电机与电力拖动第三版习题参考问题详解.docx

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电机与电力拖动第三版习题参考问题详解

《电机与电力拖动》（第三版）习题参考答案

第1章思考题和习题

一、填空题

1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。

气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组

2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。

电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫

3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。

感应电动势、电枢电流

4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。

他励、并励、串励、复励

5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。

相反、反电势

6．直流电动机吸取电能在电动机部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用____________表示。

输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩

二、判断题（在括号打“√”或打“×”）

1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。

（×）

2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。

（×）

3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。

（×）

4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。

（√）

5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。

（×）

6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。

（√）

三、选择题（将正确答案的序号填入括号）

1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件（线圈）过的电流是（B）。

A．直流电流B．交流电流

C．互相抵消，正好为零

2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组（B）。

A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联

C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联

3．直流电动机的额定功率PN是指电动机在额定工况下长期运行所允许的（A）。

A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率

C．电磁功率

4．直流电动机铭牌上的额定电流是。

（C）。

A．额定电枢电流B．额定励磁电流

C．电源输入电动机的电流

5．在—个4极直流电动机中，N、S表示主磁极的极性，n、s表示换向极的极性。

顺着转子的旋转方向，各磁极的排列顺序应为（C）。

A．N—n—N—n—S—s—S—s

B．N—s—N—s—S—n—S—n

C．N—n—S—s—N—n—S—s

D．N—s—S—n—N—s—S—n

四、简答题

1．有一台复励直流电动机，其出线盒标志已模糊不清，试问如何用简单的方法来判别电枢绕组、并励绕组和串励绕组?

答：

根据阻值大小和绕组直径判断。

2．为什么直流电动机的定子铁心用整块钢材料制成，而转子铁心却用硅钢片叠成?

答：

定子励磁电流是直流电流，磁滞损耗和涡流损耗小；而转子中流过的是交变的电流，磁滞损耗和涡流损耗较大。

3．写出直流电动机的功率平衡方程式，并说明方程式中各符号所代表的意义。

式中哪几部分的数值与负载大小基本无关?

