3版 胡幸鳴電機及拖動基礎思考題與習題解答

1、浙江機電職業(yè)技術學院 胡幸鳴主編思考題與習題解答第一章 直流電機1-1 在直流電機中，電刷之間的電動勢與電樞繞組某一根導體中的感應電動勢有何不同？解：前者是方向不變的直流電動勢，后者是交變電動勢；前者由多個電樞元件（線圈）串聯(lián)而成，電動勢相對后者的絕對值要大。1-2 如果將電樞繞組裝在定子上，磁極裝在轉子上，則換向器和電刷應怎樣放置，才能作直流電機運行？解：換向器放置在定子上，電刷放置在轉子上，才能作直流電機運行1-3 直流發(fā)電機和直流電動機中的電磁轉矩有何區(qū)別？它們是怎樣產(chǎn)生的？而直流發(fā)電機和直流電動機中的電樞電動勢，又有何區(qū)別？它們又是怎樣產(chǎn)生的？解：直流發(fā)電機的電磁轉矩T是制動性質(zhì)的，直

2、流電動機的電磁轉矩T是驅(qū)（拖）動性質(zhì)的，它們都是由載流導體在磁場中受到的電磁力，形成了電磁轉矩；直流發(fā)電機的電樞電動勢Ea大于電樞端電壓U，直流電動機的電樞電動勢Ea小于電樞端電壓U，電樞電動勢Ea都是運動導體切割磁場感應產(chǎn)生的。1-4 直流電機有哪些主要部件？各起什么作用？解：直流電機的主要部件有定子：主磁極（產(chǎn)生主極磁場）、機座（機械支撐和導磁作用）、換向極（改善換向）、電刷（導入或?qū)С鲭娏浚?；轉子：電樞鐵心（磁路的一部分，外圓槽中安放電樞繞組）、電樞繞組（感應電動勢，流過電流，產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)機電能量轉換）、換向器（與電刷一起，整流或逆變）1-5 直流電機里的換向器在發(fā)電機和電動機中各

3、起什么作用？解：換向器與電刷滑動接觸，在直流發(fā)電機中起整流作用，即把線圈（元件）內(nèi)的交變電整流成為電刷間方向不變的直流電。在直流電動機中起逆變作用，即把電刷間的直流電逆變成線圈（元件）內(nèi)的交變電，以保證電動機能向同一個方向旋轉。1-6 一臺直流發(fā)電機，求該發(fā)電機額定電流。解： 1-7 一臺型直流發(fā)電機，求該額定電流是多少？解： 1-8 有一臺四極直流電機，電樞繞組為單疊整距繞組，每極磁通為3.5×10-2Wb，電樞總導線數(shù)N=152，轉速。求電機的電樞電動勢。若改為單波繞組，其它條件不變，問電樞電動勢為210V時，電機的轉速是多少？解：1）單疊繞組 ： 2）單波繞組 1-9 如何判斷

4、直流電機是發(fā)電機運行還是電動機運行？它們的電磁轉矩、電樞電動勢、電樞電流、端電壓的方向有何不同？解：用Ea與U的關系來判斷：直流發(fā)電機的Ea>U，電樞電流Ia與電樞電動勢Ea同方向，電磁轉矩T是制動性質(zhì)的(方向與轉向n相反)，電流是流到電壓U的正端；直流電動機的U >Ea，電樞電流Ia與電樞電動勢Ea反方向，電磁轉矩T是驅(qū)動性質(zhì)的(方向與轉向n相同)，電流是從電壓U的正端流出的。1-10 直流電機的勵磁方式有哪幾種？在各種不同勵磁方式的電機中，電機輸入（輸出）電流I與電樞電流Ia及勵磁電流If有什么關系？解：直流電機的勵磁方式有四種：他勵、并勵、串勵、復勵。以直流電動機為勵：他勵的

5、I=I a （與I f無關），并勵的I=I a+I f ，串勵的I=I a=I f ，復勵的I=I a+I f并 。1-11 一臺并勵直流電動機，UN=220V，IN=80A，電樞回路總電阻Ra,勵磁回路總電阻Rf=110，附加損耗。試求：額定輸入功率P1；額定輸出功率P2；總損耗；電樞銅損耗；勵磁損耗；附加損耗；機械損耗和鐵心損耗之和解： 1-12 一臺他勵直流電動機，額定數(shù)據(jù)為：電樞回路總電阻。試求： 1）額定負載時的電樞電動勢和額定電磁轉矩。2）額定輸出轉矩和空載轉矩。解：1-13 他勵直流電動機的工作特性是什么條件下求??？有哪幾條曲線？解：他勵直流電動機的工作特性是在U=UN，電樞回路

6、不串附加電阻，勵磁電流If=I fN 的條件下求取。有：n=f(P2)、T=f(P2)、=f(P2)三條曲線。1-14 何謂換向？討論換向過程有何實際意義？解：直流電機運行時，電樞繞組的線圈（元件）由一條支路經(jīng)電刷短路進入另一條支路，該線圈中的電流方向發(fā)生改變，這種電流方向的改變叫換向。討論實際的換向過程，了解影響換向的電磁原因，才能對癥下藥，實施改善換向的方法。 1-15 換向極的作用是什么？它應當裝在何處？換向極繞組應當如何連接？如果換向解：極繞組的極性接反了，電機在運行時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？換向極的作用是改善換向，它應裝在主磁極的幾何中心線處，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，且使換向極磁通勢的方向

7、與電樞磁通勢的方向相反。如果極性接錯，使兩種磁通勢的方向相同，那就會更惡化換向，運行時后刷邊的火花更大，甚至可能燒壞電刷和換向器。第二章電流電機的電力拖動 2-1 什么是電力拖動系統(tǒng)？它包括哪幾個部分，各起什么作用？試舉例說明。解：電力拖動系統(tǒng)是由電動機拖動生產(chǎn)機械，并完成一定工藝要求的系統(tǒng)。它包含控制設備、電動機、傳動機構、生產(chǎn)機械和電源等。（各作用略，詳見P22）；如電風扇的電動機是原動機，單相交流電是它的電源，風扇葉片是它的機械負載，開關調(diào)速裝置是它的控制設備，軸承是最簡單的傳動機構。2-2 從運動方程式中，如何判定系統(tǒng)是處于加速、減速、穩(wěn)定還是靜止的各種運動狀態(tài)？解：從運動方程式中，以

