第五章 异步电机
5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ 转差率为转子转速
n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值11
n n n s -= 0s <
为发电机状态。
01s <<为电动机状态，1s >为电磁制动状态。
5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一
样？怎样区分这两种运行状态？
发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机
的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。
5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率
为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？
假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固
定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。11
n n n s +=
（
n 为转子转速）
5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？
在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50
﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频率1f 、转子频率2f 、
转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速2n 之间的相互关系如何？试填写下表
1
601f P
n =
11
n n n s -=
21f sf =
2F 相对于转子的转速21n n n =- 2
F 相对于定子的转速1n 5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。
转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个
旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为2
F 相对于转子的转速n ，转差率为s 时，转子电流的频率21f sf =，则这个磁动势相对转子的转速为1sn ，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为
11
111n n
n sn n n n n -+=
+=，即永远为同步速。
5．7 试说明转子绕组折算和频率折算的意义，折算是在什么条件下进行的？
绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为1m ，匝数为1N ，绕组系数为1N k 的等效转子绕组来替代原来的转子绕组，保持极对数不变。 频率折算：用一个等效的静止转子来代替原来的旋转的转子，在该静止转子回路中串入一个
12s
s
R -的模拟电阻，而定子方各物理量不变。
折算的条件：保持转子磁动势不变，及转子上有功，无功率不变。
5．8 异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入
功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？
电磁势平衡方程式：知101L I I I =+ 当负载时，定子电流只有一个分量0
I ，用以产生磁时来抵消转子磁势的作用，∴虽然定转子无直接电联系，定子电流会自动增加的原
因。
从空载到满载，由电势平衡方程式1111U E I Z =-+ ∵1U 基本不变，1
I ↑ ，11I Z 略有↑∴1
E 略有下降，故主磁通m Φ略为下降。 5．9 异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的()[]2
/1R s s '-代表什么意义？能否用电感或电容代替？
等效电路 T 形等效电路
Γ形 准确P 形等效电路（σ为复数） 换准确P 形等效电路（σ为实数） 简化Γ形等效电路（σ=1）
消耗在12
s
s R -
'上的电功率就是电动机所产生的机械功率mec P ，它是有功功率，不能用电容或电感代替。
5．10 异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么严重后果？试说
明其原因。如果电源电压下降，对感应电动机的max T 、st T 、m Φ、2I 、s 有何影响？ ∵20em T T T =+负载不变 ∴em T 不变 22cos em M m T C I ?=Φ如电压下降过多m Φ↓，
为保持em T 不变，21I I ↑→↑易烧毁电机。
2
max T = ∴1U ↓ m a x T ↓ 2max 1T U ∝
2'112'2'2
112121
()()m U R st R R x x T σσ
Ω+++=
∴1U ↓ st T ↓ 21st T U ∝ 1111U E I Z =-+
∴11E U ≈ 11114.44N m E f N k =Φ ∴1m U ↓Φ↓ 转矩22cos em M m T C I ?=Φ不变，2m I Φ↓↑ ∵1
em P em T Ω= 1Ω为常数 em T 不变
em R 不变 2
cu em
P p s =
∵2
2122cu P m I R = ∵2I ↑ ∴2cu P ↑ ∴s ↑（或者1U ↓，em T 成平
方下降，而负载转矩不变∴n s ↓↑）
5．11 漏电抗大小对异步电动机的运行性能，包括起动电流、起动转矩、最大转矩、功率
因数等有何影响？为什么？
2st I = 2'
112'2'2112121
()()
m U R st R R X X T σσΩ+++=
2
max T =
'
12'
211cos t t
R S
x x R σσ??+≈
∴漏电抗与max ,,st st I T T 成反比，与1cos ?成正比
5．12 某绕线转子异步电动机，如果（1）转子电阻增加一倍；（2）转子漏电抗增加一倍；
（3）定子电压的大小不变，而频率由50Hz 变为60Hz ，各对最大转矩和起动转矩有何影响？ （1）2R 增加一倍，st T 增加，max T 不变
（2）'
2x x σσ+增加一倍，st T 减小，max T 减小
（3）1f 由50Hz 变为60Hz ，相当于'2x x σσ+增加，且分母增大了∴st T ，max T 减小
5．13 一台笼型异步电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的，在输出同样转
矩的情况下，下列物理量将如何变化？
（1）转速n ； 2R ↑'
2211'
2'2
1
21121()()
R s
R s m U em R X X T σσΩ+++=
m e T ↓ 而负载转矩不变，∴n 下降
（2）转子电流2I ；
负载转矩不变，m e T 基本不变，∵m 22cos e m m T C I ?=Φ∴2I 基本不变。 （3）定子电流1I ；
'
12I I =∴1I 基本不变。
（4）定子功率因数1cos ?；
（5）输入功率1P ；
2T 基本不变∴1P 基本不变。 （6）输出功率2P ；
2P ↓（∵22cu R P ↑增大） （7）效率η； η↓∵损耗减小 （8）起动转矩st T ； st T ↑
（9）最大电磁转矩max T 。 m a x T 不变
5．14 绕线式三相异步电动机转子回路串人适当的电阻可以增大起动转矩，
串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？
转子侧串入电抗，不能增大起动转矩∵串如电抗后2I ↓虽然m Φ增大了，但2cos ? 下降∴总起来起动转矩22cos st m m T C I ?=Φ仍然不能增大。
5．15 普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩不大？但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时，起动电流较小而起动转矩较大，为什么？ st I 大的原因是：在刚启动时，转子处于静止状态，旋转磁场以较大的转速切割转子
