《电机与拖动》电机与电气控制技术-第3版答案

1习题集第一章变压器1-1在分析变压器时，对于变压器的正弦量电压、电流、磁通、感应电动势的正方向是如何规定的？答：1）电源电压。U正方向与其电流。I正方向采用关联方向，即两者正方向一致。2）绕组电流。I产生的磁通势所建立的磁通。φ，这二者的正方向符合右手螺旋定则。3）由交变磁通φ产生的感应电动势产，二者的正方向符合右手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。1-2变压器中的主磁通和漏磁通的性质和作用是什么？答：交变磁通绝大部分沿铁心闭合且与一、二次绕组同时交链，这部分磁通称为主磁通。φ；另有很少的一部分磁通只与一次绕组交链，且主要经非磁性材料而闭合，称为一次绕组的漏磁通。σφ1。根据电磁感应定律，主磁通中在一、二次绕组中分别产生感应电动势1E和2E；漏磁通。σφ1；只在一次绕组中产生感应电动势1E，称为漏磁感应电动势。二次绕组电动势2E对负载而言即为电源电动势，其空载电压为20U。1-3变压器空载运行时，空载电流为何很小？答：变压器空载运行时，原边额定电压不仅降落在原边电阻r1上，而且还有漏磁压降，还有主磁通产生的压降，由于-1E很大，或者说Zm=rm+jxm很大，致使励磁电流很小。1-4一台单相变压器，额定电压为220V／110V，如果将二次侧误接在220V电源上，对变压器有何影响？答副边励磁电流将非常非常大。因为原边接额定电压时主磁通φm为设计值，铁心磁路接近饱和，最大磁密Bm接近饱和值；这时副边电压为U2≈E2，即E2=110V。不慎把到边接到220V时，副边漏阻抗也很小，电压与电势近似相等，因此有E2≈U2＝220V，与原边接220V时相比，副边电势大小增大到原来的二倍。我们知道，E2＝4.44fw2φm因此φm也增大到原来的二倍，磁密Bm也增大到原来的二倍。正常运行时Bm已到了磁化曲线的拐弯点，Bm增加一倍，励磁磁动势将急剧增加，励磁电流由副边提供，励磁电流非常大，会数倍于额定电流。l-5一台单相变压器，额定容量SN＝250kV·A，额定电压U1N／U2N＝10kV／0.4kV，试求一、二次侧额定电流为I1N、、I2N。2解：原边额定电流I1N=SN/U1N=250/10=25A副边额定电流I2N=SN/U2N=250/0.4=625A1-6有一台三相变压器，SN＝250Kv·A，U1N／U2N＝6kV／0.4kV，Yyn联结，求一、二次绕组的额定电流。解：原边额定电流I1N=SN/3U1N=250/3×6=24A副边额定电流I1N=SN/3U2N=250/3×0.4=361A1-7有一台三相变压器，SN＝5000kV·A，U1N／U2N＝10.5kV／6.3kV，Yd联结，求一、二次绕组的额定电流。解：原边额定电流I1N=SN/3U1N=5000/3×10.5=275A副边额定电流I1N=SN/3U2N=5000/3×6.3=458.2A1-8如图l-28为变压器出厂前的“极性”试验。在A-X间加电压，将X、x相连，测A、a间的电压。设定电压比为220V／110V，如果A、a为同名端，电压表读数是多少？如A、a为异名端，则电压表读数又应为多少解：A、a为同名端电压表读数是110VA、a为异名端电压表读数是330V1-9试用相量图判断图1-29的联结组号。解：Yd1131-10有一台三相变压器，其一、二次绕组同名端及标志如图1-30所示，试把该变压器联结成Yd7和Yy4。解：1-11三相变压器的一、二次绕组按图l-31所示联结，试画出它们的线电动势相量图，并判断其联结组别。解：a)Y/△-7b)Y/Y-4c)△/Y-3d)△/△-101-l2三相变压器并联运行条件是什么？为什么？答：变压器并联运行的条件：Yd7Yy441）并联运行的各台变压器的额定电压与电压比要相等。否则，并联变压器未带上负载前（即空载时）其一、二次绕组内都产生环流。2）并联运行变压器的联结组别必须相同，如果不相同，将引起两台并联变压器二次绕组线电压相位不同，致少使其相位差为300，由此产生很大的电压差，于是在变压器二次绕组中产生很大的空载环流。3）并联运行的各变压器的短路阻抗的对应值要相等。这样才能在带上负载时，各变压器所承担的负载按其容量大小成比例分配，防止其中某合过载或欠载，使并联组的容量得到充分发挥。l-13自耦变压器的主要特点是什么？它和普通双绕组变压器有何区别？答：自耦变压器的主要特点是一、二次绕组共用一个绕组。普通双绕组变压器，其一、二次绕组是两个独立的绕组，它们之间只有磁的联系，而没有电的直接联系。l-l4仪用互感器运行时，为什么电流互感器二次绕组不允许开路？而电压互感器二次绕组不允许短路？答：1）电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。若二次绕组开路，则电流互感器成为空载运行状态，此时一次绕组中流过的大电流全部成为励磁电流，铁心中的磁通密度猛增，磁路产生严重饱和，一方面铁心过热而烧坏绕组绝缘，另一方面二次绕组中因匝数很多，将感应产生很高的电压，可能将绝缘击穿，危及二次绕组中的仪表及操作人员的安全。为此，电流互感器的二次绕组电路中绝不允许装熔断器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短2）电压互感器在运行时二次绕组绝不允许短路，否则短路电流很大，会将互感器烧坏。为此在电压互感器二次侧电路中应串联熔断器作短路保护。l-15电弧焊对弧焊变压器有何要求？如何满足这些要求？答：l）为保证容易起弧，空载电压应在60－75V之间。为操作者安全，最高空载电压应不大于85V。