电机学 第四章 交流绕组的共同问题

第四章交流绕组的共同问题一、填空1.一台50Hz的三相电机通以60Hz的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小，转速，极数。答：不变，变大，不变。2.★单相绕组的基波磁势是，它可以分解成大小，转向，转速的两个旋转磁势。答：脉振磁势，相等，相反，相等。3.有一个三相双层叠绕组，2p=4,Q=36,支路数a=1，那么极距=槽，每极每相槽数q=，槽距角α=，分布因数1dk=，18y，节距因数1pk=,绕组因数1wk=。答：9，3，20°，0.96，0.98，0.944.★若消除相电势中次谐波，在采用短距方法中，节距1y=。答：15.★三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a）,其中tiasin10，当Ia=10A时，三相基波合成磁势的幅值应位于；当Ia=-5A时，其幅值位于。答：A相绕组轴线处，B相绕组轴线处。6.★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为。答：脉振磁势。7.★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为。答：sn8.三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向，在定子绕组中，感应电势的频率为，要消除它定子绕组节距1y=。答：1/5,相反，f1,459.★★设基波极距为τ，基波电势频率为f，则同步电机转子磁极磁场的3次谐波极距为；在电枢绕组中所感应的电势频率为；如3次谐波相电势有效值为E3，则线电势有效值为；同步电机三相电枢绕组中一相单独流过电流时，所产生的3次谐波磁势表达式为。三相绕组流过对称三相电流时3次谐波磁势幅值为。答：3，3f,0,3Fcos3cosxt,010.★某三相两极电机中，有一个表达式为δ=FCOS（5ωt+7θS）的气隙磁势波，这表明：产生该磁势波的电流频率为基波电流频率的倍；该磁势的极对数为；在空间的转速为；在电枢绕组中所感应的电势的频率为。答：5，7p,sn75，15f二、选择填空1.当采用绕组短距的方式同时削弱定子绕组中五次和七次谐波磁势时，应选绕组节距为。A：B：4/5C：6/7D：5/6答：D2.★三相对称交流绕组的合成基波空间磁势幅值为F1,绕组系数为kw1，3次谐波绕组系数为kw3，则3次空间磁势波的合成幅值为。Ａ：０；Ｂ：131/31wwkkF；Ｃ：131/wwkkF答：A3.三相四极36槽交流绕组，若希望尽可能削弱5次空间磁势谐波，绕组节距取。A：1y=7B：1y=8C：1y=9答：A4.交流绕组的绕组系数通常为。Ａ：1；Ｂ：0；Ｃ：=1答：A5.★三相对称交流绕组的基波电势幅值为E1,绕组系数为kw1，3次谐波绕组系数为kw3，则3次谐波电势幅值为。Ａ：０；Ｂ：1311/3wwEkk；Ｃ：131E/wwkk答：A6.★一台50Hz的三相电机通以60Hz的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小，转速，极数。A：变大；B：减小；C：不变。答：C，A，C7.单相绕组的基波磁势是。A：恒定磁势；B：脉振磁势；C：旋转磁势。答：B8.交流电机定、转子的极对数要求。A：不等；B：相等；C：不可确定。答：B9.★交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势。A：都减小；B：不变；C：基波电势不变，谐波电势减小。答：A10.三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以基波旋转磁动势的转速旋转。A：5倍；B：相等；C：1/5倍。答：C三、判断1.★采用分布短距的方法，可以削弱交流绕组中的υ次谐波电势。（）答：对2.三相对称交流绕组中无三及三的倍数次谐波电势。（）答：错3.交流绕组的绕组系数均小于1。（）答：对4.★五次谐波旋转磁势的转向与基波旋转磁势转向相同。（）答：错5.