1、附錄:第1章 思考題及答案1-1 變壓器的電動勢的產生原理是哪一個定律？說明其原理。答：變壓器的電動勢的產生原理是法拉第電磁感應定律，即設N匝線圈處在磁場中，它所交鏈的磁鏈,當磁鏈發生變化時，會產生電場，并在線圈內產生感應電動勢。即： 1-2 根據功能與用途，電機可以分為哪幾類？答：根據功能與用途電機可以分為：動力電機和控制電機。動力電機又分為：靜止的電機（變壓器）和旋轉電機（直流電機和交流電機）。控制電機是信號轉換和信號傳遞的裝置，容量和體積一般都比較小，在自動控制系統中常用于檢測、放大、執行和校正等元件。電機動力電機控制電機直流電機交流電機靜止電機：變壓器旋轉電機1-3 一個電力拖動系統的

2、組成有哪些組成部分，各部分的作用是什么？答：電力拖動系統包括：電動機、傳動機構、生產機械、控制設備和電源等組成。生產機械是執行某一生產任務的機械設備，是電力拖動的對象；電源給動力機構電動機以及控制設備提供電能，電動機把電能轉換為機械能，通過傳動機構經過中間變速或變換運動方式后，拖動生產機械工作；控制設備是由各種控制電機、電器、電子元件及控制計算機組成，用以控制電動機的運動，實現對生產機械運動的自動控制。1-4 電機中涉及到哪些基本電磁定律？試說明它們在電機中的主要作用。答：全電流定律：電生磁的定律，實現電磁轉換；電磁感應定律：磁生電的定律，電磁轉換；電磁力定律：電磁產生運動的定律，電動機原理。

3、1-5 如果感應電勢的正方向與磁通的正方向符合左手螺旋關系，則電磁感應定律應寫成，試說明原因。答：應為電磁感應定律的描述是感應電動勢的正方向與磁通方向符合右手螺旋關系時：，即電動勢總是阻礙磁通的變換。因此當感應電動勢的正方向與磁通方向符合右左手螺旋關系時，則產生的感應電動勢為：。第1章 練習題題解及答案1-1 在求取感應電動勢時，式、式、式,以及等式中，哪一個式子具有普遍的形式？這些式子分別適用什么條件？解：式是普遍的形式，此時是在感應電動勢的正方向與磁鏈的正方向符合右手螺旋關系條件下；式適用于自感電動勢，表示由于線圈中電流i的變化使由i產生的交鏈該線圈的磁鏈發生變化時所產生的電動勢；式適用于

4、線圈所有N匝的磁通相同，均為時，即的情況；式適用于運動電動勢，且、三者相互垂直，且符合右手定則。1-2 在下圖中，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，該磁路的總磁動勢為多少？2） 中電流反向時，總磁動勢又為多少？3） 若在圖中a，b處切開，形成一空氣氣隙，總總磁動勢又為多少？解： 1）該磁路的總磁動勢為：2）此時磁路的總磁動勢為：3）此時磁路的總磁動勢為：。1-3 下圖中，當電流產生的磁通按正弦規律變化（即：）時，求其在線圈上產生的感應電動勢，各參數參考方向如圖所示。解：由于感應電動勢與磁通的參考方向為不為右手螺旋關系，根據法拉第電磁感應定律得感應電動勢為：可見

5、感應電動勢的幅值為：有效值為：1-4 當線圈中的電流減小時，標出線圈和產生的感應電動勢和的實際方向。解：根據右手螺旋定則，得由產生的磁通方向如下圖所示，由電磁感應定律，根據磁通，感應電動勢和的參考正方向與磁通磁通方向滿足右手螺旋關系，如圖所示，且：，由于減小，因此其產生的磁與即為圖中的參考一致（見圖中虛線方向）。第2章 思考題及答案2-1 直流電機的主要部件是什么？各有什么作用？答：直流電機的主要包括定子、轉子定子部分：包括主磁極、換向磁極、機座、電刷裝置1）主磁極：建立主磁通，包括： 鐵芯：由低碳鋼片疊成 繞組：由銅線繞成2）換向磁極：改善換向，包括： 鐵芯： 中大型由低碳鋼片疊成。 小型由

6、整塊鍛鋼制成。 繞組：由銅線繞成。3）機座：固定主磁極、換向磁極、端蓋等，同時構成主磁路的一部分，用鑄鐵、鑄鋼或鋼板卷成。4）電刷裝置：引出（或引入）電流，電刷由石墨等材料制成。轉子部分：包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向片1） 電樞鐵心：構成主磁路，嵌放電樞繞組。由電工鋼片疊成。2） 電樞繞組：產生感應電動勢和電磁轉矩，實現機電能量轉換。由銅線繞成。3） 換向片：換向用，由銅線圍疊而成。4）2-2 在直流電機中，為什么要用電刷和換向器，它們起到什么作用？答：在直流發電機中，電刷和換向器起到整流的作用，將電樞繞組中的交流電整流成出線端的直流電。直流發電機中，起到逆變的作用，將端口的輸入的直流電變成電

