第三章电力系统潮流分析和计算
3－1
如图线路，负荷由发电厂母线经110KV 单回线供电，线路长80Km ，型号为LGJ －95，线间几何均距为5m 。发电厂母线电压11160U KV =∠?，送出负荷11510S j MVA =+，求负荷电压2U 。
1
U 1
S 2
U L
S
答案：
109.21 KV 详细答案：
（1） 计算线路的参数 计算电阻 默认31.5ρ=
31.5
0.3316()1*95
r nS
ρ
=
=
=Ω 计算电抗：
默认系数0.81η=，查表得013.9/2 6.95()r mm ==。
5000()Deq mm =
0' 5.6295()r r mm η==
0.1445lg
0.4261()'
Deq
x r ==Ω 计算电纳：
0S D r ==
667.58
10 2.653110()lg S
b Deq D --=
?=?西门 线路长80()l km =
26.5263 +j34.0847()Z rl jxl =+=Ω
42.122510Y jbl -==?
由于不是配电网络，因此应该按照中长线路来计算，线路等值参数
Zeq Z =，Yeq Y =
（2）
11510S j MVA =+
2
11 1.4280(MW)2
eq g Y S U j -==-
111'15+j11.428(MW)g S S S =-=
1111'' 6.7881()P R Q X U kV U +?=
=
1111
'' 1.7942()P X Q R U kV U δ-=
=
2111()109.21 1.7942()109.22670.9412U U U j U kV δ=-?+=-=∠-?
作业中出现的问题：
（1） 不少同学把本题中80km 线路当成短线来计算，课本上关于短线说得是“对于
35kV 电压等级以下的架空线路”，所以本题还是应该按照中长线来计算。 （2） 在计算1U ?时，不少同学直接使用1S 的有功无功，其实还应该除去线路首端的充电功率。
（3） 计算线路电抗时，有的同学直接使用查表得到的13.9作为等值半径，应该是
13.9/2。
（4） 有同学将题干给出的线间几何均距和线间实际距离混淆；
3－4
两回平行的220KV ，长度为200Km 的架空输电线，供电给地区降压变电所，线路单回架设，型号为LGJ - 400，每回线水平排列，几何均距为7m ，线路首端电压为245KV 。
变电所中装有两组并联运行的降压变压器，变比为209/121KV 。每组由三台单相双绕组变压器组成，每台变压器容量为40MV A 。每组变压器折合于220KV 侧的电阻、电抗各为2. 04Ω及52. 4Ω，每组变压器的铁耗=315KW O P ?，激磁损耗=2760KVAR O Q ?。
接到变电所110KV 母线的负荷是160MW ，cos 0.9?=。
试确定线路首端功率，变电所低压边的电压和输电线的传输效率。计算时，忽略线路的电导。
答案：
首端功率 166.4+j71.95()MW 低压边电压 122.44()kV 效率 96.94%
详细答案：
题目示意图如下：
220KV
110KV
等效电路图如下： S '
S S '
S S S S S S
（1） 计算并联线路的参数 计算电阻 默认31.5ρ=
31.5
0.0788()1*400
r nS
ρ
=
=
=Ω
计算电抗：
默认系数0.81η=，查表得027.8/213.9()r mm ==。
7000()Deq mm =
0'11.259()r r mm η==
0.1445lg
0.4037()'
Deq
x r ==Ω 计算电纳：
0S D r ==
667.58
10 2.805210()lg S
b Deq D --=
?=?西门 线路长200()l km =
15.75 +j80.735()Z rl jxl =+=Ω
45.610510Y jbl j -==?
由于是短线路，并且是双回路，线路等值参数
7.875 +j40.3675()2
L Z
Z =
=Ω 20.0011L Y Y j ==
（2） 计算并联电压器的参数
2.04
1.02()2T R =
=Ω 52.426.2()2
T X ==Ω
前代求功率
33160(),cos 0.8,16077.5()P MW S j MW ?===+
22
3322
() 0.6661+j17.1085()d
T T n
P Q S R jX MW U +=+= 2
227.1548()2
L
gL n
Y S U j MW -==- 20.63 + j5.52()gT gT gT S P j Q MW =?+?= 23222161.3+j72.97()d gT gL S S S S S MW =+++=
22
22
12
() 5.0993 +j26.1391()d L L n
P Q S R jX MW U +=+= 1127.1548()gL gL S S j MW ==-
1211166.4+j71.95()d g S S S S MW =++=
回代求电压
1245()U kV =
111' 166.40+99.104i()g S S S MW =-=
1111
''21.6774()P R Q X U kV U +?=
=
211223.3226()U U U kV =-?= 2132160.67+j94.6()d S S S MW =+=
212122
11.8322()T T
P R Q X U kV U +?=
=
322211.49()U U U kV =-?=
313
122.44()TL
TH
U U U kV U == 线路的传输效率
2
1
96.94%out in P P P P η=
== 作业中出现的问题：
（1） 线路的传输效率应该时线路末端与首端的有功功率之比，而不是视在功率之
比。计算线路的传输效率时，不应该使用160MW ，因为160MW 是负荷有功，从首端有功到负荷有功，中间有线路损耗，还有变压器损耗。计算线路的传输效率，应该用线路末端有功与线路首端有功相除。有些同学忘记计算线路的传输效率了。
（2） 不少同学在计算变电所低压边的电压时，忘记将结果归算到110kV 电压等级
了。
（3） 变压器的对地充电功率为负值，线路的对地充电功率为正值。不少同学将变
压器的对地充电功率按正值计算，结果得出首端送出无功130左右。
