張廣溢_電機(jī)學(xué)_習(xí)題答案.doc

張廣溢 電機(jī)學(xué)習(xí)題解答2-11一臺單相變壓器，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/230V，R1=4.32，x1=8.9，R2=0.0063，x2=0.013。求：1) 折算到高壓側(cè)的短路參數(shù)Rk、xk和Zk；2) 折算到低壓側(cè)的短路參數(shù)k、k和k；3) 將1）、2）的參數(shù)用標(biāo)么值表示，由計算結(jié)果說明什么問題？4) 變壓器的短路電壓uk及其有功分量ukr、無功分量ukx；5) 在額定負(fù)載下，功率因數(shù)分別為cos2=1、cos2=0.8（滯后）、cos2=0.8（超前）3種情況下的U。解: 1) 2) 3) 4) 5) U1( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02391.0+0.04930) 100 =2.39 U2( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8+0.04930.6) 100 =4.87 U3( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8 - 0.04930.6) 100 = -1.052-12一臺三相變壓器，SN=750kVA,U1N/U2N=10000/400V,Y,d接法，f=50HZ。試驗在低壓側(cè)進(jìn)行，額定電壓時的空載電流I0=65A，空載損耗p0=3700W；短路試驗在高壓側(cè)進(jìn)行，額定電流時的短路電壓Uk=450V，短路損耗pkN=7500W（不考慮溫度變化的影響）。試求：1) 折算到高壓邊的參數(shù)，假定R1=2=,x1=2=；2) 繪出T形電路圖，并標(biāo)出各量的正方向；3) 計算滿載及cos2=0.8（滯后）時的效率N；4) 計算最大效率max。解：1) , 折算至高壓側(cè)的激磁參數(shù)： 短路參數(shù)計算： Zk =Rk =Xk=2) T形電路圖如下： 4) 滿載時的效率3-11 根據(jù)題圖3-2的接線圖，確定其聯(lián)結(jié)組別。 1） 2） 3） 題圖 3-2解： yd11yd51） 2） 3)3.12 根據(jù)下列變壓器的聯(lián)結(jié)組別畫出其接線圖： 1）Y，d5；2）Y，y2；3）D，y11。解：1）Y，d5，有兩種接法，如下圖a）、b）所示。 2）Y，y2，只有一種接法，如下圖2）所示。3）D，y11，有兩種接法，下圖3）所示高壓邊為AX-CZ-BY接法，另一種接法AX-CZ-BY略。 3-13 兩臺并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，在SNI=1000kAV，SNII=500kAV，不允許任何一臺變壓器過載的情況下，試計算下列條件并聯(lián)變壓器組可供給的最大負(fù)載，并對其結(jié)果進(jìn)行討論。1）=0.9；2）=0.9；解：1），第一臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則2），第二臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則3-14 兩臺變壓器數(shù)據(jù)如下：SNI=1000kAV，ukI=6.5，SNII=2000kAV，ukII=7.0聯(lián)結(jié)組均為Y，d11額定電壓均為35/10.5kVA?，F(xiàn)將它們并聯(lián)運(yùn)行，試計算：1）當(dāng)輸出為3000kVA時，每臺變壓器承擔(dān)的負(fù)載是多少？2）在不允許任何一臺過載的條件下，并聯(lián)組最大輸出負(fù)載是多少？此時并聯(lián)組的利用率是多少？解：1）由 得 2），第一臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則 5-5 一臺三相雙繞組變壓器，SN=31500kVA，U1N/U2N=400/110kV，po=105kW，pkN=205kW。如果改接成510/110kV自耦變壓器，試求：1） 自耦變壓器的額定容量、傳導(dǎo)容量和繞組容量各是多少？2） 在額定負(fù)載和cos=0.8的條件下運(yùn)行時，雙繞組變壓器和改接成自耦變壓器的效率各是多少？ 解：1） 自耦變壓器的繞組容量自耦變壓器的額定容量自耦變壓器的傳導(dǎo)容量3） 雙繞組變壓器的效率改接成自耦變壓器后po、pkN不變，其效率6.10一臺兩極汽輪發(fā)電機(jī)，頻率為，定子槽數(shù)為槽，每槽內(nèi)有兩根有效導(dǎo)體，接法，空載線電壓為。試求基波磁通量。解 6-11 一臺三相同步發(fā)電機(jī)，f=50HZ ，nN =1500r/min，定子采用雙層短距分布繞組：q=3，每相串聯(lián)匝數(shù)N=108，Y接法，每極磁通量1=1.01510-2Wb，3=0.6610-3Wb，5=0.2410-3Wb， 7=1.01510-4Wb，試求：（1）電機(jī)的極對數(shù)；（2）定子槽數(shù)；（3）繞組系數(shù)kN1、kN3、kN5、kN7；（4）相電動勢E1、E3、E5、E7及合成相電動勢E和線電動勢El。解：（1）電機(jī)的極對數(shù) ；（2）定子槽數(shù) ；（3）繞組系數(shù) （4）電動勢 7-10一臺三相四極感應(yīng)電動機(jī)，PN=132kW，UN=380V，IN=235A，定子繞組采用三角形連接，雙層疊繞組，槽數(shù)Z=72，y1=15，每槽導(dǎo)體數(shù)為72，a=4，試求：（1）脈振磁動勢基波和3、5、7等次諧波的振幅，并寫出各相基波脈振磁動勢的表達(dá)式；（2） 算三相合成磁動勢基波及5、7次諧波的幅值，寫出它們的表達(dá)式，并說明各次諧波的轉(zhuǎn)向、極對數(shù)和轉(zhuǎn)速；（3） 分析基波和5、7次諧波的繞組系數(shù)值，說明采用短距和分布繞組對磁動勢波形有什么影響。