答：

，电磁转矩

、负载转矩

、空载转矩T0，其中空载转矩的大小与负载大小基本无关。

4．直流电机电枢绕组中的电动势和电流是直流吗？

励磁绕组中的电流是直流还是交流？

为什么将这种电机叫直流电机？

答：

电枢绕组中的电动势和电流是交流。

励磁绕组中的电流是直流。

因输入或输出的电流是直流，故称直流电机。

5．什么是电枢反应？

电枢反应对电机气隙磁场有什么影响？

答：

电枢反应是指电枢磁场对主磁场的影响。

电枢反应使磁极下的磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变，使主磁场削弱。

6．什么是直流电机的换向？

研究换向有何实际意义？

根据换向时电流变化的特点有哪几种形式的换向？

哪种形式较理想？

有哪些方法可以改善换向以达到理想的换向？

答：

一个元件从一个磁极下旋转到另一个磁极下时，元件中电流方向改变的过程称换向。

研究换向是为了在换向时电火花对电刷的损害小而均匀。

电流均匀的由大到小再由小到大的均匀变化（直线换向）是理想的换向形式。

采取安装换向极、正确移动电刷、正确选用电刷、装设补偿绕组等方法都能改善条件。

五、计算题

1．有一台100kW的他励电动机，UN=220V，IN=517A，nN=1200r／min，Rt=0．05欧姆，空载损耗△P0=2kW。

试求：

（1）电动机的效率η；

（2）电磁功率P；

（3）输出转矩T2。

答：

（1）额定输入功率为：

效率：

（2）电磁功率：

（3）额定输出转矩：

2．一台并励直流电动机，铭牌数据为PN=96kW，UN=440V，IN=255A，IfN=5A，nN=1550r/min，并已知Ra=0.087。

试求：

（1）电动机的额定输出转矩TN；

（2）电动机的额定电磁转矩Tem；

（3）电动机的理想空载转速n0。

答：

（1）额定输出转矩：

（2）根据电压平衡方程式可知电枢电动势为：

电磁功率为：

额定电磁转矩：

（3）根据

得

理想空载转速：

第2章思考题和习题

一、填空题

1．串励电动机不允许启动，同时规定负载不能小于额定值的20％～30％，不准用V带或链条传动，防止因V带或链条滑脱而发生事故。

空载、飞车

2．直流电动机启动瞬间，转速为零，也为零，加之电枢电阻又很小，所以启动电流很大，通常可达到额定电流的倍。

感应电动势、10～20

3．直流电动机的启动方法有启动和启动两种。

直接、降压或电枢串电阻

4．直流电动机的调速有调速、改变调速和改变调速三种方法。

串电阻、电压、磁通

5．电枢回路串电阻调速时，转速将随主磁通的减小而，但最高转速通常控制在1．2倍额定转速以下。

升高

6．改变直流电动机旋转方向的方法有两种：

一种是改变方向；另一种是改变方向。

若同时采用以上两种方法，则直流电动机的转向将。

电枢电流、励磁电流、不变

二、判断题（在括号打“√”或打“×”）

1．降低他励直流电动机的电枢电压时其理想空载转速不会降低。

（×）

2．电枢串电阻调速时其理想空载转速不会降低。

（√）

3．所谓电气制动，就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩

，

起到阻碍运动的作用。

（√）

4．倒拉反转反接制动和回馈制动都是即可以用于高速下的限速下放，也可以用于低速下的限速下放。

（×）

三、选择题（将正确答案的序号填入括号）

1．并励电动机改变电枢电压调速得到的人为机械特性与自然机械特性相比，其特性硬度（C）。

A．变软B．变硬C．不变

2．由于电枢反应的作用，使直流电动机主磁场的物理中性线（B）。

A．在几何中性线两侧摆动

B．逆着电枢的旋转方向偏转β角

C．顺着电枢的旋转方向偏转β角

3．一台他励直流电动机带恒定负载转矩稳定运行，若其他条件不变，只是人为地在电枢电路中增加了电阻，当重新稳定运行时，其（C）将会减小。

A．电磁转矩。

B．电枢电流C．电动机的转速

4．要改变直流电动机的转向，以下方法可行的是（C）。

A．改变电流的大小B．改变磁场的强弱C．改变电流方向或磁场方向

5．直流电动机的能耗制动是指切断电源后，把电枢两端接到一只适宜的电阻上，此时电动机处于（B）。

A．电动机状态B．发电机状态C．惯性状态

6．直流电动机在进行电枢反接制动时，应在电枢电路中串入一定的电阻，所串电阻阻值不同，制动的快慢也不同。

若所串电阻阻值较小，则制动过程所需时间（A）。

A．较长B．较短C．不变

四、简答题

1．写出电力拖动系统的运动方程式并说明方程式中各物理量的意义以及方程式中转矩和转速正、负号的规定。

答：

，

——电动机的拖动转矩，

——生产机械的负载转矩，GD2——转动物体的飞轮矩，dn/dt——转速的变化率。

1）首先选定顺时针或逆时针中的某一个方向为规定正方向。

2）转速的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。

3）电磁转矩

的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。

4）负载转矩

与规定正方向相反时为正，相同时为负。

2．电力拖动系统的运动方程式有何实际应用意义？

答：

判断拖动系统的运动状态；定量计算拖动系统的参数。

3．研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化为一个单轴系统？

简化过程要进行哪些量的折算？

折算时各需遵循什么原则？

答：

为简化传动系统的计算。

要进行转矩和惯性的折算。

转矩折算的原则是保持折算前后功率不变；惯性折算的原则是保持折算前后动能不变。

4．什么是生产机械的负载转矩特性？

有哪几种类型？

各有何特点？

答：

生产机械的转速n与负载转矩

之间的关系

特性。

有恒转矩负载：

特点是转矩大小恒定不变；恒功率负载：

特点是负载功率大小恒定不变；通风机型负载：

特点是转矩大小与转速的平方成正比。

5．什么是直流电动机的人为机械特性?

并画图说明他励直流电动机的三种人为机械特性曲线。

答：

为满足性能需要人为改变电动机运行参数的机械特性叫人为机械特性。

三种人为机械特性曲线见图2-13、2-14、2-15所示。

6．当并励直流电动机的负载转矩和电源电压不变时，减小电枢回路电阻，会引起电动机转速的何种变化?

为什么?

答：

转速升高。

因电阻减小使得电枢电流增大，电磁转矩增大，当达到新的平衡点时在较高的转速下运行。

7．为什么说串励电动机比并励电动机更适宜用做起重机械的动力?