导环，在转子中产生较大的电势，因而产生较大的电流，由磁势平衡关系，定子中也将流过较大的电流。
st T 不大的原因是：在刚起动时，n =0 ,s =1，转子频率较高，转子电抗较大，转子
边的功率因数很低，由'22cos em m m T C I ?=Φ 121E U ≈ 1
mst m
Φ=Φ 知，最初起动时，虽然2I 较大，但因2cos ?很低，∴st T 仍然不大。
对深槽和双鼠笼异步电动机在起动时21f f =，有明显的集肤效应，即转子电流在转
子导体表面流动，相等于转子导体截面变小，电阻增大，即相等于转子回路串电阻，使,st st I T ↓↑当起动完毕后，21f sf =很小，没有集肤效应，转子电流流过的导体截面积增大，电阻减小，相当于起动时转子回路所串电阻去掉，减小了转子铜损耗，
提高了电机的效率。
5．16 绕线转子异步电动机在转子回路中串人电阻起动时，为什么既能降低起动电流又能
增大起动转矩？试分析比较串入电阻前后起动时的m Φ、2I 、2cos ?、st I 是如何变化的？串入的电阻越大是否起动转矩越大？为什么？
绕线式转子串入电阻R Ω后，转子电流减小，定子电流也减小，但起动转矩增大，这
是因为：在起动时，1s =，虽然串入R Ω导致2I 减小，但却使得11E U ≈设串电阻前
由于'12R R ≈，'12x x σσ≈∴1
11E U ≈
②m Φ较大，接近正常运行时的主磁通，转子回路功率因数 ③''
2cos ?=
st T ↑
一般情况下，串入电阻后，2I 和1I 将变小，m Φ基本不变，严格地讲，随1I 变小，m
Φ会大一点（∵1111
E U I Z -=- 变小，m Φ↑），2c o s ?将明显提高st T 明显增加，st I ↓
因为2cos ?最大为1，接近1时变化不大了，相反，电阻率大了，电流明显减小，st T 反而会变小，∴并不是串电阻越大，起动转矩越大。
5．17 两台同样的笼型异步电动机共轴连接，拖动一个负载。如果起动时将它们的定子绕
组串联以后接至电网上，起动完毕后再改接为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和转矩的影响怎样？ 通过串联起动，使每台电动机定子绕组电压为并联起动时候的12
因此st T 为并联时的14，st I 为并联起动时的12，而电网供给的起动电流为并联时的14
（∵电网供给的电流并联是一台起动电流的2倍） 5．28 已知一台型号为JO 2-82-4的三相异步电动机的额定功率为55kW ，额定电压为380V ，
额定功率因数为0.89，额定效率为91.5%，试求该电动机的额定电流
cos
N N N N N P I ?η= ∴ 3
102.62()N I A =
=
=
5．29 已知某异步电动机的额定频率为50Hz ，额定转速为970r/min ，问该电机的极数是多
少？额定转差率是多少？ ∵min 970r N n = min 11000r n = 601f
P
n = ∴60501000
3p ?=
=极数为6极。
11
1000970
1000
0.3n n n s --=
== 5．30 一台50Hz 三相绕线式异步电动机，定子绕组Y 联接，在定子上加额定电压。当转
子开路时，其滑环上测得电压为72V ，转子每相电阻Ω=6.02R ，每相漏抗
Ω=42σX 。忽略定子漏阻抗压降，试求额定运行04.0=N s ，时，
（1）转子电流的频率；
转子电流的频率210.04502()N f s f Hz ==?=
（2）转子电流的大小；
滑环上测得电压为72V ，这是线电压，相电压为
抗压降，说明转子上的电压为
2v ='22e i R k k R = '
22e i X k k X σσ=
∴'
'
2.682i k I =
=
=
= ∴'
22 2.68()i I k I A ==
（3）转子每相电动势的大小；
∵转子开路时测得的转子感应电势为
241.57()E V ==此时转子不转，即
1S =，当0.04N S =时 220.0441.57 1.66()s E SE V ==?=
（4）电机总机械功率。
''22
1110.04
12
22220.04
3 2.680.6310.
3()s
s
mec s s
P m R I m I R V ---===??
?= 5．31 已知一台三相异步电动机的数据为：V U N 380=，定子?联接，50Hz ，额定转速
min /1426r n N =，Ω=865.21R ，Ω=71.71σX ，Ω='82.22
R ，Ω='75.112σX ，m R 忽略不计，Ω=202m X 。试求：
（1）极数；
解：∵min 1426r N n = ∴min 11500r n = ∴P=2，即2P=4 （2）同步转速； m i n 11500r n =
（3）额定负载时的转差率和转子频率； 11
1500
1426
1500
0.0493N
n n n s --=
== 210.049350 2.467()f sf Hz ==?=
（4）绘出T 型等效电路并计算额定负载时的1I 、1P 、1cos ?和2I '。
'2'
' 2.82
2
20.049311.7557.211.7558.411.61R S
Z jX j j σ=
+=+=+=
'
2'
2
20258.411.6111796.8101.6111796.8101.61'
2221.277553.3126.59m m X Z j m X Z X Z ?+==
===
'
112 2.8657.7147.6723.8650.53531.57
59.5931.99
m Z R jX X Z j j j σ=++=+++=+=
∴1
38001
59.5931.99
6.33731.99U Z
I ===-
111.04()A =
1111cos 38011.04cos(31.99)6162.7()P I W ?=??-= 1cos cos(31.99)0.848?=-= （滞后）
1111
380 6.33731.998.22569.6238052.4537.63E U I Z =-=--=- =38041.5432.02338.4632.02339.97 5.404j j --=-=-
∴1
'
2
339.97 5.405'
2
58.411.61
5.8217.014()E Z I A -===-
5．32 已知JO 2-92-4三相异步电动机的数据为：kW P 752=，V U N 380=（定子?联接）
，min /1480r n N =，Ω=088.01R ，Ω=404.01σX ，Ω='073.02
R ，Ω='77.02σX ，Ω=75.2m R ，Ω=26m X ，机械损耗kW p mec 1.1=。试用T 型、较准确Г型和简
化Г型三种等效电路计算额定负载时的定子电流、功率因数和效率，并对计算结果进
行分析比较。 T 型等效电路： 11
15001480
1500
0.01333n n
n s --=
== '2'
'0.073220.013330.77 5.4750.77 5.5298R S
Z jX j j σ=
+=+=+=
2.752626.1458
3.96()
m m m Z R j X j =+=+=Ω
'
22
26.14583.695.5298'
2
2872.92
5.16319.04()m m Z Z m Z Z Z Z ?+=
=
=Ω
138001 5.38922.8
70.51422.8()U Z I A ===- 即170.514()I A = 1c o s 0.9219?=（滞后）为了求 功率，要计算'
2I ，m I
'1211138070.522.80.41377.71380 5.31228.63386.37 4.249()
E E U I Z j A ==-=-?=+-=-
∴2
'386.37386.372 5.52969.9()Z I A =
=
= 1386.3726.14514.78()E m Zm
I A =
==
∴2
2
1113370.50.0881312()cu P I R W ==??=2
'
2
2223369.90.0731073()cu P I R W ==??=
2
23314.78 2.751802()Fe m m P I R W ==??= 1100()mec P W = ad P 忽略。
1
11
1
13121073180211005287003cos 7410111(1)92.9P P U I ?