7、樞繞組中的交變電流。2-3 直流發電機是如何 發出直流電的？如果沒有換向器，直流發電機能否發出直流電？答： 直流發電機電樞繞組內的感應電動勢實為交變電動勢(如題圖2-3所示瞬間以導體a為例)， 電樞繞組的a導體處于N極底下， 由“右手發電機”定則判得電動勢方向為，轉半圈后，處于S極下，電動勢方向變為，再轉半圈，又回到原來位置，電動勢又為。，它通過換向裝置后， 才把電樞繞組的交流變為外電路的直流。換向裝置的結構特點是電樞繞組盡管旋轉，而 A、B電刷固定不轉（電刷與磁極相對靜止），且A刷恒與N極下導體相連，B刷恒與S極底下導體相連），則由A刷引出的電動勢方向恒為（流出）， 若定義為正極， 則刷引出

8、的電動勢方向恒為 (流入)， 為負極，因此，由，兩刷得到的就是直流。.NSa+_AB題圖1-3 直流電機模型 由上分析可知，由于內電路的交流是通過換向裝置后才變為外電路的直流，故沒有換向裝置就不行。2-4 何謂電樞反應？電樞反應對氣隙磁場有什么影響？答：直流電機在空載運行時，氣隙磁場僅有勵磁磁動勢產生，而負載運作時，氣隙磁場是由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產生的，顯然與空載時不同，因此把電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為電樞反應. 電樞反應結果可能使氣隙磁場畸變，同時還可能使氣隙磁場削弱或增強.2-5 公式和中的應是什么磁通？答：公式中的為每個極面下的氣隙磁通，它由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產生的.

9、IaUI=If串勵Ia=If=IIaUfIf IU他勵I=Ia If=Uf/Rf2-6 直流電機有哪幾種勵磁方式？在各種不同勵磁方式的電機里，電機的輸入、輸出電流和勵磁電流有什么關系？答： 勵磁方式有：IaUIIf復勵Ia=If+IIaUIIf并勵Ia=If+IIf=U/Rf題圖2-6 直流電機的勵磁方式2-7 “直流電機實質上是一臺裝有換向裝置的交流電機”，你怎樣理解這句話？答：由上題可知，無論是直流發電機還是直流電動機，它們在電樞繞組內的電流均為交流（而電刷兩端的外電路均為直流），故直流電機實為一臺交流電機。 這種交（內電路）、直（外電路）流的轉換就是靠換向裝置來實現的。 發電機交流（內電

10、路） 直流（外電路） 電動機因此說，直流電機實質上是一臺帶有換向裝置的交流電機。2-8 造成換向不良的主要電磁原因是什么？采取什么措施來改善換向？答：電磁原因主要是換向瞬間，在換向元件中的電流由正變成，產生電抗電動勢和電樞反應電動勢，會產生以電火花等不良現象，造成換向不良。不良換向會引起火花和環火，使電機遭到損壞。改善換向的方法有：裝設換向極。在電機大容量和工作繁重時，在主磁極極靴上嵌放補償繞組。2-9 直流電機的電樞電動勢和電磁轉矩的大小取決于哪些物理量，這些量的物理意義如何？答：電樞電動勢 其中，Ce是電機的電動勢結構數，它的大小決定于電樞繞組導體總根數N、主磁極對數 p及并聯支路數2a

11、，是每個極面下的磁通，n是電機轉速。電磁轉矩 CT是電機的電磁轉矩結構常數，它的大小決定于電樞繞組導體總根數N、主磁極對數p及并聯支路數 2a，是每個極下的磁通，是電樞電流。2-10 如何判斷直流電機運行于發電機狀態還是運行于電動機狀態？它們的功率關系有什么不同？答：用感應電動勢和端電壓的大小來判斷。當時為發電機狀態，由原動機輸入的機械功率，空載損耗消耗后，轉換為電磁功率，再扣除電樞和勵磁損耗后，以電功率的形式輸出；當時，為電動機運行狀態，電源輸入的功率，扣除電樞和勵磁銅耗后，轉變為電磁功率，再扣除空載損耗后，輸出機械功率。2-11 并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，電機會有什么后果？若

12、在起動時就斷線（電機有剩磁），又會有什么后果？答： 并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，勵磁電流消失（），主磁通將減小至剩磁通值，在斷線瞬間，由于慣性，電機轉速不會發生變化，則電樞電動勢大大減小，從而電樞電流急劇增大，電樞繞組可能被燒壞。對于電磁轉矩，當電樞電流增大的速度大于主磁通減小的速度時，則也會增大。 如果負載轉矩不變，致使電機轉速迅速升高，若在空載或輕載時，轉速會劇增，致使電機受損、甚至會造成人身傷害事故。2-12 試解釋他激和并激發電機的外特性為什么是一條下傾的曲線？答： 討論他勵和并勵發電機 他勵發電機：稍下傾曲線（端電壓U隨負載電流I增大稍有下降），原因有：IINUNU他并題

13、圖2-12 機械特性曲線負載增大，電樞反應去磁效應增強，氣隙磁通減小，使電樞電動勢Ea減小。負載增加，電樞繞組電阻壓降IaRa增大。并勵發電機：下傾曲線（端電壓U隨負載電流增大下降幅度較他勵發電機大），原因是：除、兩原因與他勵發電機相同外，因并勵發電機的If =U/Rf， 因此由、原因引起U減小，致使If減小（他勵發電機If不變），磁通減小，Ea進一步減小，致使端電壓下降幅度較大。第2章 練習題題解及答案2-1 試判斷下列電刷兩端電壓的性質1） 磁極固定，電刷與電樞同時旋轉；2） 電樞固定，電刷與磁極同時旋轉。解：由直流發電機原理可知，只有電刷和磁極保持相對靜止，在電刷兩端的電壓才為直流，由此