解：（1）額定相電流 ， 設(shè)三相電流對稱，則各相基波脈振磁動勢的表達(dá)式：（2），正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)，由計算可知，基波繞組系數(shù)值遠(yuǎn)大于5、7次諧波的繞組系數(shù)值，說明采用短距和分布繞組對基波磁動勢幅值影響不大，而對5、7次諧波磁動勢幅值大大減小，使電機(jī)磁動勢波形近似為正弦波。7-13電樞繞組若為兩相繞組，匝數(shù)相同，但空間相距120電角度，A相流入，問：（1）若，合成磁動勢的性質(zhì)是什么樣的？畫出磁動勢向量圖，并標(biāo)出正、反轉(zhuǎn)磁動勢分量；（2）若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，且其轉(zhuǎn)向為從+A軸經(jīng)120到+B軸的方向，電流iB應(yīng)是怎樣的，寫出瞬時值表達(dá)式（可從磁動勢向量圖上分析）。解： 圖1 圖2（1）合成磁動勢（基波）為橢圓旋轉(zhuǎn)磁動勢。當(dāng)時，在+A軸，各自從+B軸倒退120電角度。磁動勢向量圖如下圖1所示。（2）若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，且其轉(zhuǎn)向為從+A軸經(jīng)120到+B軸的方向，電流iB應(yīng)是：,磁動勢向量圖如下圖2所示。9.9 一臺三相異步電動機(jī)：.定子繞組為接法，試計算額定負(fù)載時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。解：采用型等效電路，相電流為功率因數(shù) 輸入功率 效率 10.4 一臺三相二極異步電動機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：，定子繞組D接，?？蛰d試驗數(shù)據(jù)：，機(jī)械損耗。短路試驗數(shù)據(jù)：。時，。試計算：（1）額定輸入功率；（2）定、轉(zhuǎn)子銅損耗；（3）電磁功率和總機(jī)械功率；（4）效率；（5）畫出等值電路圖，并計算參數(shù)、。解：（1）額定輸入功率（2）定、轉(zhuǎn)子銅損耗（3）電磁功率總機(jī)械功率:（4）效率（5）T型等值電路圖如下：電路參數(shù)：10.5一臺三相六極異步電動機(jī)，額定數(shù)據(jù):，定子繞組D接。定子銅損耗，鐵損耗,機(jī)械損耗，附加損耗。計算在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子電流頻率、轉(zhuǎn)子銅損耗、效率及定子電流。解 由，得 11.15 某繞線式三相異步電動機(jī)，技術(shù)數(shù)據(jù)為：。其拖動起重機(jī)主鉤，當(dāng)提升重物時電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，求：（1） 電動機(jī)工作在固有機(jī)械特性上提升該重物時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；（2） 提升機(jī)構(gòu)傳動效率提升時為0.87，如果改變電源相序，下放該重物，下放速度是多少？（3） 若是下放速度為，不改變電源相序，轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入多大電阻？（4） 若在電動機(jī)不斷電的條件下，欲使重物停在空中，應(yīng)如何處理，并作定量計算。（5） 如果改變電源相序在反向回饋制動狀態(tài)下放同一重物，轉(zhuǎn)子回路每相串接電阻為，求下放重物時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。解：(1) ， （圖中A點） （2）由，得（圖中B點）（3）對應(yīng)于圖中C點轉(zhuǎn)子電阻與相應(yīng)的固有特性上轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串電阻（4）在電動機(jī)不斷電的條件下，欲使重物停在空中，轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串入大電阻，使。與相對應(yīng)，與相對應(yīng)，時，重物停在空中。（5）對應(yīng)于圖中D點：11.16 一臺繞線式三相異步電動機(jī),其額定數(shù)據(jù)為: ,。拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時欲使電動機(jī)運(yùn)行在，若:(1)采用轉(zhuǎn)子回路串電阻，求每相電阻值；(2)采用變頻調(diào)速，保持常數(shù)，求頻率與電壓各為多少。解：如右下圖所示(1) 時 時 轉(zhuǎn)子回路串電阻 (2) 時 13.10 有一臺三相凸極同步發(fā)電機(jī)，電樞繞組接法，每相額定電壓，額定相電流，額定功率因數(shù)(滯后)，已知該機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)，每相勵磁電勢行，內(nèi)功率因數(shù)角，不計電阻壓降.試求：各為多少? 解：（1）電勢向量圖如右下： 13.12有臺三相隱極同步發(fā)電機(jī)，電樞繞組Y接法，額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，額定電流，同步電抗,不計電阻。