答：

因串励电动机有较大而不是很大的启动转矩，便于控制。

五、计算题

1．一台他励直流电动机的数据为：

PN=10kW，UN=220V，IN=53.4A，nN=1500r/min，Ra=0.4。

试绘制以下几条机械特性曲线：

（1）固有机械特性；

（2）电枢串入1.6电阻的机械特性；（3）电源电压降至额定电压一半的机械特性；（4）磁通减少30%的机械特性。

答：

（1）绘制固有特性曲线

估算Ra：

由

式，此处取系数0.67，则

计算

：

理想空载点：

额定工作点：

n=nN=1500r/min

在坐标图中连接额定点和理想空载点，即得到固有特性曲线。

（2）绘制电枢串入1.6电阻的机械特性

当电枢回路串入电阻Rpa=1.6时，理想空载点仍然为n0=1666.7r/min，当Tem=TN时，即Ia=53.4A时，电动机的转速为：

（3）电源电压降至额定电压一半的机械特性

当电源电压降至0.5UN=110V时，理想空载点

与电压成正比变化，所以

当Tem=TN时，即Ia=53.4A时，电动机的转速为：

其特性为通过（0，833）和（67.32，667）两点的直线。

（4）磁通减少30%的机械特性

当磁通减弱至30%N时，理想空载转速

将升高

当Tem=TN时，电动机的转速为：

其人为特性为通过（0，5555）和（67.32，3707）两点的直线。

2．一台他励直流电动机数据与题1数据相同，求：

（1）在额定负载下运行时的电磁转矩、输出转矩及空载转矩；

（2）理想空载转速和实际空载转速；（3）负载为额定负载一半时的转速；（4）n=1600r/min时的电枢电流。

答：

（1）在额定负载下运行时的电磁转矩、输出转矩及空载转矩

由上题可知：

额定电磁转矩：

输出转矩：

空载转矩：

（2）理想空载转速和实际空载转速

理想空载转速：

实际空载转速：

而

（3）负载为额定负载一半时的转速

（4）n=1600r/min时的电枢电流

当n=1600r/min时的转矩为：

则：

，

对应的电枢电流为：

3．他励直流电动机的技术数据为：

PN=7.5kW，UN=110V，IN=85.2A，nN=750r/min，Ra=0.13。

试求：

（1）直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？

（2）如限制启动电流为1.5倍，电枢回路应串入多大的电阻？

答：

（1）直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？

倍数为：

（2）如限制启动电流为1.5倍，电枢回路应串入多大的电阻？

将启动电流限制到

应传入的电阻为：

4．一台他励直流电动机的额定功率PN=2.5kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=12.5A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.8，求：

（1）当电动机以1200r/min的转速运行时，采用能耗制动停车，若限制最大制动电流为2IN，则电枢回路中应串入多大的制动电阻？

（2）若负载为位能性恒转矩负载，负载转矩为TL=0.9TN，采用能耗制动使负载以120r/min转速稳速下降，电枢回路应串入多大电阻？

答：

（1）

在1200r/min的转速运行时的感应电动势为：

应串入的电阻为：

（2）

根据机械特性方程式：

，此时，

则：

故：

5．一台他励直流电动机的额定功率PN=4kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=22.3A，额定转速nN=1000r/min，电枢回路总电阻Ra=0.91。

