电机学

现代远程教育《电机学》课程学习指导书作者：辛小南第一章导论(一)本章学习目标1．了解电机的定义，电机在国民经济中的作用，以及电机的分类；2．理解铁磁材料的基本特性；3．熟练掌握电机分析中常用的基本电磁定律，磁路的基本定律。（二）本章重点、要点全电流定律；电磁感应定律；电磁力定律；磁路的欧姆定律；铁磁材料的磁导率以及铁磁材料的磁滞和涡流现象，磁滞损耗和涡流损耗。（三）本章练习题或思考题1．电机和变压器的磁路常用什么材料制成？2．涡流损耗是什么原因引起的？如何减小涡流损耗？3．自感系数的大小与哪些因素？一个空心线圈与一个绕在闭合铁心上的线圈，哪一个自感系数大？第二章直流电机(一)本章学习目标1．了解直流电机的基本结构、额定值；电刷以及换向器在直流电机中的作用；直流电枢绕组(单叠和单波)的联接规律；他(并)励直流电动机的工作，他(并)励直流电动机起动和调速方法；2．理解直流电机的基本工作原理以及直流电枢绕组的联结规律；直流电机的磁场以及励磁方式；换向的定义，换向过程中存在的电动势以及改善换向的方法。3．掌握电枢反应的定义，交轴电枢反应对气隙磁场的影响；电动势以及电磁转矩的计算公式；直流发电机以及直流电动机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式以及功率平衡方程式；他励直流发电机以及并励直流发电机的运行特性的定义，运行特性曲线以及特性曲线成形的原因；并励直流发电机自励建压的条件；直流电动机机械特性的定义，重点掌握他(并)励直流电动机的自然机械特性(固有机械特性)。4．学会根据直流发电机以及直流电动机的基本方程式进行计算。（二）本章重点、要点直流电机的空载磁场，电枢反应的定义以及电枢反应对电机气隙磁场的影响。直流发电机、直流电动机的基本方程式以及运行特性、机械特性。并励直流发电机自励建压的条件以及自励建压的过程；直流电动机的起动方法和调速方法；（三）本章练习题及思考题1．试判断下列情况下，电刷两端的性质(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；2．何谓主磁通：何谓漏磁通？何谓电枢上的几何中性线？何谓换向器上和几何中性线？3．直流发电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机的额定空载电动势是230V，试问在下列情况下电动势的变化如何？(1)磁通减少10%(2)励磁电流减少10%；(3)磁通不变，转速增加20%；(4)磁通减少10%，同时电机的转速增加20%。3．一台4极单叠绕组的直流电机，问：(1)如果取出相邻的两组电刷，只用剩下的另外两只电刷是否要可以？对电机的性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供给多大负载(用额定功率的百分比表示)？(2)如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？此时发电机供给多大负载?(3)若只用相对的两组电刷是否能运行？(4)若有一极失磁，将会产生什么后果？4．何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？5．直流电机有哪些励磁方式？对不同励磁方式的发电机和电动机的电流I、aI、fI之间的关系是什么？6.如何判断直流电机是运行于发电机还是电动机状态？他励直流电动机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？为什么并励发电机的电压变化大于他励发电机的电压变化率？7．并励发电机正转时能自励，反转时还能自励吗？8．什么叫做换向？换向极的作用是什么？它装在位置？如何确定它的极性？它的绕组应该如何联接？9．已知某直流电动机的铭牌数据如下：额定功率NP=75kW，额定电压NU=220V，额定转速Nn=1500r/min，额定效率%5.88N。试求该电机的额定电流。10．已知某直流发电机的铭牌数据如下：额定功率NP=240kW，额定电压NU=460V，额定转速Nn=600r/min，额定效率%87N。