14、：1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉時，因為電刷與磁極相對運動，電刷兩端電壓為交流。2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉，因為電刷與磁極相對靜止，電刷兩端電壓為直流。2-2 一臺直流電動機，額定功率為PN=160千瓦，額定電壓UN=220伏，額定效率N=85%，額定轉速nN=1500轉/分，求該電機的額定電流？解：額定電流 2-3 一臺直流發電機，額定功率為PN=145千瓦，額定電壓UN=230伏，額定轉速nN=1450轉/分，額定效率N=85%，求該發電機的額定電流？解：額定電流 2-4 試比較直流發電機和直流電動機的電動勢、功率和轉矩平衡關系？ 解： 發電機 電動機電動勢平衡關系 功率平衡關系

15、轉矩平衡關系 2-5 一臺四極直流發電機，單迭繞組，每極磁通為馬，電樞總導體數為152根，轉速為1200轉/分，求電機的空載電動勢？解：2-6 一臺四極直流電動機，nN=1460r/min，Z=36槽，每槽導體數為6，每極磁通為馬，單迭繞組，問電樞電流為800安時，能產生多大的電磁轉矩？解： 2-7 直流發電機和直流電動機的電樞 電動勢的性質有何區別，它們是怎樣產生的？直流發電機和直流電動機的電磁轉矩的性質有何區別，它們又是怎樣產生的？解； 直流發電機電樞電動勢為電源電動勢（Ea與Ia同向），直流電動機為反電動勢（Ea與Ia反方向），它們均由電樞繞組切割磁場產生。 直流發電機電磁轉矩為制動轉矩

16、（Tem與n反向），直流電動機為驅動轉矩（同向），它們均由電樞載流導體在主磁極場作用下產生電磁力而形成轉矩。2-8 把一以他勵發電機的轉速提高20%，空載電壓會提高多少（勵磁電阻保持不變）？若是一臺并勵發電機，則電壓升高得多還是少（勵磁電阻保持不變）？解： 對于他勵發電機： ， 即=C，故 ，空載電壓增加1.2倍。對于并勵發電機：若=C情況同上，空載電壓Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同時， 也相應加，從而導致也增大。所以并勵發電機空載電壓增加的程度比他勵發電機大。2-9 他勵直流電動機的額定數據如下：，估計電樞回路總電阻的值。解：由于一般電機額定運行時效率最高，最高效率時可變損耗與不變損耗

17、相等，即所以估計電樞回路的電阻為：2-11 一臺并勵直流發電機，勵磁回路電阻負載電阻，電樞回路電阻，端電壓U=220V。 試求：（1）勵磁電流和負載電流I；（2）電樞電流和電動勢（忽略電刷電阻壓降）；（3）輸出功率和電磁功率。解：(1) 勵磁電流 負載電流 (2) 電樞電流 電樞電動勢 (3) 輸出功率 電磁功率 或 2-12 一臺并勵直流發電機，電樞回路電阻，一對電刷壓降，勵磁回路電阻，求額定時的電磁功率和電磁轉矩？解：勵磁電流 負載電流 電樞電流 電樞電動勢 電磁功率 電磁轉矩 2-13 并勵直流電動機的銘牌數據如下：，。電樞總電阻，電樞反應忽略不計。求：（1）額定運行時的輸出轉矩與電磁轉

18、矩。（2）理想空載轉速與實際空載轉速。（3）如果額定運行時總負載轉矩不變，則串入電阻瞬間電樞電流與轉速各為多少？（4）保持額定運行時總負載轉矩不變，則串入而穩定后的電樞電流與轉速各為多少？解: (1) 輸出轉矩 額定運行時，電樞電流：額定運行時，電樞電動勢：額定運行時，電磁轉矩：（2）由于額定勵磁下，且不計電樞反應，所以空載時的主磁通與額定磁通相同，則額定運行時所以：得，理想空載轉速為： 實際空載有損耗，由額定運行時轉矩平衡方程為：為不變損耗引起的轉矩為制動轉矩，所以空載時的制動轉矩也為此轉矩。 又 得： 則實際空載轉速為： （3）串入電阻，由于慣性轉速瞬間不變，瞬間電流為： 電樞電流與轉速各

19、為多少？（4）由于磁通和負載都不變，所以串入電阻穩定時的電樞電流為： 不變。而穩態時的反電動勢為： 則最后的轉速為n： 穩態時：額定時： 由以上兩個式子可得串入電阻后最后穩定的轉速為：第3章 思考題及答案3-1 設某單軸電力拖動系統的飛輪矩為，作用在軸上的電磁轉矩、負載轉矩及轉速n的實際方向如圖所示。分別列出以下幾種情況系統的運動方程式，并判斷系統是運行于加速、減速還是勻速運動狀態？ （1）> （2）> （3）= （4）=答： (1)電動狀態；工作在第l象限。 (2)制動狀態；工作在第2象限。 (3)反電勢狀態；工作在第4象限。 (4)反向電動狀態；工作在第3象限。3-2 直流電動

