电机学课后习题测验解答(配王秀和孙雨萍编)

《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、钴及他们的合金，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，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，算作磁路段1，左侧为2，右侧为3。磁路段1长度和截面积：，；磁路段2长度和截面积：，；磁路段1长度和截面积：，；总磁阻：磁动势：励磁电流：在此电流下，铁心各部分的磁通密度分别为：2-5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为,额定电压为35kV/10.5kV，一、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：；。额定相电压：；。额定线电流：；。（2）这台变压器额定运行时能带的有功负载：；输出的无功功率是：。2-12一台三相变压器，，，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，，。在高压侧做短路试验，测出数据为，，。，，求变压器参数（实际值和标幺值）。解：变压器的变比为：；，。由空载试验得：，，，，，，，，，，，，因短路试验在高压侧做的，所以，算出的短路阻抗不需归算，，，，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。3-14一台直流电机的极对数，单叠绕组，并联支路数，电枢总导体数匝，气隙每极磁通，当转速分别为1500r/min和500r/min时，求电枢感应电动势的大小。若电枢电流Ia=10A，磁通不变，电磁转矩是多大？解：（1），；当时，；时，。（2）。3-15一台他励直流电动机的额定数据如下：,,,,,。计算额定运行时电动机的、、、。解：，,，，。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、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。4-10一台三相同步发电机，，,定子采用双层短距分布绕组，，，每相串联匝数,星形联结，每极磁通，试求：（1）该发电机的极数；（2）定子槽数；（3）基波绕组系数；（4）基波相电动势和线电动势。解：（1）因为对同步电机，有，故，即；（2）槽；（3）,，，，，；；（4）；。4-14一台三相6000kW汽轮发电机，，，,，星形联结，双层绕组定子槽数，并联支路数，，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：，；，，（1）安匝；（2）基波三相合成磁动势的幅值安匝。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—归算，就能将电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R2/s的静止转子代替原来电阻为R2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，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：，额定转速是：；当该电动机运行在700r/min时，转差率是：，当该电动机在起动时，，转差率是：。5-17已知一台三相感应电动机的数据如下：，定子三角形联结，频率为50Hz，额定转速，，,,,忽略不计，。试求：（1）极数；（2）同步转速；（3）额定负载时的转差率和转子频率；（4）汇出T形等效电路并计算额定负载时的，，和。解：（1）因，故，电机的额定转速与同步转速之间相差不多，故，取整数，，所以极数为4；（2）同步转速：；（3）额定负载时的转差率：；转子频率：；（4）题5-17图T型等效电路设以电源电压为参考相量，即，由T型等效电路得：故。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，定子铜耗为474W，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：，取p为整数3，则，（2）转子电流频率：（3）转子铜耗：，因，，故（4）效率：,（5）定子电流：。6-1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70000、60000、13.8（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、，试求额定负载时发电机的励磁电动势（不计磁饱和与电枢电阻）。解：功率因数：；；；以端电压为参考相量，；从相量图得：；故；则由图可知内功率因数为：；电流直轴分量：；由于、和均为同相，故为；6-25某工厂电力设备的总功率为4500，（滞后）。由于发展生产、欲新添一台500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：；。添加同步电动机后：；（滞后）；；；故；。。7-1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180oC。8-3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：，式中，为温度为时绕组的电阻。对于铜线，；对于铝线，。利用该规律可以进行绕组温度的测量。该方法测定的是绕组的平均温度。（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。ii400匝0.15m0.15m0.15m0.1m匝0.2m匝0.05m匝