求：（1）（滯后）時的；（2）（超前）時的.解：（1）如圖a）所示： （2）如圖b）所示 14.5 一臺凸極三相同步發(fā)電機(jī)，每相空載電勢，定子繞組接法，每相直軸同步電抗，交軸同步電抗。該電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，試求：（1） 額定功角時，輸向電網(wǎng)的有功功率是多少?（2） 能向電網(wǎng)輸送的最大電磁功率是多少?（3） 過載能力為多大？解 （1） 額定功角時，輸向電網(wǎng)的有功功率 （2） 向電網(wǎng)輸送的最大電磁功率可令，得解得 ， （3） 過載能力：14.7 有一臺三相隱極同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，額定數(shù)據(jù)為：，定子繞組Y接法，（滯后），同步電抗，電阻壓降不計，試求：（1）額定運(yùn)行狀態(tài)時，發(fā)電機(jī)的電磁功率和功角；（2）在不調(diào)節(jié)勵磁的情況下，將發(fā)電機(jī)的輸出功率減到額定值的一半時的功角，功率因數(shù)。 解：（1）或由求出（略）。（2）不調(diào)節(jié)勵磁，則不變，由，得14.8 有一臺三相凸極同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，額定數(shù)據(jù)為：，定子繞組接法，（滯后），同步電抗，電阻不計，試求：（1）額定運(yùn)行狀態(tài)時，發(fā)電機(jī)的功角和每相勵磁電勢；（2）最大電磁功率。解 （1）如圖4-7所示： （2）最大電磁功率可令，得解得， 15.5 一臺三相凸極接同步電動機(jī)，額定線電壓，頻率，額定轉(zhuǎn)速，額定電流，額定功率因數(shù)(超前)，同步電抗，不計電阻壓降。試求：（1）額定負(fù)載時的勵磁電勢；（2）額定負(fù)載下的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩。解 （1）如圖4-8所示：額定負(fù)載時的勵磁電勢 （2）額定負(fù)載下的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩 圖4-815.6 某企業(yè)電源電壓為6000V，內(nèi)部使用了多臺異步電動機(jī)，其總輸出功率為1500KW，平均效率70%，功率因數(shù)為0.8（滯后），企業(yè)新增一臺400KW設(shè)備，計劃采用運(yùn)行于過勵狀態(tài)的同步電動機(jī)拖動，補(bǔ)償企業(yè)的功率因數(shù)到1（不計同步電動機(jī)本身損耗）。試求：（1）同步電動機(jī)的容量為多大？（2）同步電動機(jī)的功率因數(shù)為多少？解：（1）變電所原提供的無功容量為補(bǔ)償功率因數(shù)到1，應(yīng)使同步電動機(jī)的無功容量則同步電動機(jī)的額定容量為400KW，因不計同步電動機(jī)本身損耗，則， 視在容量為（2）同步電動機(jī)的功率因數(shù)為18.6 一臺直流電機(jī),單疊繞組,電樞繞組總導(dǎo)體數(shù),一極下磁通,當(dāng)（1）轉(zhuǎn)速；（2）轉(zhuǎn)速，求電樞繞組的感應(yīng)電勢。解 （1） （2）18.7 一臺直流發(fā)電機(jī)額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，極對數(shù)，電樞總導(dǎo)體數(shù)，氣隙每極磁，單疊繞組。求：（1） 額定運(yùn)行時的電樞感應(yīng)電勢;（2） 額定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩。解：（1） （2）19.6 已知一臺并勵直流發(fā)電機(jī)，額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路各繞組總電阻，勵磁繞組電阻，一對電刷上壓降為，額定負(fù)載時的電樞鐵損耗和機(jī)械損耗，求：1） 額定負(fù)載時的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩2） 額定負(fù)載時的效率解 1）2）19.9一臺他勵直流電動機(jī)，。電動機(jī)拖動額定負(fù)載運(yùn)行，保持勵磁電流不變，要把轉(zhuǎn)速降到1000r/min。求： 1) 若采用電樞回路串電阻調(diào)速，應(yīng)串入多大電阻？ 2) 若采用降壓調(diào)速，電樞電壓應(yīng)降到多大？ 3) 兩種方法調(diào)速時電動機(jī)的效率各是多少？解：（1） 由 得：（2） （3）輸出功率 串電阻時的效率：%降壓時的效率：%。緒 論0.1 電機(jī)和變壓器的磁路常用什么材料制成，這類材料應(yīng)具有哪些主要特性？答：電機(jī)和變壓器的磁路常用導(dǎo)磁性能高的硅鋼片疊壓制成，磁路的其它部分常采用導(dǎo)磁性能較高的鋼板和鑄鐵制成。這類材料應(yīng)具有導(dǎo)磁性能高、磁導(dǎo)率大、鐵耗低的特征。0.2在圖0.3中，當(dāng)給線圈外加正弦電壓時，線圈和中各感應(yīng)什么性質(zhì)的電動勢？電動勢的大小與哪些因素有關(guān)？答：當(dāng)給線圈外加正弦電壓時，線圈中便有交變電流流過，產(chǎn)生相應(yīng)的交變的磁動勢，并建立起交變磁通，該磁通可分成同時交鏈線圈、的主磁通和只交鏈線圈的漏磁通。這樣，由主磁通分別在線圈和中感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢。由漏磁通在線圈中產(chǎn)生交變的。電動勢的大小分別和、的大小，電源的頻率，交變磁通的大小有關(guān)。0-3 感應(yīng)電動勢中的負(fù)號表示什么意思？ 