η∑+++=-=-=-= 较准确P 型电路
5．33 某三相异步电动机，kW P N 10=，V U N 380=（线电压）
，A I N 8.19=，4极，Y
联接，Ω=5.01R 。空载试验数据为：V U 3801=（线电压），A I 4.50=，kW p 425.00=，机械损耗kW p m ec 08.0=。短路试验中的一点为：V U k 120=（线电压）
，A I k 1.18=，kW p k 92.0=。试计算出忽略空载附加损耗和认为σσ21X X =时的参数2
R '、σ1X 、m R 和m X 。
空载试验：10
040.63()U I Z =
=
=Ω 忽略ad P
22
01014253 5.40.580301.26()Fe mec P P m I R P W =--=-??-=
2
210
301.2635.4 3.444()Fe
P m m I R ?=
==Ω或者2
42580
35.40.5m k -?=-
040.34()X ===Ω
短路试验：
3.828()k k U k I Z ==
=Ω 2
1920318.120.936)k
k
P k m I R ?=
==Ω
3.712()k X ===Ω
0'40.342140.34 3.712()(0.9360.5)0.48K X k X X R R R --=-=-?=Ω
'12040.34 1.9()X X X σσ====Ω
0140.34 1.938.44()m X X X σ=-=-=Ω
5．34 一台三相异步电动机的输入功率为10.7kW ，定子铜耗为450W ，铁耗为200W ，转
差率为s=0.029，，试计算电动机的电磁功率、转子铜耗及总机械功率。 111070045020010050()em cu Fe P P P P W =--=--=电磁功率 20.029********.
45C U e m P S P W ==?= (1)10050291.45
9758m e c
e m P S P W
=-=-= 5．35 一台JO 2-52-6异步电动机，额定电压为380V ，定子Δ联接，频率50Hz ，额定功率
7.5kW ，额定转速960r/min ，额定负载时824.0cos 1=?，定子铜耗474W ，铁耗231W ，机械损耗45W ，附加损耗37.5W ，试计算额定负载时， （1）转差率；
（2）转子电流的频率； （3）转子铜耗； （4）效率；
（5）定子电流。
（1） 1603000
1000min 3f r n p =
== ∴111000960
0.041000
n n S n --=
== （2）
210.04502f Sf HZ ==?=
（3） 2mec mec ad P p p p =++=7500+45+37.5=7582.5W (1)mec em P S P =-
1206.82103601317.21500
em em p T N M π??=
==Ω?
27582.5
0.04316110.04
mec CU em P P SP S W S ==?
=?=-- （4）
2CU
CU Fe mec ad P P
P P P P =++++∑=474+316+213+45+37.5=1103.5W
2212P 7500=
87.17%P 75001103.5
P P P η===++∑ （5
）11111cos 3800.824P I I ?=?
115.86I A ∴=
=
5．36 一台4极中型异步电动机，kW P N 200=，V U N 380=，定子Δ联接，定子额定
电流A I N 385=，频率50Hz ，定子铜耗kW p Cu 12.52=，转子铜耗kW p Cu 85.22=，铁耗kW p Fe 8.3=，机械损耗kW p m ec 98.0=，附加损耗kW p ad 3=，
Ω=0345.01R ，Ω=9.5m X 。正常运行时Ω=202.01σX ，Ω='022.02
R ，Ω='195.02σX ；起动时，由于磁路饱和与趋肤效应的影响，Ω=1375.01σX ，Ω='0715.02R ，Ω='11.02
σX 。试求： （1）额定负载下的转速、电磁转矩和效率；
（2）最大转矩倍数（即过载能力）和起动转矩倍数。 解：（1）2mec mec ad P p p p =++=200+0.98+3=203.98kw 2CU em P SP = (1)mec em P
S P =-
21cu mec p S
p S
∴
=
- 即 2.85203.981S S =- S=0.01378
1(1)(10.01378)15001479min n S n r =-=-?=
2 2.85
206.820.01378
cu em p P kw S =
== 1206.82103601317.21500
em em p T N M π??=
==Ω? 2212P 200=
92.7%P 200 5.12 2.85 3.80.983
P P P η===++++++∑ （2
）2max
T =
2
603186.21500N m π==?
32001060
1291.97.21479N N P T N m π??===Ω?
max 3186 2.4661292
m N T k T =
== ()2112
2
2
112
122()st m PU R T f R R X X σσπ'=
??''+++??
210.0430.3420.510287.720.04
W
-=???=()()22
2
323800.0715
2721.5.2500.03450.07150.13750.11N m π???=
=??
??+++??
