南京理工大学紫金学院课程考试答案

南京理工大学紫金学院课程考试答案
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南京理工大学紫金学院课程试卷答案
一.填空题（10分，每空1分）
[1]从电磁角度来看，一个磁极对应电机圆周的电角度为。

[2]为了使三相对称，通常令一个极域内每相所占的圆弧区域相等，这个区域称。

[3] 异步电动机根据转子结构的不同可分为鼠笼式和绕线
式两类。

[4] 绕线式异步电动机转子串入适当电阻起动时，起动转矩将增加，起动
电流将减小，其原因是提高了转子的功率因数。

[5] 汽轮同步发电机稳定极限角
δ.
[6] 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网发出感性无功功率，欠励
时从电网吸收感性无功功率。

三. 简答题（4×5分）
1．为了得到三相对称的基波电势，对三相绕组安排有什么要求？
1、三相绕组的构成（包括串联的匝数、节距、分布等）应相同，而且三相绕组轴线在空间
应分别互差1200电角度。

2、两相绕组通以两相电流是否会产生旋转磁势？单相绕组的磁势的振幅是多少？它具有什
么性质？
两相绕组通以两相电流会产生旋转磁势。

单相绕组的磁势是脉振磁势，振幅为：11110.9
p w I N F K P
= 3、异步电机转子静止与转动时，转子边的电量与参数有何变化？
答: 异步电机转子静止时转子边的电量与参数有E 2、X 2、I 2他们的频率都是f 1
异步电机转转动时转子边的电量与参数有E 2s 、X 2s 、I 2s 不仅他们的大小与转子静止时不等, 而且都是他们的频率f 2=s f 1.
4、同步电动机中的隐极式和凸极式各有什么特点？
答: 同步电动机的转子，按照它的磁极结构特点，可分为凸极式和隐极式两种。

（1）凸极式转子有明显凸出的磁极，凸极电机的特点是气隙不均匀，转子磁极中心附近气隙最小，磁阻也小。

而在转子磁极的几何中线处气隙最大，磁阻也大，磁导最小。

凸极式转子结构简单，制造方便，制成多极比较容易，但机械强度较低，所以它适用于低速、多极同步电机。

同步电动机大多数也是容量较大、转速较低的凸极同步电机。

（2）隐极式转子则没有明显凸出的磁极，隐极式转子制造工艺比较复杂，但它的机械强度较好，适用于极数少、速度高的同步电机。

由于凸极式转子的结构和加工工艺比较简单，而且在过载能力和运行的稳定性方面都比隐极式转子好，所以除了高速的大容量的同步电动机采用隐极外，一般都采用凸极式。

三. 计算题（70分）
1、（13分）已知一台三相6极交流电机，定子是双层分布短距绕组，频率50f =Hz ，定子槽数136Z =槽，线圈节距156
y τ=（τ是极距），定子绕组Y 接，线圈匝数2y N =匝，气隙基波每极磁通是10.80Φ=Wb ，绕组并联支路数22a =。

求：（1）基波绕组系数1w k ；（2）基波相电势1p E ；（3）基波线电势1l E 。

解： 36626Z p τ===，1556
y τ== 1分 115sin sin sin 0.96592262p y k y
πππτ==== 1分 每极每相槽数 362263
Z q pm ===⨯ 1分
槽距角α 36033603036
p Z α︒︒
︒⨯⨯=== 基波分布因数 130sin sin 2220.96630sin 2sin 22d q k q α
α︒
︒⨯===⨯ 1分 (1) 基波绕组系数 1110.96590.9660.933d p k k k ω==⨯= 1分
(2) 每相绕组串联匝数为 12622241
y pqN N a ⨯⨯=
== 1分 相绕组基波电动势有效值 11114.44 4.4450240.9330.83976.8192E fN k ϕωφ==⨯⨯⨯⨯= (V) 2分
（3）基波线电势有效值 11333976.81926887.8509l E E ϕ==⨯= (V) 2分
2．（12分）有一台三相6极异步电动机，50f =Hz ，0.045N s =，试求：（1）旋转磁势的转速1n ；（2）额定转速N n ；（3）转子转速n 为960r/min 时的转差率s ；
（4）1030n =r/min 时的转差率s ；（5）启动瞬间的转差率s 。