8、正向運動為例，當T>TL時，dn/dt>0，系統(tǒng)處于加速運動狀態(tài)；當T<TL時，dn/dt<0，系統(tǒng)處于減速運動狀態(tài)；當T=TL時，dn/dt=0，系統(tǒng)處于穩(wěn)定運動（轉），或靜止狀態(tài)。2-3 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是什么？解：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件是：電動機的機械特性和生產(chǎn)機械的負載轉矩特性曲線有交點；充分條件是：交點（T=TL）處滿足 dT/dn< dTL/dn。2-4 他勵直流電動機在什么條件下得到固有機械特性的？一臺他勵電動機的固有機械特性有幾條？人為機械特性有幾類？有多少條？解：他勵直流電動機在U=UN，電樞回路不串入附加電阻，勵磁電流

9、If=I fN （磁通為額定磁通N）的條件下，穩(wěn)定運行時得到固有機械特性的。一臺他勵直流電動機有一條固有機械特性；人為機械特性有降壓、電樞回路串電阻、弱磁三大類，有無數(shù)條。2-5 起動直流他勵電動機時為什么一定先加勵磁電壓？如果未加勵磁電壓，而將電樞接通電源，會發(fā)生什么現(xiàn)象？解：他勵直流電動機起動時，先加勵磁電壓是保證磁路中有正常磁通，否則先加電樞電壓，磁通僅為剩磁通是很小的，可能會發(fā)生轉速太高的“飛車”現(xiàn)象。 2-6 一臺直流他勵電動機，電樞電阻。計算： 1）全壓起動時電流Ist。2）若限制起動電流不超過200A，采用電樞串電阻起動的最小起動電阻為多少？采用減壓起動的最低電壓為多少？解：1）

10、 2）2-7 設有一臺并勵直流電動機接在一電源上，如把外施電源極性倒換，電動機的轉向是否改變？如何改變電動機的轉向？接在直流電源上的電動機若為串勵直流電動機又如何？解：并勵直流電動機的外施電源極性倒換，電樞電流和磁場的方向同時改變，電動機的轉向不變。必須只能有一個方向改變，把其中一個繞組的極性改變。串勵直流電動機同理。2-8 什么叫電氣調(diào)速？指標是什么？他勵直流電動機的調(diào)速有哪幾種方法？解：電氣調(diào)速是指：人為地改變電動機的參數(shù)，使新的人為機械特性與負載特性的交點變化，所得到的新的穩(wěn)定轉速。電氣調(diào)速的指標有：調(diào)速范圍、調(diào)速的相對穩(wěn)定性、調(diào)速的平滑性、調(diào)速的經(jīng)濟性和調(diào)速時的容許輸出；根據(jù)轉速公式，

11、他勵直流電動機的調(diào)速方法有：降壓、電樞回路串電阻、弱磁調(diào)速。 2-9 他勵直流電動機，求在額定負載下：設降速至800r/min穩(wěn)定運行，外串多大電阻？采用降壓方法，電源電壓應降至多少伏？解： 1）2）2-10 他勵直流電動機有幾種制動方法，試說明它們之間有什么共同點？從電樞電壓特點、機械特性方程和功率平衡關系來說明他們有什么不同？解：他勵直流電動機有能耗制動、反接制動、再生制動的三種方法，共同的特點是電磁轉矩T與轉速n的方向相反，T是制動性質(zhì)的。能耗制動U=0，機械特性過原點，電樞不從電網(wǎng)吸收電功率，從軸上吸收機械功率；反接制動中的電源反接制動U=-UN，機械特性過-n0點，倒拉反接制動U=U

12、N，機械特性過n0，電樞從電網(wǎng)吸收電功率，也從軸上吸收機械功率；反向再生制動U=-UN，機械特性過-n0，從軸上吸收機械功率，電樞向電網(wǎng)回饋電能。 2-11 一臺他勵直流電動機，已知電動機最大允許電流Imax=N，電動機拖動負載TLN電動運行。試求： 1）若采用能耗制動停車，則電樞回路應串多大電阻？2）若采用反接制動停車，則電樞回路應串多大電阻？解： 1）能耗制動瞬時2）反接制動瞬時 2-12 他勵直流電動機，。試求： 1）如果用能耗制動、倒接反接制動以400r/min的速度下放位能負載，則應串入多大的制動電阻？ 2）電動機在反向再生制動運行下放重物，電樞回路不串電阻，求電動機的轉速。3）現(xiàn)用

13、制動電阻Rbk=10，求倒拉反接制動的穩(wěn)定制動電流和穩(wěn)定轉速，并定性畫出機械特性。解：1) 能耗制動：倒拉反接：2）3) 與上面的各小題一樣，穩(wěn)定制動電流：定性畫機械特性略。 2-13 一臺串勵電動機與一臺他勵電動機都在額定負載下工作，它們的額定容量、額定電壓和額定電流都相同，如果它們的負載轉矩都同樣增加50%，試問哪一臺電動機轉速下降得多？哪一臺電動機電流增加得多？解：串勵直流電動機的轉速下降的多（機械特性軟）；他勵直流電動機電流增加的多。第三章 變壓器3-1 變壓器是根據(jù)什么原理工作的？它有哪些主要用途？解：變壓器是根據(jù)電磁感應原理工作的，它主要有變壓、變流、變換阻抗的作用?？勺鳛殡娏ψ儔?/p>

14、器、儀用互感器、電子線路中的電源變壓器等。3-2 變壓器的主要組成部分是什么？各部分的作用是什么？解：變壓器的主要組成部分是鐵心和繞組。鐵心是變壓器的磁路，繞組是變壓器的電路。3-3 變壓器的鐵心為什么要用硅鋼片疊成？為什么要交錯裝疊？解：鐵心作為變壓器的磁路，應該是用導磁性能好的硅鋼片疊成，交錯裝疊的目的是使各層磁路的接縫互相錯開，以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小勵磁電流，提高運行時的功率因數(shù)。3-4 一臺三相變壓器，已知SN=5600kV·A,UIN/U2N=10kV/3.15kV,Yd11聯(lián)結，試求：一次、二次繞組的額定相電流。解：3-5 變壓器主磁通和漏磁通的性質(zhì)和作

