课堂教学习题电机答案 电机 答案3Word文档格式.docx

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方向：

由左手定则确定

3．按照功能电机可分成哪几种型式？

电机的功能主要由什么因素决定？

变压器

发电机（包括直流发电机，交流发电机（包括同步发电机，异步发电机））

电动机（包括直流电动机，交流电动机（包括同步电动机，异步电动机））

电机的功能是由其电磁结构决定的。

4．电机的绕组有哪些作用？

试画出不同类型绕组的电路图，并据此罗列《电路》课程的意义。

绕组的电路表示：

用绕组内阻与电动势的串联支路表示。

电动势同时还反映了主磁路（通）和漏磁路（通）的影响，即主电动势

（主磁通感应的电动势）和漏电动势

（漏磁通感应的电动势）。

其中，主电动势存在于除励磁绕组外的一切绕组中（变压器一、二次绕组；

异步电动机定、转子绕组；

同步电机定子绕组和直流电机的转子绕组，两者统称为电枢绕组）；

漏电动势只存在于交流绕组中；

励磁绕组（同步电机转子绕组和直流电机的定子绕组，通入直流电的直流绕组）中，既无漏电动势、也无主电动势，即其等效电路为电阻电路。

因此，电机最终可简化为电路分析与计算。

5．电机最主要的制造材料包括哪三种？

分别用在电机中何处？

（1）导电材料——铜（铝、银）,导线，绕组。

（2）导磁材料——钢铁，主磁路（变压器的主磁路为闭合铁心。

旋转电机的部分主磁路，定、转子铁心）

（3）绝缘材料——天然材料（纸张、油漆、麻布），目前主要用有机合成材料（塑料），用于导线之间的绝缘。

二、知识应用

1．电机工作时为什么会有温升？

如何降低温升？

工作时所产生的各种损耗都转变成热能，将会导致电机的温度升高。

人为的提高散热系数，一般通过适当的介质来实现冷却，常用的冷却介质有空气、氢气和水。

电机的冷却方式有①自冷式，②自扇冷式，③它扇冷式。

2．为什么发电机和电动机被统称为旋转电机而变压器却是静止电器？

无论发电机还是电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类电机的制造成本，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；

