电机与拖动 刘锦波第5章 习题解答
刘锦波_电机与拖动_第5章_变压器的建模与特性
jL I E 1 1 0 jx1 I 0
x1 其中，一次侧绕组的漏电抗为：
2
（5-10）
L1 2fL1 ，漏电感为：
2
x1 漏电抗反映了漏磁路的情况。
1 N1 1 N1 2 2 0 S L1 N1 N1 i1 N1i1 R l1
结论： 绕组内感应电势的大小分别正比于频率、绕组匝数以及磁通的 90 。 幅值；在相位上，变压器绕组内的感应电势滞后于主磁通 m
当一次绕组施加额定电压 U1 U1N 时，规定二次侧绕组的开路电压即为二次侧的额 定电压即 U 20 U 2 N 。这样，便可获得变压器的变比为：
N1 E1 U 1N U 1N k N 2 E2 U 2 N U 20
I I I I 0 m 0 0a
图5.9给出了对应主磁路的相量图和等效电路。
（5-12）
图5.9 变压器主磁路的相量图和等效电路
由图5.9b得：
(r jx )I z I E 1 m m m m m
2
（5-13）
rm 为激磁电阻，它反映了铁心内部的损耗即： pFe I m rm ；xm Lm 为激磁电 式中， 抗，它表征了主磁路铁心的磁化性能，其中，激磁电感 Lm 可由下式给出：
(5-4)
称 k
U I N1 k 1 2 为变压器的匝比或变比， U 2 I1 N2
，称 S U1 I1 U 2 I 2 为视在容量。
由此可见，变压器在实现变压的同时也实现了变流。此外，变压器还可以实现阻抗变 换的功能。现说明如下： 图5.1中，二次侧的负载阻抗为： 如果从一次侧来看 Z L ，则其大小为：
e1 N 1 d (t ) dt
电机与拖动 刘锦波第5章 习题解答
一次、二次侧绕组的漏电抗
r1
= r2′ =
rk 2
= 14.64 2
= 7.32Ω
x1
= x2′
=
xk 2
= 191.61 = 95.81Ω 2
（2）当额定负载且 cosϕ2 = 0.8 （滞后）时：
电压变化率
Δu = β ( I1Nφ rk cosϕ2 + I1Nφ xk sin ϕ2 ）×100% U1Nφ
I1N = 二次侧的额定电流为
SN = 3U 1N
5000 ×1000 = 288.68A 3 ×10 ×1000
I2N =
SN = 3U 2N
5000 ×1000 = 458.21A 3 × 6.3×1000
（2）根据一、二次侧三相绕组的联结方式有
一次侧的相电压、相电流分别为
U 1Nφ
= U1N 3
U Ax = U AX − U ax = 110 即
于是
4.44 f1N1Φ′m′ − 4.44 f1N 2Φ′m′ = 110
Φ′m′
=
110 4.44 f1 (N1
−
N2)
=
110 × 2 4.44 f1N1
= Φm
由于磁通不变，根据同名端得下列磁势平衡方程式为
从而有
N1I 0′′ − N 2 I 0′′ = N1I m
V
A a
220V
x X
图 5.43 题 5.3 图
解：（1）若 A、a 为同名端，则一次侧线圈 AX 与与二次侧线圈 ax 反向串联，则 电压表的读数为
U Aa = U AX − U ax = 220 − 110 = 110V
（2）若 A、a 为非同名端，则一次侧线圈 AX 与与二次侧线圈 ax 顺向串联，则 电压表的读数为
电机拖动习题和答案++
第1章磁路一、填空题：1.磁通恒定的磁路称为，磁通随时间变化的磁路称为。
2.电机和变压器常用的铁心材料为。
3.铁磁材料的磁导率非铁磁材料的磁导率。
4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是。
5.当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁通，电感，电流；对交流磁路，则磁通，电感，电流。
6.恒压直流铁心磁路中，如果增大空气气隙。
则磁通；电感；电流；如果是恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时，磁通；电感；电流。
二、选择题：1.若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。
A：增加B：减小C：基本不变2.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。
A：存在B：不存在C：不好确定3.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。
A：非线性B：线形C：所有的4.铁心叠片越厚，其损耗。
A：不变B：越小C：越大三、判断题：1.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。
（）2.铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。
（）3.在磁路中与电路中的电流作用相同的物理量是磁通密度。
（）4.若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。
（）5.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。
（）6.恒压交流铁心磁路，则空气气隙增大时磁通不变。
（）7.磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。
（）8.铁心叠片越厚，其损耗越大。
（）四、简答题：1.电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？2.磁滞损耗和涡流损耗是什幺原因引起的？它们的大小与那些因素有关？3.什么是软磁材料？什么是硬磁材料？4.磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？5.说明磁路和电路的不同点。