20、機為什么不能直接起動？一般的他勵直流電動機為什么不能直接起動？采用什么起動方法比較好？答： 不能直接起動。這是因為受到換向器的限制，起動瞬間電樞回路相當于短路，如不加以限制，電流太大會燒毀換向器，所以，直流電動機不允許直接起動。通常采用電樞回路串電阻起動，或降壓起動，以降壓起動為最好。因為降壓起動時，可以實現無電流沖擊，做到平滑、無級的連續起動，甚至可以做到恒力矩起動。3-3 衡量調速性能的好壞時，采用哪些指標，說明各項指標的意義。答：就調速指標而言，有靜差率、調速范圍、平滑性等，靜差率與硬度是有區別的。靜差率按低速機械特性校核。靜差率與調速范圍D是互相制約的。調速范圍反映了電機的額定工作時的

21、速度變化范圍，平滑性，反映了系統調速過程中的連續性、勻速性的特點。3-4 直流他勵電動機常用哪幾種方法進行調速？它們的主要特點是什么？比較它們的優缺點。答：直流電動機通常采用三種方法調速，它們是電樞回路串電阻調速；調整電樞電壓調速；弱磁調速。其中，串電阻調速和調整電樞電壓調速都是屬于恒轉矩調速，而弱磁調速則屬于恒功率調速。其特點是, 串電阻調速和調整電樞電壓調速都適用于亞同步調速,即空載轉速以下調速,而弱磁調速一般都用于空載轉速以上調速。3-5 何謂恒轉矩調速方式？何謂恒功率調速方式？為什么要考慮調速方式與負載類型的配合？怎樣配合才合適？答：根據定義，恒轉矩調速是指在在調速的過程中始終保持電磁

22、轉矩不變的調速。在保持勵磁不變、負載不變的條件下，通過改變電樞電阻和電樞電壓可以實現恒轉矩調速。恒功率調速是指在在調速的過程中始終保持輸入的電功率不變的調速。在保持電樞電壓不變、負載不變的條件下，通過改變勵磁電流可以實現恒功率調速。對恒定負載采用恒轉矩調速方式；對額定轉速以上的調速采用恒功率調速。3-6 哪些制動方法可以獲得穩速制動運行？哪些制動方法沒有穩速運行，只有過渡性制動運行？哪些制動方法可以兼而有之？答：所謂穩速制動是指電機拖動系統能使動轉矩在保持恒定的條件下起動或制動。改變電壓可以實現穩速制動和起動。能耗制動只有過渡性制動運行，轉子串電阻的方法是二者兼而有之。 3-7 比較各種電磁制

23、動方法的優缺點，它們各應用在什么地方？答： 電源反接串電阻制動和能耗制動制動速度快，但對電機（機械）沖擊大，能量完全消耗在制動電阻上；電樞回路串電阻制動，制動速度快，可實現分級制動，但制動后需迅速切除電樞回路中所串電阻，多用于起動和制動的過程中；回饋制動主要是指帶有逆變裝置的電壓調速，通過降低電樞電壓，使直流電機在一段時間內，處于發電狀態，并將發出的電回饋電網。3-8 采用能耗制動、轉速反向的反接制動及回饋制動都能實現恒速下放重物，從節能的觀點看，哪一種方法最經濟？哪一種方法最不經濟？答： 回饋制動最經濟；能耗制動最不經濟。3-9 什么叫做過渡過程？電力拖動的過渡過程是怎樣產生的？研究過渡過程

24、有何實際意義？答：電機從一個穩定（勻速）運行狀態，過渡到一個新的條件下的穩定（勻速）運行狀態的過程。過渡過程通常是由電樞電壓、電樞回路電阻和勵磁，以及負載發生變化時引起的。研究過渡過程的實際意義在于電機機電時間常數（包含電機的各個參數）對電機起動和抽動的速度和時間的影響，以便選用適當的起動和抽動方法，縮短過渡過程所需的時間，以提高生產效率。3-10決定過渡過程的三要素是什么？如何確定轉速（電流、轉矩）的起始值和穩態值，怎樣理解這些量都是代數量（可正可負）？機電時間常數是與哪些參數有關？為什么機電時間常數的大小能影響過渡過程的快慢？答：前一穩定狀態下的參數，主要包括：電磁轉矩、轉速、電樞電流值，

25、和穩定狀態下的電磁轉矩、轉速、電樞電流值。電機的機電時間常數為：機電時間常數反映了電機拖動系統的慣性大小，因此，Tm大，系統慣性大，起動和制動過程都要慢，反之，會快。第3章 練習題題解及答案3-1 如圖所示的某車床電力系統中，已知切削力=2000N，工件直徑=1500mm，電動機轉速=1450r/min，傳動機構的各級速比：=2，=1.5，=2，各轉軸的飛輪矩為=3.5N·，=2N·，=2.7N·，=9N·，各級傳動效率分別都是=0.9，試求：（1）切削功率；（2）電動機輸出功率；（3）系統總的飛輪矩；（4）忽略電動機的空載制動轉矩時，電動機的電磁轉矩；

26、（5）車床開車未切削時，若電動機轉速加速度/=800r/min·s，略去電動機的空載制動轉矩但不忽略傳動機構的損耗轉矩時，求電動機的電磁轉矩。 題圖1附圖（車床傳動機構）解：（1）系統總的轉速比j=jjj=21.52=6負載轉速nZ =r/min=r/min.負載的直線速度=m/s19m/s.切削功率P=F=200019w=38kW.（2）系統總的效率=3=0.93=0.729電動機輸出功率P=kW=52.1kW. （3）系統總的飛輪矩GD2=GDM2+GD12()2+GD22()2()2+ GD32()2()2()2 =3.5+2+2.7+9 =4.55N·M2. （4）