相应地固定部件就称为定子，因此把发电机和电动机统称为旋转电机。

变压器不涉及机械能，所以它是静止电器。

3．根据右手定则说明电机中如何改变运动到电势的方向。

改变绕组切割磁力线的运动方向来改变电势的方向，电动势的大小为

4．根据左手定则说明如何改变电磁力方向。

安培电磁力定律

通过改变电流的方向改变电磁力的方向，大小

5．牛顿第三定律是描述力与直线运动的关系，那么请类似地表示出旋转电机中的力矩与圆周运动关系。

电磁力矩T=Blir,

其中T为电磁力矩，单位是N*m；

r为转子的半径，单位是m；

l为导体在磁场中的长度，单位是m；

i为电流，单位是A。

6．为什么说等效电路能反映电机的运行状况？

因为等效电路，是根据电路的基本方程演变折算后得到的方程画出的，所以等效电路是电机的简化形式，能够反映电机运行状况。

三、发现问题

1．效率是电机的重要运行性能指标之一，效率高则说明电机性能好。

提高效率的基本途径是设法降低电机的损耗，那么试根据铁耗计算式

和铜耗计算式

分析：

（1）降低电机铁耗可能有哪些方法？

这些方法又分别会产生什么负面影响？

（2）降低电机铜耗可能有哪些方法？

这些方法又分别会产生什么负面或积极影响？

（3）从以上结论中你又发现了什么？

请给出可行的结论。

（1）减小交变磁场的最大磁通密度，减小磁通交变频率，减小铁芯质量。

降低了磁通变化产生的感应电动势的大小。

（2）减小输入和输出电流，提高铜的纯度。

缺点空载电流增大，短路电流增大，增大电机制造的成本。

优点空载电流在绕组上引起的压降减小。

（3）铁耗计算式可简写为PFe=KBm2G

当U1一定时Bm为定值

Bm=φm/AFe=U1/4.44fN1AFe=C

即铁芯损耗PFe与负载基本无关，故称为不变损耗。

2．稳定运行是电机工作的基本要求，试指出“稳定”一词的普遍含义。

在变压器和旋转电机中，“稳定”的具体含义分别指什么？

各项系数都在安全工作范围内。

成绩评定和评语：

（在□中打√）

□A＋（95＋）：

基本概念清晰，表述问题流畅，理论基础扎实，综合应用能力强，应保持和积累

□A（94~88）：

基本概念清楚，理论基础扎实，综合应用能力较强，应注意提高能力

□B＋（87~80）：

概念基本清楚，有一定的应用能力，还需加强和训练

□B（79~70）：

概念基本清楚，应用能力一般，在、、方面还需提高

□C（69~60）：

概念基本清楚，应用能力欠缺，在、、方面还需提高

□D（59－）：

概念模糊，各方面都较差，希望课内认真听讲，课后加强复习和总结提高

习题二（变压器基本知识和基本理论部分）

一、表述问题（基本概念）

（1）电力变压器：

用来实现电能传输、分配的变压器。

（2）高压绕组：

是指线圈匝数多的绕组。

（3）低压绕组：

是指线圈匝数少的绕组。

（4）一次绕组：

输入电能（或接电源）的绕组。

（5）二次绕组：

输出电能（或接负载）的绕组。

（6）折算：

用一台变比为1、而铁心相同的假想变压器去代替变比为K的实际变压器，而保持两者的磁动势、主磁通、功率等不变。

2．电力变压器的作用是什么？

结构上是如何保证这些作用实现的？

电力变压器的作用：

⑴变换电压等级（简称变压）。

以利于电能的高效传输和安全使用；

⑵控制电压水平（简称调压）。

以保证电能的质量指标，即保证电压稳定在规定的范围内。

１．电磁部件（也称器身）

这部分是变压器工作的核心部件，包括绕组和铁心。

3．变压器油主要有什么作用？

4．简述变压器的工作原理。

5．试推导变压器电压变化率计算式

6．式画出惯例方向下变压器的T形等效电路。

根据电路图写出折算后的基本方程，并注明各方程的名称。

7．什么叫标幺值？

什么叫标幺制？

试指出标幺制的优点及各优点的具体含义。

1．如果用闭合的木头框架取代闭合铁心，那么变压器能否工作？

为什么？

2．变压器能否接在相同额定电压的直流电源上运行？

3．变压器的铁心损耗为什么被称为不变损耗？

4．为什么变压器的短路阻抗要换算到75℃而激磁阻抗却不需要？

5．为什么变压器的铁耗

要小于额定铜耗

？

1．由于结构空间限制，发电厂中的同步发电机发出的交流电压不可能太高，为了高效地把电厂所发的交流电能高质量地输送给用户安全使用掉，电力系统（指同步发电机到用户负载通道之间的所有设备集合）设置了若干变电所，其主要设备就是电力变压器。

那么，你认为电力系统中变压器的总容量至少是同步发电机总装机容量的几倍？

通常在多少倍比较合适？

说明理由。

2．双绕组变压器中，主磁通和漏磁通有何区别？

3．同一规格的变压器检修后，施加同样大小的同频交流电压U1做空载试验，试分别说明出现下列情况时，该变压器主磁通、铁心损耗、激磁电流、激磁阻抗会有什么不同？

⑴将铁心叠片少叠10%；

⑵将一次绕组匝数少绕5%；

⑶铁心叠装不紧，钢片间气隙增大；

⑷铁心受损伤，叠片间出现短接（即漆膜破坏）。

4．做变压器空载、短路试验时，电压可以加在高压侧，也可加在低压侧，那么，用这两种方法分别做空载、短路试验时，电源送入的有功功率、以及所测得的参数是否相同？

5．一般说来，变压器的工作电压不允许超过额定电压，这是因为额定电压下的铁心已经处于饱和状态，如果磁通进一步增加的话，空载电流就变得相当大。

试以额定电压的运行情况为上限，说明能否将220/110V、60Hz的变压器的高压侧接在220V、50Hz的电源上运行?