（4） 计算线路电抗时，有的同学直接使用查表得到的27.8作为等值半径，应该是
27.8/2。
（5） 有些同学将双回线按单回线计算。
（6） 160MW 是负荷的有功功率，有些同学将其当成负荷的视在功率。
（7） 本题按照教材中所述的两步法求解，在由末端逆推首端功率时近似取全线为
220KV 额定电压求解。若在累加首端侧充电功率时采用245KV 求解会出现较大偏差。
（8） 同上题（4）
3－5
如图环形网络，在A 处由系统输入功率，220A U V =，输电线参数如下（均已归算到220KV 侧）：
1440Z j =+Ω 2650Z j =+Ω 33975Z j =+Ω 43880Z j =+Ω 变压器参数如下（归算到220KV 侧）：
1T ：变比231/110KV 12120T Z j =+Ω 2T ：变比209/110KV 2125T Z j =+Ω 均忽略空载损耗及空载电流。 负荷状况如下：
50+j30MVA a S = 150+j 100M V a S = 30+j40MVA a S = 若不计功率损耗，求网络功率分布。
a
S b
S S 220KV
答案：
等值电路图如下 A
a
b
Z 1
S b
S c
S Z 2
从A 点解开
a
S S Aa
S A
ab
S bc
S S cA
S S A2
S
基本功率分布如下：
12243190390T T Z Z Z Z Z Z Z j ∑=+++++=+ 11'4+j40Z Z == 212'10+j90Z Z Z =+=
31223'50+j190T Z Z Z Z Z =+++= 11'''86+j350Z Z Z ∑=-= 22'''80+j300Z Z Z ∑=-= 33'''40+j200Z Z Z ∑=-= ***
1232*
'''
55.8127+40.9663i a b c A S Z S Z S Z S Z ∑
++=
=
*
*
*
1231*
''''''
174.19+129.03i a b c A S Z S Z S Z S Z ∑
++=
=
循环功率计算如下：
111 2.1T H
T T L
U K U =
= 222 1.9T H
T T L
U K U =
= 21120.9524T A T K U U K ??
?=-= ???
*
2.5896 +11.2217i N C UU S Z ∑
?=
=
网络的功率分布如下：
1176.78+140.26i Aa A C S S S =+=
126.78+110.26i ab Aa a S S S =-= -23.2231 +10.2554i bc ab b S S S =-= -53.2231 -29.7446i cA bc c S S S =-= 53.2231 +29.7446i Ac cA S S =-=
作业中出现的问题： （1） 有的同学认为
12A A U U =，所以网络中没有循环功率，这是不对的，由于变
压器的存在，循环功率也是存在的。 （2） 题目中说了“不计功率损耗”，因此只考虑基本功率分布即可，即包括自然功率分布和循环功率分布的两部分；有些同学还考虑功率损耗了，注意审题。 （3） 计算循环功率时，一定要注意正方向的规定，自己的题目前后要一致，有些同学将循环功率的负号弄反了。
（4） 注意求解网络功率分布应求出各个节点之间的潮流状况。
3－6
已知某110KV 网络，T 代表理想变压器，变比为l ：K ，求 （1）K=1时的基本功率分布（不考虑功率报耗）； （2）若
110KV A V =，求1、2处电压（要求考虑功率损耗和电压报耗）
；
（3）若要使(1)的基本功率分布发生变化，使1－2线路中无功潮流为0，则K 应如何变化？（不计功率报耗）。
A
208j MVA
=+2S 3020j MVA
=+S A
V
答案：
（1）12112.4A S j MVA =+；22915.6A S j MVA =+；2197.6S j MVA =+；
1297.6S j MVA =--。
（2）1105.61U KV =，2106.56U KV =。
（3） 1.031k =。
详细答案： 从A 点解开
1
S 2
S A1
S A
12
S 2A
S S A2
S
（1）基本功率分布如下：
1232040Z Z Z Z j ∑=++=+
11'10+j20Z Z == 212'10+j20Z Z Z =+= 11'''6+j12Z Z Z ∑=-= 22'''80+j300Z Z Z ∑=-= **
12122*
''
29+15.6i A S Z S Z S Z ∑
+=
=
*
*
12111*''''
21+12.4i A S Z S Z S Z ∑
+=
=
1211-9-7.6i A S S S =-=
（2）求电压
1111
1 4.1636A A A A
P R Q X U U +?=
=
11105.8364A A U U U =-?=
2323
2 3.2836A A A A
P R Q X U U +?=
=
22106.7164A A U U U =-?=
（3） 求变比
线路1－2无功潮流为0， 则
12110A C Q Q Q Q =+-=
有
117.6C A Q Q Q =-=
()
1A U U K ?=-
()()
2*
*
*
11A N
N N C U K U U K UU S Z Z Z ∑
∑
∑
--?=
=
=
令
()C C
Q imag S =，解得 1.0314K =
作业中出现的问题：
（1） 在计算基本功率分布时，公式中用到的是阻抗的共轭，而不是阻抗。
（2） 在电压降落时，如果不加特殊说明，可以忽略横向分量，这样减小大家的计算
量。
3－8
求图中所示系统的节点导纳矩阵（数字是标么阻抗）。
①
②
③
④
0.12+j 0.50
0.08+j0.40
j0.30
0.10+j0.40
-j30.0-j29.0
-j34.0
答案：
0.935-j4.262-0.481j2.404-0.454j1.891
0-0.481j2.404 1.069-j4.728-0.588j2.3530-0.454j1.891-0.588j2.353 1.042-j7.543j3.33300j3.333-j3.333++????++????++??