6.说明直流磁路和交流磁路的不同点。
7.基本磁化曲线与起始磁化曲线有何区别？磁路计算时用的是哪一种磁化曲线？8.路的基本定律有哪几条？当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算能否用叠加原理，为什么？第2章变压器一、填空题：1、磁通交变会在绕组感应电势，磁通 和电势E两者波形，相位，幅值。
电机与拖动课后习题答案
《电机与拖动》参考答案 2-1（1） 切削功率:WFV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min/67.2412*5.1*21450321=========ππ （2） 电动机输出功率：W P P L6.52129.0*9.0*9.038003212===ηηη（3） 系统总飞轮转矩：222222223222122221221222.55.425.03.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3mN j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+++=（4） 电动机电磁转矩：M N j j j FD T T L.29.349.0*9.0*9.0*2*5.1*22/15.0*20002/3213213212====ηηηηηη（5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩M N j j j FD T .252*5.1*22/15.0*20002/'3212===传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-=加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*37555.429.937520=+=+= 2-2（a ） 减速dtdnGD T T L 3752=-（b ） 减速dtdnGD T T L 3752=--（c ） 加速dtdnGD T T L 3752=+（d ） 减速dtdnGD T T L 3752=--（e ）匀速dtdnGD T T L 3752=+-2-3(a) 稳定 ；（b ）稳定；(c) 稳定； (d) 稳定； (e) 不稳定；第三章3-1 直流发电机通过电刷和换向器将导体中的交流电势整流成直流输出。
如果没有换向器输出的将是交流电势。
3-2 直流电动机通过电刷和换向器将外部输入直流电压，逆变成导体中的交流电压和电流。
电机拖动课后题答案《电机与拖动》习题解答.docx
变压器部分习題与鮮答1、为了得到正弦感应电势，当铁心不饱和吋，空载电流各成何种波形？为什么？答：为了得到正弦感应电势，根据E = -W业知，就必须使磁通也是正弦量，当铁心dt不饱和时0*/()，故，此时空载电流也是正弦变化量，即呈正弦波。
当铁心饱和时，空载电流比磁通变化大，此时空载电流呈尖顶波形。
2、为什么对以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别？为什么？答：因为空载时电流很小，在空载损耗屮铁耗占绝大多数，所以空载损耗近似看成铁耗。
而短路吋，短路电压很低，因而磁通很小，铁耗也很小，短路损耗中铜耗占绝大多数，所以近似把短路损耗看成铜耗。
实际负载时铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差别，因为后一个是包含有其它损耗。
3、变压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数变化±10%,试问对兀”和无川的影响怎样？如果仅将外施电压变化±10%,其影响怎样？如果仅将频率变化±10%,其影响又怎样？答：因为心=2〃w2 » £ = 4.44用0” - U ,所以当原、副边匝数变化土10% 吋，兀w变化±20%。
由于w变化±10%,而U不变，使0”变化不10%。
又因为Xm = 2/tf w2磁通0”变化±10%时于饱和影响，A加变化土k%,所以兀”的变化大于±20%。
将外施电压变化± 10%时，0”也将变化干10%,使兀⑹不变，Xm的变化大于刁10%。
这是因为0〃”变化+10%,由于磁路饱和影响，变化大于+10%0如果将频率变化±10%, oc /,所以兀2变化±10%,而f变化±10%，则因为U不变，使0,”变化+10%o同样使兀加的变化大于±10%。
4、一台变压器，原设计频率为50赫兹，现将它接到60赫兹的电网上运行，额定电压不变。
《电机与拖动》_刘锦波版清华出版社_课后答案
第一章 习题解答思考题1.1 电机中涉及到哪些基本电磁定律？试说明它们在电机中的主要作用。
答：电机与变压器中涉及到：（1）安培环路定律；（2）法拉第电磁感应定律；（3）电磁力定律；（4）磁路的欧姆定律。
其中，安培环路定律反映了一定磁势（或安匝数）所产生磁场的强弱。
在电机中，磁场在机电能量转换过程中起到了媒介的作用；法拉第电磁感应定律反映了交变的磁场所产生电势的情况。
在电机中，电磁感应定律体现了机电能量转换过程中所转换为电能的大小；电磁力定律反映了通电导体在磁场中的受力情况，它体现了机电能量转换过程中所转换为机械能的大小；磁路的欧姆定律类似于电路的欧姆定律，它体现了一定磁势作用到磁路中所产生的磁通大小，亦即耦合磁场的大小。
1.2 永久磁铁与软磁材料的磁滞回线有何不同？其相应的铁耗有何差异？ 答：永久磁铁又称为硬磁材料，其磁滞回线与软磁材料的不同主要体现在形状上。