15、用有什么不同？在等效電路中如何反映它們的作用？解：變壓器主磁通通過鐵心閉合，同時交鏈一次、二次繞組，并產(chǎn)生感應電動勢1和2，如果二次繞組與負載接通，則在電動勢作用下向負載輸出電功率，所以主磁通起著傳遞能量的媒介作用；另有一小部分漏磁通主要由非磁性材料（空氣或變壓器油等）形成閉路，只與一種繞組交鏈，雖感應漏電動勢，但不參與能量傳遞。在等效電路中， Xm是反映主磁通磁化能力的勵磁電抗，rm 是反映主磁通交變時產(chǎn)生鐵耗對應的勵磁電阻；X1或X2是反映漏磁通對應的漏電抗。3-6 一臺單相變壓器，額定電壓為220V/110V，如果不慎將低壓側誤接到220V的電源上，對變壓器有何影響？解：如果不慎將低壓側

16、誤接到220V的電源上，則電壓上升，磁通上升，空載電流增加的比例更大，大于額定電流，變壓器繞組過熱將“燒”掉。3-7 有一臺單相變壓器，已知SN=10500kV·A,UIN/U2N=35kV/6.6kV，鐵心的有效截面SFe=1580cm2，鐵心中最大磁通密度Bm=1.415T,試求高低壓側繞組匝數(shù)和電壓比（不計漏磁）。解：電壓比：3-8 一臺單相變壓器，額定容量為5kV·A,高、低壓側繞組均為兩個匝數(shù)相同的線圈，高、低壓側每個線圈額定電壓分別為1100V和110V，現(xiàn)將它們進行不同方式的聯(lián)結，試問每種聯(lián)結的高、低壓側額定電流為多少？可得幾種不同的電壓比？解：1）高壓繞組串

17、聯(lián)、低壓繞組串聯(lián)： 電壓比： 2）高串、低并： 3）高并、低并： 4）高并、低串： 3-9 有一臺單相變壓器，已知,（滯后），用簡化等效電路求I1和U1。解： 用簡化等效電路求解：設3-10 為什么變壓器的空載損耗可以近似看成是鐵耗，短路損耗可以近似看成是銅耗？負載時的實際鐵耗和銅耗與空載損耗和短路損耗有無差別？為什么？解：電力變壓器空載時，空載損耗p0是鐵耗和空載銅耗之和。不過因I0、r1很小，因此空載銅耗pcu0可忽略不計，因此空載損耗p0近似為鐵耗pFe;電力變壓器做短路試驗時，短路損耗是銅耗與鐵耗之和，因為短路電壓很低，磁通小,鐵耗很小，故短路損耗pk近似為銅耗pCu；負載時的實際鐵耗

18、和銅耗與空載損耗和短路損耗對比情況是，鐵耗基本不變（U1不變），但銅耗是與電流的平方正比，所以負載時的銅耗：3-11 變壓器負載后的二次電壓是否總比空載時的低？會不會比空載時高？為什么？解：變壓器負載后的二次電壓不一定總比空載時的低，可能會比空載時高，當。 3-12 有一三相變壓器，已知SN=750kV·A,UIN/U2N=10000kV/400V，Yy0聯(lián)結，空載及短路試驗數(shù)據(jù)如下：試驗名稱電壓/V電流/A功率/W電源所加位置空載400603800低壓側短路44010900高壓鍘 試計算：1）折算到高壓側的參數(shù)。（不計溫度影響） 2）滿載及(滯后)時的及。3）最大效率。解：1） 勵

19、磁參數(shù)：短路參數(shù)：2）電壓變化率：額定負載：=13）3-13 變壓器出廠前要進行“極性”試驗，如圖3-31所示（交流電壓表法）。若變壓器的額定電壓為220V/110V，如將X與x聯(lián)結，在A、X端加電壓220V，A與a之間接電壓表。如果A與a為同名端，則電壓表的讀數(shù)為多少？如果A與a為異為端，則電壓表的讀數(shù)又為多少？解：如果A與a為同名端，則電壓表的讀數(shù)110V。如果A與a為異為端，則電壓表的讀數(shù)為330V。3-14 三相變壓器的一次、二次繞組按圖3-32聯(lián)結，試確定其聯(lián)結組標號。解：分別對應： Yd7 Yy10 Yd73-15 試畫出Yd7、Yy10、Yy2、Yd3的三相變壓器聯(lián)結圖。解：Yd

20、7有兩解：Yy10： Yy2:Yd3有兩解：3-16 變壓器為什么要并聯(lián)運行？并聯(lián)運行的條件有哪些？哪些條件必須嚴格遵守？解：當要擴大用電量的時候，要在原有的基礎上并聯(lián)新的變壓器，另外并聯(lián)運行可以提高供電的可靠性、提高運行的經(jīng)濟性、減小總的備用容量；并聯(lián)運行的條件 各臺變壓器的額定電壓應相等，即各臺變壓器的電壓比應相等；否則會出現(xiàn)環(huán)流。 各臺變壓器的聯(lián)結組必須相同；否則大環(huán)流燒壞變壓器。 各臺變壓器的短路阻抗（或短路電壓）的相對值要相等；否則變壓器的利用率降低。(容量大的短路阻抗的相對值小些,利用率大些)上述條件必須嚴格遵守。 3-17 電壓互感器和電流互感器的功能是什么？使用時必須注意什么？

21、 解：電壓互感器和電流互感器的功能是安全測量（與被測電路隔離）大電流、大電壓。電壓互感器使用時，二次側繞組絕對不允許短路，鐵心的二次側繞組一端必須可靠接地等。電流互感器使用時，二次側繞組絕對不允許開路，鐵心的二次側繞組一端必須可靠接地等。第四章 三相異步電動機4-1 三相異步電動機的旋轉磁場是怎樣產(chǎn)生的？解：三相異步電動機的旋轉磁場是三相對稱電流通入三相對稱定子繞組而產(chǎn)生的。4-2 三相異步電動機旋轉磁場的轉速由什么決定？試問工頻下2、4、6、8、10極的異步電動機的同步轉速各為多少？頻率為60Hz時的呢？解：三相異步電動機旋轉磁場的轉速與電源頻率成正比，與電動機的極對數(shù)成反比。工頻下2、4、