单相绕组的脉振磁势不可分解。（）答：错11.★交流电机与变压器一样通以交流电，所以他们的感应电势计算公式相同。（）答：错12.要想得到最理想的电势，交流绕组应采用整距绕组。（）答：错13.极相组A的电动势与极相组X的电动势方向相反，电流方向也相反。（）答：对14.交流电机励磁绕组中的电流为交流量。（）答：错15.交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势都减小了。（）答：对16.交流绕组连接时，应使它所形成的定、转子磁场极数相等。（）答：对17.电角度为p倍的机械角度。（）答：对18.交流绕组常用整距绕组。（）四、简答1.★★有一台交流电机，Q=36，2p=4，y1=7，2a=2，试会出：（1）槽电势星形图，并标出600相带分相情况；（2）三相双层迭绕组展开图。答：（1）槽距角2036360p每极每相槽数334362pmQq由α=200画出槽电动势星形图，然后由q=3标出按600相带的分相情况（见图a），顺序为：A-Z-B-X-C-Y..（a）由y=7画出三相双层叠绕组展开图，并根据2a=2进行端部连线（见图b）（b）2.★凸极同步发电机和隐极同步发电机空载时，气隙磁场沿圆周分布波形与哪些因素有关？答：由磁路的欧姆定律mRF知,电机气隙磁通沿圆周的分布情况取决于励磁磁势F在气隙空间的分布和磁路的磁阻Rm。由于凸极发电机的励磁绕组是集中绕组，极弧的形状（即磁路的磁阻阻Rm）影响气隙磁场沿圆周分布波形。隐极发电机，由于气隙均匀，沿气隙圆周各点磁阻相同，每极范围内安放励磁绕组部分，即励磁磁势F影响气隙磁场沿圆周分布波形。3.试述短距系数和分布系数的物理意义，为什么这两系数总是小于或等于1？答：短距系数物理意义是：短距线匝电动势Et(yt)（为构成线匝的两导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势)(ytE(为构成线匝的两导体有效边电动势代数和)的比值，即：)()(ycycpEEk分布系数物理意义是：线圈组各线圈分布在若干个槽时电动势相量和Eq(q1)和对各线圈都集中在同一槽时电动势代数和Eq(q=1)的比值，即)1()1(qqqqdEEk;由数学知：相量和总是小于（或等于）其代数和，即)()(ytytEE及)1()1(qqqqEE,故其比值即yK及qK总是小于1.4.★在交流发电机定子槽的导体中感应电动势的频率、波形、大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：(1)频率60pnf频率f与磁极对数p和发电机的转速n有关，p是由构造决定，n是由运行条件决定。（2）波形与电机气隙磁通密度沿气隙圆周分布的波形有关，它由电机结构决定。（3）大小：1122.2fE导体电动势E1大小与频率f及每极磁通Φ1有关，f及Φ1由电机的运行条件决定。5.★★总结交流发电机定子电枢绕组相电动势的频率、波形和大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：(1)频率：频率60pnf频率f与磁极对数p和发电机的转速n有关，p是由构造决定，n是由运行条件决定。(2)波形：波形与电机气隙磁通密度沿气隙圆周分布的波形有关，它由电机结构决定。(3)大小：144.4wfNkE与绕组结构（是短距还是整距绕组，是分布还是集中绕组）、绕组串联匝数有关，由构造决定；与频率、每极下磁通量有关，由运行条件决定。6.★★试从物理和数学意义上分析，为什么短距和分布绕组能削弱或消除高次谐波电动势？答：因谐波电动势dpkNkfE44.4，欲要消除或削弱某次谐波电动势，只需使某次谐波的短距系数pk或分布系数dk为零（或很小）即可。如短距绕组，欲消除υ次谐波，可令0pk，得11y,即其节距只需缩短υ次谐波的一个节距。欲消除5次谐波电动势，取节距541y.由图(a)知，此时线圈的两个有效边在5次谐波磁场中，正处于同一极性的相同磁场位置下，因此，两有效边的5次谐波电动势恰好抵消。通过计算可得：951.01pk,588.03pk,05pk,588.07pk等，可知采用短距绕组后基波电动势也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势。