27、忽略電動機的空載制動轉矩，電動機的電磁轉矩 T=N·M=343.14N·M. （5）由運動方程得，電動機的電磁轉矩 T=+=+=10.1N·M.3-2 如圖4所示的起重機中，已知齒輪箱減速比=34，提升重物效率=0.83，卷筒直徑Dp=0.22m，空鉤重量G0=150kg，重物重量G1=900kg，電動機飛輪矩=10N·，提升的速度=0.4m/s，求圖2.40 題2附圖（提升/下放重物的電力拖動系統）（1）電動機的轉速；（2）折算到電動機軸上的等值轉矩；（3）以=0.4m/s下放該重物時，電動機軸的等值轉矩。 解：（1）把刨床運動分為旋轉和直線運動兩部分

28、旋轉部分（不包括GD）的飛輪矩GD：GD=GD+(GD+GD)()+(GD+GD)()()+ GD()()()=8.25+(40.2+19.6)()+(56.8+37.25)()()+137.2()()()=8.25+7.92+4.39+0.95=21.51NM.直線運動部分的GD：齒輪6的轉速n=n=n=0.083n r/min.齒輪6的直徑D=m=0.5m. 切削速度=0.0022n即=0.0022GD=365=43.28 NM.折算到電動機軸上的總飛輪矩GD= GD+GD+ GD =230+21.51+43.28=294.79 NM.折算到電動機軸上的負載轉矩T= =301.6 NM.（

29、2）切削時電動機的輸出功率P=10kW.3-3 他勵直流電動機的數據為：PN13 kW，UN110V，IN135A，nN =680rmin，Ra=0.05，求直流電機的固有機械特性。解：電勢系數c=0.152 轉矩系數c=9.55 c=9.550.1521.452則電機的固有機械特性為n=-T=-T723.7-0.227T=724-0.227T.3-4 一臺他勵直流電動機，PN7.6kw，UN110V，IN85.2A，nN =750rmin，Ra=0.13，起動電流限制在2.1IN 。（1）采用串電阻起動，求起動電阻；（2）若采用降壓起動，電壓應降為多少？（3）求出這二種情況下的機械特性。解：

30、（1）所串電阻R = -R=-0.130.48.（2）降壓起動的電壓為U=2.1IR=2.185.20.13v23.3v.（3）電勢系數c=0.13轉矩系數c=9.55 c=9.550.131.26串電阻時，機械特性n=-T=-T846.2-3.72T=874-3.72T降壓時，機械特性n=-T=-T179.2-0.79T=180-0.79T3-5 一臺直流他勵電動機，PN =10 kW，UN220V，IN54A，nN1000rmin，Ra0.5，=N ，在負載轉矩保持額定值不變的情況下工作，不串電阻，將電壓降至139V。試求：（1）電壓降低瞬間電動機的電樞電流和電磁轉矩；（2）進入新的穩定狀

31、態時的電樞電流和轉速；（3）求出新的穩定狀態時，電動機的靜差率和效率。解：瞬間時E=U-IR=220-540.5v=193v. 電勢系數c=0.193 轉矩系數c=9.55 c=9.550.1931.84（1）降壓瞬間的電樞電流I=A=-108A 電磁轉矩T= cI=1.84（-108）N·M= -198.72 N·M.（2）新的穩態時，電樞電流I=I=54A. 轉速n=r/min580.3r/min=581r/min. (3)降壓后的理想空載轉速 n=n=1140r/min720.3r/min=721r/min. 靜差率=100%19.4%輸入功率P=UI=13954w=

32、7506w.降壓后輸出功率P=P=1010w=5810w.則效率=100%77.4%3-6 一并勵直流電動機，UN110V，IN28A，nN1500rmin，勵磁回路總電阻Rf 110，電樞回路電阻Ra0.15，在額定運行狀態下突然在電樞回路串入0.5的電阻，忽略電樞反應和電磁慣性，計算：（1）串入電阻后瞬間的電樞電勢、電樞電流、電磁轉矩；（2）若負載轉矩減為原來的一半，求串入電阻后的穩態轉速。解：勵磁電流I=A=1A. 電樞電流I=I- I=28-1A=27A.感應電動勢E=U-IR=220-270.15V=105.95V.電勢系數c=0.071轉矩系數c=9.55 c=9.550.0710

33、.678(1) 電阻瞬間 E=E=105.95V電樞電流I=A6.23A.電磁轉矩T= cI=0.6786.23N·M4.22 N·M.(2) 若負載轉矩減為原來的一半，則電樞電流I=0.5I=0.527A=13.5A.則串入電阻后的穩態轉速n=r/min1425.7r/min=1426r/min.3-7 一他勵直流電動機，PN2.5kW，UN =220V，IN =12.5A，nN =1500r/min，Ra=0.8。試求：（1）電動機以1200rmin的轉速運行時，采用能耗制動停車，要求制動開始后瞬間電流限制為額額定電流的兩倍，求電樞回路應串入的電阻值；（2）若負載為位能