2）负载运行时具有电压迅速下降的外特征，如图l－25所示。一般在额定负载时输出电压在30V左右。3）为满足不同焊接材料和不同焊件要求，焊接电流可在一定范围内调节。4）短路电流不应过大，且焊接电流稳定。基于上述要求，弧焊变压器具有较大的电抗，且可以调节。为此弧焊变压器的一、二次绕组分装在两个铁心柱上。为获得电压迅速下降的外特性，以及弧焊电流可调，可采用串联可变电抗器法和磁分路法，由此磁生出带电抗器的弧焊变压器和带磁分路的弧焊变压器。5第二章三相异步电动机2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且nn1。2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。2-5当三相异步电动机转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？答：三相异步电动机转子电路开路时，电动机是不能转动的。这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流，建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割，在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。2-6何谓三相异步电动机的转差率？额定转差率一般是多少？起动瞬间的转差率是多少？答：三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速n1与转子转速n之差即转速差n1n与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即S=（n1n）/n1。额定转差率SN=0.01~0.07，起动瞬间S=1。2-7试述三相异步电动机当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程，最终使电动机稳定运行在更低转速下。答：三相异步电动机原稳定工作在nA转速下运行，当机械负载增加时，由于负载转矩大于电磁转矩，电动机转速n将下降，由于n的下降，使转子导体切割定子磁场运动加大。转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大，直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速nB下运动，且nBnA。62-8当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？答：当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通，而当定子绕组外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常数。为此，定子电流也应随转子电流的增加而增加，以增加的定子电流产生的磁通势来抵消转子电流增加所产生的去磁作用。2-9三相异步电动机在空载时功率因数约为多少？当在额定负载下运行时，功率因数为何会提高？答：三相异步电动机空载时功率因数约为0.2以下。当在额定负载下运行时，转子电流有功分量，相对应的定子电流的有功分量也增加，使功率因数提高。2-10电网电压太高或太低，都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏，为什么？答：由U1E1=4.44f1N1K1m，当电源频率一定时，电动机的每极磁通m仅与外加电压U1成正比。当电网电压太高时，m相应加大使电动机磁路饱和，定子励磁电流加大，定子电流加大，在过大的定子电流作用下将定子绕组烧坏。当电网电压过低时，m过小，电动机电磁转矩过小，在负载作用下，电动机转速n迅速下降，甚至发生堵转，致使电动机定子电流加大，也会使异步电动机定子绕组过热而损坏。2-11三相异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有何关系，若电源电压下降20%，电动机的最大转矩和起动转矩将变为多大？答：由公式21222122USRTCfRSx（）可知电动机的电磁转矩T与电源电压U1平方成正比。若电源电压下降20%，即为额定电压的0.8，此时电动机的最大转矩Tm随U12成比例下降，即为额定电压下电动机最大转矩的0.64倍。同理，此时电动机的起动转矩Tst也与U12成正比，起动转矩也只为额定电压下电动机起动转矩的0.64倍。2-12为什么在减压起动的各种方法中，自耦变压器减压起动性能相对较好？答：自耦变压器减压起动不受电动机绕组接线方式的限制，而且可以按容许的起动电流和所需要的起动转矩来选择不同的抽头，适合起动容量较大的电机。所以其起动性能相对较好。2-13三相笼型异步电动机定子回路串电阻起动和串电扰起动相比，哪一种较好？答：串电阻减压起动在起动时电能损耗较大，对于小容量电动机采用串电抗减压起动为好。2-14对于三相绕线转子异步电动机转子串合适电阻起动，为什么既能减小起动电流，又能增大起动转矩？串入电阻是否越大越好？答：转子起动电流222222/STIERX起动转矩22222/StTRRX所以串入合适的电阻起动时，能减小起动电流，又能增大起动转矩。串入电阻并不是越大越好，当起动转矩达到最大转矩后再增大串入转子电阻，起动转矩反而7减小。2-15在桥式起重机的绕线转子异步电动机转子回路中串接可变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，调节转子可变电阻可获得重物提升或重物