答：是規(guī)定感應(yīng)電動勢的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋關(guān)系時電磁感應(yīng)定律的普遍表達(dá)式；當(dāng)所有磁通與線圈全部匝數(shù)交鏈時，則電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)描述可表示為；當(dāng)磁路是線性的，且磁場是由電流產(chǎn)生時，有為常數(shù)，則可寫成。 0.4試比較磁路和電路的相似點和不同點。答：磁路和電路的相似只是形式上的，與電路相比較，磁路有以下特點：1）電路中可以有電動勢無電流，磁路中有磁動勢必然有磁通；2）電路中有電流就有功率損耗；而在恒定磁通下，磁路中無損耗3）由于G導(dǎo)約為G絕的1020倍，而僅為的倍，故可認(rèn)為電流只在導(dǎo)體中流過，而磁路中除主磁通外還必須考慮漏磁通；4）電路中電阻率在一定溫度下恒定不變，而由鐵磁材料構(gòu)成的磁路中，磁導(dǎo)率隨變化，即磁阻隨磁路飽和度增大而增大。0.5電機(jī)運(yùn)行時，熱量主要來源于哪些部分？為什么用溫升而不直接用溫度表示電機(jī)的發(fā)熱程度？電機(jī)的溫升與哪些因素有關(guān)？答：電機(jī)運(yùn)行時，熱量主要來源于各種損耗，如鐵耗、銅耗、機(jī)械損耗和附加損耗等。當(dāng)電機(jī)所用絕緣材料的等級確定后，電機(jī)的最高允許溫度也就確定了，其溫升限值則取決于冷卻介質(zhì)的溫度，即環(huán)境溫度。在電機(jī)的各種損耗和散熱情況相同的條件下，環(huán)境溫度不同，則電機(jī)所達(dá)到的實際溫度不同，所以用溫升而不直接用溫度表示電機(jī)的發(fā)熱程度。電機(jī)的溫升主要決定于電機(jī)損耗的大小、散熱情況及電機(jī)的工作方式。0.6 電機(jī)的額定值和電機(jī)的定額指的是什么？答：電機(jī)的額定值是指電機(jī)在某種定額下運(yùn)行時各物理量的規(guī)定值；而電機(jī)的定額是指制造廠按國家標(biāo)準(zhǔn)的要求對電機(jī)的全部電量和機(jī)械量的數(shù)值及運(yùn)行的持續(xù)時間和順序所作的規(guī)定。0-7 在圖0-2中，已知磁力線的直徑為10cm，電流I1 = 10A，I2 = 5A，I3 = 3A，試求該磁力線上的平均磁場強(qiáng)度是多少？答：平均磁場強(qiáng)度0.8 在圖0.8所示的磁路中，線圈中通入直流電流，試問：（1） 電流方向如圖所示時，該磁路上的總磁動勢為多少？（2） 中電流反向，總磁動勢又為多少？（3） 若在圖中處切開，形成一空氣隙，總磁動勢又為多少？（4） 比較兩種情況下鐵心中的的相對大小，及中鐵心和氣隙中的相對大??？解：（1） （2） （3）不變（4）由于，而， 所以，。 其中 和 分別 圖0.8表示兩種情況下的各物理量。 在（3）中，由于，所以 。0-9 兩根輸電線在空間相距2m，當(dāng)兩輸電線通入的電流均為100A時，求每根輸電線單位長度上所受的電磁力為多少？并畫出兩線中電流同向及反向時兩種情況下的受力方向。解：由，得每根輸電線單位長度上所受的電磁力為當(dāng)電流同向時，電磁力為吸力；當(dāng)電流反向時，電磁力為斥力。如下圖所示：0-10 一個有鐵心的線圈，線圈電阻為2。將其接入110V交流電源，測得輸入功率為22W，電流為1A，試求鐵心中的鐵耗及輸入端的功率因數(shù)。解： 第一篇 變 壓 器第 1 章1.1變壓器是根據(jù)什么原理進(jìn)行電壓變換的？變壓器的主要用途有哪些？答：變壓器是一種靜止的電器設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，把一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成頻率相同的另一種電壓等級的交流電能。變壓器的主要用途有：變壓器是電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電能的經(jīng)濟(jì)傳輸、靈活分配和合理使用的重要設(shè)備,在國民經(jīng)濟(jì)其他部門也獲得了廣泛的應(yīng)用，如：電力變壓器（主要用在輸配電系統(tǒng)中，又分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器）、儀用互感器（電壓互感器和電流互感器,在電力系統(tǒng)做測量用）、特種變壓器（如調(diào)壓用的調(diào)壓變壓器、試驗用的試驗變壓器、煉鋼用的電爐變壓器、整流用的整流變壓器、焊接用的電焊變壓器等）。1.2 變壓器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：電力變壓器的基本構(gòu)成部分有：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其他附件等，其中鐵心是變壓器的主磁路，又是它的機(jī)械骨架。繞組由銅或鋁絕緣導(dǎo)線繞制而成，是變壓器的電路部分。絕緣套管:變壓器的引出線從油箱內(nèi)部引到箱外時必須通過絕緣套管，使引線與油箱絕緣。油箱：存放變壓器油。分接開關(guān)，可在無載下改變高壓繞組的匝數(shù),以調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。1.3鐵心在變壓器中起什么作用？如何減少鐵心中的損耗？答：鐵心是變壓器的主磁路，又是它的機(jī)械骨架。為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導(dǎo)率的磁性材料硅鋼片疊成，其厚度為，兩面涂以厚的漆膜，使片與片之間絕緣。1.4 變壓器有哪些主要額定值？原、副方額定電壓的含義是什么？答：變壓器的主要額定值有：額定容量、額定電壓和、額定電流和 、額定頻率等。