四、心中有数（各类计算）

1．一台Y,d接法的三相变压器，U1N/U2N＝10kV/0.4kV，SN＝100kVA，一次绕组N1=436匝，频率50Hz。

试求该变压器的变比、一次绕组额定电流及额定相电压；

二次绕组的匝数、阻抗基准值、及额定相电流；

空载运行时铁心磁通最大值。

（注：

本题为最基础的计算，必须熟练掌握）

（1）K=（U1N／

）/（U2N／

）=25

I1N=SN/

U1N=100*1000／（

*10*1000）=5.77A

U1Nφ=U1N／

=5.77KV

（2）N2=436/25=18

I2B=SN/3U2N=100000/（3*400）=250/3

Z2B=U2B/I2B=400/250*3=4.8Ω

（3）Φm=U1N/（4.44*f*N1）=10000/4.44/50/36=0.103T

2．一台

、

的单相变压器。

已知

，

；

又知该变压器带额定负载运行时，

落后于

的相位角为30°

，求该变压器空载及满载运行时，一次漏阻抗压降

及电动势

大小。

比较这两种情况下电动势值，说明什么问题？

本题为变压器基本计算，必须熟练掌握）

设U1N=1000∠0

空载时I1=U1/（r1+x1σ+rm+xm）=1000/（5.6+63.66j）=15.65∠-84.97

I1z1=15.65*

=2.95

E1=15.65*

=997.4

满载时I1=I1N=SN/U1N=200000/1000=200

所以I1=200∠-30

I1z1=200*

=37.74

E1=|I1Z1-U1|=|1000-37.74∠28|=966.84

由计算结果可知：

空载电动势的值比满载电动势的值要大一些，空载主磁通也相应比满载主磁通大一些，但是由于是相量相加，电动势和主磁通在两种情况下的差别不大。

3．600kVA、35kV/6.3kV的单相变压器。

绕组中有额定电流时，其内部阻抗压降占额定电压的6%、铜耗为8.5kW；

一次侧外加额定电压时，空载电流是额定电流的5.5%，功率因数为0.15。

试求：

（1）该变压器折算到高压侧的短路阻抗

和激磁阻抗

并用标幺值表示。

（2）满载且

滞后时，该变压器的电压变化率和效率。

（3）当一次加额定电压、二次侧流过功率因数

滞后的额定电流时，试用近似等效电路求出一次电流

和二次电压

本题为变压器综合计算，必须掌握）

五、展现本领（综合分析）

1．两台结构尺寸完全相同但铁心导磁性能不同的变压器，如将它们的一次侧串联后接到额定电压和频率的交流电源上运行，则两者的二次侧空载电压是否相同？

2．某220/110V的单相变压器，其中A、a为同极性端。

现将X、a相接而将A、x端接到相同频率的330V交流电源上，试分析此时高压绕组中电流与直接将高压接到相同频率的220V交流电源上空载运行时的电流是否相同？

如果换成极性标记相同220/220V的隔离变压器，同时改变成将X、x相接而把A、a接到220V同频交流电源上，情况又会变成怎样？

分别说明理由。

概念清晰，计算功底扎实，综合应用能力强，应保持和积累

概念清楚，计算功底扎实，综合应用能力较强，应注意提高能力

概念基本清楚，应用能力一般，、、能力需提高

概念基本清楚，应用能力欠缺，、、能力需提高

习题三（三相变压器）

（1）独立磁路：

三相变压器组，又称组式变压器。

（2）相关磁路：

三相心式变压器。

（3）同极性端（同名端）：

一相（匝链同一个主磁通）绕组中，各绕组的交流电压瞬时极性相同的端头称为同极性端。

（4）时钟法：

把高压电动势看作时钟的长针，低压电动势看作时钟的短针，把代表高压电动势的长针固定指向12点，代表低电压电动势的短针所指的时数作为绕组的组号。

（5）变压器理想并联：

（1）空载时，各并联变压器之间没有环流，即要求

（2）负载时，各变压器的负载与其容量成正比，即要求负载系数

，并且各电流同相位。

这里

为台号，并且

。

2．变压器理想并联的条件是什么？

答：

（1）额定电压相同，通常指变比相同；

（2）连接组别相同；

（3）短路电压百分数相同或短路阻抗标幺值相同；

（4）短路阻抗角相同。

（一般都能满足）

3．三相变压器中出现谐波的根本原因是什么？

绕组连接方式和磁路结构分别对3次谐波有何影响？