硬磁材料的磁滞回线较“肥胖” ；而软磁材料则“瘦弱” 。
硬磁材料的面积反映了铁磁材料磁滞损耗的大小，因而软磁材料的铁耗较小。
1.3 什么是磁路饱和现象？磁路饱和对磁路的等效电感有何影响？答：当励磁安匝（或磁势）较小时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通也线性增加；当磁势增加到一定程度时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通增加较小，甚至不再增加，这一现象称为磁路的饱和。
与磁路线性时相比，磁路饱和后的磁导率和等效电感有所减小。
1.4 铁心中的磁滞损耗与涡流损耗是如何产生的?它们与哪些因素有关? 答：铁心中的磁滞损耗是由铁磁材料在交变磁场作用下的磁化过程中，内部的磁畴相互摩擦所引起的铁心发热造成的；而涡流损耗则是由于交变的磁场在铁心中感应电势并产生涡流，从而引起铁心发热。
由V fB C HdB f K p m h h h 2∫==可见，磁滞损耗正比于磁场交变的频率、磁密的平方以及铁心的体积；由222e e m p C f B V =Δ可见，涡流损耗正比于磁场交变频率的平方、磁密的平方以及铁磁材料的厚度。
电机与拖动第五章自测题答案
电机与拖动第五章⾃测题答案（⼀）填空题：1. 当s在0～1范围内，三相异步电动机运⾏于电动机状态，此时电磁转矩性质为驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运⾏于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。
2. 三相异步电动机根据转⼦结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两类。
3. ⼀台六极三相异步电动机接于50H z的三相对称电源，其s=0.05，则此时转⼦转速为950r/min，定⼦旋转磁动势相对于转⼦的转速为50r/min，定⼦旋转磁动势相对于转⼦旋转磁动势的转速为0r/min。
4. ⼀个三相对称交流绕组，2p=2，通⼊f=50H z的对称交流电流，其合成磁动势为圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min。
5. ⼀个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同⽽转向相反的旋转磁动势。
6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若⽤短距绕组，其节距y应选为4/5τ，此时基波短距系数为0.951。
7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为是模拟总机械功率的等值电阻。
8. 三相异步电动机在额定负载运⾏时，其转差率s⼀般在1. 不管异步电动机转⼦是旋转还是静⽌，定⼦旋转磁动势和转⼦旋转磁动势之间都是相对静⽌的。
（√）2. 三相异步电动机转⼦不动时，经由空⽓隙传递到转⼦侧的电磁功率全部转化为转⼦铜损耗。
（√）3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。
（√）4. 通常，三相笼型异步电动机定⼦绕组和转⼦绕组的相数不相等，⽽三相绕线转⼦异步电动机的定、转⼦相数则相等。
（√）5. 三相异步电动机转⼦不动时，转⼦绕组电流的频率与定⼦电流的频率相同。
（√）（三）选择题：1. 若在三相对称绕组中通⼊i u=I m sinωt，i v=I m sin(ωt+120o)， i w=I m sin(ωt-120o)的三相电流，当ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（③）① u相绕组轴线上；② v相绕组轴线上；③ w相绕组轴线上；④在三相绕组轴线之外的某⼀位置。
电机与拖动第5-6章习题答案
60 f 60 × 50 = = 1500r / min ，可得电机的极对数 p＝2 × 2 × 3 = 36 （槽）
p × 360o 2 × 360o = = 20o Q 36
sin q
2 = sin 3 × 10° = 0.9598 α 3 × sin 10° q sin 2 π 8 π k p1 = sin( y ) = sin( ⋅ ) = 0.9848 2 9 2 kd1 =
iA = 2 I sin(ωt − 10o ) 和 iB = 2 I sin(ωt − 100o ) ，试在图中画出 A、B 两相的相轴，并分析两相合成的
基波磁动势的性质。 解：A、B 两相的相轴如图 5-36 所示。
f A1 = Fm1 sin(ωt − 10o ) cos α f B1 = Fm1 sin(ωt − 100o ) cos(α + 90o )
q=
Q 24 p × 360o 360o = = 4 ，α = = = 15o 2 pm 2 × 3 Q 24
o 2 = sin( 5 × π ) × sin( 4 × 7.5 ) = 0.925 k dp1 = sin( y ) × 2 q sin α 6 2 4 × sin 7.5o 2
π
sin q
A
•
+A
•
α = 0o
B
×X
α = −90 o
+B
×Y
图5-36
由上式可知，两相合成基波磁动势是一个空间上反转的圆形旋转磁动势。 5-10. 如 图 5-37 所 示 的 三 相 对 称 绕 组 ， 现 在 绕 组 中 分 别 通 入 以 下 电 流 ： i A = 2 I cos ωt ， （1）试在图中画出 A、B、C 三相的相轴，求出三 iB = 2 I cos(ωt − 120o ) ， iC = 2 I cos(ωt − 240o ) 。 相合成基波磁动势的表达式并说明其性质； （2） 在图中画出 ωt =150o 时三相合成基波磁动势的幅值位置。 解： （1）A、B、C 三相的相轴如图 5-37 所示。