解： （1）16060501000(/min)3
f n r p ⨯=== 3分 （2）1(1)1000(10.045)955(/min)N N n n S r =-=-= 3分
（3）1110009600.041000
n n s n --=== 2分 （4）11100010300.031000n n s n --=
==- 2分 （5）0
1011000011000
n n s n --=== 2分 3．（12分）有一台三相异步电动机，16.0N P kW =，Hz f 50=，2p=4, V U N 380=, 34N I A =, 定子绕组为Y 连接。

额定运行的各项损耗分别为1820Cu P W =，2750Cu P W =，300Fe P W =，260m P P W ∆+=,试求：（1）额定运行时的电磁转距；
（2）额定运行时的输出转矩；（3）额定转速。

解：（1）2217.01M cu m A p p p p p kw =+++= 3分
1108.34260
M M p p T Nm n π===Ω 2分 （2）2/0.04409N cu M S p p == 3分
215760
N n rad πΩ== 101.9N N P T Nm ==Ω
2分 （3） 1(1)1433.87(/min)N N n n S r =-= 2分
4、 （12分）有一台汽轮发电机，P N =12500kW, U N =6600V ,定子绕组Y 接法，m=3, cos φN =0.8 (滞后)，X S =4.0Ω，发电机并网运行，输出额定频率f=50H Z 时，求：⑴每相空载电势E O ；⑵额定运行时的功角；⑶最大电磁功率P Mmax ; ⑷过载能力K M 。

解：
3
00max max 12500101366.873cos 366000.8arccos 0.836.8766003810.623
3810.61366.8736.874437432323810.624374312500.7394
sin 12500.739sin 326624N
N N N a a M s MN M P I A U U V E U jI X j UE P m kw X P P ϕϕδδ︒
︒︒
︒⨯===⨯⨯=====+=+∠-⨯=∠=⨯==⨯===⨯=max 12500.739 1.896624
M M MN kw
P k P =
==
5、（12分）有一台三相凸极同步发电机并网运行，额定数据为：S N =8750kVA,U N =10.5kV ，定子绕组Y 接法，cos φN =0.85 (滞后)，同步电抗X d =16Ω，X q =10Ω,电阻不计，试求：额定状态运行时，发电机的功角δ和每相励磁电势E O ？
解： （1）3
3
875010481.14310.510N I A ⨯==⨯⨯ （2分）
3
10.5106062.353
arccos 0.8532U V ϕ︒
⨯==== （2分） sin 481.14106062.35sin 32arctan tan 76cos 6062.35cos32
a q I X U arc U ϕ
φϕ+⨯+⨯===︒⨯ （2分） 0763244sin 481.14sin 76469.76cos 481.14cos 76116.4cos 11877.0496d a q a d d I I A
I I A
E U I X V δφϕφφδ︒︒=-=︒-︒=︒
==⨯===⨯==+= （6分）
二. 填空题（10分，每空1分）
[1] 内功率因数角指的是（ ）之间的夹角，功角δ指的是（ ）之间的夹角。

[2]隐极同步发电机适合（ ）速旋转的（ ）发电机。

[3]水轮同步发电机稳定极限角
δ
（填角度的大小
范围）. [4] 感应电动机运行时，总要从电源吸收一个 滞后 性质的无功电流。

[2] 同步发电机主磁极的极对数一定时，其 感应电动势的频率 与 电
机的转速 之间有着严格不变的关系。

[10] 三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻
值无关，起动转矩的大小与转
子电阻有关（填有无关系）。

二. 简答题（4×5分）
1、电角度的意义是什么？它与机械角度有怎样的关系？
电角度的意义是：转子在旋转时每经过一对磁极就相应地变化一个周期,即为360度电角度.
电角度是机械角度乘以磁极对数P。

2异步电动机调速方法有那些？
a)异步电动机调速方法有那些？
依据公式：160(1)(1)f n n s s p
=-=- （1） 变极调速 （2） 变频调速 （3） 改变机械特性曲线的形状（及改变S 调速） ①
改变绕线式异步电机的转子外串电阻； ②
改变绕线式异步电机的转子外串附加电势——串级调速； ③
改变外施电压调速。

3异步电动机等效电路中
1s R s
-/代表什么意义？能不能不用电阻而用一个电感或电容来表示？为什么？
、1s R s
-/ 称为模拟电阻，其消耗的功率等于总的机械功率。