??
作业中出现的问题：
（1） 有些同学将导纳阵写成3x3的了，认为4个节点中应该有一个参考节点，实
际上还有一个地节点存在，所以导纳阵应该是4x4的。
（2） 题目中写的是“标么阻抗”，有的同学直接当导纳用，注意审题。
3－9
利用题3－1的结果，计算下图网络的节点导纳阵。
①
②
③
④0
.
1
2
+
j
.
5
0.08+j0.40
j0.30
0.10+j0.40
-j30.0
-j29.0
-j34.0
1:1.1
(数字是阻抗标么值)
答案：
Y33=1.042-j8.2430
Y34=Y43=j3.667
作业中出现的问题：
（
1）计算变压器等值电路时，一定要注意变比的位置和阻抗的位置，根据定义仔细计算节点导纳。
3－10
已知一网络的节点导纳矩阵上三角部分如下图所示，
1234
1
2
3
4
试将下图中节点1～4之间联接成相应网络，并标明各支路导纳值。
13
4
答案：
9
j -3
作业中出现的问题：
（1） 题目中让标明“导纳”，有的同学标成阻抗了，注意审题。
（2） 互导纳是线路导纳的相反数，有些同学直接把互导纳当成线路导纳了。
3－11
如下网络，请写出其相应节点阻抗矩阵中的元素（可以不化筒）22Z ，33Z ，12Z ，31Z 。（变压器为理想变压器）
1
2
3
12
Z 23
Z 10Z 20
Z 1
1:K :1
2K
答案：
20
12102
11210202122
)()
(Z Z Z K Z Z Z K Z +++= ])()([1
2320
121021121020212233
Z Z Z Z K Z Z Z K K Z ++++= 11020
122
1121020
()k z z Z k z z z =
++ 11020131222211210201
(())
k z z Z Z k k k z z z =
=
++
详细答案：
22Z 表示从节点2看进去的对地的总阻抗，如下图所示
])(/[)]([//)(20101221101220212010122122z z z k z z z k z z z k Z +++=+＝
同理知33Z 表示从节点3看进去的对地的总阻抗，如下图所示
])()([1
1)(20
10122120101221232222232233z z z k z z z k z k k z Z
Z ++++=+＝
12Z 表示在节点1注入单位电流、其它节点均开路时，节点2上的电压值，见下图
1
3
这里的电压就是Z 12
流过20z 的电流为
101
1210122021
11
()
z k I z z z k =
++
1020
110201
1220202110122010122021
1
1()()z z k z z k Z I z k z z z z z z k ===++++
13122
1Z Z k =
作业中出现的问题：
（1） 通过变压器对电路参数归算时，电压、电流、阻抗要同时归算，不要漏掉一些。
阻抗过变压器是比例系数是2
k ，而不是k 。
（2） 求13Z 时，只要求3点的电压即可，注意到3是悬空的，所以23支路中没有电流，
因此不能再把23Z 弄进去。
（3） 131221Z Z k =
，而不是131222
1
Z Z k =。因为133Z U =，电压经过变压器归算比例系数是k ，而不是2
k 。
3－12
如下网络，节点1、2、3为PQ 节点，4为PV 节点，5为平衡节点，图中所示值（支路以
导纳值表示）为已知。
4P
U P jQ +11
现用牛顿拉夫逊法解之，请写出节点4的直角坐标形式的功率方程、电压方程（以误差形式
△P 、△Q 或△U 2
表示）。并将迭代过程中始终为零的雅可比矩阵的元素填在相应的位置上（见表）。
112233244Q P Q P Q P U P ????????????????=?????????????????
?11223344e f e f e f e f ???
???????????????????????????????
答案：
44c 424442
2222
4c 44P +b e f -b e f U U (e f )
P ?=?=-+
112233244Q P Q P Q P U P ????????????????=?????????????????
?
11223344e f e f e f e f ?????????????????????????????????
?
作业中存在的问题：
（1） 注意导纳矩阵中B ij （i ≠j ）的符号是与实际节点i 、j 间的电纳相反，不少同学因此求
出的功率方程有误。
3－13
已知双母线系统如图所示，
11
D D 22
D D 2
1
U
2
U
图中参数以标幺值表示。已知
11103D D P jQ j +=+，222010D D P jQ j +=+，215G P =，110U =∠，21U =，0.1L X =，/20.1L B =，试写出：
（1） 节点①②的类型； （2） 网络的节点导纳矩阵；
（3） 导纳形式的直角坐标表示的功率方程（以误差形式△P 、△Q 或△U 2
表示）及相应的
修正方程。
答案：
(1) ①为平衡节点；②为PV 节点。 （2）??
??
??--9.910109
.9j j j j
（3）??
?
???????????---=?
???