2721.5 2.111292
st st N T k T =
==
5．37 一台三相8极异步电动机的数据为：kW P N 200=，V U N 380=，Hz f 50=，
min /722r n N =，过载能力13.2=M k 。试求：
（1）产生最大电磁转矩时的转差率； （2）s=0.02时的电磁转矩。
（1）
(m N m S S k =推倒如下：
max 21
N N m m
m N
T S S T k S S ==
+（即em N T T =时） 2220m m N m N S k S S σ-+= 求一元二次方程即可 11750722
0.03733750
N n n S n --=
==
0.03733(2.130.1497m S =?+=
（2）
320010602646.6.2722
N N p T N m π??===Ω? max 2.132646.65637.2.m N T k T N m ==?=
max 2
em m
m
T S S T S S =
+ 22
0.26250.14970.025637.27.4850.13360.020.1497
em T ===++ 5637.20.26251480.em T N m =?=
5．38 一台三相 4 极异步电动机额定功率为28kW ，V U N 380=，%90=N η，
88.0cos =?，定子为三角形联接。在额定电压下直接起动时，起动电流为额定电流
的6倍，试求用Y-Δ起动时，起动电流是多少？
解：
3
53.72N I A ===
直接起动时的起动电流：
6653.72322.3st N I I A ==?=
用Y-△起动时：
107.43
st
st I I A '=
= 5．39 一台三相绕线转子异步电动机，kW P N 155=，A I N 294=，
42=p ，V U N 380=，Y 联接。其参数为Ω='=012.02
1R R ，Ω='=06.021σσX X ，11≈σ，电动势及电流的变比2.1==i e k k 。现要求把起动电流限制为3倍额定电流，试计算应在转子回路每相中接入多大的起动电阻？这时的起动转矩为多少？ 解：
33294882st N I I A ==?= 起动时阻抗：
0.249st E =
=
=Ω
st E =
120.218st R R R ''∴++==Ω 0.2180.01220.194st R '∴=-?=Ω
∴每相接入的起动电阻为：
2
0.194
0.13471.2
st st e i R R k k '=
==Ω] ()
21122
2
112122()()st st st m pu R R T f R R R X X σσπ''
+=
??
'''++++??
2
3803059.7.2 3.14500.2180.12N m =
=???+
5．40 一台4极绕线型异步电动机，50Hz ，转子每相电阻Ω=02.02R ，额定负载时
min /1480r n N =，若负载转矩不变，要求把转速降到1100r/min ，问应在转子每
相串入多大的电阻？
解： 1606050
1500min 2
f r n p ?=
==
1115001480
0.013331500
N N n n S n --=
== 11150011000.26671500
n n S n --=
== ∵负载转矩不变 ∴电磁转矩不变
22N R R R S S
Ω
+=
20.2667
1(1)0.020.380.01333N S R R S Ω??=-=-?=Ω
???
5．41一台三相4极异步电动机，V U N 3801=，定子Y 接法，83.0cos =N ?（滞后）
，Ω=35.01R ，Ω='34.02
R ，04.0=N s ，机械损耗和附加损耗之和为288W ，设 A I I N N 5.202
1='=，试求： （1）额定运行时输出功率、电磁功率和输入功率；
（2）额定运行时的电磁转矩和输出转矩。 （1）2P=4， 11500r n min
=
（2）1115001426
0.04931500
N N n n S n --=
== 210.049350 2.47f sf HZ ==?= 与5.31一样
（4）2em cu P sp =
22
22233 5.82 2.82286cu p I R W ''==??=
2286
5812.60.0493
cu em p p W s ∴=
== 15812.66037.21500
em em p T N m π-=
==Ω? 5．42 一台三相4极绕线式异步电动机，Hz f 501=，转子每相电阻Ω=015
.02R ，额定运行时转子相电流为200A ，转速min /1475r n N =，试求： （1）额定电磁转矩；
1500
1475
1500
0.01667N S -==
2
2
20.015
220.01667320010800()R em S P m I W ==??=
1
1080021500
688()
em
P em T N m πΩ?=
=
=? （2）在转子回路串入电阻将转速降至1120r/min ，求所串入的电阻值（保持额定电磁转
矩不变）；
1500
1120
0.2533N S -==
22N
R R R S S
Ω
+=
0.2533
20.01667(1)(1)0.0150.2
13()N
S S R R Ω=-=-?