《电机与拖动》_刘锦波版清华出版社_课后答案
第一章 习题解答思考题1.1 电机中涉及到哪些基本电磁定律？试说明它们在电机中的主要作用。
答：电机与变压器中涉及到：（1）安培环路定律；（2）法拉第电磁感应定律；（3）电磁力定律；（4）磁路的欧姆定律。
其中，安培环路定律反映了一定磁势（或安匝数）所产生磁场的强弱。
在电机中，磁场在机电能量转换过程中起到了媒介的作用；法拉第电磁感应定律反映了交变的磁场所产生电势的情况。
在电机中，电磁感应定律体现了机电能量转换过程中所转换为电能的大小；电磁力定律反映了通电导体在磁场中的受力情况，它体现了机电能量转换过程中所转换为机械能的大小；磁路的欧姆定律类似于电路的欧姆定律，它体现了一定磁势作用到磁路中所产生的磁通大小，亦即耦合磁场的大小。
1.2 永久磁铁与软磁材料的磁滞回线有何不同？其相应的铁耗有何差异？ 答：永久磁铁又称为硬磁材料，其磁滞回线与软磁材料的不同主要体现在形状上。
硬磁材料的磁滞回线较“肥胖” ；而软磁材料则“瘦弱” 。
硬磁材料的面积反映了铁磁材料磁滞损耗的大小，因而软磁材料的铁耗较小。
1.3 什么是磁路饱和现象？磁路饱和对磁路的等效电感有何影响？答：当励磁安匝（或磁势）较小时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通也线性增加；当磁势增加到一定程度时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通增加较小，甚至不再增加，这一现象称为磁路的饱和。
与磁路线性时相比，磁路饱和后的磁导率和等效电感有所减小。
1.4 铁心中的磁滞损耗与涡流损耗是如何产生的?它们与哪些因素有关? 答：铁心中的磁滞损耗是由铁磁材料在交变磁场作用下的磁化过程中，内部的磁畴相互摩擦所引起的铁心发热造成的；而涡流损耗则是由于交变的磁场在铁心中感应电势并产生涡流，从而引起铁心发热。
由V fB C HdB f K p m h h h 2∫==可见，磁滞损耗正比于磁场交变的频率、磁密的平方以及铁心的体积；由222e e m p C f B V =Δ可见，涡流损耗正比于磁场交变频率的平方、磁密的平方以及铁磁材料的厚度。
电力拖动第五、六章(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】第五章 思考题5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0<S<S m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m 不变。
5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g 使14.44常值S gS N mN E N K f ϕ=⨯⨯=，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E ≈。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
电机与拖动基础习题解答第五章
武汉纺织大学第五章5 . 1 什么是直流伺服电机的电枢控制方式?什么是磁场控制方式?答: 将直流伺服电机的电枢绕组接控制电压,励磁绕组接恒定电压的控制方式称为电枢控制方式;将励磁绕组接控制电压, 电枢绕组接恒定电压的控制方式称为磁场控制方式。
5 . 2 为什么直流伺服电机常采用电枢控制方式而不采用磁场控制方式?答: 直流伺服电机采用电枢控制方式时, 控制电压加在电枢绕组上, 励磁绕组接恒定电压,控制精度高,线性度好; 采用磁场控制方式时, 电枢绕组接恒定电压, 控制电压加在励磁绕组上,由于磁路的非线性, 控制精度较差,性能较差,所以直流伺服电机常采用电枢控制方式而不采用磁场控制方式5 . 3 直流伺服电机采用电枢控制方式时,始动电压是多少?与负载大小有什么关系?答: 直流伺服电机采用电枢控制方式时,始动电压 0C U =T C RT ,与负载大小成正比。
5 . 4 常有哪些控制方式可以对交流伺服电机的转速进行控制?答: 或通过改变控制电压的幅值,或改变控制电压的相位,或同时改变控制电压的幅值和相位,都可以对交流伺服电机的转速进行控制,所以常有幅值控制、相位控制和幅值—相位控制等三种控制方式对交流伺服电机的转速进行控制。
5 . 5 何谓交流伺服电机的自转现象?怎样消除自转现象?直流伺服电机有自转现象吗?答: 转动中的交流伺服电机在控制电压为零时继续转动而不停止转动的现象,称为交流伺服电机的自转现象。
增加交流伺服电机的转子电阻可以消除自转现象。
直流伺服电机没有自转现象。
5 .6 幅值控制和相位控制的交流伺服电机,什么条件下电机气隙磁动势为圆形旋转磁动势?答: 当控制电压CU 与励磁电压f U 大小相等、相位差为090时, 幅值控制和相位控制的交流伺服电机,其气隙磁动势为圆形旋转磁动势。
5 . 7 为什么交流伺服电机常采用幅值-相位控制方式?答: 幅值-相位控制方式只需要电容器和电位器,不需要复杂的移相装置, 控制设备简单;而幅值控制方式或者相位控制方式都需要移相装置,所以交流伺服电机常采用幅值-相位控制方式。
电机与拖动基础答案(第四版)1-5章
提升速
度给定为
绳索的速度
卷筒外圆线速度
卷筒转速
π
π
电动机转速
于是得
直线运动部分飞轮矩
=3
所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩
重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。
重物吊起时，负载转矩折算值
η
重物、导轮 8 及吊钩三者转矩折算值为
算值
所以传动机构损耗转矩为 -Δ
上的负载转矩计算。 空钩吊起时负载转矩
21生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床3400042975080起重机9800提升141200075下降14电梯提升10950042下降1022生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床340004297508017483491748续表生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩起重机9800提升14120007514558363914558下降14120006677283639728电梯提升10950042359022082335902下降1095003815744208235744习题解答21如图21所示的某车床电力拖动系统已知切削力工件直径电动机转速减速箱的三级速比各转轴的飞轮矩为指电动机轴各级传动效率都是09求
等于 1.
(2) 为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，
ww 式的直流电动机改变转向时，都要加以考虑。
5. 他励直流发电机稳态运行时的基本方程式与功率关系。 6. 直流电机的可
逆原理。
7. 他励直流电动机稳态运行时的基本方程式与功率关系。
8. 他励直流电动机固有机械特性： 表达式、特性曲线及其特点。这是本章重
电机与拖动第五章习题解答
第五章 变压器 5-10 解：（1）变压器的电压比为）变压器的电压比为'1L 2L 6008.668NR k N R ==== 回路电流回路电流'0L 1200.1(A)600600E I R R ===++ 负载上获得的功率负载上获得的功率2'2L L 0.16006(W)P I R ==´=信号源的输出功率信号源的输出功率2'20L ()0.1(600600)12(W)P I R R =+=´+=效率效率L 6100%100%50%12P Ph =´=´= （2）如果负载直接接至信号源，回路电流为）如果负载直接接至信号源，回路电流为0L 1200.197(A)6008E I R R ==»++ 负载上获得的功率负载上获得的功率22L L 0.19780.31(W)P I R ==´=信号源的输出功率信号源的输出功率220L ()0.197(6008)23.6(W)P I R R =+=´+»效率效率L 0.31100%100% 1.31%23.6P P h =´=´» 5-11 有一台单相变压器，已知1 2.19R =W ，115.4X =W ，20.15R =W ，20.964X =W ，f 1250R =W ，f 12600X =W ，1876N =匝，2260N =匝，26000V U =，2180A I =，2cos 0.8j =（滞后），试用T 型等效电路和简化等效电路求1U 和1I 。
解：电压比12876 3.37260N k N ==»（1）T 型等效电路如下图所示等效电路如下图所示'2222 3.370.15 1.70(Ω)R k R ==´»'2222 3.370.96410.95(Ω)X k X ==´» 以2U 为参考向量，设260000V U =Ð，则218036.87A I =Ð-'22 3.3760000)202200(V)U kU ==´Ð=Ð.2'218036.8753.4136.87(A )k 3.37I I Ð-==»Ð-''''22220f f ()20220053.4136.87(1.710.95) 1.6396.89(A)+125012600U I R jX j I R jX j --+-Ð-Ð-+==»Ð+'1021.6396.8953.4136.8754.1737.5854.17142.42(A )I I I =-=Ð-Ð-»-Ð-=Ð''111122221110f f (j )(j )(j )(j )54.1737.58(2.19j15.4) 1.6396.89(1250j12600)21243.66 2.77(V)U I R X U I R X I R X I R X =+--+=+++=-Ð-´++д+»-Б’（2）简化等效电路如下图所示，将相关参数折算到高压侧来计算）简化等效电路如下图所示，将相关参数折算到高压侧来计算'sh 12 2.19 1.70 3.89()R R R =+=+=W'sh 1215.410.9526.35()X X X =+=+=W sh sh sh j 3.89j26.3526.6481.6()Z R X =+=+=аW 以'2U 为参考向量，设'26000 3.370202200(V)U =´Ð°=а'2218036.8753.41-36.87(A)3.37I I k Ð-°==»Ð°'1253.41-36.8753.41143.13(A)I I =-=-а=а'121sh202200(-53.41-36.8726.6481.6)-20220-1422.8444.7221254.59 2.7(V)U U I Z =-+=-а+а´Ð°=а=-а5-13 解：（1）归算到高压侧的参数）归算到高压侧的参数1N 2N /43.3A/1082.6A I I =1N 2N1000025400U k U ===由空载试验数据，先求低压侧的励磁参数由空载试验数据，先求低压侧的励磁参数'2f 00400 3.85(3.85(Ω)Ω)360UZ Z I »==»´'Fe 0f 