原、副方額定電壓的含義是指：正常運(yùn)行時規(guī)定加在一次側(cè)的端電壓稱為變壓器一次側(cè)的額定電壓；二次側(cè)的額定電壓是指變壓器一次側(cè)加額定電壓時二次側(cè)的空載電壓。對三相變壓器，額定電壓、額定電流均指線值。1-5 一臺單相變壓器，SN=5000kVA，U1N/U2N=10/6.3kV，試求原、副方的額定電流。解： 1-6 一臺三相變壓器，SN=5000kVA，U1N/U2N=35/10.5kV，Y，d接法，求原、副方的額定電流。解： 第 2 章2.1 在研究變壓器時，原、副方各電磁量的正方向是如何規(guī)定的？答：從原理上講，正方向可以任意選擇，但正方向規(guī)定不同，列出的電磁方程式和繪制的相量圖也不同。通常按習(xí)慣方式規(guī)定正方向，稱為慣例。具體原則如下：（1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致；而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致；（2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則；（3）感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則。2.2 在變壓器中主磁通和原、副邊繞組漏磁通的作用有什么不同？它們各是由什么磁動勢產(chǎn)生的？在等效電路中如何反映它們的作用？答：（1）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動勢，當(dāng)副方接上負(fù)載時便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用；而漏磁通不起傳遞能量的作用，僅起壓降作用。（2）空載時，有主磁通和一次側(cè)繞組漏磁通，它們均由一次側(cè)磁動勢激勵產(chǎn)生；負(fù)載時有主磁通，一次側(cè)繞組漏磁通，二側(cè)次繞組漏磁通。主磁通由一次繞組和二次繞組的合成磁動勢即激勵產(chǎn)生，一次側(cè)繞組漏磁通由一次繞組磁動勢激勵產(chǎn)生，二次側(cè)繞組漏磁通由二次繞組磁動勢激勵產(chǎn)生。（3）在等效電路中，主磁通用勵磁參數(shù)來反映它的作用，一次側(cè)漏磁通用漏電抗來反映它的作用，而二次側(cè)漏磁通用漏電抗來反映它的作用。2.3為了在變壓器原、副繞組方得到正弦波感應(yīng)電動勢，當(dāng)鐵心不飽和時激磁電流呈何種波形？當(dāng)鐵心飽和時情形又怎樣？答：為了在變壓器原、副繞組方得到正弦波感應(yīng)電動勢，當(dāng)鐵心不飽和時，因為磁化曲線是直線，勵磁電流和主磁通成正比，故當(dāng)主磁通成正弦波變化，激磁電流亦呈正弦波變化。而當(dāng)鐵心飽和時，磁化曲線呈非線性，為使磁通為正弦波，勵磁電流必須呈尖頂波。2.4變壓器的外加電壓不變，若減少原繞組的匝數(shù)，則變壓器鐵心的飽和程度、空載電流、鐵心損耗和原、副方的電動勢有何變化？答：根據(jù)可知,因此,一次繞組匝數(shù)減少,主磁通將增加，磁密，因不變，將隨的增加而增加，鐵心飽和程度增加；由于磁導(dǎo)率下降。因為磁阻，所以磁阻增大。根據(jù)磁路歐姆定律 ，當(dāng)線圈匝數(shù)減少時，空載電流增大；又由于鐵心損耗，所以鐵心損耗增加；因為外加電壓不變，所以根據(jù)，所以原方電動勢基本不變，而副方電動勢則因為磁通的增加而增大。2.5一臺額定電壓為的變壓器，若誤將低壓側(cè)接到的交流電源上，將會產(chǎn)生什么后果？答：根據(jù)可知,此時主磁通增加接近倍，磁路飽和程度大增，勵磁電流將會大大增加，鐵耗和銅耗增大，變壓器過熱。同時噪聲過大，振動明顯。2.6變壓器折算的原則是什么？如何將副方各量折算到原方？答：折算僅僅是研究變壓器的一種方法，它不改變變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的本質(zhì)。折算的原則是保證折算方折算前后所產(chǎn)生的磁動勢不變。副方各量折算方法如下： 將副方電流除以；副方感應(yīng)電動勢、電壓乘以；漏阻抗、負(fù)載阻抗應(yīng)乘以。 2.7變壓器的電壓變化率是如何定義的？它與哪些因素有關(guān)？答：變壓器的電壓變化率定義為：當(dāng)變壓器的原方接在額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)上，副方的空載電壓與給定負(fù)載下副方電壓的算術(shù)差，用副方額定電壓的百分?jǐn)?shù)來表示的數(shù)值，即變壓器電壓變化率可按下式計算：。可知變壓器電壓變化率的大小主要和以下物理量相關(guān)：（1）電壓變化率與負(fù)載的大?。ㄖ担┏烧?；在一定的負(fù)載系數(shù)下，當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載時，漏阻抗（阻抗電壓）的標(biāo)么值越大，電壓變化率也越大；（2）電壓變化率還與負(fù)載的性質(zhì)，即功率因角數(shù)的大小和正負(fù)有關(guān)。2.8為什么可以把變壓器的空載損耗看做變壓器的鐵損，短路損耗看做額定負(fù)載時的銅損？ 答：空載時，繞組電流很小，繞組電阻又很小，所以銅損耗很小,故銅損耗可以忽略，空載損耗可以近似看成鐵損耗。測量短路損耗時，變壓器所加電壓很低，而根據(jù)可知，由于漏阻抗壓降的存在，則更小。又根據(jù)可知，因為很小，磁通就很小，因此磁密很低。再由鐵損耗，可知鐵損耗很小，可以忽略，額定負(fù)載時短路損耗可以近似看成額定負(fù)載時的銅損耗。2.9變壓器在高壓側(cè)和低壓側(cè)分別進(jìn)行空載試驗，若各施加對應(yīng)的額定電壓，所得到鐵耗是否相同？ 答：相同。