22、6、8、10極的異步電動機的同步轉速各為3000、1500、1000、750、600r/mim；頻率為60Hz下2、4、6、8、10極的異步電動機的同步轉速各為：3600、1800、1200、900、720r/mim。4-3 旋轉磁場的轉向由什么決定？解：在三相繞組空間排序不變的情況下，由三相電流的相序決定。4-4 試述三相異步電動機的轉動原理，并解釋“異步”的意義。解：當三相異步電動機接到三相交流電源上，氣隙中產(chǎn)生旋轉磁場，則靜止的轉子繞組便相對切割磁場，感應出電動勢。轉子繞組是閉合的，就有轉子電流產(chǎn)生，該電流再與旋轉磁場相互作用，便在轉子繞組中產(chǎn)生電磁力f，而轉子繞組中均勻分布的每一導體上

23、的電磁力對轉軸的力距之總和即為電磁轉矩T，它驅(qū)動轉子沿旋轉磁場的方向旋轉起來。三相異步電動機的轉子轉速最終不會加速到等于旋轉磁場的轉速。因為如果同步，轉子繞組與旋轉磁場之間沒有相對運動，就不會感應電動勢并產(chǎn)生電流，也不會產(chǎn)生電磁轉矩使轉子繼續(xù)轉動。所以轉子的轉速n總要略低于旋轉磁場的轉速n1，這就是異步電動機的“異步”由來。4-5 若三相異步電動機的轉子繞組開路，定子繞組接通三相電源后，能產(chǎn)生旋轉磁場嗎？電動機會轉動嗎？為什么？解：若三相異步電動機的轉子繞組開路，定子繞組接通三相電源后，能產(chǎn)生旋轉磁場，轉子繞組上感應電動勢，但沒有電流產(chǎn)生，所以沒有電磁轉矩產(chǎn)生，電動機不會轉動。4-6 何謂異步

24、電動機的轉差率？異步電動機的額定轉差率一般是多少？起動瞬時的轉差率是多少？轉差率等于零對應什么情況，這在實際中存在嗎？解：轉差(n1n)與同步轉速n1的比值稱為轉差率。異步電動機的額定轉差率sN一般為1.5%5%。起動瞬時的轉差率s=1，轉差率s=0，是理想空載狀態(tài)，這在實際中不存在。4-7 一臺三相異步電動機的，該電動機的極對數(shù)和額定轉差率是多少？另有一臺4極三相異步電動機，其sN=0.03，那么它的額定轉速是多少？解：因異步電動機額定轉速nN略低于但很接近于對應的同步速，因此選擇1000r/min的同步速，其極對數(shù)為額定轉差率：對4極sN=0.05的電動機：nN=n1(1s)=1500&#

25、215;(10.05)r/min=1425r/min 4-8 簡述三相異步電動機的結構，它的主磁路包括哪幾部分？和哪些電路耦合？解：三相異步電動機主要由定子和轉子組成。定子主要由定子鐵心、定子繞組和機座等構成。轉子由轉軸、轉子鐵心和轉子繞組等所構成。三相異步電動機的主磁路包括：定子鐵心中的定子齒槽和定子磁軛、轉子鐵心中的轉子齒槽和轉子磁軛、氣隙，和定、轉子電路耦合。4-9 為什么異步電動機的定、轉子鐵心要用導磁性能良好的硅鋼片制成？而且空氣隙必須很小？解：異步電動機的定、轉子鐵心要用導磁性能良好的硅鋼片制成，則主磁路的定、轉子鐵心段的磁阻很小，使額定電壓下產(chǎn)生主磁通的勵磁電流?。ń⒋艌龅臒o功

26、分量小），運行時的功率因數(shù)高?？諝庀逗苄∫彩菫榱酥鞔怕返目諝庀抖蔚拇抛栊?。4-10 一臺聯(lián)結的Y132M-4異步電動機，其PN=7.5kW，UN=380V，nN=1440r/min,N=87%,，求其額定電流和對應的相電流。解：4-11 何為60°相帶繞組？對三相交流繞組有何基本要求？解：（每個極距內(nèi)屬于同相的槽所占有的區(qū)域，稱為相帶。一個極距占有180°空間電角度，由于三相繞組均分，每等分為60°空間電角度，稱為60°相帶。）按60°相帶排列的三相對稱繞組稱為60°相帶繞組。對三相交流繞組的基本要求 l) 交流繞組通過電流之后，必須

27、形成規(guī)定的磁場極對數(shù)。2) 三相繞組在空間布置上必須對稱，以保證三相磁通勢及電動勢對稱。3) 交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布應盡量為正弦分布。 4) 在一定的導體數(shù)之下，建立的磁場最強而且感應電動勢最大。 5) 用銅量少；嵌線方便；絕緣性能好，機械強度高，散熱條件好。4-12 單層繞組有幾種？它們的主要區(qū)別是什么？解：單層繞組有單層整距疊繞組、單層鏈式繞組、單層交叉式繞組、單層同心式繞組。其中第一種繞組在理論分析中清晰（后三者都可以等效成單層整距疊繞組），實際中不采用的。后三者表面上有短距，端部用銅量少；嵌線方便，散熱好。而后三者中，p³2，q=3的單層繞組常采用交叉式繞組

28、；p³2，q=2的單層繞組常采用鏈式繞組，p=1，單層繞組常采用同心式繞組。4-13 雙層繞組與單層繞組的主要區(qū)別是什么？解：雙層繞組在每個槽內(nèi)要安放兩個不同線圈的線圈邊，單層繞組在每個槽內(nèi)安放一個線圈邊。雙層繞組可做成有效的短距繞組來削弱高次諧波，從而改善電磁性能。4-14 雙層繞組在相帶劃分時要注意什么問題？解：對于雙層繞組，每槽的上、下層線圈邊，可能屬于同一相的兩個不同線圈，也可能屬于不同相的兩個不同線圈。所以相帶劃分表并非表示每個槽的相屬，而是每個槽的上層邊相屬關系，即劃分的相帶是對上層邊而言。4-15 有一三相單層繞組，2p=6，z1=36，a=1，試選擇實際中最合適的繞組