其不能用电阻电阻而用一个电感或电容代替。

当0<S<1时，电机处于电动机状态，
1s R s -/>0，'2'210MEC s P mI R s
-=>，电机轴上输出机械功率；当S<0时，电机处于发电状态1s R s
-/<0, 0MEC P <,电机从轴上吸收机械功率；当S>1时，电机处于发电状态1s R s -/<0,电机从轴上吸收机械功率
4三相同步发电机投入并联时应满足哪些条件？
（1） 双方应有相同的相序，
（2） 双方应有相同的电压
（3） 双方应有相等或接近与相等的频率。

三. 计算题（70分）
1. （12分）有一台三相同步发电机，4500N P kW =，10.5N U kV =，cos 0.8N ϕ=，24p =极，定子绕组Y 接法，148Z =槽，172N =匝，6q =槽，101=y 槽， 50f =Hz ，1N I I =，试求：（1）单相绕组所产生的基波磁势幅值1p F ；（2）三相绕组所产生的合成磁势的基波幅值1F ；
解 (1) 4500309.33cos 310.50.8
N N N N P I A U ϕ===⨯⨯ 1分
484243
36023601548Z q pm p Z α︒︒︒
=
==⨯⨯⨯=
== 1分 481224
Z p τ=== 1分 ()()15121030y βατ=-=⨯-= 1分
415sin
2cos 0.965920.95771524sin 2
d p k k β⨯==== 1分
110.92502d p d p k k k == 1分 一相磁势幅值为
1111309.3720.90.90.925029289.922
p dp I N F k A p ⨯==⨯⨯= 2分 (2) 三相合成磁势幅值为
111130.913904.882dp I N F k A p
=⨯= 2分 2．（12分）有一台三相异步电动机，输入功率kW P 5.71=，定子铜耗W P Cu 3701=，铁耗W P Fe 170=，转差率s=0.015,试求：（1）电磁功率；（2）转子铜耗；（3）总机械功率。

解：（1）116960M cu Fe P P P P w =--= 4分
（2）2104.4cu M P sP W == 4分
（3）(1)6855.6M P s P W Ω=-= 4分
3．（12分）有一台三相异步电动机，kW P N 17=，Hz f 50=，2p=4, V U N 380=,定子绕组为Y 连接。

额定运行的各项损耗分别为W P Cu 7001=，W P Cu 5002=，W P Fe 450=，机械损耗W P m 150=，附加损耗W P 200=∆,试求：（1）额定运行时的额定转速；（2）额定运行时的输出转矩；（3）空载转矩；（4）电磁转距。

解：（1）2217.85M cu m A p p p p p kW =+++= 2分
1113.69260
M M p p T Nm n π===Ω 3分 （2）2/0.028N cu M S p p == 3分
215760
N n rad πΩ== 108.28N N P T Nm ==Ω
2分 （3）1(1)1458(/min)N N n n S r =-= 2分
4．（12分）有一台三相凸极同步发电机，电枢绕组Y 接法，每相额定电压230pN u V =，额定相电流A I N P 5.8=，8.0cos =N φ（滞后），已知该机运行于额定状态，每相励磁电势V E 3700=，内功率因数角60ϕ=，不计电阻压降，试求：,,d q d I I X 和q X 各为多少？
解： sin 5.1154d a I I A φ== 2分
cos 6.8q a I I A φ== 2分
arccos 0.837N ϕ︒==
23N δϕϕ︒=-= 2分
sin 13.22q q
U X I δ==Ω 2分 0cos 30.943d d
E U X I δ-=
=Ω 2分 5．（12分）一台凸极三相同步电动机，Y 接法，V U N 6600=，50N f Hz =，
600/min N n r =，A I N 65=，额定功率因数cos 0.8N ϕ=（超前），同步电抗Ω=55d X ，
Ω=40q X ，不计电阻压降，试求：（1）额定负载时空载电势E 0及功率角δN ；（2）额定负载时的电磁功率M P 和电磁转矩n T 。

解：
（1）3810.623
N U U V == （1分） arccos 0.836.87ϕ==。

sin arctan 58cos a q I X U U ϕ
φϕ+==︒ （2分）
sin 55.123cos 34.44d a q a I I A
I I A φφ==== （2分）
5836.8721.13δφϕ=-=︒-︒=︒ （2分）
0cos 6586.1776d d E U I X V δ=+= （2分）
（2）2011sin ()sin 2596.022M d q d
UE mU P m kW X X X δδ=+-= （2分） 596.029490.762/602600/60M M N P P T Nm n ππ====Ω （2分）。