运行于额定状态，为使电动机停车，采用电枢电压反接制动，串入电枢回路的电阻为9，求：

电动机拖动反抗性负载转矩运行于正向电动状态时，TL=0.85TN（与反接后电磁转矩进行比较，若TL大，则不转，若小，则转）。

（1）制动开始瞬间电动机的电磁转矩是多少？

（2）n=0时电动机的电磁转矩是多少？

（3）如果负载为反抗性负载，在制动到n=0时不切断电源，电动机会反转吗，为什么？

答：

（1）

制动开始瞬间的感应电动势为：

制动瞬间的电流为：

（2）

当n=0时，Ea=0，此时，

电磁转矩：

（3）如果负载为反抗性负载，在制动到n=0时不切断电源，

将成为反向拖动转矩，此时的负载转矩大小为：

，负载转矩小于反向拖动转矩，电动机将反转。

第3章思考题和习题

一、填空题

1．变压器是一种能变换电压，而不变的静止电气设备。

交流、频率

2．变压器的种类很多，按相数分，可分为单相和三相变压器；按冷却方式分，可分为、风冷式、自冷式和变压器。

油冷、水冷

3．电力系统中使用的电力变压器，可分为变压器、变压器和变压器。

升压、降压、配电、厂用

4．变压器的空载运行是指变压器的一次绕组，二次绕组的工作状态。

加额定电压、断路

5．一次绕组为660匝的单相变压器，当一次侧电压为220V时，要求二次侧电压为127V，则该变压器的二次绕组应为匝。

381

6．一台变压器的变压比为1：

15，当它的一次绕组接到220V的交流电源上时，二次绕组输出的电压是V。

14.7

7．变压器空载运行时，由于损耗较小，损耗近似为零，所以变压器的空载损耗近似等于损耗。

铜、铜、铁

8．变压器带负载运行时，当输入电压U1不变时，输出电压U2的稳定性主要由和决定，而二次侧电路的功率因数cosφ2主要由决定，与变压器关系不大。

变压器阻、负载大小、负载性质

9．收音机的输出变压器二次侧所接扬声器的阻抗为8Ω，如果要求一次侧等效阻抗为288Ω，则该变压器的变比应为。

6

10．变压器的外特性是指变压器的一次侧输入额定电压和二次侧负载一定时，二次侧与的关系。

功率因数、输出电压、电流

11．一般情况下，照明电源电压波动不应超过；动力电源电压波动不应超过，否则必须进行调整。

+5%和-10%、±5%

12．如果变压器的负载系数为β，则它的铜耗PCu与短路损耗PK的关系式为，所以铜耗是随的变化而变化的。

、负载

13．当变压器的负载功率因数cosφ2一定时，变压器的效率只与有关；且当______时，变压器的效率最高。

负荷大小、

14．短路试验是为了测出变压器的、和。

铜损、断路阻抗、短路阻抗百分数

15．在铁心材料和频率一定的情况下，变压器的铁耗与成正比。

电压

16．变压器绕组的极性是指变压器一次绕组、二次绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用来标记。