????222222222100
f e f e U P 详细答案
（1）①指定了电压与相角，②指定了电压与有功。 （2）1211100.1
L y j X j =
==-， 100.12
L
B y j
j == 12211210Y Y y j ==-= 1110129.9Y y y j =+=- 2220129.9Y y y j =+=-
（3）对节点②
()212109.9ij j ij j j i
a G e B f f f ∈=-=-+∑
()212109.9ij j ij j j i
b G f B e e e ∈=+=-∑
2222221221222211212109.9109.9101010P e a f b e f e f e f e f e f e f e f =+=-++-=-+=
222222U e f =+
222212()510G D P P P P e f ?=--=-
2222221()U e f ?=-+
JACOBI 阵如下
2
201022J e f -??
=?
?--??
修正方程为
22222
220
1022P e U e f f ?-???????
=???????--???????
作业中存在的问题：
（1） XL 不是导纳，而是电抗，计算导纳阵时应该取倒数。
（2） Jacobi 阵中所有的数字都是实数，没有虚数的存在。Y G jB =+，参与Jacobi 运算的是G 跟B ，所以不会有虚数负号j 的存在。
（3） XL 、BL 都是对应导纳阵中虚部的，有些同学把BL 当成实部来计算了。 （4） 节点1可以说成平衡节点、V Θ节点，但不要说成VI 节点，没有这种说法。 （5） 注意修正方程中应代入实际数据，另题目
110U =
∠，可得e1=1，f1=0；但U2=1，
并不能得出e2=1。
3－14
有一三母线110KV 系统，其结线图如下：
G G
P
jQ + 1.070
U =∠30.3S j =+ 1.0
=0.4
图中参数均是标幺值，现用PQ 分解法解之，试求： （1）迭代用功率方程； （2）迭代用修正方程；
（3）取电压初值都为1.00∠,写出第一、第二次迭代的计算过程。 答案：经过二次迭代后，21 2.9733U =∠-，3 1.0233 2.4504U =∠-。 详细答案：
（1） 节点导纳矩阵
-13.8889 5.5556
8.33335.5556-15.5556108.333310-18.3333Y j ????=??
????
（2）迭代用功率方程
3
222222221
(,)0.4(cos sin )SP
j j j j j j P P P U U U G B δθθ=?=-=--+∑
3
333333331
(,)0.3(cos sin )SP
j j j j j j P P P U U U G B δθθ=?=-=--+∑
3
333333331
(,)0.15(sin cos )SP
j j j j j j Q Q Q U U U G B δθθ=?=-=---∑
（3）
-15.5556
10'10
-18.3333B ??=????，[]''-18.3333B = 22223333/B'/P U U P U U δδ??????
=-??????????
[][]333/B''Q U U ?=-?
作业中存在的问题：
（1）B'、B''都是实数，没有虚数符号j 。
（2）迭代修正方程中不少同学漏掉负号，正确结果是22223333/B'/P U U P U U δδ??????
=-??????????
，
[][]333/B''Q U U ?=-?。
（3）功率的正负号规定是流入母线为正，流出母线为负，所以20.4SP P =-，
30.3SP
P =-，30.15SP Q =-。
（4）题目给的线路参数是阻抗，有的同学按照导纳计算，应该注意参数的物理意义。
电机学第3章测试题 一、填空题 1.转矩折算的原则是折算前后（）不变,飞轮转矩折算的原则是折算前后（）不变。 2.位能性负载的机械特性位于（）象限；反抗性负载的机械特性位于（）象限。 3.常见的生产机械负载特性有（）负载、（）负载和通风机负载。 4.直流电动机的起动方法有直接起动、（）起动和（）起动。 5.直流电动机调速的技术指标主要有（）、（）、调速的平滑性和调速时的允许输出。 6.直流电动机属于恒转矩调速方式是（）调速和（）调速，属于恒功率调速方式（）调速。 7.他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，调速前、后的电枢电流（）。 8.他励直流电动机电气制动的方法有（）制动、（）制动和（）制动。 9.倒拉反接制动运行适用于（）负载，实现方法是电枢回路中串（）。 10.当他励直流电动机的转速超过（）转速时，出现回馈制动。 二、简答题 1.写出电力拖动系统的运动方程式，并说明电力拖动系统稳定运行的条件是什么？ 2.为什么直流电动机一般不能直接起动？此时可采用什么起动方法？ 3.直流电动机的调速方法有哪几种？各有什么特点？ 4.什么是静差率？它与那些因素有关？ 三、计算题 1.一台并励直流电动机，U N=220V，I N=80A，R a=0.1Ω，额定运行时，励磁回路电阻R f =110Ω，额定效率ηN=85%，求：（1）额定输出功率；（2）总损耗；（3）电枢回路铜损耗。 2.他励直流电动机数据为：P N=10kw，U N=110V，I N=112A，n N=750r/min，Ra=0.1Ω，带反抗性负载运行于额定状态，为使电动机停车采用反接制动，要求最大制动电流为2.2 I N，求：（1）应串电阻值是多少？（2）制动到n=0时不切断电源，电机能否反转？若能反转求出稳态转速。 3.一台他励直流电动机P N = 17Kw，U N = 220V，I N = 92.5A，Ra=0.16Ω，n N = 1000r/min。电动机允许最大电流Imax=1.8I N，电动机拖动负载T L=0.8T N电动运行，分别求：（1）采用能耗制动停车；（2）采用反接制动停车时，电枢回路应串入多大电阻？ 4.他励直流电动机，P N=4kw，U N=220V，I N=22.3A，n N=1000r/min，Ra=0.91Ω，运行于额定状态，为使电动机停车，采用电压反接制动，串入电枢回路的电阻为9Ω，求：（1）制动开始瞬间电动机的电磁转矩；（2）n=0时电动机的电磁转矩；（3）如果负载为反抗性负载，在制动到n=0时不切断电源，电机能否反转？
