电机与拖动基础 作业习题答案

第二章

2-2 变压器为什么不能直接改变直流电的电压等级，而能改变交流电的电压等级，其原理是什么?

答：因为只有变化的磁通才能在线圈中感应出电势，变压器不能用来变换直流电压。因为若是变压器一次绕组接直流电源，所产生的主磁通是恒定磁通，即不会在变压器一、二次绕组中产生感应电动势，二次绕组的输出电压为零，输出功率也为零。

2-4 一台频率为50Hz 、额定电压为220V/110V 的变压器，如果接在60Hz 电网上运行，如果额定电压不变，则主磁通、励磁电流会如何变化? 答：

根据变压器一次侧的电压平衡方程

1N 111m 4.44U E f N Φ≈=

150Hz f =时，1N

m501

4.4450U N Φ=⨯；160Hz f =时，1N m6014.4460U N Φ=⨯，所以

m60m50

5

6ΦΦ=

即主磁通为原来的5/6。若不考虑磁路的饱和效应，主磁通与空载电流（励磁电流）成正比，空载电流将减小。

2-9 变压器在做空载试验时为什么通常在低压侧进行，而在做短路实验时又在高压侧进行? 答：

在做变压器空载实验时，为了便于测量同时安全起见，应当在变压器低压侧加电源电压，让高压侧开路。在实验过程中应当将激磁电流由小到大递升到1.15NU 左右时，只能一个方向调节，中途不得有反方向来回升降。否则，由于铁芯的磁滞现象，会影响测量的准确性。

在做变压器短路实验时，电流较大，外加电压很小，为了便于测量，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。在实验过程中应注意为了避免过大的短路电流，短路实验在较低的电压下进行，通常以短路电流达到额定值为限；外加电压应从零开始逐渐增大，直到短路电流约等于1.2倍额定电流；在实验过程中要注意变压器的温升。

2-12 一台三相变压器，额定容量750N S KVA =，额定电压12/10/0.4N N U U KV =，采用Y ，d 连接，试求：（1）一、二次侧的额定电流；（2）一、二次侧绕组的额定电压和额定电流。

解：（1）一次侧额定电流：11N 7501000/1000043.3(A)N N I S ==⨯=）

二次侧额定电流：22N 7501000/0.410001083(A)N N I S ==⨯⨯=）

（2）一次侧绕组的额定电压：1/10 5.77(KV)U U ===相1线

二次侧绕组的额定电压：220.4(KV)U U ==相线 一次侧绕组的额定电流：1143.3(A)I I ==相线

二次侧绕组的额定电流：22/1083/625(A)I I ===相线

2-14一台三相电力变压器，额定容量 200N S KVA = ，

12/10000/400N N U U V =，额定电流12/11.5/288.7N N I I A =，采用Y ，y 连接。在低压侧做空载试验，额定电压下测得 0 5.1I A = ，0472p W =，试求：拆算到高压侧的励磁参数。 解：变压器的变比12/10000/40025N N K U U === 励磁阻抗：

2 /400/1.732 5.14528m N Z U ==⨯=Ω0I ）.（）

励磁电阻：20 / 472/3 5.1 6.05()m R P ==⨯=Ω20（

3I ）

励磁电抗： X 4487()m ==Ω.

若折算至高压侧，则

2 28300m m Z K Z ==Ω（）

2 3781.5m m R K R ==Ω（） 2 28043.75m m X K X ==Ω（）

第三章

3-1 为什么说异步电机的工作原理与变压器的工作原理类似？试分析两者的异同点。

答：

异步电机和变压器在功能、外型特征和运行方式上很不相同，但它们在工作原理上有很大的相似性。

（1）都是通过电磁感应原理来工作的。

（2）异步电机的定子相当于变压器的一次侧，转子相当于变压器的二次侧。

（3）两者的基本方程式、等效电路和相量图都非常相似。

尤其是当异步电机堵转时，转子上的感应电压与定子电压之间的关系，与变压器的情况完全一样。因此，异步电机又被形象地称为“旋转变压器”。

两者的不同之处主要表现在，同容量的异步电机和变压器相比，变压器的空载电流较小。空载电流是用于产生励磁磁场或主磁通的，变压器的主磁通回路没有像异步电机定、转子间的气隙，完全由铁磁材料组成的主磁路磁阻很小，产生一定磁通所需的电流就很小。这样，变压器可以长期空载运行。

3-3异步电动机在无载运行、额定负载运行及堵转三种情况下的等效电路有什么不同？当定子外加电压一定时，三种情况下的定、转子感应电动势大小、转子电流及转子功率因数角、定子电流及定子功率因数角有什么不同？ 答：

s

R '

r R s

X s

•

I s

•

U s

•

E •

'

r I '

r 1R s

s -'r0

X •'r0

E

异步电动机的T 形等效电路

异步电动机在无（空）载运行时，转子转速n 接近同步转速1n ，转差率

电流为零，没有机械功输出。此时，定子电流（空载电流）也很小，定子感应电动势较大，定子功率因数较小。

异步电动机在堵转运行时，转子转速为零，转子电流很大，有可能烧毁电机。此时，定子电流较大，定子感应电动势较小，定子功率因数较大。

异步电动机额定负载运行的情况介于上述两者之间。

3-16 一台三相四极异步电动机，其额定功率N 5.5kW P =，额定频率

N 50Hz f =。在额定负载运行情况下，由电源输入的功率为6.32kW ，定子铜耗为341W ，转子铜耗为237.5W ，铁损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W 。

（1）画出功率流程图，标明各功率及损耗。

（2）在额定运行的情况下，求电动机的效率、转差率、转速，电磁转矩以及转轴上的输出转矩各是多少？ 解：

（1）功率流程图如下：

电功率 电磁功率 机械功率

Fe

p ∆Cur

p ∆Cus

p ∆1

P add

m p p ∆+∆m P

1 6.32kW P =，

2 5.5kW P = Cus 341W p ∆=，Fe 167.5W p ∆=

Cur 237.5W p ∆=，m 45W p ∆=，add 29W p ∆= （2）效率 21

5.5100%100%87.03%

6.32P P η=⨯=⨯≈ 转差率

em 1Cus Fe 6320341167.55811.5(W)P P p p =-∆-∆=--= Cur em 237.5

0.04095811.5

p s P ∆==≈ 转速