华科大辜承林主编《电机学》课后习题答案Word文档下载推荐.docx
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1y?
y2?
y?
y1 ?
Zi?
1pyk?
y 并联支路数2a=2p(单叠)2a=z(单波) 2.11直流发电机的感应电动势与哪些因素有关?
若一台直流发电机的额定空载电动势是230V,试问在下列情况下电动势的变化如何?
磁通减少10%;
励磁电流减少10%;
磁通不变,速度增加20%;
磁通减少10%,同时速度增加20%。
直发:
E?
CE?
n?
PNa60a?
n ?
减少10%,则?
即 EE’’?
nCE?
n’?
∴E’?
230?
207(V) 励磁电流减少10%,如果饱和,则?
不变,E也不变,如没有饱和,则?
也减少10%,E=207(V) ∴207 ’EE’’?
nn’?
∴E’?
276(V) EE’?
n’’?
E?
2484(V) 2.12一台4极单叠绕组的直流电机,问:
如果取出相邻的两组电刷,只用剩下的另外两组电刷是否可以?
对电机的性能有何影响?
端电压有何变化?
此时发电机能供给多大的负载?
如有一元件断线,电刷间的电压有何变化?
若只用相对的两组电刷是否能够运行?
若有一极失磁,将会产生什么后果?
(1)取出相临的两组电刷,电机能够工作,此时,电枢感应电动势不受影响,但电机容量会减小;
设原来每条支路电流为I,4条支路总电流为4I,现在两条支路并联,一条支路 14电阻为另一条支路的3倍,因此两条并联总电流为I+3I=3I,现在电流与原来电流之比为 411:
,因此容量减为原来容量的I4I=333
(2)只有一个元件断线时,电动势不受影响,元件断线的那条支路为零,因此现在相当于三条支路并联,总电流为原来的4 (3)若只用相对的两组电刷,于两路电刷间的电压为零,所以电机无法运行。
(4)单叠:
于电刷不动,若有一磁极失磁,则有一条支路无电势,∴电刷间无感应电动势,电机内部产生环流,电机不能运行。
2.13如果是单波绕组,问2.12题的结果如何?
(1)只用相邻两只电刷,电机能工作,对感应电势和电机容量均无影响,仅取一只电刷时,因仍是两条支路并联,所以电机还能工作,对电动势和电机容量均无影响。
(2)一个元件断线,对电动势无影响,于仅剩下一条支路有电流,电流为原来的2,容量减为原来的2 (3)只用相对的两只电刷时,于两只电刷为等电位,电压为零,因此电机无法运行。
(4)单波失去一个磁极,感应电动势减小2,容量减小2且内部产生环流。
2.14何谓电枢反应?
电枢反应对气隙磁场有何影响?
直流发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点?
又有哪些主要区别?
电枢反应:
电枢磁场对励磁磁场的作用 交轴电枢反应影响:
①物理中性线偏离几何中性线 ②发生畴变 ③计及饱和时,交轴有去磁作用, 直轴可能去磁,也可能增磁。
④使支路中各元件上的感应电动势不均。
发电机:
物理中性线顺电机旋转方向移过一个不大的?
角 电动机:
物理中性线逆电机旋转方向移过一个不大的?
角 直轴电枢反应影响:
电动机:
电刷顺电枢转向偏移,助磁,反之去磁 2.15直流电机空载和负责运行时,气隙磁场各什么磁动势建立?
负载时电枢回路中的电动势应什么样的磁通进行计算?
空载:
B?
仅励磁磁动势2NfIf建立,F0?
2IfNf负载:
2NfIf31111和Ax共同建立:
F0?
Fa每极合成磁通计算,即负载磁通计算,∵ 负载时,导体切割的是负载磁通 2.16一台直流电动机,磁路是饱和的,当电机带负载以后,电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度,试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响?
电动机电刷逆电枢转向移动,直轴电枢反应去磁,交轴电枢反应总是去磁的 2.17直流电机有哪几种励磁方式?
分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、 Ia、If的关系式。
四种励磁方式:
他励,并励,串励,复励 电动机:
他励:
I?
Ia 并励:
Ia?
If 串励:
If 复励:
I ?
If?
If 短复励 ’’’Ia?
If,I?
If长复励 发电机:
Ia 并励:
I 2.18如何判别直流电机是运行于发电机状态还是运行于电动机状态?
它们的Tem、n、E、 U、Ia的方向有何不同?
能量转换关系如何?
?
If 短复励 ’如所受电磁力的方向与电枢转向相同即为电动机状态,反之为发电机状态。
电动机:
Tem与n方向相同,是驱动转矩,Ea与U方向相反,是反电动势,Ia方向流向电枢,Ea与Ia方向相反。
EaIa?
