华北电力大学电机学习题集及答案.doc
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电机学习题集
1概论
习题一感应电动势和电磁力
一、思考题
1.变压器电动势、运动电动势、自感电动势和互感电动势产生的原因有什么不同？
其大小与哪些因素有关？
2.自感系数的大小与哪些因素有关?
有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个的自感系数是常数？
哪一个是变数，随什么原因变？
3.在图1中，党给原线圈外加正弦电压u1时，线圈内要感应电动势。
（1）当电流i1按图1中方向减小时，标出此时感应电动势实际方向。
（2）如果i1在铁心中建立的磁通=msint，副线圈咂数是2，试求副线圈内感应电动势有效值的计算公式。
（用频率f1副边匝数2和磁通最大值m表示）。
图1
4.电磁感应定律有时写成e=-，有时写成e=-，有时写成e=-。
这三种表示法之间有什么差别？
从一种写法改为另一种写法需要什么附加条件？
在什么情况下把电磁感应定律写成e=？
是分析说明之。
5.如图2所示，磁通限定在虚线所围的范围内，“+”表示磁力线垂直进入纸面，在图示各种情况下，导电环移动到虚线位置时，试问在运动时环内是否产生感应电动势，若有感应电动势，是确定其方向。
图2
二、计算题
1.设有100匝长方形线框，如图3所示，线框尺寸为a=0.1m，b=0.2m，线圈在均匀磁场中环绕着连接场边中心点的轴线以均匀转速n=1000r/min旋转。
均匀磁场的磁密B=0.8T，试求：
（1）线圈中感应电动势的时间表达式；
（2）感应电动势的最大值及出现最大值的位置；
（3）感应电动势的有效值。
2.线圈匝数尺寸同图3，位于均匀的恒定磁场中，磁通密度B=0.8T，设在线圈中通以10安电流且按顺时针流动，求：
（1）当线圈平面与磁力线垂直时，线圈各边所受的力是多少？
作用的方向如何？
作用在该线圈上的转矩为多少？
（2）当线圈平面与磁力线平行时，线圈各边所受的力是多少？
作用的方向如何？
作用在该线圈上的转矩为多少？
（3）线圈受转矩后便要转动，试求线圈在不同位置时转矩的表达式。
图3
3.ThelinearmotorshowninFig.4consistsofamovableconductorthatmaintainselectricalcontactwiththestationaryU-spapedconductorofinfinitelength,whosesidesareseparatedby0.5mandencloseuniformmagneticfieldof0.8T.Acurrentgeneratormaintainsaconstantcurrentintheclosedloop.Afteranacceleratingperiodaforceof10Nmaintainsa10m/ssteady-statevelocityofthemovingconductor.
（a）Whatisthemagnitudeofthecurrent?
（b）Whatvoltageisinducedintheclosedloop?
图4
习题二磁路计算
一、思考题
1.试比较磁路和电路的相似点与不同点，并叙述磁路计算的一般方法。
2.电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要特性。
二、计算题
1.一铁环的平均半径为0.3m，铁环的横截面积为一直径等于0.05m的圆形，在铁环上绕有线圈，当线圈中的电流为5A时，在铁心中产生的磁通为0.003Wb，试求线圈应有的匝数。
铁环所用的材料为铸铁，其磁化曲线有如下数据：
H100（）
5
10
20
30
40
50
60
80
110
B0.1（T）
6
11.0
13.6
14.8
15.5
16.0
16.4
17.2
17.3
H100（）
140
180
250
B0.1（T）
18.3
18.8
19.5
2.对于图5，如果铁心用硅钢片叠成，截面积Ac=12.250.0001，填充系数k=0.92，铁心的平均长度lc=0.4m，空气隙=0.50.001m，线圈的匝数为600匝。
试求产生磁通=110.0001Wb时所需的励磁磁动势和励磁电流。
（不考虑气隙的边缘效应）
D23硅钢片磁化曲线数据如下（50Hz0.5mm厚）
B（T）
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
H100（）
1.58
1.81
2.10
2.50
3.06
3.83
4.93
6.52
8.90
12.6
20.1
37.8
图5
3.已知磁路如图6所示，材料是D11硅钢片，（填充系数k=0.92），若线圈接在220V，50Hz的交流电源上，线圈匝数w=200匝，求励磁电流。
（忽略线圈电阻的漏磁）
D11硅钢片磁化曲线数据如下：
B0.1（T）
5
10
11
12
13
14
H100（）
1.2
3.6
4.6
6
8
11.2
B0.1（T）
15
16
17
18
19
H100（）
17
30
58
100
165
图6
Ⅱ变压器
习题三变压器的空载运行
一、思考题
1.变压器原、副边电压、电动势正方向如图7a所示，设变比k=2，原边电压u1波形如图7b所示，画出e1、e2、和u2的时间波形，并用向量图表示E1、E2、、U2和U1的关系（忽略漏阻抗压降）。
（a）（b）