第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV 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*21450 321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.03800 3 212== = ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 2 2 222222 322212 2 2 2 12 2 1 22 2.55.425.0 3.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N 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*20002/3213213 212=== = 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*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752= - （b ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752= + （d ） 减速dt dn GD T T L 3752= --
第三章思考题 3-3 什么叫相带相带属性如何确定在三相电机绕组中为什么常采用60°相带而不用120°相带 【答】 相带是指把每极下的电枢表面根据相数划分，每相占一等分。我们称每一等分为一相带。由于60°相带绕组的合成电动势比120°相带的大，故除了单绕组变极电机外，一般都用60°相带绕组。 3-6 为什么极相组A 和极相组X 串联时必须反接如果正接将引起什么后果 【答】 因极相组A 的电势与极相组X 的电势反相，反接后，两者电势相减，得到更高的电势。若正接将引起电势为0的后果。 3-8 交流绕组的感应电动势公式是如何导出的它与变压器的电动势公式有何类似和不同之处 【答】 设气隙中的主极磁场为正弦分布，即αsin 1B b =，式中1B 为气隙密度的基波幅值；设0=t 时，导体位于极间、将要进入N 极的位置，转子旋转的角频率为?，则导体中的感应电动势为t E lv B blv e ?αsin 2sin 111===；p 对极的电机一个极下的磁通量为 l B lB p D p DlB d p DlB p d D l B d D bl p τπ ππαααααπ ππ 1110 1 010 12 22sin 22sin 2=??== = ?==Φ? ??电机，感应电动势的频率60pn f =，转子的线速度f pn p D n D v τππ2602260===，故导体电动势的有效 值为11111122222222 2Φ=??? ??= == =f l B f l fB f l B v l B E πτππττ；在考虑短距和分布后，整个 线 圈 组 的 合 成 电 动 势 () ()()()11111111111222Φ=Φ=Φ==w c d p c d p c d c q k qN f k k qN f k k fN q k qE E πππ；对于双层绕 组，每相绕组有p 2个极相组，设并联支路数为a ，如果一相绕组的总串联匝数表示为，c qN a p N 2= ，则相电动势为1111112222Φ=Φ?? ? ??==w w c q ph fNk k qN a p f K a p E ππ，对于单层绕组，每相绕组总共有p 个极相组，则每相绕组的总串联匝数为c qN a p N =。而变压器一 次绕组中感应电动势的有效值m fN E Φ=π21，它们的区别主要在于，交流绕组通过短距和分布时，使合成磁动势打了折扣，体现为绕组的基波绕组因数1w k 。 3-9 试述分布因数、节距因数和绕组因数的物理意义。它们是大于1、小于1，还是等于1，为什么 【答】 分布因数是衡量每极每相的导体分布在每个槽中与集中分布在一个槽电动势或磁动势所打的折扣。节距因数表示线圈短距后电动势或磁动势对比于整距时应打的折扣。绕组因数是既考虑短距又考虑分布时，整个线圈组的合成电动势或磁动势所打的折扣。因分布绕组所产生的电动势或磁动势不能超过集中绕组产生的电动势或磁动势，因此分布因
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
电机拖动复习题 一、填空题（每题2分，共20分） 1. 直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 2.直流电动机的起动方法有、、。 (直接起动；降低转子端电压；转子回路串电阻) 3.直流电动机的调速有、、三种方法。 (转子串电阻调速；调压调速；弱磁调速) 4.直流发电机输出的额定功率是指。(出线端输出的电功率) 5. 单相罩极式异步电动机的转向_____ 。 (不可改变) 6.额定频率为50HZ的三相异步电动机额定转速为725r/min，该电机的极数为，同步转速为r/min，额定运行时的转差率为。 (8；750；0.03) 7.三相异步电动机的最大转矩与转子电阻。(无关) 8.绕线式异步电动机一般采用的起动方法是。(转子回路串电阻) 9.双鼠笼异步电动机按起动和运行时的情况可将上笼称为。(起动笼) 10.直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向。(相反；相同) 11.当电动机的转速超过时，出现回馈制动。(理想空载转速) 12.变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将，铜损耗将（忽略漏阻抗压降的影响）。(不变；增加) 13.一个脉振磁通势可以分解为两个和相同，而相反的旋转磁通势。(幅值；转速；转向) 14.三相异步电动机根据转子结构不同可分为和两类。 (笼型异步电动机和绕线型异步电动机) 15.三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速，定子电流。 (减小；增加) 16.对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩，最大转矩。(增大；不变) 17.星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的倍。C 18.三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1按规律调节。(正比) 19.他励直流电动机的机械特性是指和的关系。(转速；电磁转矩) 20.异步电动机变频调速中，基速以上的调节属于恒调速。(功率) 21.可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。(Ea 〈U；Ea〉U) 22.当s在范围内，三相异步电动机运行于电动状态，此时电磁转矩性质为；在的范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为。 (0~1；驱动性质；小于1；制动性质) 23.直流电动机改变线圈中电流方向是和完成的。(换向器电刷) 24.直流发电机把转换成。(机械能直流电能) 25.三相变压器的原、副绕组都可以接成。(星形或三角形) 26.交流异步电动机的转子绕组有和两种。(鼠笼型绕线型) 27.定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。(旋转磁场) 28.同步电机可分为、和三类。(同步发电机同步电动机同步补偿机)