Tem?
只有输入电能,克服反电势,才能产生电枢电流,进而产生电磁转矩。
发电机:
Tem与n方向相反,是阻力转矩,E与U方向相同,Ea与Ia方向相同,发出电功率,为克服阻力转矩Tem,不断输入机械能,才能维持发电机以转n旋转,发出电能。
2.19为什么电机的效率随输出功率不同而变化?
负载时直流电机中有哪些损耗?
是什么原因引起的?
为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗?
∵电机铜耗随输出功率变化,所以效率随输出功率变化,负载时有:
铜耗,铁耗,机械损耗。
铜耗:
电枢绕组铜耗和励磁绕组铜耗。
IaRa,UIf 铁耗:
交变磁场引起涡流损耗和磁滞损耗机械能:
抽水,电刷摩擦损耗 ∵铁耗和机械耗和附加损耗与负载电流无关∴认为是不变损耗 2.20直流发电机中电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的还是直流的?
若是交流的,为什么计算稳态电动势E?
U?
IaRa时不考虑元件的电感?
都是交流的 ∵通过电刷引出的感应电动势是直流,∴不考虑元件电感 2.21他励直流发电机空载到额定负载,端电压为什么会下降?
并励发电机与他励发电机相比,哪一个的电压变化率大?
空载时:
他励发电机端电压U=E=Ce?
n负载时:
IaRa∴电压下降 2 并励下降大,∵随着电压下降,?
减小,∴Ea下降,端电压更加下降 2.22若把直流发电机的转速升高20%,问在他励方式下运行和并励方式下运行时,哪一种运行方式下空载电压升高的较多?
空载电压U0?
Ce?
n他励时,n升20%,E升20% 并励时,∵n增加∴E增加,If增加,?
增加,∴E除n增大外,?
也增大,∴并励时,空载电压升较多。
2.45已知某直流电动机铭牌数据如下:
额定功率PN?
75kW,额定电压UN?
220V,额定转速nN?
1500r/min,额定效率?
N?
%。
试求该电机的额定电流。
解:
P1?
PN?
10W IN= P1UN=(A) 2.46已知直流发电机的额定功率PN?
240kW,额定电压UN?
460V,额定转速 nN?
600r/min,试求电机的额定电流。
2.47一台直流发电机的数据:
2p?
6,总导体数Na?
780,并联支路数2a?
6,运行角速度是?
40?
rad/s,每极磁通?
。
试计算 发电机的感应电动势;
当转速n?
900r/min,但磁通不变时发电机的感应电动势;
当磁通变为,n?
900r/min时发电机的感应电动势。
解:
(1)CE?
3?
78060?
13E?
60?
2?
=13×
×
=
(2)E=CE?
n=13×
×
900= (3)E=13×
900=509V 2.48一台4极、82kW、230V、970r/min的他励直流发电机,如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通,试求当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解:
I?
P?
82?
10?
(A) N3NUN230 E?
nN?
UN PNa2?
a Tem?
CT?
IN?
∴ ETem?
IN ?
nN60IN ∴Tem?
60INE2?
30?
2302?
970?
m 2.50试计算下列绕组的节距y1,y2,y和yK,绘制绕组展开图,安放主极及电刷,求并联支路对数。
右行短距单叠绕组:
4,Z?
S?
22;
右行整距单叠绕组:
20;
左行单波绕组:
19;
21。
2.51一台直流发电机,2p?
4,2a?
2,S?
21,每元件匝数Ny?
3,当
?
2Wb、n?
1500r/min时试求正负刷间的电动势。
解:
Na?
2NyS?
21?
126 CE?
1266?
01=÷
2= E?
230V,试求:
1500?
115V 2.52一台直流发电机2p?
8,当n?
600r/min,每极磁通?
4?
3Wb时, 若为单叠绕组,则电枢绕组应有多少导体?
若为单波绕组,则电枢绕组应有多少导体?
(1)E?
n ∴CE?
CE?
PNa60aE?
2304?
10600?
单叠a=4 60aP ∴Na?
44?
5750根
(2)单波:
a=1 Na?
640?
1?
14根382.53一台直流电机,2p?
4,S?
120,每元件电阻为?
,当转速n?
1000r/min时,每元件的平均电动势为10V。
问当电枢绕组为单叠或单波时,电枢端的电压和电枢绕组的电阻Ra各为多少?
单叠绕组:
每支路元件数:
120?
304∴电刷端电压U=30×
10=300V电枢绕组电阻Ra?
304?
单波绕组:
60电刷端电压:
U=10×
60=600V ?