29、型式，劃分相帶，畫出U相繞組的展開圖。解：劃分相帶：相帶極對數(shù) 槽號U1W2V1U2W1V2第一對極1、23、45、67、89、1011、12第二對極13、1415、1617、1819、2021、2223、24第三對極25、2627、2829、3031、3233、3435、36可見屬于U相繞組的槽號有1、2、7、8、13、14、19、20、25、26、31、32，這12個槽內(nèi)的線圈邊構成U相。因q=2, p2,實際中最合適的繞組型式是鏈式繞組（y=-1=5）畫出U相鏈式繞組的展開圖4-16 有一臺三相4極異步電動機，劃分相帶并畫出U相繞組的疊繞展開圖。解： 只有雙層繞組可以有實際意義的短距疊繞

30、組，所以劃分相帶是指上層邊所屬的槽號。相帶極對數(shù) 槽號U1W2V1U2W1V2第一對極1、2、34、5、67、8、910、11、1213、14、1516、17、18第二對極19、20、2122、23、2425、26、2731、32、3334、35、36可見屬于U相繞組的槽號上層邊的有1、2、3、7、8、9、19、20、21、19、28、29、30，這12個槽內(nèi)的線圈上層邊與相應的下層邊（y=7）構成12個線圈，分布在4個極下，共四個線圈組（每個是q=3個線圈串聯(lián)），根據(jù)并聯(lián)支路對數(shù)a=2, 畫線圈組之間連線。展開圖如下：4-17 某三相6極異步電動機，槽，定子采用雙層短距分布繞組，每相串聯(lián)匝數(shù)

31、N1=48匝，Y聯(lián)結。已知定子額定基波電動勢為額定電壓的85%，基波繞組因數(shù)kN1=0.933，求每極基波磁通量1為多少？解：4-18 三相異步電動機與變壓器有何異同點？同容量的兩者，空載電流有何差異？兩者的基波感應電動勢公式有何差別？解：三相異步電動機的定、轉子電路，變壓器的一、二次電路都是通過交、交勵磁的磁耦合而聯(lián)系的，它們的基本電磁關系是相似的。不同點：異步電動機的主磁路有空氣隙存在，磁場是旋轉的；定子繞組為分布、短距繞組；異步電動機的轉子是轉動的，輸出機械功率，而變壓器的二次側是靜止的，輸出電功率。同容量的兩者，電動機的空載電流大于變壓器的空載電流，這是因為異步電動機有氣隙，磁路磁阻大

32、。因異步電動機定子繞組為分布、短距繞組，基波感應電動勢公式中有基波繞組因數(shù)kN1(0.9<kN1<1)。4-19 異步電動機主磁通的大小是由外施電壓大小決定的還是由空載電流大小決定的？解：異步電動機主磁通的大小是由外施電壓大小決定的（頻率一定下）。4-20 一臺三相異步電動機，如果把轉子抽掉，而在定子三相繞組施加對稱三相額定電壓會產(chǎn)生什么后果？解：一臺三相異步電動機，如果把轉子抽掉，磁路中的氣隙很大，磁阻大，那么在定子三相繞組施加對稱三相額定電壓時，產(chǎn)生主磁通的空載電流很大，大于額定電流很多，定子三相繞組過熱而“燒”壞。4-21 拆修異步電動機時重新繞制定子繞組，若把每相的匝數(shù)減少

33、5%，而額定電壓、額定頻率不變，則對電動機的性能有何影響？解：每相的匝數(shù)減少，額定電壓、額定頻率不變，磁通增加，空載電流增加，運行時功率因數(shù)降低；磁通增加還導致鐵耗增加，效率降低。4-22 三相異步電動機轉子電路的中的電動勢、電流、頻率、感抗和功率因數(shù)與轉差率有何關系？試說出s=1和s=sN兩種情況下，以上各量的對應大小。解：三相異步電動機轉子電路的中的電動勢、電流、頻率、感抗和轉差率成正比，功率因數(shù)與轉差率有關（。s=1情況下，轉子電動勢、電流、頻率、感抗均為最大，功率因數(shù)最小， s=sN時，情況相反。4-23 異步電動機的轉速變化時，轉子電流產(chǎn)生的磁通勢相對空間的轉速是否變化？為什么？解：

34、三相異步電動機的轉速變化時，轉子電流產(chǎn)生的磁通勢F2相對空間的轉速不變化，因為F2與F1空間相對靜止，都為同步速，與轉速無關。4-24 在推導三相異步電動機的T形等效電路時，轉子邊要進行哪些折算？為什么要進行這些折算？折算的原則是什么？怎樣進行這些折算？解：在推導三相異步電動機的T形等效電路時，轉子邊要進行頻率折算和繞組折算。因為轉子電路的頻率與定子電路的頻率不同，頻率不同的定、轉子電路要合成等效電路，必須頻率相同，所以要進行頻率折算；即轉子等效靜止。另外定、轉子的相數(shù)和匝數(shù)不同，相應的感應電動勢也不相等，并不起來，所以定、轉子電路要合成等效電路必須進行繞組折算。折算的原則是F2不變，有功和無

35、功功率均不變。頻率折算；即轉子等效靜止，轉子電流公式中分子分母均除以轉差率，電流大小不變，但頻率已等效為定子頻率；繞組折算：轉子折算過的量：單位為A的除以電流變比，單位為V的乘以電動勢比，單位為的乘以電動勢比再乘以電流變比。4-25 異步電動機的T形等效電路和變壓器的T形等效電路有無差別？異步電動機等效電路中的代表什么？能不能不用電阻而用等值的感抗和容抗代替？為什么？解：兩者的T形等效電路在“T”字上無差別，但變壓器的負載是真實的用電負載ZL，而異步電動機等效電路中的是。異步電動機等效電路中的代表模擬的機械負載；不能用用等值的感抗和容抗代替，因為電動機軸上的機械功率是有功功率，只能用三相上的有

36、功電功率來等效，而感抗和容抗上的電功率是無功功率，不能替代。4-26 異步電動機的機械負載增加時，為什么定子電流會隨轉子電流的增加而增加？解：異步電動機的機械負載增加時，轉速會下降，轉子電磁轉矩要增大，轉子電流增加，根據(jù)磁通勢平衡方程式，定子磁通勢要增加，因此定子電流也要跟著增加。4-27 三相異步電動機在空載時功率因數(shù)約為多少？為什么會這樣低？當在額定負載下運行時，功率因數(shù)為何會提高？解：三相異步電動機在空載時功率因數(shù)約為0.2，因為空載電流主要為建立旋轉磁場的無功電流。當在額定負載下運行時，轉子輸出額定機械功率，定子從電網(wǎng)吸收的有功電功率也要增加，因此功率因數(shù)會提高。4-28 為什么異步電