出现谐波的根本原因是变压器磁路饱和，即磁化曲线U0=f（i0）欠（低于）线性。

绕组为星形接法时，三次谐波电流不能流通（即不存在）；

绕组为带中性线的星形接法时，三次谐波电流能流通（即可能存在）；

绕组为三角形接法时，三次谐波电流能在三角形内部流通，但在三角形的外部不能流通。

磁路结构主要影响三次谐波的幅值。

对Y,y或Y,yn接线的三相变压器组，经铁心闭合的三次谐波磁通幅值较大，三次谐波电动势的幅值更大，可达额定电压的60%；

对Y,y或Y,yn接线的三相心式变压器，经漏磁路闭合的三次谐波磁通幅值很小，三次谐波电动势的幅值也不大，。

4．额定电压相同的D,y11和Y,d11变压器各一台，则二者能否并联运行？

不能，变压器并联运行必须要连接组别相同，上述两变压器连接组别不同，所以不能并联运行。

5．突然短路对变压器本身的危害有哪些？

危害：

短路电流大绕组过热；

绕组机械（结构）损坏。

6．Y,y接线的变压器带不对称负载时是否会产生中点移动？

不会，星型连接无中线时，一二次侧均无零序系统的电流，所以中点不会移动。

1．根据下列接线图画出相量图，判断变压器的连结组别。

A

b

a

c

C

B

Y，d9

Y，y11

Y，y7

2．试画出⑴Y,y4；

⑵Y,y2；

⑶Y,d9的接线图。

xyz

bca

cab

3．为什么三相变压器组不能采用Y,yn接线？

Y,yn接线的三相变压器组，经铁心闭合的三次谐波磁通幅值较大，三次谐波电动势的幅值更大，可达额定电压的60%，这会导致绕组严重过电压而造成绝缘击穿，因此它在实际中不能使用。

4．为什么大型变压器必须有一侧采用△接线？

因为△接线能将铁芯中3次谐波磁通大大削弱，从而使铁芯磁路中磁通近于正弦行，相应的感应电动势接近正弦形。

5．几台并联运行的变压器其

不等，并联组带负载时，哪一台变压器负载系数β最大？

大的变压器，希望其容量大些还是小些好？

若变比K不等又如何？

与β成反比，所以负载系数β最大的变压器是

最小的变压器。

最大的变压器负载系数最小，所以希望它的容量小一些。

若变比K不等，希望K小的变压器容量大，原因是容量大额定电流大，承受电流能力强。

6．为什么变压器的绕组要绕成圆形？

将绕组绕成圆形，承受径向力的能力好，不易变形，造成损害。

1．接线都是Y,d的两台变压器，一台为组式、一台为心式。

现将它们的△打开一个接头形成开口三角形，先接入电压表，通电测量开口电压，则哪台的电压值大？

再接入电流表，通电测量电流，发现电流基本相等，这又是为什么？

组式变的开口电压大，组式变中三次谐波在铁心中闭合流通幅值很大，导致各相电动势变为很严重的尖顶波。

因为Y,d连接的两台变压器无中线三次谐波电流不能流通。

所以接入电流表，通电测量电流，发现电流基本相等

2．某同学在做Y,y连结组变压器组别测定实验时，发现电源保险丝烧毁，这是为什么？

四、心中有数（计算）

设有两台变压器并联运行，其额定电压U1N/U2N=110/10kV，其它数据为：

第一台：

SN1=100000kVA，p01=80KW，uK1=0.05，pKN1=100kW

第二台：

SN2=50000kVA，p02=42KW，uK2=0.055，pKN2=55kW

（1）当它们带135000kVA，功率因数为0.8滞后的负荷时，每台变压器分别承担多大的负荷？

（2）保证每台变压器均不过载时，它们所能承担的最大负荷为多少？

（3）并联的两台变压器带多大的负荷时，它们的总效率最高？

（4）若第二台变压器的u*K=0.05而其它条件不变时，它们的负载系数是否相同

1．为什么电力变压器需要调压？

变压器在正常运行时，由于负荷变动，一次侧电源电压的变化，二次侧电压也经常变动，电网各点的实际电压一般不能恰好与额度电压相等。

这种实际电压与额定电压之差称为电压偏移，电压偏移的存在是不可避免的，但要求这种偏移不能太大否则就不能保证供电质量，就会对用户带来不利影响，因此对电力变压器进行调压是电力变压器正常运行的一项必要的工作。

2．一台Y,d接线的变压器，内部接线正确但端头和连结组标号模糊不清。

某人先按右图标注出端头字母并将A、a端接在一起，然后通电试验，测得

，那么：

（1）此种情况下该变压器的连结组是什么？

（2）该变压器的变比为多大？