222Δ38000.35(0.35(Ω)Ω)360p P R I I =»=»´''2'222f f f 3.850.35 3.83(3.83(Ω)Ω)X Z R =-=-»折算到高压侧的励磁参数为折算到高压侧的励磁参数为2'2f f 25 3.852406.25(2406.25(Ω)Ω)Z k Z ==´=2'2f f 250.35218.75(218.75(Ω)Ω)R k R ==´=2'2ff25 3.832393.75(2393.75(Ω)Ω)X k X ==´=由短路试验数据，计算高压侧室温下的短路参数由短路试验数据，计算高压侧室温下的短路参数sh sh sh440 5.87(5.87(Ω)Ω)343.3U Z I ==»´Cu sh sh 222sh1NΔ10900 1.94(1.94(Ω)Ω)343.3p P R I I =»=»´2222sh sh sh 5.87 1.94 5.54(5.54(Ω)Ω)X Z R =-=-» 换算到基准工作温度o75C 时的数值时的数值o shsh75C2287522875 1.94 2.37(2.37(Ω)Ω)22822820R R q ++==´»++o o2222sh sh75C sh75C2.37 5.54 6.03(6.03(Ω)Ω)Z R X =+=+» 额定短路损耗为额定短路损耗为o o 221N shN75C sh75C 3343.3 2.3713330.5(W)P I R ==´´= 短路电压（阻抗电压）为短路电压（阻抗电压）为o o 1N shN75C sh75C 43.3 6.03261.1(V)U I Z =´=´»o shN75C sh 1N 261.1100%100% 4.52%10000/3U u U =´=´» （2）满载（1b =）及2cos 0.8j =（滞后）时（滞后）时o 1N 2sh 2sh75C 1NΔ%(cos sin )100%43.3(2.370.8 5.540.6)100%10000/33.91%I U R XU b j j =+´=´´+´´»22N (1Δ)(1 3.91%)400384.4(V)U U U =-=-´»o o20shN75C2N 20shN75C3(1)100%cos 380013330.5(1)100%750100.8380013330.597.2%P P S P P b h b j b +=-´+++=-´´´++»（3）当o 0m shN75C38000.5313330.5P P b b ===»时maxN 2032(1)100%cos 223800(1)100%0.53750100.82380097.7%PS P h hb j ==-´+´=-´´´´+´»5-14 解：（1）归算到高压侧的短路参数）归算到高压侧的短路参数 变比1N 2N 600026.1230U k U ==» '22sh 1212 4.3226.10.006318.62(8.62(Ω)Ω)R R R R k R =+=+=+´»'22sh 12128.926.10.01317.76(17.76(Ω)Ω)X X X X k X =+=+=+´»2222sh sh sh 8.6217.7619.74(19.74(Ω)Ω)Z R X =+=+» （2）满载时，1b =。
《电机原理及拖动》交流部分习题答案
第五章 三相异步电动机原理5-1 什么是空间电角度，它与空间几何角度有什么关系？答：一个圆的空间几何角度（也称机械角度）是360度。
但从电磁的观点来说：电机转子在旋转时每经过一对磁极，其绕组感应的电量（如感应电动势）就相应地变化一个周期，因此，将一对磁极对应的空间几何角度定义为360度电角度。
空间电角度与电机的极对数P 有关，即：空间电角度=空间几何角度⨯P 。
例：一台6极异步电机（P=3），其转子转一周就经过3对磁极，转子绕组中感应电动势交变3个周期，即：空间电角度=360⨯3=1080度电角度。
5-2 绕组的短矩和分布为什么能消减高次谐波？ 答：短距系数：基波： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅=90sin τy k y 谐波：⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=90sin τννyk y 短距对于基波电动势的影响很小，但对于高次谐波的短距系数可能很小，甚至为零，因此，短距能有效地消减高次谐波。
分布系数：基波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin ααq q k p谐波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin νααννq q k p相临元件所夹空间电角度对基波来说是α，对于ν次谐波则为να，因此相临元件的ν次谐波电动势相位差很大，完全可能使相量和大为减小，甚至为零。
所以，分布能有效地消减高次谐波。
5-3 何谓相带，在三相电机绕组中为什么常采用600相带，而很少采用1200相带？ 答：按每相绕组在圆周上连续占有空间的电角度（俗称相带）分类：有120°相带、60°相带和30°相带等绕组。
通常三相交流电机采用 60°相带绕组。
在相同串联导体数下,60°相带绕组感应电动势约比120°相带绕组的感应电动势大 15％以上。
30°相带绕组虽然可以进一步提高绕组利用率，但由于其绕组制造复杂，而感应电动势提高不多，故仅用在一些有特殊要求的场合，例如用于高效率电动机中。
电机与拖动课后习题答案PPT教学课件
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7