34、性恒轉矩負載，TZ 0.9TN，采用能耗制動，使負載以420rmin的轉速恒速下放，電樞回路應串入的電阻。解：（1）電勢系數c=0.14 以n=1200r/min運行時，感應電動勢E=cn=0.141200V=168V. 制動開始瞬時，要求I= -2I=-212.5V= -25V. 則串入的電阻R= -R=-0.8=5.92.(2) 若T=0.9T, 則電樞電流I=0.9I=0.912.5A=11.25A.感應電動勢E= -cn= -0.14420V= -58.8V則串入的電阻R= -R=-0.85.23-0.8=4.43.3-8 他勵直流電動機，PN5.6 kW，UN220V，IN31A，n

35、N =1000rmin，Ra=0.4。在額定電動運行情況下進行電源反接制動，制動初瞬電流為2.5IN ，試計算電樞電路中應加入的電阻，并繪出制動的機械特性曲線。如果電動機負載為反抗性額定轉矩，制動到n0時，不切斷電源，電動機能否反轉？若能反轉，穩定轉速是多少？解：制動前運行于額定狀態，則E=U-IR=220-310.4V=207.6V.制動后開始瞬時, I=-2.5I=-2.531A= -77.5A.則串入的電阻R=-R=-0.45.52-0.4=5.12.電勢系數c=0.21轉矩系數c=9.55 c=9.550.212.01機械特性曲線n=-T=-T-1047.6-13.1T=-1048-1

36、3.1T當轉速n=0時，T= -N·M=-80 N·M.(負號表示方向與開始時相反).忽略空載制動轉矩，額定電磁轉矩為T=9.55=N·M=53.48N·M.穩態時，負載轉矩T=T=53.48N·M.|T|> T，故電動機能反轉。穩定轉速n=-1048-13.1(-53.48)r/min-1048+701r/min=-347r/min.3-9 他勵直流電動機，PN12 kW， UN220V，IN64A ，nN685r/min，Ra=0.25，系統的總飛輪矩為GD249N·m2，在空載（假設為理想空載）情況下進行能耗制動停車，求：

37、（1）使最大制動電流為2IN ，電樞應串入多大電阻？（2）能耗制動時間；（3）求出能耗制動過程中nf(t)，Iaf(t)表達式并畫出曲線。解：（1）制動前運行于理想空載狀態，則E=U=220V. 制動后開始瞬時，I=-2I=-264A= -128A. 則串入的電阻R= -R=-0.251.72-0.25=1.47. (2)電勢系數c=0.298 轉矩系數c=9.55 c=9.550.2982.846 機電時間常數T=s0.265s. 制動時間t=4T=40.265=1.06s. (3)理想空載轉速n=r/min738.3r/min=739r/min.n=f(t)=(n-0)e+0=739e I

38、=I=-128A. I=f(t)=(I-0)e+0= -128e3-10 直流他激電動機銘牌數據如下：PN16 kW， UN220V，IN =86A，nN670rmin，TZ 0.5TN，電機電流過載倍數2.5。設電機轉子的GD2 0.6N·m2，生產機械的飛輪慣量折算到電機軸上的GDZ 20.08N·m2。（1）試計算起動電阻值；（2）計算起動過程nf(t) 動態特性；（3）計算起動過程Tf(t) 動態特性；（4）計算起動過程Iaf(t) 動態特性。解：（1）=1.023.于是，所串電阻為 (2) 電勢系數c=0.303機電時間常數T=nBG0，TBG2.5 TN622.

39、135Nm，TED0.5 TN124.43NmIBG2.5 IN215A，IED0.5 IN43A(2)(3)(4)第4章 思考題及答案4-1 變壓器能否對直流電壓進行變換？答：不能。變壓器的基本工作原理是電磁感應原理，如果變壓器一次繞組外接直流電壓，則在變壓器一次繞組會建立恒定不變的直流電流i1，則根據F1= i1N1，我們知道直流電流i1會建立直流磁動勢F1，該直流磁動勢F1就不會在鐵芯中產生交變的磁通，也就不會在二次繞組中產生感應電動勢，故不會在負載側有電壓輸出。4-2 變壓器鐵芯的主要作用是什么？其結構特點怎樣？答：變壓器鐵芯的作用是為變壓器正常工作時提供磁路，為變壓器交變主磁通提供流

40、通回路。為了減小磁阻，一般變壓器的鐵芯都是由硅鋼片疊成的，硅鋼片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之間，表面涂有絕緣漆。4-3為分析變壓器方便，通常會規定變壓器的正方向，本書中正方向是如何規定的？答：變壓器正方向的選取可以任意。正方向規定不同，只影響相應變量在電磁關系中的表達式為正還是為負，并不影響各個變量之間的物理關系。變壓器的一次側正方向規定符合電動機習慣，將變壓器的一次繞組看成是外接交流電源的負載，一次側的正方向以外接交流電源的正方向為準，即一次側電路中電流的方向與一次側繞組感應電動勢方向相同；而變壓器的二次側正方向則與一次側規定剛好相反，符合發電機習慣，將變壓器的二次繞組看成是外接