=Ω （3）转子串入电阻前后达到稳定时定子电流、输入功率是否变化，为什么？ ∵保持电磁转矩em T 不变，而1
em
P em T Ω=
∴em P 不变
11em cu Fe P P P P =-- 电压不变 ∴Fe P 不变， 1E 不变（11E U ≈） 11
111U E R jX I σ
-+=
不变， ∴1cu P 不变，∴1P 不变。
5．43 一台三相6极笼型异步电机，kW P N 3=，V U N 380=，定子绕组Y 接法，
Ω=08.21R ，Ω=12.31σX ，Ω='525.12
R ，Ω='25.42σX ，Ω=12.4m R ，Ω=62m X 。当转差率s 从1变化到0时，假设电机参数不变，试计算电磁转矩的
大小并画出()s f T em =曲线。 2
9999.7260221440
66.3()P T N m π?Ω
?=
== 260n πΩ= m i n 1(1)1440()r n s n =-=
电机学试题及答案 Revised as of 23 November 2020
《电机学（1）》模拟试题 一：填空题（每空3分，共45分） 1．一台变压器加额定电压时，主磁通为φ，空载电流为I0，励磁阻抗为Z m，现将电源的频率从50Hz改变为60Hz，其它情况不变，并假定磁路线性，则现在的磁通φ‘= φ，空载电流I’0= I0，励磁阻抗Z’m= Z m。 2．某变压器带感性负载运行时，若负载电流相同，则cosφ 2 越小，副边电压变化率越，效率越。 3．一台单相变压器，铁芯柱上有三个绕组，已知U 1=330V，W 1 =700匝，为获得 U 2=220V，U 3 =11V，应使W 2 = 匝，W 3 = 匝。若已知绕组W 1 开路， ì 3=10∠100A，忽略励磁电流，则ì 2 = A。 4．拖动恒转矩负载运行的并励直流电动机，若减弱磁通，电枢电流 将。 5．交流电机绕阻高次谐波电势，如5次和7次谐波，可以通过 的方法大大削弱。 6．三相同步电机，定子上A、B两导体空间相隔200机械角度，该电机接于50Hz三相交流电源，同步转速为750r/min，则A、B两导体的空间电角度为。 二、（8分） 图1所示为三相变压器接线图，画出电动势向量图，并确定其连接组别。
三、（27分） 一台三相电力变压器额定容量S=1000 kVA，额定电压U1N/U2N=10000/3300V，Y，d11连接组，每相短路阻抗Z k=+，该变压器原边接额定电压，副边带Δ接对称负载，每项负载阻抗Z L=50+j85Ω，计算： （1）变压器原边线电流； （2）副边线电流； （3）副边线电压； （4）电压调整率 四、（10分） 一台他励直流电动机，P N=22KW，I N=115A，U N=220V，n N=1500r/min电枢回 路总电阻R a=Ω（包括了电刷回路的接触电阻），忽略M0，要求把转速降到
《电机学》作业题解 （适用于王秀和、孙雨萍编《电机学》） 1-5 何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？ 答：诸如铁、镍、钴及他们的合金，将这些材料放在磁场后，磁场会显著增强，故而称之为铁磁材料；铁磁材料之所以磁导率高，是因为在这些材料的内部，大量存在着磁畴，这些磁畴的磁极方向通常是杂乱无章的，对外不显示磁性，当把这些材料放入磁场中，内部的小磁畴在外磁场的作用下，磁极方向逐渐被扭转成一致，对外就显示很强的磁性，所以导磁性能强。 1-9 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是如何产生的？为何铁心采 用硅钢片？ 答：铁心中的磁滞损耗是因为铁心处在交变的磁场中，铁心反复被磁化，铁心中的小磁畴的磁极方向反复扭转，致使磁畴之间不断碰撞，消耗能量变成热能损耗；又因为铁心为导体，处在交变的磁场中，铁中会产生感应电动势，从而产生感应电流，感应电流围绕着磁通做漩涡状流动，从产生损耗，称之为涡流损耗，之所以采用硅钢片是因为一方面因硅钢电阻高，导磁性能好，可降低涡流损耗，另一方面，采用薄片叠成铁心，可将涡流限制在各个叠片中，相当于大大增加了铁心的电阻，从进一步降低了涡流损耗。 1-13 图1-27所示为一铁心，厚度为0.05m，铁心的相对磁导率为1000。问：要产生0.003Wb的磁通，需要多大电流？在此电流下，铁心各部分的刺痛密度是多少？
解：取磁路的平均长度，上下两边的长度和截面积相等算一段，算作磁路段1，左侧为2，右侧为3。 磁路段1长度和截面积：()120.050.20.0250.55m =?++=l ， 210.050.150.0075m =?=A ； 41m17 10.55 5.83610A wb 10004100.0075 π-= ==????l R uA 磁路段2长度和截面积：20.1520.0750.30m =+?=l ， 220.050.100.005m =?=A ； 42m27 20.30 4.77510A wb 10004100.005 π-= ==????l R uA 磁路段1长度和截面积：30.1520.0750.30m =+?=l ， 230.050.050.0025m =?=A ； 43m37 30.309.54910A wb 10004100.0025 π-= ==????l R uA 总磁阻： 45m m1m2m3(5.836 4.7759.549)10 2.01610A wb ==++?=?R R +R +R 磁动势：5m 0.003 2.01610604.8A φ==??=F R 励磁电流：604.8 1.512A 400 = ==F i N
1、励磁直流电动机与异步电动机同轴，分别接电网且直流电机电枢电流为0，增大直流电机励磁，则直流电机作 发电机 运行，机组转速将 ↓ 。 同轴→不会两个同为发电机/同为电动机 直流电机做发电机，则异步做电动机，给直流电机提供转矩带动转轴转动，直流电机负载增加，n ↓。 电枢电流为0 →Ea=U 增大励磁电流，Ea ↑，＞U 发电机运行 ；减小励磁电流，Ea ↓，＜U ，电动机运行 2、交流电机电枢和频率恒定，空载时电枢损耗将为 铁耗 。 3、励磁直流电动机与同步电动机同轴，分别接电网且同步电机电枢电流为0，减小直流电机励磁，则直流电机作 电动机 运行，增大同步电动机励磁，则同步电机作 调相机 运行。 4、交流电机气隙磁场相对定子转速n1，相对转子转速n2，电磁转矩Tem ，则转子转速为 n1-n2 ，定子侧电磁功率为 ，转子侧总机械功率为 。 5.同步电机的主要运行状态有：发电机， 电动机 和 调相机 。 同步电机的转子绕组可以经滑环和电刷外接直流电源励磁，也可以采用 换流器 永磁 励磁方式。 6.与无穷大电网并联的同步发电机，若电枢电流无直轴分量，则电枢电压U > 励磁电势Ef*，若励磁磁动势Ff 与电枢磁动势Fa 空间相位相差50°，则直轴电枢反应性质是 助磁 。 7.同步发电机欠励时向电网输出 容 性无功功率。异步电动机则从电网吸收 感 性无功功率。因此同步发电机通常运行在功率因数 滞后 的励磁状态。 8.测定同步发电机的空载特性和短路特性时，若转速降为额定的百分之八十，则相同来励磁电流时的空载特性将 E0降为80% ，短路特性将 不变 (因为短路电流也降为80%） 。 9.利用灯光黑暗法（直接接法）将同步发电机投入电网并联运行时，发现三组指示灯同时忽明忽暗，表明电网侧和发电机电压的 频率 不同，需要调节 原动机转速 。 10.相同结构尺寸，电压，频率和容量的三相异步电机，转子采用深草与普通鼠笼结构相比，启动转矩将 ↑（起动电流↓） ，原因是 深槽式集肤效应使Rst ↑ 。 11.异步电机由额定状态减小负载，效率将 ↓ ，功率因数将 减小 。 6012em n T π60 )21(2em n n T -π