2-12转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电 动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节转速反馈系数是 否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化， 系统有无克服这种干扰的能力？
2-10静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事 吗？举个例子。 答：D=（nNs /△n（1-s））。不是一回事。静差率是用来衡量调 速系统在负载变化下转速的稳定度的，而机械特性硬度是用来衡 量调速系统在负载变化下转速的降落的。
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2-11调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必 须同时提才有意义？
2=15在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化 时系统是否有调节作用？为什么？（看是在前向通道还是反馈通道）
（1）放大器的放大系数Kp。（有） （2）供电电网电压Ud。（有） （3）电枢电阻Ra。（有） （4）电动机励磁电流If。（有） （5）转速反馈系数α。（没有）
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2-14在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给 定电源和测速发电机精度的影响？为什么？
答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现 了稳态误差为零，因此若给点电源发生偏移，或者测速发电机精度 受到影响而使反馈电压发生改变，系统仍会认为是给定或转速发生 改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。
2-6 直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作 用？如果二极管断路会产生什么后果？
电机与拖动技术 第四版 电机与拖动习题解答 (本章节完整)
第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。
小型由整块锻钢制成。
绕组：由铜线绕成。
3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。
4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。
由硅钢片叠成。
2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。
由铜线绕成。
3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。
4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。
1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。
这就是直流发电机的工作原理。
1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组内部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。
这就是直流电动机的工作原理。
1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组内部的交流电流引出到外电路.N S a +_AB . N S a-+AB变为直流电。
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×
64
×103
)
×
100%
= 98.83%
（3）
5.5 三相变压器的额定值为 1800kVA，U1N /U 2N = 6300V / 3150V ，Y，d11
联结，空载损耗 p0 = 6.6kW ，短路损耗 pk = 21.2kW 。求：
（1） 当输出电流 I 2 = I 2N ， cosϕ2 = 0.8 （滞后）时的效率；
的电压，此时励磁电流、主磁通各为多少？若 X 与 x 连接在一起，Aa 端外加 110V 的电压，则励磁电流、主磁通又各为多少？
A∗
N1
Xa ∗
x
N2
163
解：根据题意
图 5.42 习题 5.2 图
U1N = N1 = 220 = 2 U 2N N 2 110
即
N2
=
1 2
N1
当高压侧加 220V 的电压时，由电磁感应定律得
1800
6.6 ×103 +12 × 21.2×103 ×103 × 0.8 + 6.6×103 +12 ×
21.2
×
103
)
×100%
= 98.1%
（2）效率最大时的负载系数为
βm =
p0 = pkN
6.6 = 0.558 21.2
5.6 已知三相变压器的联结组号分别为（1）Y，d3；（2）D，y1。试画出其 绕组联结图。 解：首先画出这两种联结组的相量图，然后根据相量图画出相应的接线图。 Y，d3 和 D，y1 的相量图如图 5.44 所示，则相应的接线图如图 5.45 所示。
*
**
E& A
E& B
E&C
A BC
*
**
E& A
E& B
E&C
A BC
*
**
E& A
E& B
E&C
A
BC
**
*
E&c
E&a
E&b
XY
Z
z xy
*
*
*
E&c
E&a
E&b