602电枢绕组电阻:
Ra= ?
6?
2.54一台2极发电机,空载时每极磁通为,每极励磁磁动势为3000A。
现设电枢圆周上共有电流8400A并作均匀分布,已知电枢外径为若电刷自几何中性线前移 20?
机械角度,试求:
每极的交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势各为多少?
当略去交轴电枢反应的去磁作用和假定磁路不饱和时,试求每极的净有磁动势及每极下的合成磁通。
每个元件的串联匝数Ny?
3,Da?
,2.55有一直流发电机,2p?
95, IN?
36A,a?
1,电刷在几何中性线上,试计算额定负载时的线负荷A及交轴电枢磁动 势Faq。
2.56一台并励直流发电机,PN?
26kW,UN?
230V,nN?
960r/min,2p?
4,单波绕组,电枢导体总数Na?
444根,额定励磁电流I定负载时的电磁转矩及电磁功率。
IN?
PNUNPNa2?
afN?
,空载额定电压时的 磁通?
电刷安放在几何中性线上,忽略交轴电枢反应的去磁作用,试求额 ?
32?
4442?
Tem?
Ia?
26?
10230?
(A) ∴Tem?
(N?
m) Ia?
IfN?
(A) ?
Pe2?
n60?
96060?
m?
Te?
8m2k8W.5I?
880匝, ?
, 2.57一台并励直流发电机,PN?
19kW,UN?
1450r/min,电枢电路各绕组总电阻ra?
,励磁绕组每极匝数N2?
Ub?
2V, ffN励磁绕组电阻Rf?
当转速为1450r/min时,测得电机的空载特性如下表:
U0/V44104160210230248276If/A0.370.911.452.002.232.513.35试求:
欲使空载产生额定电压,励磁回路应串入多大电阻?
电机的电压调整率?
U;
在额定运行情况下电枢反应的等效去磁磁动势Ffa。
2.59一台4极并励电动机,PN?
14kW,UN?
220V,ra?
,2?
2V,主极绕组每极2800匝,总励磁电阻Rf?
248?
电机在1800r/min时的空载特性如下:
If/A0.20.30.40.50.60.70.80.91.0U0/V75110140168188204218231240 当额定负载时,电枢电流为76A,此时电枢反应的去磁磁动势用并励绕组的电流表示时为,试求:
额定负载下的转速;
,这 若在此电机中的每个主极装设匝的串励绕组 时电枢电路的总电阻ra?
,试求额定负载下的转速。
` 2.60两台完全相同的并励直流电机,机械上用同一轴联在一起,并联于230V的电网上运行,轴上不带其它负载。
在1000r/min时空载特性如下:
If/AU0/V1.3186.71.4195.9 现在,电机甲的励磁电流为,电机乙的为,转速为1200r/min,电枢回路总电阻均为?
,若忽略电枢反应的影响,试问:
哪一台是发电机?
哪一台为电动机?
总的机械损耗和铁耗是多少 只调节励磁电流能否改变两机的运行状态?
是否可以在1200r/min时两台电机都从电网吸取功率或向电网送出功率?
(1)∵甲台电机在1000rmin时的电动势为, 乙台电机在1000rmin时的电动势为, ∴甲台电机在1200rmin时电动势 E甲?
1200?
235(V)(∵1000 乙台电机在1200rminE甲E0?
nn0) 时电动势:
E乙?
224(V)E甲>230VE乙<230V1000∴甲为发电机,乙为电动机。
(2)电动机:
Pemn?
Pom?
P2m 发电机:
P2?
PoG?
PemG ∴两台电机总的机械耗和铁耗为:
Pom?
PemM?
PemG 电动机:
IaM?
PemMU?
EMRa?
60(A) ?
EMIaM?
224?
1344W0(Ra 发电机:
IaG?
EG?
235?
50(A) PemG?
EGIaG?
50?
11750(W)总的机械耗和铁耗:
Pemo?
PemG?
13440?
11750?
1690(W) (3)要改变两台电机运行状态并保持转速不变,应减小甲台电机的励磁电流,同时增加乙台电机的励磁电流,当两台电机的励磁电流相同时,两台电机都是电动机,最后乙为发电机,甲为电动机。
(4)都可以通过从电网吸收电功率成为电动机,但不能都成为发电机,因为没有原动机,即没有输入机械能,无法输出电能。
2.61一直流电机并联于U?
220V电网上运行,已知a?
1,p?
2,Na?
398根, nN?
1500r/min,?
,电枢回路总电阻Ra?
, IN?
,pFe?
276W,pmec?
379W,杂散损耗pad?
%,试问:
此直流电 机是发电机还是电动机运行?