2-1 设有一台500kV A 、三相、35000/400V 双绕组变压器，初级、次级侧绕组均系星形连接，试求高压方面和低压方面的额定电流。 解：由已知可得：kVA S N 500=、V U N 350001=、V U N 4002=，则有： 高压侧：)(25.8350003105003311A U S I N N N =??= = 低压侧： )(7.721400 3105003322A U S I N N N =??== 2-2 设有一台16MV A 、三相、110/11kV 、Yd 连接的双绕组变压器（表示初级三相绕组接成星形，次级三相绕组接成三角形）。试求高压、低压两侧的额定线电压、线电流和额定相电压、相电流。 解：由已知可得：MVA S N 16=、kV U N 1101=、kV U N 112=，则有： 高压侧 额定线电压： kV U N 1101= 额定线电流： )(0.8410 1103101633 611A U S I N N N =???= = 额定相电压： kV U U N 5.633 110311== =φ 额定相电流： )(8411A I I N ==φ 低压侧 额定线电压： kV U N 112= 额定线电流： )(84010 113101633 622A U S I N N N =???= = 额定相电压： kV U U N 1122==φ 额定相电流： )(4853 840322A I I N ===φ
2-6、设有一台10kV 、2200/220V 、单相变压器，其参数如下：r 1=3.6Ω、r 2=0.036Ω、x k =x 1+x 2’=26Ω，在额定电压下的铁芯损耗p Fe =70W ，空载电流I 0为额定电流的5%。假定一、二次侧绕组的漏抗如归算到同一方面时可作为相等，试求各参数的标么值，并绘出该变压器的T 形等效电路和近似等效电路。 解：在一次侧计算有： )(55.42200 1010311A U S I N N N =?== )(48455 .42200 111Ω=== N N N I U Z 10220 220021===N N U U k I 0=5%I 1N =0.05×4.55=0.228(A) )(6.3036.010222'2Ω=?==r k r )(2.76.36.3'21Ω=+=+=r r r k )(0.27262.7222 2Ω=+=+=k k k x r Z ∴ )(1347228.070 2 20Ω=== I p r Fe m )(9649228 .02200 00Ω=== I U Z m )(955513479649222 2Ω=-=-=m m m r Z x ∴ 015.0484 2 .71*=== N k k Z r r 78.24841347 1*=== N m m Z r r 054.0484 26 1*===N k k Z x x 74.194849555 1*=== N m m Z x x 056.0484 27 1*===N k k Z Z Z 94.19484 9649 1*=== N m m Z Z Z T 型等效电路 近似等效电路 2-11、设有一台50kV A ，50 Hz ，6300/400V ，Yy 连接的三相铁芯式变压器，空载电流 I 0=0.075I N ，空载损耗p 0＝350W ，短路电压u k*＝0.055，短路损耗p kN ＝1300W 。 （1）试求该变压器在空载时的参数r 0及x 0，以及短路参数r k 、x k ，所有参数均归算到高压侧，作出该变压器的近似等效电路。 （2）试求该变压器供给额定电流且cos θ2=0.8滞后时的电压变化率及效率。 '2&'' '2 &' '
第五章 异步电机 5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ 转差率为转子转速n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值 11 n n n s -= 0s < 为发电机状态。 01s <<为电动机状态， 1s >为电磁制动状态。 5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子 转向之间的关系是否一样？怎样区分这两种运行状态？ 发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反， 是制动转矩；但发电机的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。 5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入 三相交流电流，其频率为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？ 假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场 方向相同）但因定子固定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。11 n n n s += （n 为转子转速） 5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？ 在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的 空载电流标么值为50﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之
间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频 率1f 、转子频率2f 、转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速 2n 之间的相互关系如何？试填写下表中的空格。 1 601f P n = 11 n n n s -= 21f sf = 2F 相对于转子的转速21n n n =- 2F 相对于定子的转速1n 5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。 转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为2F 相对于转子的转速n ，转差率为s 时，转子电流的频率21f sf =，则这个磁动势相对转子的转速为1sn ，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为 11 111n n n sn n n n n -+=+=，即永远为同步速。
华南理工大学电机学第四章思考题
4-1 把一台三相感应电动机用原动机驱动，使其转速n 高于旋转磁场的转速 s n ，定子接到三相交流电源，试分析转子 导条中感应电动势和电流的方向。这时电磁转矩的方向和性质是怎样的？若把原动机去掉，电机的转速有何变化？为什么？ 【答】 感应电动机处于发电机状态，转 子感应电动势、转子有功电流的方向如图所示，应用右手定则判断。站在转子上观察时，电磁转矩e T 的方向与转子的转向相反，即电磁转矩e T 属于制动性质的转矩。若把原动机去掉，即把与制动性质电磁转矩e T 平衡的原动机的驱动转矩去掉，电动机将在电磁转矩e T 的作用下减速，回到电动机状态。 4-2 有一台三相绕线型感应电动机，若将其定子三相短路，转子中通入频率为 1f 的三相交流电流，问气隙旋转磁场相对于转子和相对于空间的转速及转子的转 向。 【答】 假设转子中频率为1f 的交流电流建立逆时针方向旋转的气隙旋转磁场，相对于转子的转速为p f n s 160=；若转子不转，根据左手定则，定子将受到逆时针方向的电磁转矩 e T ，由牛顿第三定律可知，定子不转时，转子为顺时针旋 转，设其转速为n ，则气隙旋转磁场相对于定子的转速为n n s -。 4-3 三相感应电动机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变？为什么？