又如分布绕组，可取q=2,算出966.01dk,707.03dk,259.05dk,259.07dk等，可知：采用分布绕组，基波电动势也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势。从波形图(b)可看出，本来相邻两线圈电动势波形为不同相的梯形波，其合成后的波形比原梯形波更接近于正弦波。(a)(b)7.★同步发电机电枢绕组为什么一般不接成△形，而变压器却希望有一侧接成△接线呢？答：同步发电机无论采用Y接线还是△接线，都能改善线电动势波形，而问题是接△接线后，△接的三相线圈中，会产生3次及3的奇次倍谐波环流，引起附加损耗，使电机效率降低，温升升高，所以同步发电机一般不采用△接来改善电动势波形。而变压器无论在哪一侧接成△接，都可提供3次谐波励磁电流通路，使主磁通波形为正弦波，感应的相电动势为正弦波，改善变压器相电动势的波形。8.★总结交流电机单相磁动势的性质、它的幅值大小、幅值位置、脉动频率各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：幅值IpNkFw119.0单相绕组基波磁动势幅值大小：与一条支路匝数N、绕组系数kw1、磁极对数p及相电流I有关，其中N、kw1及p由构造决定，I由运行条件决定。幅值位置：恒于绕组轴线上，由绕组构造决定。频率：即为电流频率，由运行条件决定。9.★★总结交流电机三相合成基波圆形旋转磁动势的性质、它的幅值大小、幅值空间位置、转向和转速各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：幅值IpNkFw1135.1三相合成基波圆形旋转磁动势幅值大小，其决定因素与单相基波磁动势同。空间位置：沿气隙圆周旋转。当哪相电流最大，三相合成基波圆形旋转磁动势就转至哪相绕组轴线上，绕组由构造决定，电流由运行条件决定。转速：pfn601转速与电流频率f及磁极对数p有关，p由构造决定，f由运行条件决定。转向：与电流相序有关（与电流相序一致），由运行条件决定。10.★一台50Hz的交流电机，今通入60Hz的三相对称交流电流，设电流大小不变，问此时基波合成磁动势的幅值大小、转速和转向将如何变化？答：本题题意为频率增加（增加2.15060倍）由IpNkFw1135.1和pfn601知，基波合成磁动势幅值大小及转向与频率无关。而转速n1与频率成正比，故转速增加1.2倍。11.一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度是多少?如果电机有p对极，那么它们在空间上相距的机械角度是多少?答：整距线圈两个边在空间上相距的电角度为180；电机为p对极时，在空间上相距的机械角度为180p。12.★定子表面在空间相距电角度的两根导体，它们的感应电动势大小与相位有何关系?答；定子表面在空间相距电角度的两根导体，它们的感应电动势的波形相同，其基波和各次谐波电动势的大小分别相等。基波电动势的相位差为电角度，且空间上超前(沿转子转向空间位置在前)的导体，其基波电动势的相位是滞后的。13.为了得到三相对称的基波感应电动势，对三相绕组安排有什么要求?答：三相绕组的构成(包括串联匝数、节距、分布等)应相同，且三相绕组轴线在空间应分别相差120电角度．14.★绕组分布与短距为什么能改善电动势波形?若希望完全消除电动势中的第次谐波，在采用短距方法时，y1应取多少?答：绕组分布后，一个线圈组中相邻两个线圈的基波和次谐波电动势的相位差分别是和电角度(为槽距角)，这时，线圈组的电动势为各串联线圈的电动势的相量和，因此一相绕组的基波和谐被电动势都比集中绕组时的小。但由于谐波电动势的相位差较大，因此，总的来说，一相绕组的谐波电动势所减小的幅度要大于基波电动势减小的幅度，谐波电动势相对减少，使电动势波形得到改善。绕组短距时，—个线圈的两个线圈边中的基波和谐波(奇数次)电动势都不再相差180，因此，基波电动势和谐波电动势也都比整距时减小。合理短距时，对基波，因短距而减小的空间电角度是较小的，因此基波电