电机学 1、什么是直流电机 直流电机是实现机械能和直流电能之间相互转换的旋转电机。直流电机本质上是交流电机， 需要通过整流或逆变装置与外部电路相连接。常见的是采用机械换向方式的直流电机，它通过与电枢绕组一同旋转的换向器和静止的电刷来实现电枢绕组中交变的感应电动势、电流与电枢外部电路中直流电动势、电流间的换向。（实质是一台有换向装置的交流电机） 2、同步机和异步机的区别 同步电机定子交流电动势和交流电流的频率，在极对数一定的条件下，与转子转速保持严格的同步关系。同步电机主要用做发电机，也可以用作电动机，还可以用作同步调相机（同步 补偿机）。同步电机可以通过调节励磁电流来调节无功功率，从而改善电网的功率因数。 （同步电动机主要用于功率比较大而且不要求调速的场合。同步调相机实际上就是一台并联 在电网上空转的同步电动机，向电网发出或者吸收无功功率，对电网无功功率进行调节。）异步电机是一种转速与电源频率没有固定比例关系的交流电机，其转速不等于同步转速，但只要定转子极对数相等，无论转子转速如何，定、转子磁动势都以同步转速相对于定子同向 旋转，即二者总是相对静止。异步电机主要用作电动机，缺点是需要从电网吸收滞后的无功 功率，功率因数总小于1。异步电机也可作为发电机，用于风力发电场和小型水电站。 3、什么是电枢反应？直流电机是否有电枢反应？ 对于同步电机来说，电枢反应是指基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的影响。直流电机也有电枢反应，是指电枢磁动势对励磁磁动势产生的气隙磁场的影响。 4、异步机的转子有那几种折合方式？ 异步电机转子的折合算法主要包括频率折合和转子绕组折合，原则是保持转子基波磁动势不变，对定子侧等效。在进行这两种折合之前还有一个转子位置角的折合。 5、电动机为什么会转？ 都是由于转子上的绕组受到了电磁力，产生拖动性电磁转矩而带动转子转动。 具体来说，同步电机是由于定子绕组通入三相对称电流，产生旋转磁场，相当于旋转磁极， 使得同步电动机转子磁极吸引而同步旋转。异步电动机是由于转子转速小于同步转速，转子与定子电流产生的旋转磁动势有相对运动，转子绕组切割磁感线，产生感应电动势，进而产生感应电流使得转子绕组受到安培力，产生电磁转矩，带动转子旋转。 6、直流机和异步机分别有哪几种调速方式？ 异步电动机的调速方法：
《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。（E a〈U；E a〉U） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV 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 L 6.52129 .0*9.0*9.038003212===ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 22222222 322212 22212212 22.55.425.03.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N 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*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752=- （b ） 减速dt dn GD T T L 3752=-- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752=+ （d ） 减速dt dn GD T T L 3752=--
电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性
各齿轮有下列数据： 齿轮6与工作台齿条啮合其节距为20mm ，工作台质量m 1=1500kg ，工件质量m 2=1000kg ，电动机飞轮惯量GD 2=200 N·m 2，切削力F =10000N ，切削速度v =40m/min ，总机械拖动效率η=，工作台导轨与床身之间的摩擦系数f =。试计算： （1） 折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量及负载转矩； （2） 切削时电动机应输出的功率。 、 解：（1）齿轮折算到电动机轴上的飞轮转矩为： 246222223 52 2 1 2221 2 3 () () ()M GD GD GD GD GD GD GD j j j ++++ + + 22(4020)(7050)130 (20010)99(12)() 2 ++=++ ++ 2223.5N m =? 齿轮6的转速：640min 25min 800.02m n r m = =? 则电机的转速为：2512300min n r =?= 则平移部件折算到电动机轴上的转动惯量为： 图 龙门刨床主传动机构图 工作台
2 2 2 406091.291.2(15001000) 3001.1L v J m n kg m ?? ?? ?==??+ ? ??? ?? =? 折算成飞轮矩为：2 2443.1L L GD gJ N m ==? 折算到电动机轴上总的飞轮矩为·m 2 【 折算到电动机轴上负载转矩为： 40(100002500)60 9.55 9.550.8300 330.3L gf Fv T n N m η+? '==??=? （2）切削时电动机应输出的功率为： 300 330.310.49.55 L P T kw '=Ω=?≈ 如图所示的电机拖动系统，已知提升重物的质量为2kg ，提升速度为0.4m/s,拖动齿轮的效率η1=η2=，卷筒的效率ηL =,卷筒直径D L =0.4m 。齿轮减速箱的拖动比j=60，电动机的GD m 2＝20Nm 2。试求： (1)电动机的负载转矩； (2)拖动系统折算到电动机轴上的转动惯量。 ！ 解：92.021≈↓=↑=L ηηηηη ~ 提升时：L L GRn n T ↑=↑'η 071.092 .0602 .08.92=???=↑↑= 'ηj GR T L 图 龙门刨床主传动机构图 工作台 图 工作机构运动为升降的拖动系统