【答】 不变。因为转子所产生的磁动势2F 相对于转子的转速为 n sn p f s p f n s ?====1226060，而转子本身又以转速n 在旋转。因此，从定子侧 观看时，2F 在空间的转速应为()s s n n n n n n =+-=+?，即无论转子的实际转速是多少，转子磁动势和定子磁动势在空间的转速总是等于同步转速s n ，在空间保持相对静止。 4-4 频率归算时，用等效的静止转子去代替实际旋转的转子，这样做是否影响定子边的电流、功率因数、输入功率和电机的电磁功率？为什么？ 【答】 频率归算前后，转子电流的幅值及其阻抗角都没有变化，转子磁动势幅值的相位也不变，即两种情况下转子反应相同，那么定子的所有物理量以及电磁功率亦都保持不变。 4-5 三相感应电动机的定、转子电路其频率互不相同，在T 形等效电路中为什么能把它们画在一起？ 【答】 主要原因是进行了频率归算。即用一个静止的电阻为s R 2的等效转子先代替电阻为2R 的实际旋转的转子，等效转子和实际转子具有同样的转子磁动势，经过频率归算后，就定子而言，旋转的实际转子和等效的静止转子其效果完全相同。所以，虽然两者的频率不相同，却可在T 型等效电路中画在一起。 4-6 感应电动机等效电路中的'21R s s -代表什么?能否不用电阻而用一个电抗去代 替？为什么？ 【答】 '21R s s -是代表与归算到定子边的转子所产生的机械功率相对应的等效 电阻，从数量上看，s s R I m P i -=1''2 222等效代替了电机轴上的功率。转差率s 的大小代表电机的运行状态：电动机状态，10<-R s s ，0>i P ，代表电动
电机学模拟试题含答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
一、单项选择题 1、一台变比为k ＝１０的变压器，从低压侧作空载实验，求得副边的励磁阻抗标幺值为１６，那么原边的励磁阻抗标幺值是（）。 （Ａ）１６； （Ｂ）１６００； （Ｃ）０.１６。 2、三相变压器二次侧的额定电压是指原边加额定电压时二次侧的（）电压。 A 空载线B 空载相C 额定负载时的线 3、某三相交流电机定子槽数为36，极对数为3，双层短距分布绕组相邻两槽内导体基波电动势的相位差α为（）。 （A ）15°；（B ）30°；（C ）45°；（D ）60°。 4、单相绕组的基波磁势是（）。 (A)恒定磁势；（B ）脉振磁势；（C ）旋转磁势。 5、同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性80.cos =?，则其电枢反应的性质为（）。 （A ）交轴电枢反应；（B ）直轴去磁电枢反应； （C ）直轴去磁与交轴电枢反应；（D ）直轴增磁与交轴电枢反应。 二、填空题 1、变压器主要结构部件是（）和（）。 2、一台单相变压器，低压侧加100V ，高压侧开路时，测得A I 20=，W P 200=；当高压侧加400V ，低压侧开路，测得=0I （）A ，=0P （）W 。 3、交流电机的电角度与机械角度的关系是（）。
4、同步发电机电枢反应的性质取决于（）时间向量的相位差。 5、同步发电机外功率因素角?定义为（）之间的夹角，内功率因素角0ψ为（）之间的夹角。 6、同步发电机内功率因素角?=00ψ时，电枢反应的性质为（）电枢反应，此时电磁转矩将对转子产生（）作用。 三、名词解释 1、电角度 2、每极每相槽数 3、槽距角 4、分布因数 四、简述题 单相绕组基波磁动势具有什么性质它的幅值等于什么 五、计算题 1、设有一台320kVA ，50Hz ，6300/400V ，Yd 连接的三相铁芯式变压器。其空载试验及短路试验数据见下表，试求该变压器的激磁阻抗和等效漏阻抗的标幺值。 2、一台三相交流电机，定子槽数Q=36，磁极对数p=2，采用双层叠绕组，71=y ，并联支路数a=1，每个线圈匝数20=c N ，每极气隙基波磁通Wb 31105.7-?=Φ，试求每相绕组基波感应电动势的大小。 六、作图分析题
《电机学》 课后习题答案 华中科技大学辜承林主编
第1章 导论 1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。 电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦， 消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生 叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。 与 磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m E fN φ=。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。 1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个 绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。d L e d t L ψ =- 对空心线圈：L Li ψ= 所以di e L L dt =- 自感：2L L N N m m i i i L Ni N φψ= = = ∧=∧ A m l μ∧= 所以，L 的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。 闭合铁心μ>>μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木 质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u 1为正弦电压，∴电流i 1也随时间变化，由i 1产生的磁通随时间变化，由电磁感 应定律知d dt e N Φ=-产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
一、填空题:(30％,每空1分) 1. 电机技术中磁性材料的铁损耗主要包括 磁滞损耗 、 涡流损耗 。 2. 电机和变压器常用的铁芯材料为 软磁材料 ，铁磁材料的磁导 远大于 非铁磁材料的磁导 率。 3. 变压器的二次侧是通过 电磁感应 对一次侧产生作用的。 4. 要在变压器的中产生正弦波的磁通波形，所需要的励磁电流波形应该是 尖顶波 。 5. 在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为 1 。 6. 在 不变损耗等于可变损耗(或铁耗等于铜耗) 的情况下，变压器的效率最高。 7. 一台变压器，原设计的频率为50HZ ，现将它接到60HZ 的电网上运行，额定电压不变，励磁电流 将 减小 ，铁耗将 减小 。 8. 如将额定电压为220/110V 的变压器的低压侧误接到220V 电压，则励磁电流将 增大很多 ，变压器将 烧毁 。 9. 三相组式变压器的磁路系统特点是 各相磁路彼此独立，互不相关，各相主磁通以各自的铁芯为 回路。 10. 三相芯式变压器的磁路系统特点是 各相磁路彼此相关，任一相必须通过另外两相方能闭合。 11. 既和一次侧绕组交链又和二次侧边绕组交链的磁通为 主磁通 ，仅和一侧绕组交链的磁通为 漏磁通 。 12. 变压器的一次侧绕组接入交流电源后，将在铁芯磁路中产生交变的磁通，该磁通可分为主磁通 和漏磁通两种。 13. 单相绕组的基波磁势是脉振磁势。 14. 交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势都 减小 (填增大、减小或不变)。 15. 一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 0.02 ，转子电势的频率为 1Hz 。 16. 一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，当转差率为0.04时，转子的转速为 720r/min ， 转子的电势频率为 2Hz 。 17. 异步电动机电磁转矩参数表达式 M= 。 答:[]22012112112 2f 2pU m )()(x x r s r s r '+++''π