37、動機的功率因總數(shù)是滯后？解：因為三相異步電動機要從電網(wǎng)吸收感性無功電流建立旋轉磁場，對電網(wǎng)來說異步電動機永遠是一個感性負載，即功率因總數(shù)是滯后。只不過空載時，功率因數(shù)低些，負載時功率因數(shù)高些。4-29 一臺三相異步電動機，sN=0.02，問此時通過氣隙傳遞的電磁功率有百分之幾轉化為轉子銅耗？有百分之幾轉化為機械功率？解：此時通過氣隙傳遞的電磁功率有百分之二轉化為轉子銅耗。有百分之九十八轉化為機械功率。4-30 一臺三相異步電動機輸入功率為8.6kW,s=0.034，定子銅耗為425W，鐵耗為210W，試計算電動機的電磁功率Pem、轉差功率pCu2和總機械功率Pm。解：電磁功率：Pem=P1-p

38、Fe-pCu1=8600-210-425=7965W轉差功率：pCu2=sPem×7965=總機械功率Pm=Pem-pCu2 4-31 有一臺Y聯(lián)結的4極繞線轉子異步電動機，PN=150kW，UN=380V，額定負載時的轉子銅耗PCu2=2210W，機械損耗Pm=3640W，雜散損耗Ps=1000W,試求額定負載時： 1）電磁功率Pem、轉差率s、轉速n各為多少？2）電磁轉矩T、負載轉矩TN、空載轉矩T0各為多少？解：1）2） 4-32 三相異步電動機與變壓器一樣：空載損耗近似于鐵耗，短路損耗近似于銅耗嗎？如何分離鐵耗和機耗？解：三相異步電動機與變壓器一樣：短路損耗近似于銅耗；但是與

39、變壓器不同：空載損耗不近似于鐵耗。因為三相異步電動的空載電流較大，空載銅耗不能像變壓器那樣忽略不計，同時三相異步電動機還存在機械損耗?？蛰d損耗減去空載銅耗就是鐵耗與機耗之和。而鐵耗與磁通的平方成正比，磁通的大小由電壓大小決定，所以鐵耗與電壓的平方成正比，而機耗與轉速有關（空載試驗轉速基本不變），與電壓的平方無關。以電壓的平方為橫坐標，鐵耗與機耗之和為縱坐標，點繪鐵耗與機耗之和與電壓平方的關系曲線（直線），延長直線到縱坐標，縱坐標上的截距即為機械損耗，鐵耗和機耗就此分離。 4-33 三相異步電動機的工作特性曲線與直流電動機的有何異同點？ 解：兩者都是在固有參數(shù)的條件下所求取，都有轉速特性、效率特

40、性、電磁轉矩特性。但異步電動機還有電流特性和功率因數(shù)特性。第五章 三相異步電動機的電力拖動5-1 電網(wǎng)電壓太高或太低，都易使三相異步電動機的定子繞組過熱而損壞，為什么？解：電網(wǎng)電壓太高，磁通增大，空載電流大增，超于額定電流，繞組過過熱而損壞；電網(wǎng)電壓太低，磁通太小，同樣的負載轉矩下，轉子電流大增，定子電流也跟著大增，也超于額定電流，繞組過過熱而損壞。5-2 為什么三相異步電動機的額定轉矩不能設計成電動機的最大轉矩？解：三相異步電動機的額定轉矩不能設計成電動機的最大轉矩，因為如果額定負載時發(fā)生短時過載，負載轉矩大于額定轉矩，電磁轉矩已設計成最大轉矩不能再增加，此時電磁轉矩小于負載轉矩，電動機降速

41、而停機。5-3 三相異步電動機的電磁轉矩與電源電壓大小有什么關系？如果電源電壓下降20%，則電動機的最大轉矩和起動轉矩將變?yōu)槎啻螅咳綦妱訖C拖動額定負載轉矩不變，問電壓下降后電動機的主磁通、轉速、轉子電流、定子電流各有什么變化？解：三相異步電動機的電磁轉矩與電源電壓的平方成正比。如果電源電壓下降20%，則電動機的最大轉矩和起動轉矩將降為原來的64%。若電動機拖動額定負載轉矩不變，電壓下降后電動機的主磁通下降、轉速下降、轉子電流增加、定子電流增加。 5-4 有一臺Y聯(lián)結4極繞線轉子異步電動機，略T0，試求額定轉矩、過載能力和最大轉矩時的轉差率。解：略T0：額定轉矩為：最大電磁轉矩：過載能力：最大轉

42、矩時轉差率：5-5 定性畫人為機械特性時，應怎樣分析？定性判斷哪些點是否變化，根據(jù)什么公式？N的人為機械特性和轉子串電阻的人為機械特性（nm=n1/2）。解：定性畫人為機械特性時，看同步點、最大轉矩點、起動點的變化情況。根據(jù)同步點公式、最大轉矩點公式：，、起動點公式：下圖中是定性畫的固有機械特性（設4極電機），是N的人為機械特（同步點不變，最大轉矩、起動轉矩數(shù)值分別為固有的0.64倍）；轉子串電阻的人為機械特性（nm=n1/2）。（同步點不變，最大轉矩的數(shù)值不變，位置nm=n1/2、起動轉矩增大）5-6 籠型異步電動機全壓起起動時，為何起動電流大，而起動轉矩不很大？解：籠型異步電動機全壓起起動

43、時，轉子瞬時轉速為零，等效電路的附加電阻為零，所以全壓除以短路阻抗，起動電流大，Ist=I1N，但起動轉矩并不是額定轉矩的（57）倍。（起動轉矩不大的原因是：第一，由于起動電流很大，定子繞組中的阻抗壓降增大，而電源電壓不變，根據(jù)定子電路的電動勢平衡方程式，感應電動勢將減小，則主磁通F1將與感應電動勢成比例的減??；第二，起動時s=1，轉子漏抗比轉子電阻大得多，轉子功率因數(shù)很低，雖然起動電流大，但轉子電流的有功分量并不大。由轉矩公式T=CTF1I2cosj2可知，起動轉矩并不大。 5-7 一臺聯(lián)結的4極三相異步電動機，試求：全壓起動時的定子電流（略空載電流）及其功率因數(shù)、起動轉矩倍數(shù)；Y/起動時的