时钟法

17．所谓同名端，是指，一般用来表示。

原、副绕组中，某一瞬时同为高电位（或同为低电位）的出线端称为同名端，用“*”或“·”。

18．所谓三相绕组的星形接法，是指把三相绕组的尾端连在一起，接成，三相绕组的首端分别的连接方式。

星形点、接电源或负载

19．某变压器型号为S7—500／10，其中S表示，数字500表示；10表示。

三相、500kVA、一次侧电压为10kV

20．一次侧额定电压是指变压器额定运行时，，它取决于和。

而二次侧额定电压是指一次侧加上额定电压时，二次侧空载时的。

一次侧工作电压、电源和负载需要、空载电压

21．所谓温升，是指变压器在额定工作条件下，部绕组允许的与之差。

最高温度、环境温度

21．为了满足机器设备对电力的要求，许多变电所和用户都采用几台变压器并联供电来提高。

供电的可靠性和经济性

22．变压器并联运行的主要条件有两个：

一是；二是。

否则，不但会增加变压器的能耗，还有可能发生事故。

各变压器的变压比相等、连接组别必须相同

23．两台变压器并联运行时，要求一次侧、二次侧电压，变压比误差不允许超过。

对应相等、1%

24．变压器并联运行时的负载分配（即电流分配）与变压器的阻抗电压。

因此，为了使负载分配合理（即容量大，电流也大），就要要求它们的——都一样。

成正比

25．并联运行的变压器容量之比不宜大于，Uk要尽量接近，相差不大于。

3：

1

26．运行值班人员应定期对变压器及附属设备进行全面检查，每天至少。

在检查过程中，要注重、闻、嗅、摸、测”五字准则，仔细检查。

进行一次巡回检查、看

27．三相自耦变压器一般接成。

星形

28．自耦变压器的一次侧和二次侧既有的联系，又有的联系。

电、磁的耦合

29．为了充分发挥自耦变压器的优点，其变压比一般在围。

1.2～2

30．电流互感器一次绕组的匝数很少，要接入被测电路；电压互感器一次绕组的匝数较多，要接入被测电路。

串联、并联

31．用电流比为200／5的电流互感器与量程为5A的电流表测量电流，电流表读数为4．2A，则被测电流是A。

若被测电流为180A，则电流表的读数应为A。

168、4.5

32．电压互感器的原理与普通变压器是完全一样的，不同的是它的更准确。

降压、精度

33．在选择电压互感器时，必须使其符合所测电压值；其次，要使它尽量接

近状态。

一次侧额定电压、开路

二、判断题（在括号打“√”或打“×”）

1．在电路中所需的各种直流电，可以通过变压器来获得。

（×）

2．变压器的基本工作原理是电流的磁效应。

（×）

3．同心绕组是将一次侧、二次侧线圈套在同一铁柱的、外层，一般低压绕组在外层，高压绕组在层。

（×）

4．热轧硅钢片比冷轧硅钢片的性能更好，其磁导率高而损耗小。

（×）

5．储油柜也称油枕，主要用于保护铁心和绕组不受潮，还有绝缘和散热的作用。

（×）

6．芯式铁心是指线圈包着铁心，其结构简单、装配容易、省导线，适用于大容量、高电压。

（√）

7．变压器中匝数较多、线径较小的绕组一定是高压绕组。

（√）

8．变压器既可以变换电压、电流和阻抗，又可以变换相位、频率和功率。

（×）

9．变压器用于改变阻抗时，变压比是一次侧、二次侧阻抗的平方比。

（×）

10．变压器空载运行时，一次绕组的外加电压与其感应电动势在数值上基本相等，而相位相差1800。

（√）

11．当变压器的二次侧电流增加时，由于二次绕组磁势的去磁作用，变压器铁心中的主磁通将要减小。

（×）

12．当变压器的二次侧电流变化时，一次侧电流也跟着变化。

（√）

13．接容性负载对变压器的外特性影响很大，并使电压下降。

（×）

14．对升压变压器的空载试验，可以在一次侧进行，二次侧开路。

（√）

15．变压器进行短路试验时，可以在一次侧电压较大时，把二次侧短路。

（×）

16．变压器的铜耗PCu为常数，可以看成是不变损耗。

（×）

17．变压器二次侧采用三角形接法时，如果有一相绕组接反，将会使三相绕组感应电势的相量和为零。

（×）

18．绕组的最高允许温度为额定环境温度加变压器额定温升。

（√）

19．当负载随昼夜、季节而波动时，可根据需要将某些变压器解列或并联以提高运行效率，减少不必要的损耗。

（√）

20．变压器并联运行时连接组别不同，但只要二次侧电压大小一样，那么它们并联后就不会因存在部电动势差而导致产生环流。

（×）

21．自耦变压器绕组公共部分的电流，在数值上等于一次侧、二次侧电流数值之和。

（×）

22．白耦变压器既可作为降压变压器使用，又可作为升压变压器使用。

（×）

23．自耦变压器一次侧从电源吸取的电功率，除一小部分损耗在部外，其余的全部经一次侧、二次侧之间的电磁感应传递到负载上。

（√）

24．利用互感器使测量仪表与高电压、大电流隔离，从而保证仪表和人身的安全，又可大大减少测量中能量的损耗，扩大仪表量程，便于仪表的标准化。

（√）

25．应根据测量准确度和电流要求来选用电流互感器。

（√）

26．与普通变压器一样，当电压互感器二次侧短路时，将会产生很大的短路电流。

（√）

27．为了防止短路造成危害，在电流互感器和电压互感器二次侧电路中都必须装设熔断器。

（×）

28．电压互感器的一次侧接高电压，二次侧接电压表或其他仪表的电压线圈。

（√）

三、选择题（将正确答案的序号填入括号）

1．油浸式变压器中的油能使变压器（D）。

A．润滑B冷却

C．绝缘D．冷却和增加绝缘性能

2．常用的无励磁调压分接开关的调节围为额定输出电压的（B）。

A．±10％B．±5％C．±15％

3．安全气道又称防爆管，用于避免油箱爆炸引起的更大危害。

在全密封变压器中，广泛采用（A）做保护。

A．压力释放阀B．防爆玻璃C．密封圈

4．有一台380V／36V的变压器，在使用时不慎将高压侧和低压侧互相接错，当低压侧加上380V电源后，会发生的现象是（C）。

A．高压侧有380V的电压输出

B．高压侧没有电压输出，绕组严重过热

C．高压侧有高压输出，绕组严重过热

D．高压侧有高压输出，绕组无过热现象

5．有一台变压器，一次绕组的电阻为10Ω，在一次侧加220V交流电压时，一次绕组的空载电流（B）。

A．等于22AB．小于22AC．大于22A

6．变压器降压使用时，能输出较大的（B）。

A．功率B．电流C．电能D．电功

7．将50Hz、220V／127V的变压器接到100Hz、220V的电源上，铁心中的磁通将（A）。

A．减小B．增加C．不变D．不能确定

8．变压器的空载电流I0与电源电压U1的相位关系是（C）。

A．I0与U1同相B．I0滞后U1900

C．I0滞后U1接近900但小于900D．I0滞后U1略大于900

9．用一台变压器向某车间的异步电动机供电，当开动的电动机台数增多时，变压器的端电压将（B）。

A．升高B．降低C．不变D．可能升高，也可能降低

10．变压器短路试验的目的之一是测定（A）。

A．短路阻抗B．励磁阻抗C．铁耗D．功率因数

11．变压器空载试验