空載試驗時輸入功率為變壓器的鐵損耗，無論在高壓邊還是在低壓邊加電壓，都要加到額定電壓，根據(jù)可知，； ，故，即。因此無論在哪側(cè)做，主磁通大小都是相同的，鐵損耗就一樣。短路試驗時輸入功率為變壓器額定負(fù)載運(yùn)行時的銅損耗，無論在高壓邊還是在低壓邊做，都要使電流達(dá)到額定電流值，繞組中的銅損耗是一樣的 2-10一臺單相變壓器，SN=5000kVA,U1N/U2N=35/6.0kV,fN=50HZ,鐵心有效面積A=1120cm2，鐵心中的最大磁密Bm=1.45T，試求高、低壓繞組的匝數(shù)和變比。解: 高壓繞組的匝數(shù)變壓器的變比低壓繞組的匝數(shù)2-11一臺單相變壓器，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/230V，R1=4.32，x1=8.9，R2=0.0063，x2=0.013。求：1) 折算到高壓側(cè)的短路參數(shù)Rk、xk和Zk；2) 折算到低壓側(cè)的短路參數(shù)k、k和k；3) 將1）、2）的參數(shù)用標(biāo)么值表示，由計算結(jié)果說明什么問題？4) 變壓器的短路電壓uk及其有功分量ukr、無功分量ukx；5) 在額定負(fù)載下，功率因數(shù)分別為cos2=1、cos2=0.8（滯后）、cos2=0.8（超前）3種情況下的U。解: 1) 2) 3) 4) 5) U1( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02391.0+0.05040) 100 =2.39 U2( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8+0.05040.6) 100 =4.87 U3( Rk* cos2+ xk* sin2) 100 =(0.02390.8 - 0.05040.6) 100 = -1.052-12一臺三相變壓器，SN=750kVA,U1N/U2N=10000/400V,Y,d接法，f=50HZ。試驗在低壓側(cè)進(jìn)行，額定電壓時的空載電流I0=65A，空載損耗p0=3700W；短路試驗在高壓側(cè)進(jìn)行，額定電流時的短路電壓Uk=450V，短路損耗pkN=7500W（不考慮溫度變化的影響）。試求：5) 折算到高壓邊的參數(shù)，假定R1=2=,x1=2=；6) 繪出T形電路圖，并標(biāo)出各量的正方向；7) 計算滿載及cos2=0.8（滯后）時的效率N；8) 計算最大效率max。解：1) , 折算至高壓側(cè)的激磁參數(shù)： 短路參數(shù)計算： Zk =Rk =Xk=2) T形電路圖如下： 4) 滿載時的效率 第 3 章3.1 三相變壓器組和三相心式變壓器在磁路結(jié)構(gòu)上各有什么特點？答：三相變壓器組磁路結(jié)構(gòu)上的特點是各相磁路各自獨立，彼此無關(guān)；三相心式變壓器在磁路結(jié)構(gòu)上的特點是各相磁路相互影響，任一瞬間某一相的磁通均以其他兩相鐵心為回路。3.2三相變壓器的聯(lián)結(jié)組是由哪些因素決定的？答：三相變壓器的聯(lián)結(jié)組是描述高、低壓繞組對應(yīng)的線電動勢之間的相位差，它主要與（1）繞組的極性（繞法）和首末端的標(biāo)志有關(guān)；（2）繞組的連接方式有關(guān)。3.4 Y，y接法的三相變壓器組中，相電動勢中有三次諧波電動勢，線電動勢中有無三次諧波電動勢？為什么？答：線電動勢中沒有三次諧波電動勢，因為三次諧波大小相等，相位上彼此相差，即相位也相同。當(dāng)采用Y，y接法時，線電動勢為兩相電動勢之差，所以線電動勢中的三次諧波為零。以相為例，三次諧波電動勢表達(dá)式為，所以線電動勢中沒有三次諧波電動勢。 3.5變壓器理想并聯(lián)運(yùn)行的條件有哪些？答：變壓器理想并聯(lián)運(yùn)行的條件有：（1） 各變壓器高、低壓方的額定電壓分別相等，即各變壓器的變比相等；（2） 各變壓器的聯(lián)結(jié)組相同；（3） 各變壓器短路阻抗的標(biāo)么值相等，且短路電抗與短路電阻之比相等。上述三個條件中，條件（2必須嚴(yán)格保證。3.6 并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，如果聯(lián)結(jié)組不同或變比不等會出現(xiàn)什么情況？答：如果聯(lián)結(jié)組不同，當(dāng)各變壓器的原方接到同一電源，副方各線電動勢之間至少有30的相位差。例如Y，y0和Y，d11兩臺變壓器并聯(lián)時，副邊的線電動勢即使大小相等，由于對應(yīng)線電動勢之間相位差300，也會在它們之間產(chǎn)生一電壓差，如圖所示。其大小可達(dá)=sin15=0.518。這樣大的電壓差作用在變壓器副繞組所構(gòu)成的回路上，必然產(chǎn)生很大的環(huán)流（幾倍于額定電流），它將燒壞變壓器的繞組。如果變比不等，則在并聯(lián)運(yùn)行的變壓器之間也會產(chǎn)生環(huán)流。3.7 兩臺容量不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，是希望容量大的變壓器短路電壓大一些好，還是小一些好？為什么？答：希望容量大的變壓器短路電壓小一些好，這是因為短路電壓大的小，在并聯(lián)運(yùn)行時，不容許任何一臺變壓器長期超負(fù)荷運(yùn)行，因此并聯(lián)運(yùn)行時最大的實際總?cè)萘勘葍膳_額定容量之和要小，只可能是滿載的一臺的額定容量加上另一臺欠載的實際容量。這樣為了不浪費(fèi)變壓器容量，我們當(dāng)然希望滿載的一臺，即短路電壓小的一臺容量大，欠載運(yùn)行的一臺容量越小越好。3.8為什么變壓器的正序阻抗和負(fù)序阻抗相同？變壓器的零序阻抗決定于哪些因素？