44、起動電流、起動轉矩。解：全壓起動時的定子電流、功率因數(shù)：求起動轉矩倍數(shù)：起動轉矩倍數(shù)：Y/起動時的起動電流、起動轉矩：5-8 為什么在減壓起動的各種方法中，自耦變壓器減壓起動性能相對最佳？解：在減壓起動的各種方法中，如果電網(wǎng)限制的起動電流相同時，用自耦變壓器減壓起動將獲得較大的起動轉矩，可帶動較重的負載起動，這就是自耦變壓器減壓起動的主要優(yōu)點之一。另起動自耦變壓器的二次繞組一般有三個抽頭，用戶可根據(jù)電網(wǎng)允許的起動電流和機械負載所需的起動轉矩進行選配，較靈活。 5-9 某三相籠型異步電動機的額定數(shù)據(jù)如下：起動電流倍數(shù)為7，起動轉矩倍數(shù)KM=1.8，過載能力，定子聯(lián)結。試求：全壓起動電流Ist和起

45、動轉矩Tst。如果供電電源允許的最大沖擊電流為1800A，采用定子串電抗起動，求串入電抗后的起動轉矩，能半載起動嗎？如果采用Y-起動，起動電流降為多少？能帶動1250N·m的負載起動嗎？為什么？為使起動時最大起動電流不超過1800A而且起動轉矩不小于1250N·m而采用自耦變壓器減壓起動。已知起動用自耦變壓器抽頭分別為55%、64%、73%三檔，則選擇哪一檔抽頭電壓？這時對應的起動電流和起動轉矩各為多大？解：1）全壓起動時的Ist和Tst：2）若采用串電抗器起動，則 可見串電抗器后不能滿足半載起動的要求，不能采用。3）若采用Y/起動<1250不能帶動1250N.m的負

46、載起動，故不能采用Y/起動。4）若采用自耦變壓器起動：應滿足： 即： 取標準抽頭：64%驗證：5-10 為什么繞線轉子異步電動機轉子串接合適電阻即能減小起動電流，又能增大起動轉矩？解：繞線轉子異步電動機轉子串接電阻即能減小起動電流，串得合適，轉子電流雖然下降，但轉子上的功率因數(shù)提高，總體轉子電流的有功分量提高，根據(jù)電磁轉矩的物理表達式，起動轉矩是增大的。如果轉子電阻串得過大，轉子電流太小，轉子上的功率因數(shù)再高，轉子電流的有功分量也會下降，則起動轉矩變得下降了。5-11 繞線轉子異步電動機串頻敏變阻器起動是如何具有串電阻起動之優(yōu)點的，且比串電阻起動要平滑？解：繞線轉子異步電動機串頻敏變阻器起動時

47、，瞬時轉子頻率最高，頻敏變阻器的鐵耗最大（頻敏變阻器鐵心的鋼片厚），等效的串入轉子的電阻大，所以具有轉子串電阻調(diào)速的優(yōu)點：減小起動電流，又能增大起動轉矩。同時隨著轉速的上升，轉子頻率的降低，頻敏變阻器的鐵耗隨頻率的平方下降而下降，轉子等效電阻隨之無級減小，起動平滑（穩(wěn)）。5-12 現(xiàn)有一臺橋式起重機，其主鉤由繞線轉子電動機拖動。當軸上負載轉矩為額定值的一半時，電動機分別運轉在s=2.2和s=-0.2，問兩種情況各對應于什么運轉狀態(tài)？兩種情況下的轉速是否相等？從能量損耗的角度看，哪種運轉狀態(tài)比較經(jīng)濟？解：，電動機分別運行于倒拉反接制動狀態(tài)和反向再生制動狀態(tài)，均為穩(wěn)定下放重物。兩都的轉速相等，前者

48、，后者。從能量損耗的角度看，再生制動狀態(tài)比較經(jīng)濟，因它可以向電網(wǎng)饋送電能。 5-13 有一繞線轉子異步電動機的有關數(shù)據(jù)為：過載能力，欲將該電動機用來提升或下放重物，略T0，試求：N，轉子每組應串入的電阻值： 2）保持1）小題所串入的電阻值，當TLN和TL=TN時，電動機的轉速各為多大？各對應于什么運轉狀態(tài)？3）定性畫出上述的機械特性并指明穩(wěn)定運行點。解： 1）起動時 2) (TLN) （電動狀態(tài)） (TL=TN) （倒拉反接制動狀態(tài)）3）定性畫出上述的機械特性并指明穩(wěn)定運行點： 5-14 有一臺繞線轉子異步電動機的額定數(shù)據(jù)為：，過載能力，欲將該電動機用來提升或下放重物，軸上負載為額定，略T0，

49、試求： 1）如果要以300r/min提升重物，轉子應串入的電阻值。 2）如要以300r/min下放重物，轉子應串入的電阻值。3）如要以785r/min下放重物，應采用什么制動方式，需串入的電阻值。 4）若原以額定轉速提升重物，現(xiàn)用電源反接制動，瞬時制動轉矩為2TN，轉子中應串入的電阻值。5）定性畫出上述各種情況的機械特性，并指明跳變點和穩(wěn)定運行點。解： 1） 電動狀態(tài)2） 倒拉反接制動3）用再生制動經(jīng)濟： 所以不需串入電阻4） 電源反接制動5）定性畫出上述各種情況的機械特性，并指明跳變點和穩(wěn)定運行點。5-15 變極調(diào)速時，改變定子繞組的接線方式有不同，但其共同點是什么？解：變極調(diào)速時，改變定子

50、繞組的接線方式有典型的Y/YY和D/YY兩種接線方法，它們共同的特點是變極原理是一樣的，都是將一相繞組中的半相繞組電流反向，得到倍極比的效果。5-16 為什么變極調(diào)速時需要同時改變電源相序？解：這是因為電角度是機械角度的p倍。因此當定子繞組極對數(shù)改變時，必然引起三相繞組的空間相序發(fā)生變化?，F(xiàn)以下例進行說明。設p=1時，U、V、W三相繞組軸線的空間位置依次為0°、120°、240°電角度。而當極對數(shù)變?yōu)閜=2時，空間位置依次是U相為0°、V相為120°×2=240°、W相為240°×2=480°(