3.1答：直流发电机工作时总是朝一个方向转动，磁极固定不动，所以每个磁极下的导体中流 过的电流和电压方向恒定不变，当导体转到某一磁极下，导体经由换向片和电刷接触输出电能，又由于电刷和磁极相对静止，所以该磁极下的电刷上的电压极性恒定不变，故能发出直流电。 如果没有换向器，就不能把每个磁极下电枢上流过的方向不变的电流引出，电机不能发出直流电流。 3.2答：（1）直流电。电刷与磁极同时旋转，这样就能保证电刷与磁极相对静止，这样电刷引 出的还是与其对应磁极下的方向不变的电流，故发出直流电。 （2）交流电。电刷与电枢同时旋转，电刷与磁极发生相对运动，电刷在N极和S极下不停的变换，这就导致电枢一会儿引出的时N极下的方向不变的电流，一会儿引出的时S极下的方向不变的电流，由于N极和S极下导体中的电流方向相反，所以，电刷引出的是交流电。 3.3答：直流电动机电刷两端接入直流电，换向器与电刷交替接触，这样就保证了所有导体转 动时在每一个磁极下流过的电流方向不变，从而使得每一根导体产生的电磁转矩方向不变，电枢从而产生恒定转矩，拖动负载向一个方向转动。 3.5方向不变：①④⑤⑥ 方向交变：②③⑦ 3.6因为励磁绕组绕在电机的定子上，由其产生的励磁磁通与定子相对静止，所以不能产生感应电动势。而电枢绕组绕在转子上，转子与定子做相对运动，电枢绕组切割励磁磁力线，产生感应电动势。 3.7
3.8电枢的几何中性线：相邻两主极间的中心线称为电枢的几何中性线 换向器上的几何中性线：当元件轴线与主极轴线重合时，元件所接两片换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线（电动势为零的元件所接的两换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线）。 换向器上几何中性线由元件结构决定：对于对称元件，换向器上的几何中性线与主极轴线重合；对于非对称元件，换向器上的几何中性线偏离主极轴线一个角度，这个角度与元件不对成度相等； 在实际电机中的位置：电刷的中心线上。 3.9解：（2） 120 524i Z y p ε= ±== 1k y y == 21154y y y =-=-=- 绕组展开图如下所示：
清华大学复试电机学电力电子问题总结 1、什么是直流电机直流电机是实现机械能和直流电能之间相互转换的旋转电机。直流电机本质上是交流电机，需要通过整流或逆变装置与外部电路相连接。常见的是采用机械换向方式的直流电机，它通过与电枢绕组一同旋转的换向器和静止的电刷来实现电枢绕组中交变的感应电动势、电流与电枢外部电路中直流电动势、电流间的换向。（实质是一台有换向装置的交流电机） 2、同步机和异步机的区别同步电机定子交流电动势和交流电流的频率，在极对数一定的条件下，与转子转速保持严格的同步关系。同步电机主要用做发电机，也可以用作电动机，还可以用作同步调相机（同步补偿机）。同步电机可以通过调节励磁电流来调节无功功率，从而改善电网的功率因数。（同步电动机主要用于功率比较大而且不要求调速的场合。同步调相机实际上就是一台并联在电网上空转的同步电动机，向电网发出或者吸收无功功率，对电网无功功率进行调节。）异步电机是一种转速与电源频率没有固定比例关系的交流电机，其转速不等于同步转速，但只要定转子极对数相等，无论转子转速如何，定、转子磁动势都以同步转速相对于定子同向旋转，即二者总是相对静止。异步电机主要用作电动机，缺点是需要从电网吸收滞后的无功功率，功率因数总小于1。异步电机也可作为发电机，用于风力发电场和小型水电站。
3、什么是电枢反应？直流电机是否有电枢反应？对于同步电机来说，电枢反应是指基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的影响。直流电机也有电枢反应，是指电枢磁动势对励磁磁动势产生的气隙磁场的影响。 4、异步机的转子有那几种折合方式？异步电机转子的折合算法主要包括频率折合和转子绕组折合，原则是保持转子基波磁动势不变，对定子侧等效。在进行这两种折合之前还有一个转子位置角的折合。 5、电动机为什么会转？都是由于转子上的绕组受到了电磁力，产生拖动性电磁转矩而带动转子转动。具体来说，同步电机是由于定子绕组通入三相对称电流，产生旋转磁场，相当于旋转磁极，使得同步电动机转子磁极吸引而同步旋转。异步电动机是由于转子转速小于同步转速，转子与定子电流产生的旋转磁动势有相对运动，转子绕组切割磁感线，产生感应电动势，进而产生感应电流使得转子绕组受到安培力，产生电磁转矩，带动转子旋转。 6、直流机和异步机分别有哪几种调速方式？异步电动机的调速方法：（1）改变转差率调速，包括调压调速、转子串接电阻调速（只用于绕线转子电动机）。（2）变极调速（只用于笼型异步电动机）。（3）变频调速（多用于笼型异步电动机）。（变频调速性能最好，但价格比较高）他励直流电动机的调速方法：（1）电枢串接电阻调速（只能从基速向下调）。（2）改
电机及拖动课后答案 1-5 解： cm /A 98H ,T 1002.0002 .0A B === = φ （1） （1） F=Hl=98A/cm′30cm=2940A; I=F/N=2940/1000=2.94A. (2) 此时，F 总=H 铁l 铁+H d d 其中：H 铁l 铁=98A/cm′29.9cm=2930.2A; H d d=d′B/m 0=0.001/(4p′10-7)=795.8A; 所以：F 总=2930.2+795.8=3726A 1-6 解：（1） ;5.199sin Z x ;1407.0200cos Z r 2005 .0100 Z 1111111Ω?Ω?Ω===?==== （2） ;66.8sin Z x ;55.010cos Z r 1010 100 Z 1221222Ω?Ω?Ω===?==== 1-7 解：每匝电势为： 匝744884 .036 N ;V 4884.00022.05044.4f 44.4e m 1== =??==φ 2-13 解：作直线运动的总质量为： Kg 63966.128022m )1m m (2m =??+++?=总 转动惯量为：2 2 2 L m kg 63964D m m J ?=?==总ρ 系统折算后总转动惯量为：2 M 2m L eq m kg 74.49J i J J 2J J ?=+++= 总负载静转矩为：Nm 127792/D g )Hq m (T 2L =??+= 折算后负载转矩为： Nm 710i T T L 'L == η 转速加速度等于：5 .95dt dv D 60i dt dn i dt dn m ===π 由运动方程的启动转矩： Nm 4.1207 5.9555.974 .49710dt dn 55.9J T T eq ' L k =?+=+ = 3-12 解：因为：n 60Np E a φ= （1）单叠：a=2；60 04.02602N 230????=； N=5750。 （2）单波：a=1；60 04.01602N 230????=； N=2875。