cab
Xa Y b Z c
E&a
E&b
E&c
x* y * z*
Xc Y a Z b
E&c
E&a
E&b
z* x * y*
X YZ cab
U AX = 220 = 4.44 f1N1Φ m
（1）当将 X 与 x 连接在一起，在 Ax 端外加 330V 的电压时，根据两个线圈的 同名端有
U Ax = U AX + U ax = 330 即
于是
4.44 f1N1Φ′m + 4.44 f1N 2Φ′m = 330
Φ′m
=
330 4.44 f1 (N1
**
E& A E&B
E&C
X YZ
X c
Y a
E&ab
Z b
E&c * E&a * E&b *
zx
y
a E&ab b
c
*
**
E&a
E&b
E&c
xyz
(a) Y，d3
(b) D,y1
图 5.45 Y，d3 和 D，y1 的接线图
5.7 设有一台Y , d5 联结的三相心式变压器，原方线电压与副方线电压之比为
a
I12 N2
U2
X
x
X
x
(a)
(b)
图 5.45 题 5.9 图
自耦变压器的变比为
KA
=
N1 N2
= U1 U2
= 220 180
= 1.222
（1）忽略励磁电流，则根据磁势平衡方程式有
(N1 − N 2 )I&1 + N 2 I&12 = 0
又根据 KCL 得
（1）
170
I&12 = I&1 + I&2 将（2）代入（1）得自耦变压器的输入电流为
166
每相的短路损耗 短路参数
pkφ
=
64 ×103 3
=
21.33kW
zk
= Ukφ I kφ
=
7335.24 38.17
= 192.17Ω
rk
=
pkφ IkN 2
=
21.33×103 38.172
= 14.64Ω
xk = 192.172 −14.642 = 191.61Ω 一次、 二次侧绕组的电阻
167
（2） 效率最大时的负载系数 βm 。
解：(1) 输出电流 I 2 = I 2N ,即负载系数 β = 1 。
当输出电流 I 2 = I 2N ， cosϕ2 = 0.8 （滞后）时的效率为
η
=
(1 −
β
SN
p0 + cosϕ2
β +
2 pkN p0 +
β
2
pkN
) ×100%
=（ 1
−
1×
=
I2N 3
=
733.14 3
= 423.28A
U1Nφ
=
121×103 3
=
68.86kV
变压器的变比
U2Nφ = U2N = 6.3kV
k = U1Nφ = 68.86 = 10.93 U2Nφ 6.3
（1）折算到一次侧的参数为：
每相的空载损耗
p0φ
= 11.6 3
= 3.87kW
每相的空载电流
+
N2)
=
330 × 2 3 × 4.44 f1N1
= Φm
由于磁通不变，根据同名端得下列磁势平衡方程式为
从而有
N1I 0′ + N 2 I 0′ = N1I m
I 0′
=
N1I m (N1 + N2 )
=
2 3
Im
（2）当将 X 与 x 连接在一起，Aa 端外加 110V 的电压时，根据两个线圈的同名 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有
U Aa = U AX + U ax = 220 + 110 = 330V
5.4 有一台 Y，d11 联结的三相变压器， S N = 8000kVA ， f N = 50Hz ，
U1N /U 2N = 121kV / 6.3kV 。空载试验在低压侧进行，当外加电压为额定值时，空
载电流为 I0 = 8.06A ，空载损耗为 p0 = 11.6kW ；短路试验在高压侧进行，当短
I1N = 二次侧的额定电流为
SN = 3U 1N
5000 ×1000 = 288.68A 3 ×10 ×1000
I2N =
SN = 3U 2N
5000 ×1000 = 458.21A 3 × 6.3×1000
（2）根据一、二次侧三相绕组的联结方式有
一次侧的相电压、相电流分别为
U 1Nφ
= U1N 3
B
E& AB
ZX
A 90o
Y
a, y
E& ab
c, x b, z
B(Z )
E& AB
C A(Y ) a
30o b E&ab
zx
y E&ab c
C(X )
(a) Y，d3
(b) D,y1
图 5.44 Y，d3 和 D，y1 的相量图
A E& AB B
C
*
**
E& A
E& B
E&C
A E& AB B
C
*
激磁参数为：
I 20φ
=
8.06 3
=
4.65 A
zm′
= U2Nφ I 20φ
=
6300 4.65
= 1354.84Ω
rm′
=
p0φ I20φ 2
=
3.87 ×103 4.652
= 178.98Ω
xm′ = zm′ 2 − r′m2 = 1354.842 −178.982 = 1342.97Ω 折算到一次侧的激磁参数
（1）自耦变压器的输入电流 I1 和公共绕组电流 I12 ； （2）输入输出功率、绕组的电磁功率、传导功率各为多少？ 解：绘出自耦变压器的假定正方向和实际方向如图 5.45 所示.
I& 1
A ∗
I1
A ∗
N1 − N2
U&1
N1
a′ ∗
I&2
a
U1
I&12 N2 U& 2
N1 − N2
a′ I2
N1 ∗
ZX
Y
E&ab
A
a,y
270o
B
E& AB
a, yA
c, x E&ab
ZX Y
150o
C
b, z
B(X)
c E& AB
b
x z
y
C E&ab aA(Z ) 270o
C
C(Y )
(a) Y,y10（b）Y,d5 (c) Y,d9 (d) D,y9
图 5.45 习题 5.8 图
5.9 一台单相自耦变压器的数据为：U1 = 220V ，U 2 = 180V ， I 2 = 180 A ，忽 略各种损耗和漏抗压降，试求：
一次、二次侧绕组的漏电抗