试求该电机的额定电流以及输入功率。11．一台并励直流发电机NP=26kW，NU=230V，Nn=960r/min，2p=4，单波绕组，电枢导体总数Na=444根，额定励磁电流IfN=2.592A，空载电压时的磁通0174.00Wb。电刷安放在几何中性上，忽略交轴电枢的去磁作用，试求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。12.一直流电机并联于U=220V电网上运行，a=1,p=2,Na=398根,nN=1500r/min,Φ=0.0103Wb，电枢回路总电阻(包括电刷的接触电阻)Ra=0.17Ω,IfN=1.83A，pFe=276W，pmec=379W，杂散损耗pad=0.86%P1，试问：此直流电机是发电机还是电动机运行？计算电磁转矩和效率？13．一台并励电动机，NP=5.5kW，NU=110V，IN=58A，Nn=1470r/min，Ra=0.15Ω(包括电刷接触电阻)，Rf=138Ω。试求：(1)电动机的额定输出转矩；(2)在额定电流时的电磁转矩。第三章变压器(一)本章学习目标1.了解变压器的基本结构、额定值；了解电流互感器和电压互感器的工作原理以及使用时的注意事项。2.理解变压器的基本工作原理以及磁势平衡在变压器功率传递中的作用；三相变压器电路和磁路的特点，三相变压器磁路系统以及电路系统对空载电动势的影响。3.掌握分析变压器的三种基本方法(基本方程式、T型等效电路以及相量图)；变压器的运行特性；利用实验的方法测定变压器的参数测定、标么值的的定义以及计算，变压器的运行特性的定义以及计算公式。变压器理想并联运行的条件以及并联运行时负载的分配规律；4.学会运用实验的方法计算变压器参数；变压器电压变化率的计算以及效率的计算；并联运行的变压器负载分配的计算。（二）本章重点、要点基本方程式、等值电路以及相量图；磁动势平衡的概念以及磁动势平衡在功率传递中的作用；绕组归算的定义、原则以及方法；电压变化率以及效率的计算公式；变压器的参数测定以及标么值的计算；并联运行的变压器负载分配的计算。（三）本章练习题及思考题1．变压器中的主磁通与漏磁通的作用有什么不同？2．变压器有哪些主要额定值？一、二次侧的额定电压的含义是什么？3．什么叫绕组折算？绕组折算的原则是什么？绕组折算的方法？4．试说明磁动势平衡的概念？为什么当变压器二次侧的电流增加时一次侧的电流也会随之增加？5．为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，而短路损耗可以近似地看成是铜耗？在变压器高压侧测出的空载损耗和在变压器低压侧测出的空载损耗是否相同？6.如何确定三相变压器的联接组？试说明为什么三相变压器组还能采用(Y，y)联接，而三相心式变压器又可以呢？为什么三相变压器中希望有一侧的绕组接成三角形？．7．一台三相变压器，高低压绕组同名端和高压绕组的首末端标记如右图所示。试将该变压器联接(Y，d7)、(Y，y4)和(Y，d5)，并画出它们的相量图。8．试画出下图所示各变压器的高、低方电动势的相量图，并根据相量图判断其联接组。ABCD9．有一台(Y,d)联接的三相变压器，一次侧加上对称正弦电压，试分析：(1)一次侧相电流中有无3次谐波？(2)二次侧相电流和线电流中有无3次谐波？(3)主磁通中有无3次谐波？(4)一次侧相电压和线电压中有无3次谐波？(5)二次侧相电压和线电压中有无3次谐波？10．何谓变压器的电压变化率？影响变压器电压变化率的因素有哪些？11．变压器并联运行需要满足哪些条件？12为什么电压互感器不允许短路，而电流互感器不允许开路？13．有一台单相变压器，额定容量SN=250kVA，额定电压U1N/U2N=10/0.4kV，试求一，二次侧的额定电流。14.有一台三相变压器，额定容量SN=5000kVA，额定电压U1N/U2N=10/6.3kV，(Y,d)联接，试求：(1)变压器的变比；(2)一、二次的额定电流；(3)一、二次侧的额定相电压和额定相电流。15.有一台三相变压器，额定容量SN=100kVA，额定电压U1N/U2N=10/0.4kV，(Y,y)联接，试求：(1)变压器的变比；(2)一、二次的额定电流；(3)一、二次侧的额定相电压和额定相电流。