51、相當于120°)，這說明變極后繞組的相序改變了。如果外部電源相序不變，則變極后，不僅電動機的運行轉速發(fā)生了變化，而且因旋轉磁場轉向的改變而引起轉子旋轉方向的改變。所以，為了保證變極調(diào)速前后電動機的轉向不變，在改變定子繞組接線的同時W兩相出線端對調(diào)的方法，相當于電源的相序改變。5-17 電梯電動機變極調(diào)速和車床切削電動機的變極調(diào)速，定子繞組應采用什么樣的改接方法？為什么？解：電梯電動機變極調(diào)速和車床切削電動機的變極調(diào)速，定子繞組應采用分別采用Y/YY變極和D/YY變極的改接方法。因為Y/YY變極調(diào)速，調(diào)速前后，轉矩基本上保持不變，屬于恒轉矩調(diào)速方式，適用于拖動起重機、電梯、運輸帶等恒轉

52、矩負載的調(diào)速；D/YY變極調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式，適用于車床切削等恒功率負載的調(diào)速。5-18 基頻以下的變頻調(diào)速，為什么希望保證U1/f1=常數(shù)？當頻率超過額定值時，是否也是保持U1/f1=常數(shù)，為什么？討論變頻調(diào)速的機械特性（U1/f1=常數(shù)）。解：基頻以下的變頻調(diào)速，希望保證U1/f1=常數(shù)，使主磁通為一常數(shù)。若只f1下降，U1不變，而則主磁通上升，鐵心嚴重飽和, I0急劇增大，其后果是導致功率因數(shù)降低、損耗增加，效率降低，從而使電動機的負載能力變小。當頻率超過額定值時，不能保持U1/f1=常數(shù)，因f1上升，電壓不能跟著上升，額定電壓是不能超過的?；l以下，U1/f1=常數(shù)的機械特性特

53、點，同步點與頻率成正比，最大轉矩在頻率較高時，因U1/f1=常數(shù)，臨界轉速降nm=n1-nm是一個常數(shù)，機械特性的硬度不變，而（U1/f1）2=常數(shù)，最大轉矩的數(shù)值不變；起動轉矩與頻率成反比。但頻率較低時，漏抗小，原先忽略的電阻不能再忽略，因此最大電磁轉矩有所降低?；l以上，f1增加，最大電磁轉矩減小，硬度不變。這樣就可定性畫出變頻調(diào)速的機械特性。5-19 為什么說變頻調(diào)速是籠型三相異步電動機的調(diào)速發(fā)展方向？解：變頻調(diào)速平滑性好，效率高，機械特性硬，調(diào)速范圍寬廣，只要控制端電壓隨頻率變化的規(guī)律，可以適應不同負載特性的要求。是異步電動機尤為籠型電動機調(diào)速的發(fā)展方向，隨著電力電子技術、計算機控制技

54、術的發(fā)展，使變頻調(diào)速得到了廣泛應用的保證（變頻器實現(xiàn)）。5-20 試述繞線轉子電動機轉子串電阻的調(diào)速原理和調(diào)速過程，它有何優(yōu)缺點？解：繞線轉子異步電動機轉子串電阻后同步速不變，最大轉矩不變，但臨界轉差率增大，機械特性運行段的斜率變大。在同一負載轉矩下所串電阻值越大，轉速越低。 調(diào)速過程：設電動機原來運行于固有機械特性的a點，串入Rp1后，I2 ，T ，T<TL，n ，s ，sE2, I2和T 至T=TL時，電動機達到新的平衡狀態(tài)，并在比na低的新轉速nb下穩(wěn)定運行優(yōu)點：調(diào)速方法簡單方便，初投資少，容易實現(xiàn)，而且其調(diào)速電Rp還可以兼作起動與制動電阻使用。在起重機械的拖動系統(tǒng)中得到應用。 缺

55、點：調(diào)速的平滑性差；機特軟，調(diào)速范圍不大；空、輕載時調(diào)速不明顯；由于轉差功率sPem是轉子回路的總銅耗，低速時，轉差率大，則sPem大，效率h低,且發(fā)熱嚴重。 5-21 在變極和變頻調(diào)速從高速檔到低速檔的轉換過程中，有一制動降速過程，試分析其原因；繞線轉子電動機轉子串電阻，從高速到低速的降速過程中有無上述現(xiàn)象？為什么？解：在變極和變頻調(diào)速從高速檔到低速檔的轉換過程中，可能會有一制動降速過程，這是因為，調(diào)速瞬間，若新的同步速高于轉速，n>n1,出現(xiàn)回饋制動的降速過程（機械特性在第II象限）。繞線轉子電動機轉子串電阻，從高速到低速的降速過程中無上述現(xiàn)象，因機械特性在第I象限，不會出現(xiàn)n>

56、;n1的狀況。 5-22 有一臺繞線轉子異步電動機額定數(shù)據(jù)為：，過載能力，定子Y聯(lián)結，該機用于起重機拖動系統(tǒng)（略T0）試求：1m，現(xiàn)要求拖動該額定負載重物以8m/min的速度上升，求應在轉子每相串入的電阻值。的電阻，求電動機的轉速。解：1）上升轉速 2） 5-23 什么是串級調(diào)速？串級調(diào)速的出發(fā)點是什么？如何實現(xiàn)？解：串級調(diào)速是指在轉子上串入一個和轉子同頻率的附加電動勢Ef去代替原來轉子所串的電阻。串級調(diào)速的出發(fā)點為了改善繞線轉子異步電動機轉子串電阻調(diào)速中低速時效率低的缺點，將消耗在外串電阻上的大部分轉差功率sPem送回到電網(wǎng)，提高系統(tǒng)的運行效率。為獲得一個大小、相位可調(diào)，其頻率與異步電動機轉子頻率相等的附加電動勢Ef，可采用晶閘管串級調(diào)速等方法來實現(xiàn)。5-24 為什么說串級調(diào)速是繞線轉子異步電動機調(diào)速的發(fā)展方向？解：串級調(diào)速時的機械特性硬，調(diào)節(jié)范圍大，平滑性好