p 为整数 3,则ns60fP60 50-10001000 -9601000= 0.04nsnN960word完美
21、格式R=B+送 p= 7500+1103.44 = 8603.44W,R1103.448603.44= 87.17%（5）定子电流：=8603.44/5.86A 。J3U1COSW1 J3x 380x0.8246- 1同步电机有哪几种运行状态，如何区分？答：同步电机有发电机、电动机、补偿机三种运行状态。当 > 0,为发电机运行状态；当:< 0,为电动机运行状态；当:=0,为补 偿机运行状态。6-10 有一台 70000kV A、60000kW、13.8 kV （星形联结）的三 相水轮发电机，交、直轴同步电抗的标幺值分别为 Xd =1.0、0.7 , 试求额定负载时发电机的励磁电动势
22、 E0 （不计磁饱和与电枢电阻）。解：功率因数：cos 二 Rn 二 60000 = 0.857 ；即=arccos(0.857) =31 ； SN70000sin二sin3T =0.515 ;以端电压为参考相量 U* =1 0 , I* =1-31； =0.857 - j0.515 ;从相量图得：eQ =U* j I*Xq -1.0 j0.7 -31 =1.36 j0.6 =1.486 23.8 ;故沖=23.8 ；则由图可知内功率因数为：'- 0 = ：、=31： 238 =54.8 ；电流直轴分量：Id* =l*sin'- 0 =1 sin 54.8 =0.817 ；由于
23、E；、eQ和jl： Xd -Xq均为同相，故E；为E；二 E； l；（X； -X；） =1.486 0.817（1-0.7）=1.731;6-25 某工厂电力设备的总功率为4500kW , cos 0.7 （滞后） 由于发展生产、欲新添一台500kW的同步电动机，并使工厂的总功 率因数提高到0.9 （滞后），问此电动机的容量及功率因数应为多少？（电动机的损耗忽略不计）。解：添加同步电动机前：S二兰00 =6428.57 kV A ；cos®0.7Q 二 Ssin =6428.57 sin（arccos0.7） =4590.91 kVar。添加同步电动机后：PP R =4500 500
24、 =5000 kW ； cos > 0.9 （滞 后）；” R 5000S5555.56 kV A ；cos®"0.9Q' S sin =5555.56 0.4359 = 2421.61 kVar ； 故Q =Q-Q= 2421.61-4590.91 = -2169.3 kVar ；S = Jp2 +Q2 = 500（-2169.3 ） = 2226.2 kV A。R 500cos t -0.225。St2226.27- 1反应式步进电机与永磁式步进电机有何区别？答：反应式步进电机转子铁心及定子铁心上有小齿，定转子齿距相等，转子铁心上没有绕组。永磁式步进电机定
25、子上有二相或多相绕 组，转子为星形永磁磁极，极数与每相绕组的极数相等。7-7何为压电效应？超声波电机是如何利用压电效应工作的？答:在机械力的作用下，某些电介质晶体因其内部带电粒子相对 移动而发生极化，介质两端面上出现极性相反的电荷，电荷密度与外力成正比。这种由于机械力的作用而使介质发生极化的现象，称之为正压电效应。反之，将一电介质晶体置于电场中，晶体内部正负电荷 受外部电场影响而移动，导致晶体发生变形，这一效应称为逆压电效 应。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。超声波电机就是利用逆压电效应工作的。采用压电晶体材料，使之产生逆压电效应，使某部分做椭圆运动，从而拨动转子作旋转运动。8- 2 电
26、机中的绝缘材料分几类？对应的允许工作温度为多少？答：在电工技术中，将绝缘材料按其允许工作温度分成若干个等级：A、E、B、F、H级，它们的允许工作温度分别为：105、120、130、155 和 180°G8-3 测量电机绕组温度的方法有哪几种？测量结果有什么不同？答：（1）温度计法。该方法直接测量温度，非常简便，但只能测量电机各部分的表面温度，无法得到内部的最高温度和平均温度。（2）电阻法。绕组的电阻R随温度t的升高而增大，满足以下规律：R二，式中，R为温度为t0时绕组的电阻。对于铜线， T0 t0T。=234.5 ；对于铝线，245。利用该规律可以进行绕组温度的测量。 该方法测定的是
27、绕组的平均温度。（3）埋设温度计法。在进行电机装配时，可在预计工作温度最高的地方埋设热电偶或电阻温度计。该方法可测得接近于电机内部最 热点的温度。1 1X1 =X2 Xk =3.571， R1 = R2R,3- 3直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁动势 主要消耗在哪一部份?答：直流电机的主磁路包括气隙、电枢齿、电枢轭、磁极、磁轭 五部分；磁路未饱和时，励磁磁动势主要消耗在电机的气隙上。3803802865 . -7 7111795.66-78.39： 一 2.865j7.7153.28-153.41；j .221.40 75.02；7.98-19.82；47.6 19.82cos 1 二 cos(19.8<) =0.941（2） 转子电流频率：f2 =sf, =0.04 50 =2Hz（3） 转子铜耗：R 严 F2 - Pmec Pad 二 7500 45 - 37.5 二 7582.5W，因 Fe = 1sPPcu2 - sR I,故 Pcu2=*R 产T00 7582.5= 315.94W1 s 一 1-0.04（4）效率：P = Pcu1 - Pcu2 - PFe Pmec Pa 474 315.94 231 45 37.5 = 1103.44W