答：由于正序和負(fù)序均是對稱的，僅存在B相超前還是C相超前的差別，對變壓器的電磁本質(zhì)沒什么不同，因此負(fù)序系統(tǒng)的等效電路和負(fù)序阻抗與正序系統(tǒng)相同，即；變壓器的零序阻抗主要決定于（1）三相變壓器繞組的連接方式（2）磁路的結(jié)構(gòu)等因素。3.9從帶單相負(fù)載的能力和中性點移動看，為什么Y，yn接法不能用于三相變壓器組，卻可以用于三相心式變壓器？答： Y，yn接線的組式變壓器接單相負(fù)載時，由于零序阻抗大（），負(fù)載電流將很小，因此根本不能帶單相負(fù)載。但很小的零序電流就會產(chǎn)生很大的零序電動勢，造成中點浮動較大，相電壓嚴(yán)重不對稱。在極端的情況下，如一相發(fā)生短路，即短路電流僅為正常激磁電流的3倍，使其余兩相電壓提高到原來的倍，這是很危險的。因此三相變壓器組不能接成Y，yn聯(lián)結(jié)組。而心式變壓器，由于零序阻抗很?。ê苄。?，單相負(fù)載電流的大小主要由負(fù)載阻抗決定，因此它可以帶一定的單相負(fù)載。只要適當(dāng)限制中線電流，則相電壓的偏移也不會很大。因此三相心式變壓器組可以接成Y，yn聯(lián)結(jié)組。3.10 一臺單相變壓器，220V110V，繞組標(biāo)志如右圖所示：將與連接，高壓繞組接到220V的交流電源上，電壓表接在上，如、同極性，電壓表讀數(shù)是多少？如、異極性呢？解：、同極性時壓表讀數(shù)是： 、異極性時壓表讀數(shù)是：3-11 根據(jù)題圖3-2的接線圖，確定其聯(lián)結(jié)組別。 1） 2） 3） 題圖 3-2解： 1） 2） 3)3.12 根據(jù)下列變壓器的聯(lián)結(jié)組別畫出其接線圖： 1）Y，d5；2）Y，y2；3）D，y11。解：1）Y，d5，有兩種接法，如下圖a）、b）所示。 2）Y，y2，只有一種接法，如下圖2）所示。3）D，y11，有兩種接法，下圖3）所示高壓邊為AX-CZ-BY接法，另一種接法AX-CZ-BY略。 3-13 兩臺并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，在SNI=1000kAV，SNII=500kAV，不允許任何一臺變壓器過載的情況下，試計算下列條件并聯(lián)變壓器組可供給的最大負(fù)載，并對其結(jié)果進(jìn)行討論。1）=0.9；2）=0.9；解：1），第一臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則2），第二臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則討論：可見，并聯(lián)運(yùn)行時，容量大的變壓器，其較小，則并聯(lián)變壓器組利用率較高。3-14 兩臺變壓器數(shù)據(jù)如下：SNI=1000kAV，ukI=6.5，SNII=2000kAV，ukII=7.0聯(lián)結(jié)組均為Y，d11額定電壓均為35/10.5kVA。現(xiàn)將它們并聯(lián)運(yùn)行，試計算：1）當(dāng)輸出為3000kVA時，每臺變壓器承擔(dān)的負(fù)載是多少？2）在不允許任何一臺過載的條件下，并聯(lián)組最大輸出負(fù)載是多少？此時并聯(lián)組的利用率是多少？解：1）由 得 2），第一臺變壓器先達(dá)滿載。設(shè)，則 3.15 某變電所總負(fù)載是3000kVA，若選用規(guī)格完全相同的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，每臺變壓器的額定容量為1000kVA。1）在不允許任何一臺變壓器過載的情況下需要幾臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行？2）如果希望效率最高，需要幾臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行？已知每臺變壓器的損耗是：。解：1），需要3臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行。2） ，需要5臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行。3.16試將三相不對稱電壓：分解為對稱分量。解： 3.16試將三相不對稱電壓：分解為對稱分量。解： 3-17 一臺容量為100kVA，Y，yn0聯(lián)結(jié)組的三相心式變壓器，6000400 V，=0.02+j0.05，=0.1+j0.6如發(fā)生單相對地短路，試求：1）原繞組的三相電流；2）副方的三相電壓； 3）中點移動的數(shù)值。 解：1）單相對地短路時副方的短路電流 2) 副方的三相電壓,忽略和，則3) 中點移動副邊：第 4 章4.1變壓器的空載電流很小，為什么空載合閘電流卻可能很大？答：變壓器空載合閘時，鐵心磁通處于瞬變過程中，此時的磁通最大值可達(dá)穩(wěn)態(tài)時的2倍，由于鐵心有磁飽和現(xiàn)象，其對應(yīng)的勵磁電流將急劇增大到穩(wěn)態(tài)值的幾十倍，甚至上百倍。4.2變壓器在什么情況下突然短路電流最大？大致是額定電流的多少倍？對變壓器有何危害？答：當(dāng)時發(fā)生突然短路，繞組中暫態(tài)分量短路電流初始值最大，經(jīng)過半個周期（）時出現(xiàn)沖擊電流，其值約為額定電流的20-30倍。這是一個很大的沖擊電流，它會在變壓器繞組上產(chǎn)生很大的電磁力，嚴(yán)重時可能使變壓器繞組變形而損壞。4.3變壓器突然短路電流的大小和有什么關(guān)系？為什么大容量變壓器的設(shè)計得大些？答：由=，可知變壓器突然短路電流大小與短路阻抗的標(biāo)幺值大小成反比。因為大容量變壓器短路電流相對較大，繼電保護(hù)相對較難，所以為了限制短路電流，應(yīng)將設(shè)計得大些。 