第一章 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== = η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距;
( 2 )求并联支路数。 解：（1）第一节距 54 242221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均感应电动势为10 V ,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少 解：当电枢绕组为单叠绕组时, 绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30, 换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件, 每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为 a E =29?10=290V ; 每一条支路的电阻为 Ω=?=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为 Ω=== 45.14 8 .54R R a
电机与拖动试卷及参考答案 一、、填空题（每空1分，共30分） 1．直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相反），因此电磁转矩为（阻力）转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相同），因此电磁转矩为（动力）转矩。 2．接触器主要由（电磁机构）、（触点系统）、（灭弧装置）等三大部分组成。3．空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构）、（触点系统）和（延时机构）三部份组成。若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180度）。 4、用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的（1/3）,所以对降低（起动电流）很有效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时（1/3），因此只适用于空载或轻载启动。 5．反接制动时，当电机转速接近于（0）时，应及时（切断电源），防止电机（反转）。 6、伺服电动机为了防止（反转）现象的发生，采用（增大转子电阻）的方法。 7、步进电动机是一种把（电脉冲）信号转换成（角位移或线位移）信号的控制电机。 8．分磁环的作用是使（产生的合成吸力始终大于弹簧的反作用力），以消除（衔铁的振动和噪声）现象；三相交流电磁机构是否需要分磁环（不需要）。 9．单相异步电动机定子绕组中产生的磁场是（脉动磁场），可分解为（正向旋转磁场）和（反向旋转磁场）两部分。 10．熔断器又叫保险丝，用于电路的（短路）保护，使用时应（串）接在电路中。 二、判断题（每小题1分，共10分）。 （×）1．一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均可使用。 （×）2．三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。 （×）3．交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，
第二部分 直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（ ） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn <） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =7.5kW ，U N =110V ，I N =79.84A ，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =0.1014Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为0.8T N ，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？ 解：（1）0.068N a N e N N U R I C n -Φ== 1528/min N a a e N U R I n r C -==Φ （2）N T 不变时，em T 不变，即T N N T a C I C I Φ=Φ 93.930.85N N a N N N I I I A ΦΦ===ΦΦ 1738/min N a a e U R I n r C -==Φ （3）不计空载转矩时，em L T T =，故：
第四章三相异步电动机 思考题与习题答案 4.3答：能转，转向为逆时针方向。 当转子绕组通入三相交流电流时，将产生旋转磁场，同步转速为n1，假定旋转磁场为顺时针方向，那么定子绕组便产生感应电动势和感应电流，此电流在磁场的作用下又会产生电磁转矩（顺时针方向），但因定子不能转动，故反作用于转子，使得转子向逆时针方向旋转。4.5 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。4.6 答：U、V两相定子绕组通入直流电流I f方向如图4.2a所示，它产生恒定方向的磁场（如图4.2b所示，方向向左）。由于惯性转子仍以原转向（假定为顺时针方向）旋转，则转子导体便切割定子恒定磁场感应电动势和电流（方向由“右手发电机”定则判定），此电流有的功分量与定子恒定磁场相互作用，转子导体受到图示方向力的作用，并形成逆时针方向的电磁转。
图4.2 题4.6图 4.9 答：基波短距系数k y1的物理意义：电机绕组采用短矩绕组后，其基波电动势比采用整距绕组时的感应电动势有所减少，短距系数k y1就表示所减少的程度。 基波分布系数k q1的物理意义：分布绕组的线圈组电动势等于集中绕组线圈组电动势打了一个折扣k q1，以此来计及分布绕组对基波电动势大小的影响。 4.11 解：要求绕组系数，首先应求出τ、q 和α。 五次谐波绕组系数k w5： 9598 .02 20sin 322sin 21=?== a q k q 9019 .09598.09397.01 1 1 =?=?=k k k q y w 1736 .021405sin 25sin 5-=?== γk y 2176.02 20 5sin 32 2035sin 25sin 25sin 1=????== a q qa k q