图7
2.图8a和b中的u、i、e等量的规定正方向不同，是分别写出两图中变压器原、副方的电压平衡方程式。
（a）（b）
图8
3.图7a中所标的正方向符合关系式e=-，是问当主磁通在（t）增加时e1和e2的瞬时方向如何？
减小时又如何？
二、计算题
1某三相变压器SN=5000kVA，U1N/U2N=10/6.3kV，Y，d联结，试求原、副方的额定电流。
2设有一500kVA、50Hz三相变压器，10000/400V，D，yn联结，忽略漏阻抗压降，试求：
原方额定线电流及相电流，副方额定线电流；
如原方每相扰组有960匝，文副方每相绕组有几匝？
每匝的感应电动势为多少？
如铁心中磁密最大值为1.4T，求铁心截面积；
如在额定运行情况下绕组中电流密度为3A/，求原、副绕组各应有的导线截面积。
3变压器铭牌数据为SN=100kVA，U1N/U2N=6300/400V，Y，yn联结，如电压由6300V改为10000V，假定用改换高压绕组的办法来满足电源电压的改变，若保持低压绕组匝数每相为40匝不变，则新的高压绕组每相匝数应改为多少？
如不改变会有什么后果？
习题四变压器的空载运行
一、思考题
1.试述激磁阻抗Zm=rm+jxm的物理意义。
磁路饱和与否对xm和rm有何影响？
为什么要求xm大、rm小？
为了使xm大、rm小，变压器铁心应该用什么材料制造？
rm能用伏安法测量吗？
2.变压器空载时，一方加额定电压，虽然线圈电阻很小，电流仍然很小，为什么？
3.一台50Hz的单相变压器，如接在直流电源上，其电压大小和铭牌电压一样，试问此时会出现什么现象？
副方开路和短路对原方电流的大小有无影响（均不考虑暂态过程）？
4.变压器的额定电压为220/110V，若不慎将低压方误接到220V电源上，试问励磁电流将会发生什么变化？
变压器将会出现什么现象？
二、计算题
1单相变压器电压为220/110V，设高压侧加220V电压，空载激磁电流为I0，主磁通为0。
若Xa联在一起，在Ax端加电压330V，问此时激磁电流多大？
若X、x联接在一起，在Aa端加电压110V，问激磁电流和主磁通又为多大？
（见图9）
图9
2将一台1000匝铁心线圈接到110V50Hz的交流电源上，由安培表和瓦特表的读数可得知I1=0.5A，P1=10W；把铁心取出后电流和功率就变为100A和10000W，设不计漏磁，试求：
（1）两种情况下的参数，等效电路和向量图；
（2）有铁心时的磁化电流和铁耗电流，无铁心时的无功电流和有功电流；
（3）二种情况下磁通的最大值。
习题五变压器的负载运行
一、思考题
1若规定变压器电压、电动势、电流和磁通的正方向如图10所示。
（1）写出变压器的基本方程式；
（2）若副边带电容负载，画出相量图。
图10
2变压器副方加电阻、电感或电容负载时，从原方输入的无功功率有何不同？
为什么？
3变压器副方加电感性负载及电容性负载时，副方电压有何不同？
副方电压在什么情况下才会高于空载值？
二、计算题
1、两台变压器的数据如下：
第一台：
1kVA,240/120V,归算到高压边短路阻抗为4。
第二台：
1kVA,120/24V,归算到高压边短路阻抗为1。
现将它们按图11联结，再接于240V交流电源作连续降压，忽略励磁电流。
（1）所接负载为ZL=10+j，求各级电压和电流的大小；
（2）若负载边短路，求各级电压和电流。
图11
2一台20kVA的单相变压器，原方额定电压2400V，副方有两个独立线圈，分别按图12（a）、（b）、（c）、（d）接负载，其中箭头表示线圈两端的电压相量。
试求：
（a）、（b）、（c）、（d）图各线圈中的电流值；（忽略漏阻抗和激磁电流，图中负载电阻单位为欧姆）。
（a）（b）
（c）（d）
图12
3变压器原、副边匝数比/=3.5/1.5，已知i1=10sintA，写出图13（a）、（b）两种情况下副边电流i2的表达式（忽略激磁电流）。
图13
习题六变压器的负载运行
一思考题
1何谓标幺值？
在变压器中如何选区基准值？
选额定制作为标值有什么好处？
工程分析计算为什么常用标幺值？
2变压器的电压调整率与阻抗电压有什么联系？
阻抗电压的大小决定与那些因素？
其大小对变压器有什么影响？
3一台额定频率60的电力变压器，接于50，电压为变压器额定电压的5/6倍的电网上运行，试问此时变压器的磁饱和程度、激磁电流、激磁阻抗、漏电抗以及铁耗等的实际值和标幺值于原设计值是否相同？
4铁耗合铜耗相等的变压器效率最高，但在设计时常是铁耗远小于额定电流下的铜耗，例如铁耗为铜耗的1/3，这是为什么？
二、计算题
1三相变压器的额定容量=750kVA，额定电压，Y,d联结，在低压边做空载试验的数据为：
电压，电流，空载损耗。
在高压边做短路试验的数据为：
电压，电流，短路损耗。
求变压器参数的实际值和标幺值，画出T型等效电路（假设漏阻抗，其中电阻和电抗，实验室室温）。
求出满载且（滞后）时的电压调整率。
2三相变压器的额定容量，额定电压，联结，空载损耗和短路损耗，求：
（1）当输出电流,（滞后）时的效率；
（2）效率最大时的负载系数。
3一台三相压器，连接。
（1）求短路参数及阻抗电压的有功和无功分量；
（2）做满载且（滞后）的简化向量图；
（3）计算按
（2）运行时副方电压及。
习题七三相变压器
1根据图14接线图，按电势位形图定出联结组别；
图14
2根据下列联结组别按电势位形图画出接线图：
（1）Y,
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