4.4變壓器繞組上承受的徑向電磁力和軸向電磁力方向如何？哪一種電磁力對繞組的破壞作用更大一些？為什么？答：變壓器繞組上承受的徑向電磁力方向為兩個繞組受到的徑向方向相反，外層繞組受張力，內(nèi)層繞組受壓力；軸向電磁力其作用方向為從繞組兩端擠壓繞組。由于繞組兩端最大，所以靠近鐵的部分線圈最容易遭受損壞，故結(jié)構(gòu)上必須加強(qiáng)機(jī)械支撐。4.5變壓器運(yùn)行時可能出現(xiàn)哪些過電壓？如何保護(hù)？答：變壓器運(yùn)行時可能出現(xiàn)的過電壓有：一是由于輸電線直接遭受雷擊或雷云放電在輸電線上感應(yīng)的過電壓，稱為大氣過電壓；另一種情況是當(dāng)變壓器或線路上開關(guān)合閘或拉閘時，伴隨著系統(tǒng)電磁能量的急劇變化而產(chǎn)生的過電壓，稱為操作過電壓。操作過電壓一般為額定電壓的34.5倍，而大氣過電壓可達(dá)額定電壓的812倍。為了保證變壓器的安全可靠運(yùn)行，必須采取過電壓保護(hù)措施。常用的方法有：（1）安裝避雷器（2）加強(qiáng)繞組的絕緣（3）增大繞組的匝間電容（4）采用中性點接地系統(tǒng)。4-6 有一臺三相變壓器，聯(lián)結(jié)組，試求：1）高壓方的穩(wěn)態(tài)短路電流及其標(biāo)么值；2）在最不利的情況下發(fā)生副方突然短路時短路電流的最大值和標(biāo)么值。 解：1） 2） 第 5 章5.1三繞組變壓器等效電路中的電抗與雙繞組變壓器的漏電抗有何不同？為什么有時在中有一個會出現(xiàn)負(fù)值？答：、并不代表三繞組變壓器各繞組的漏電抗，而是各繞組自感電抗和各繞組之間的互感電抗組合而成得等效電抗。對于雙繞組變壓器，每個繞組產(chǎn)生的漏磁通只與本繞組交鏈而不與另一個繞組交鏈，即這些漏磁通均為自感漏磁通。因此雙繞組變壓器的漏電抗為本繞組的自漏感電抗。在三繞組變壓器中，的大小與各繞組在鐵心上的排列位置有關(guān)。排列在中間位置的繞組其組合的等效電抗最小，常接近于零，甚至為微小的負(fù)值。負(fù)電抗是電容性質(zhì)的，這當(dāng)然不是變壓器繞組真具有電容性，各繞組之間的漏電抗、是不會為負(fù)的，只是在相互組合時產(chǎn)生的負(fù)值而已。5.2 什么是自耦變壓器的額定容量、繞組容量和傳導(dǎo)容量？它們之間的關(guān)系是什么？答：自耦變壓器的容量是指它的輸入容量或輸出容量。額定運(yùn)行時的容量用表示，即自耦變壓器的額定容量。由于自耦變壓器一、二次側(cè)既有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系，因此它從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的容量即額定容量由兩部分組成：由繞組的串聯(lián)部分和公共部分之間經(jīng)電磁感應(yīng)作用傳送的功率，即繞組容量；由繞組的公共部分靠電的聯(lián)系直接由一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的功率，即傳導(dǎo)功率。他們之間的關(guān)系可以簡單的表示為： ，。其中：表示自耦變壓器的繞組容量, 表示自耦變壓器的額定容量，表示自耦變壓器的傳導(dǎo)容量。5.3為什么電壓互感器在運(yùn)行時不允許副邊短路？電流互感器在運(yùn)行時不允許副邊開路？答：由于電壓互感器副邊所接的測量儀表，例如電壓表、功率表的電壓線圈等，其阻抗很大，故電壓互感器運(yùn)行時相當(dāng)于一臺降壓變壓器的空載運(yùn)行，電壓互感器是按空載運(yùn)行設(shè)計的。若電壓互感器在運(yùn)行時副邊短路會產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞互感器的繞組。電流互感器在運(yùn)行時不允許副邊開路是因為電流互感器的原方電流是由被測試的電路決定的，在正常運(yùn)行時，電流互感器的副方相當(dāng)于短路，副方電流有強(qiáng)烈的去磁作用，即副方的磁動勢近似與原方的磁動勢大小相等、方向相反，因而產(chǎn)生鐵心中的磁通所需的合成磁動勢和相應(yīng)的勵磁電流很小。若副方開路，則原方電流全部成為勵磁電流，使鐵心中的磁通增大，鐵心過分飽和，鐵耗急劇增大，引起互感器發(fā)熱。同時因副繞組匝數(shù)很多，將會感應(yīng)出危險的高電壓，危及操作人員和測量設(shè)備的安全。5-4 一臺三相三繞組變壓器，額定容量為10000/10000/10000kVA，額定電壓110/38.5/11kV，其聯(lián)結(jié)組為YN，yn0，d11，短路試驗數(shù)據(jù)如下：繞 組短路損耗（kW）阻抗電壓（%）高一中111.20高一低148.75中一低82.70試計算簡化等效電路中的各參數(shù)。解： 5-5 一臺三相雙繞組變壓器，SN=31500kVA，U1N/U2N=400/110kV，po=105kW，pkN=205kW。如果改接成510/110kV自耦變壓器，試求：4） 自耦變壓器的額定容量、傳導(dǎo)容量和繞組容量各是多少？5） 在額定負(fù)載和cos=0.8的條件下運(yùn)行時，雙繞組變壓器和改接成自耦變壓器的效率各是多少？ 解：1） 自耦變壓器的繞組容量自耦變壓器的額定容量自耦變壓器的傳導(dǎo)容量6） 雙繞組變壓器的效率改接成自耦變壓器后po、pkN不變，其效率第二篇 交流電機(jī)的共同理論第6章6.1 時間和空間電角度是怎樣定義的？機(jī)械角度與電角度有什么關(guān)系？答 空間電角度是指一對主磁極所占的空間距離，稱為360的空間電角度。時間電角度是指感應(yīng)電動勢交變一次所需要的時間為360的時間電角度。機(jī)械角度和電角度之間的關(guān)系為：電角度=極對數(shù)機(jī)械角度。6.2 整數(shù)槽雙層繞組和單