41、負載的電源，二次側的正方向以二次繞組的感應電動勢的正方向為準，即二次側電路中電流方向與二次側負載電壓方向相同。感應電動勢的正方向和產生感應電動勢的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向和產生該磁通的電流正方向也符合右手螺旋定理。各個電壓變量的正方向是由高電平指向低電平，各個電動勢正方向則由低電平指向高電平。4-4 變壓器空載運行時，為什么功率因數不會很高？答：變壓器空載運行時，一次繞組電流就稱為空載電流，一般空載電流的大小不會超過額定電流的10%，變壓器空載電流可以分為兩個分量：建立主磁通所需要的勵磁電流和由磁通交變造成鐵損耗從而使鐵芯發熱的鐵耗電流。其中勵磁電流與主磁通同相位，稱為空載電

42、流的無功分量；鐵耗電流與一次繞組的相位相反，超前主磁通90o,稱為空載電流的有功分量。其中的鐵耗電流與勵磁電流相比非常小，所以一次繞組電流就近似認為是勵磁電流，在相位上滯后一次繞組電壓90º，所以空載運行時功率因數不會很高。4-5 變壓器負載運行時，繞組折算的準則是什么？答：折算就是用一個匝數和一次繞組完全相同的假想繞組來替代原有的二次繞組，雖然折算前后二次繞組匝數改變了，但是變壓器二次繞組折算之前的能量關系、電磁關系和磁動勢大小并不受影響，這是變壓器折算的基本準則。4-6 研究變壓器特性時，如何定義變壓器的電壓變化率？它的大小與哪些因素有關？答：電壓變化率就是變壓器一次繞組外接工頻

43、額定電壓，負載功率因數一定時，變壓器空載運行時的二次側輸出空載電壓U20與變壓器負載運行時的二次側輸出負載電壓U2之差和二次側額定輸出電壓U2N之比，且當變壓器空載運行時，有U1= U1N，I2= 0，U2= U2N，則有：電壓變化率是是衡量變壓器輸出電壓穩定性的一項重要性能指標，與變壓器的短路阻抗、負載大小和負載性質有關。4-7 三相變壓器是如何連接的？答：三相變壓器的一次繞組和二次繞組對應的線電動勢相量之間的相位關系與繞組的繞向、首末端標志及繞組接法有關，但是其相位一定為30º的整數倍，因此可以采用時鐘方法表示，當一次繞組和二次繞組接法相同時，即Y/Y或者/，其連接組別號一定為偶

44、數；當一次繞組和二次繞組接法不同時，即Y/或者/Y，其連接組別號一定為起奇數。4-8 額定電壓為380/110的變壓器，如果將二次繞組誤接到380V電壓上，對變壓器磁路會產生哪些影響？答：變壓器一次繞組外接電壓和主磁通的關系滿足,當外接電壓的大小和頻率不變時，鐵芯中流通的主磁通和繞組匝數成反比，即。設一次繞組外接電壓為380V時，空載電流為，此時。如果誤把二次繞組接到380V電壓上，則有，并且由變壓器的變比可以知道，。當變壓器鐵芯不飽和的時候，可以根據磁路歐姆定律，有，所以可以得到；如果考慮到磁路飽和情況，則鐵芯處于嚴重飽和狀態，變壓器發熱，嚴重的會損壞變壓器。4-9 為什么三相組式變壓器一般

45、不采用Y/y連接，而常常采用Y/或/Y連接？ 答：Y/y連接的變壓器，一次繞組和二次繞組沒有諧波電流流通，勵磁電流成正弦波，根據飽和磁化曲線的對應關系，磁通波形為平頂波，如果將磁通按照傅立葉級數展開，磁通可以分解為波形形狀為正弦波的基波和波形形狀同為正弦波，但頻率為基波三倍的三次諧波磁通分量。(1)Y/Y接法對于三相組式變壓器，三次諧波磁通可沿各自主磁路閉合，產生幅值可達基波幅度為60%左右的三次諧波相電動勢。當基波電動勢達到峰值的時候，三次諧波電動勢也同時達到峰值，會使相電動勢最大值升高很多，對絕緣不利。但是線電動勢中沒有三次諧波分量，因為同相位的三相三次諧波線電動勢相互抵消了。所以三相組式

46、變壓器一般不會采用Y/Y接法。對于三相芯式變壓器，三相磁路相互連通，所以同相位的三次諧波磁通不能在主磁通路中閉合，只能經變壓器油箱形成回路，磁阻大，三次諧波磁通被削弱，三次諧波電動勢較小，所相電動勢接近于正弦，但三次諧波磁通在油箱中引起損耗，導致變壓器局部過熱，效率降低。所以容量較大、電壓較高的三相芯式變壓器也不宜用Y/Y接法。（2）/Y或/接法三次諧波電流可以在原邊三相繞組中流過，所以根據飽和磁化曲線，可以知道主磁通與相電動勢基本上均為正弦波，不會產生過高的相電動勢，所以也不會對變壓器造成損壞。（3）Y/接法一次繞組中三次諧波電流無法流通，根據飽和磁化曲線可知，鐵芯中的三次諧波磁通在一、二次