计算电磁转矩Tem和效率。
E?
∴总电动机运行。
Ia?
ERaPNa60a?
n= 2?
39860?
1500=205<220V ?
220?
(A)?
3982?
1 ∴Tem?
PNa2?
a?
m) )I?
If=+=(A) P1?
UI?
71981W5.4( P2?
Pmec?
P=aEI?
(PFe?
Pad)=MFeda205×
=(W)?
P2P1×
100%= ×
100%=%或者:
Pcua?
IaRa?
(W)Pcuf?
IfU?
(W) Pad=%×
=(W) P2?
Pcua?
Pcuf?
PFe?
Pad=(W) 2.62一台15kW、220V的并励电动机,额定效率?
%,电枢回路的总电阻Ra?
,并励回路电阻Rf?
今欲使起动电流限制为额定电流 的倍,试求起动变阻器电阻应为多少?
若起动时不接起动电阻则起动电流为额定电流的多少倍?
2.63一台并励电动机,PN?
,UN?
110V,IN?
58A,nN?
1470r/min,。
在额定负载时突然在电枢回路中串入Rf?
138?
,Ra?
?
电阻,若不计电枢回路中的电感和略去电枢反应的影响,试计算此瞬间的下列项目:
电枢反电动势;
电枢电流;
电磁转矩;
若总制动转矩不变,求达到稳定状态的转速。
(1)If?
110?
(A) fNfRfR138IaN?
58?
57A.2∴EN?
UN?
IaNRa?
(V)在电枢串入电阻的瞬间,?
和n不变,∴电动势不变∴E’?
(V) ∵If不变,∴?
不变,于惯性,n不变
(2)Ia’?
(3) TemT’emU?
ERa?
R?
’?
’’110?
(A) ’I’a?
IaCE?
IaIa’∴Tem?
IaTem?
IaE或者:
∵CE?
不变 T’em?
I’a?
m)1470’(4)∵总制动转矩不变,∴Tem不变。
∴电枢电流Ia?
(A)不变 ∴E?
Ia(Ra?
)?
(?
(V) ∵ 2.64并励电动机的PN?
96kW,IUN?
440V,IN?
255A, fNENE?
nNn ∴n?
1470?
(rmin) ?
5A,nN?
500r/min。
已知电枢电阻为?
,试求:
电动机的额定输出转矩;
在额定电流时的电磁转矩;
电机的空载转速;
在总制动转矩不变的情况下,当电枢回路串入?
电阻后的稳定转速.解:
(1)T2n?
96?
602?
5003?
m)
(2)EaN?
440?
250?
(V) Tem?
Pem?
EaNIaN?
500?
m) IaN?
255?
5?
250(A) (3)Ce?
EaNnN?
(rmin) 空载转速n0?
UCe?
(rmin) (4)总制动转矩不变,Tem不变,I?
IaN?
250AE?
I(R?
a∴n?
ENR)?
0j2?
.178V39nN?
2A。
若总制动转矩不变,在电枢回路串入一电 2.65一台并励电动机,PN?
110V,nN?
900r/min,?
85%,,IRa?
P1UNPN3fN阻使转速降低到450r/min,试求串入电阻的数值、输出功率和效率。
NUN?
77(A) EaN?
(77?
2)?
104V
(1)Ce?
EaNnN?
104900?
Ea?
IaN(Ra?
Rj)即 ’’0.1156×
450=110-75×
求解得Rj?
2.66串励电动机UN?
220V,IN?
40A,nN?
1000r/min,电枢回路各绕组电阻一对电刷接触压降2?
2V。
若制动总转矩为额定值,外施电压减到150V,ra?
, 试求此时电枢电流Ia及转速n。
解:
(1)∵是串励∴Ia?
If又∵总制动转矩保持为额定值∴Tem?
Tem Tem?
CTkf2I为常数,aCTkf’∴Ia’?
40(A)
(2)EN?
INra?
198(V)E?
Iara?
150?
128(V) ENE’’’’?
nNn’(条件Ia不变)否则:
EEN’ENE’?
IanNI’an’ ∴n’?
1000?
128?
(rmin)198 2.67某串励电动机,PN?
,nN?
585r/min,,欲在负载制动转矩不变条件下把转速降到350r/min,Ra?
需串入多大电阻?
INRa?
(V)∵总制动转矩不变∴Ia不变,∴?
不变∴ EE’?
nnn’’?
nn’ 350585∴E’?
E’?
(V) R?
U?
EIa?
Ra?
)
第三章变压器 3.1变压器有哪几个主要部件?
各部件的功能是什么?
变压器的主要部件:
铁心:
磁路,
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