16.有一台单相变压器，额定容量SN=5000kVA，额定电压U1N/U2N=35/6.6kV。铁心有效面积为1120cm2,铁心中磁通密度的最大值Bm=1.45T，试求高、低绕组的匝数以及该变压器的变比。17．一台三相电力变压器，(Y，y)联接，额定容量SN=1000kVA，额定电压U1N/U2N=10/0.4kV，(Y,y)联接。在高压方加电压进行短路试验，Uk=400V,Ik=57.7A,pk=11.6kW。试求：(1)短路参数Rk、Xk、Zk；(2)当此变压器带I2=1155A,8.0cos2(滞后)负载时，低压方的电压U2。17.有一台三相变压器，额定容量SN=5600kVA，额定电压U1N/U2N=10/6.3kV，(Y,d11)联接。变压器的空载实验及短路实验数据为：实验名称线电压U1/V线电流I1/A三相功率P/W备注空载63007.46800电压加在低压侧短路550323.3618000电压加在高压侧试求：(1)变压器参数的实际值及标幺值，并画出变压器的T型等效电路；(2)求满载且8.0cos2(滞后)时的电压变化率、二次侧电压U2及效率。(3)求8.0cos2(滞后)时的最大效率。19.某变电所有两台变压器，数据如下：第Ⅰ台：SN=3200kVA，U1N/U2N=35/6.3kV，*kZ=6.9%；第Ⅱ台：SN=5600kVA，U1N/U2N=35/6.3kV，*kZ=7.5%。试求：(1)两台变压器并联运行，输出总功率为8000kVA时，每台变压器就分担多少？(2)在没有任何一台变压器过载的情况下，两台变压器能够承担的最大负载为多少？此时变压器的利用多少？交流电机绕组的基本理论(二)本章学习目标1．了解三相交流绕组的基本要求；2．理解有关交流绕组的技术术语以及三相单层和三相双层交流绕组的联接规律；3．掌握交流绕组基波电动势的计算、单相交流绕组磁动势的性质、脉振磁动势的分解、三相交流绕组磁动势的合成；（二）本章重点、要点分布系数和短路系数的物理意义以及计算公式；正弦分布磁场下的绕组电动势的计算；单相交流绕组磁动势的性质，单相脉振磁动势的分解，当三相对称交流通入三相对称交流电流时，合成基波磁动势的性质、最大幅值的计算，最大幅值的位置，合成磁动势的转速以及转向。（三）本章练习题及思考题1．双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？2．把三相感应电动机拉到电源的三个接线头中的任意两个对调后，电动机的转向是否会改变？为什么？3．名词解释：电角度；极距；每极每相槽数；槽距角。4．短距系数和分布系数的物理意义是什么?5．定子绕组磁场的转速与电流频率和极对数有什么关系？50Hz的三相电机，通入60Hz的三相对称电流，如电流的有效值不变，相序不变，试问三相合成磁动势基波的幅值、转速和转向是否会改变？6．一台三相同步发电机，f=50Hz，nN=1500r/min，定子采用双层短距分布绕组，q=3,981y，每相串联匝数N=108，Y联接，每极基波磁通2110015.1Wb。试求：(1)电机的极数；(2)定子槽数；(3)基波绕组系数kN1；(4)基波相电动势频率f以及电动势E1。7．某三相感应电动机，PN=40kW，UN=380V，IN=75A，定子绕组采用三角形联接，双层叠绕组，4极，48槽，y1=10槽，每槽导体数为22，a=2，试求：(1)基波脉振磁动势的最大幅值。(2)三相合成磁动势的基波幅值以及基波的转速。第四章异步电机(一)本章学习目标1．了解异步电机的基本类型、基本结构以及额定值；了解异步电动机的起动、调速的方法以及特点；2．理解异步电机的基本工作原理；转差率的定义以及转差率与异步电机运行状态之间的关系；异步电动机的频率折算，绕组折算的定义、原则以及方法。理解异步电动机的参数的物理意义(特别是励磁参数和电阻21Rss)；理解异步电动机的工作特性。3．掌握异步电机转子静止时以及转子旋转时的分析方法；掌握异步电机的参数测定的方法；熟练掌握异步电动机的功率、转矩平衡方程式以及电磁转矩的三种表达式。4．学会根据功率平衡方程式以及电磁转矩的实用计算公