47、繞組中會產生三次諧波電動勢，二次繞組的三次諧波電動勢在接法中就可有三次諧波電流流通，對一次側產生的三次諧波磁通起削弱作用，從而使主磁通及相電動勢接近正弦。所以，不論三相芯式或組式變壓器，為使主磁通及相電動勢為正弦波，常將一次繞組或二次繞組接成。4-10 什么電壓互感器在工作時不允許二次側短路？電流互感器在工作時不允許二次側開路？答：由于電壓互感器二次側所接的電壓表或者功率表等儀表，內阻很大，所以實際上電壓互感器工作時相當于一太降壓變壓器的空載運行，此時二次側短路，會產生很大的短路電流，燒壞變壓器繞組，所以不允許二次側短路。電流互感器正常工作時，二次側相當于短路，二次側電流所產生的磁動勢近似與一

48、次側磁動勢大小相等，方向相反，所以建立鐵芯中主磁通的合成磁動勢和勵磁電流很小。但是如果二次側開路，則一次側電流全部為勵磁電流，在鐵芯中產生的磁通會很大，鐵芯過飽和，鐵損耗增大，互感器發熱。而且二次繞組匝數很多，將會感應出危險的高電壓，危機操作人員安全。第4章 練習題題解及答案4-1 有一臺單相變壓器，額定容量，額定電壓，求一次側和二次側的額定電流。解：4-2 有一臺三相變壓器，額定容量，額定電壓，Y/連接。求一次側和二次側的額定電流。解：4-3 一臺三相變壓器，容量為，用400V的線電壓給三相對稱負載供電，設負載為Y形連接，每相負載阻抗為，問此變壓器是否可以帶動該負載？解： 負載阻抗的模值為：

49、負載的相電壓和相電流分別為：三相負載的視在功率為：因為,所以變壓器不能帶動該負載。4-4 實驗室有一單相變壓器如圖327，其數據如下：， 。今將它改接為自耦變壓器，接法（a）和（b）所示，求此兩種自耦變壓器當低壓邊繞組ax接于110V電源時，AX邊的電壓及自耦變壓器的額定容量各為多少？題圖327 某單相變壓器接線圖解：（1）按照圖1（a）接線的自耦變壓器變比AX邊額定電壓變壓器額定容量（2）按照圖1（b）接線的自耦變壓器變比AX邊額定電壓變壓器額定容量4-5 一單相變壓器，一次繞組匝數，電阻，漏電抗；二次繞組匝數，電阻，漏電抗。設空載和負載時不變，且，。空載時，超前于 ，負載阻抗。求：（1）電

50、動勢和；（2）空載電流；（3）負載電流和。解：（1）求和 （2）求（3）求和4-6 一臺單相變壓器，。在時開路和短路試驗數據如下。試驗名稱電壓/kV電流/A功率/kW備注開路試驗短路試驗119.2445.5157.547129電壓加在低壓側電壓加在高壓側試求：（1）折算到高壓側時，勵磁阻抗和等效漏阻抗的值；（2）已知，設，畫出T型等效電路。解： 一次繞組和二次繞組的額定電流為電壓比為（1） 折算到高壓側時，勵磁阻抗和等效漏阻抗的值 換算到時 （2） T型等效電路如下圖所示，其中 。4-7 一臺三相變壓器，接法，原繞組每相電阻，勵勵阻抗，試求：（1）原、副邊額定電流、。（2）變壓器的變比。（3）

51、空載電流占原邊額定電流的百分數。（4）原邊相電壓、相電動勢及空載時漏抗壓降，并比較三者的大小。解：（1） （2） （3）（4）原邊相電壓 原邊相電動勢 原邊每相漏抗壓降 三者大小比較 4-8一臺三相變壓器，/接法，在環境溫度時進行空載和短路試驗，測得數據如表所示。試求： 空載試驗和短路試驗數據空載試驗（低壓邊加壓）短路試驗（高壓邊加壓）4009.376003179.41920(1) 變比和勵磁參數，；(2) 短路參數，；(3) 當變壓器額定負載且（感性）時的電壓變化率，效率，最高效率。解：（1） （2） 折算到時的短路參數值：當滿載且時，則，。對于接法，那么4-9 畫出圖328所示的各種聯接法

52、的相量圖，并判斷接線組別。圖428 作業題39的附圖答：ab.c.d.10、一臺三相變壓器，一次繞組和二次繞組的12個端點和各相繞組的極性如圖329所示，試將次變壓器聯接成Y/-7和Y/Y-4，畫出聯接圖和相量圖，并標出各相繞組的端點標志。圖429 作業題310的附圖之一答：（1） Y/-7 圖330 作業題410的附圖之二根據Y/-7畫出一次繞組和二次繞組線電動勢的相量圖，使得A和a重合在一點，注意和相差210o,所以判斷處接線組別是Y/-7。觀察圖中，可以知道：a. 變壓器的一次繞組和二次繞組相電動勢和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反； 和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反；和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反，說明同一根鐵芯柱上的一次繞組首端和二次繞組末端是同名端。可以先將接線圖中一次繞組的末端X,Y,Z聯接在一起，得出Y形聯接，同時標出一次繞組和二次繞組的相電動勢，注意相電動勢永遠從首端指向末端；b. 一次繞組和二次繞組首端永遠是順時針排列，因此可以得出各個繞組的末端，得到圖4-30中的相量圖。（2） Y/Y-4圖431 作業題410附圖之三由相量圖可以知道，和， 和，和相位相同，并分別纏繞在同一根鐵芯柱上。其它畫法同上。第5章 思考題及答案5-1 交流繞組與直流繞組的基本區別在哪里?為什么直流繞組的支路數必須是偶數，而交流繞組