第五章 感应电机的稳态分析 5-3 三相感应电机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变为什 么 答：不变。设气隙磁场旋转速度为1n ，转子的转速为n ，转差率为11n n n s -=，则转子感应电动势和电流的频率为12sf f =，由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为1126060sn P f s P f n === ?，则相对于定子的转速为1n n n =+?，与转子转速无关。即转速变化时，转子产生的磁动势在空间的转速不变。 5-6 感应电动机等效电路中的'21R s s -代表什么能否不用电阻而用一个电抗去代替为什么 答：'21R s s -代表与转子所产生的机械功率对应的等效电阻，消耗在该电阻上的功率代表总的机械功率。它不能由电抗代替，因为电抗上损耗的是滞后的无功功率，不能代替转换成机械功率的有功功率。 5-11 试写出感应电动机电磁转矩的三种表达形式:(1)用电磁功率表达；(2)用总 机械功率表达；(3)用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达。 答：（1）用电磁功率表达1 Ω=em em P T （2）用总机械功率表达Ω =ΩP T em （3）用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达22 1cos ?φI C T T em '= 5-14 有一台Y 联结，380V ，50Hz ，额定转速为1444r/min 的三相绕线型感应电 动机，其参数为1R =Ω，'2R =Ω，σ1X ='2σX =1Ω，m X =40Ω，m R 略去不计， 定，转子的电压比为4。试求：(1)额定负载时的转差率；(2)额定负载时的定，转子电流；(3)额定负载时转子的频 率和每相电动势值。 解：（1）额定转差率 0373.01500 14441500=-=-=s N s N n n n s （2）T 形等效电路图如右
4-1 把一台三相感应电动机用原动机驱动，使其转速n 高于旋转磁场的转速s n ，定子接到三相交流电源，试分析转子导条中感应电动势和电流的方向。这时电磁转矩的方向和性质是怎样的若把原动机去掉，电机的转速有何变化为什么 【答】 感应电动机处于发电机状态，转子感应电动势、转子有功电流的方向如图所示，应用右手定则判断。站在转子上观察时，电磁转矩e T 的方向与转子的转向相反，即电磁转矩e T 属于制动 性质的转矩。若把原动机去掉，即把与制动性质电磁转矩e T 平衡的原动机的驱动转矩去掉，电动机将在电磁转矩e T 的作用下减速，回到电动机状态。 4-2 有一台三相绕线型感应电动机，若将其定子三相短路，转子中通入频率为1f 的三相交流电流，问气隙旋转磁场相对于转子和相对于空间的转速及转子的转向。 【答】 假设转子中频率为1f 的交流电流建立逆时针方向旋转的气隙旋转磁场，相对于转子的转速为p f n s 160=；若转子不转，根据左手定则，定子将受到逆时针方向的电磁转矩e T ，由牛顿第三定律可知，定子不转时，转子为顺时针旋转，设其转速为n ，则气隙旋转磁场相对于定子的转速为n n s -。 4-3 三相感应电动机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变为什么 【答】 不变。因为转子所产生的磁动势2F 相对于转子的转速为n sn p f s p f n s ?====1226060，而转子本身又以转速n 在旋转。因此，从定子侧观看时， 2F 在空间的转速应为()s s n n n n n n =+-=+?，即无论转子的实际转速是多少，转子磁动势 和定子磁动势在空间的转速总是等于同步转速s n ，在空间保持相对静止。 4-4 频率归算时，用等效的静止转子去代替实际旋转的转子，这样做是否影响定子边的电流、功率因数、输入功率和电机的电磁功率为什么 【答】 频率归算前后，转子电流的幅值及其阻抗角都没有变化，转子磁动势幅值的相位也不变，即两种情况下转子反应相同，那么定子的所有物理量以及电磁功率亦都保持不变。 4-5 三相感应电动机的定、转子电路其频率互不相同，在T 形等效电路中为什么能把它们画在一起
第五章 异步电机 5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ 转差率为转子转速n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值11 n n n s -= 0s < 为发电机状态。 01s < <为电动机状态，1s >为电磁制动状态。 5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一 样？怎样区分这两种运行状态？ 发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机 的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。 5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率 为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？ 假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固 定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。11 n n n s += （n 为转子转速） 5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？ 在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50 ﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频率1f 、转子频率2f 、 转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速2n 之间的相互关系如何？试填写下表 1 601f P n = 11 n n n s -= 21f sf = 2F &相对于转子的转速21n n n =- 2F &相对于定子的转速1 n 5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。
第四章 交流绕组的共同问题 一、填空 1. 一台50Hz 的三相电机通以60 Hz 的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相 基波合成旋转磁势的幅值大小 ，转速 ，极数 。 答：不变，变大，不变。 2. ★单相绕组的基波磁势是 ，它可以分解成大小 ，转 向 ，转速 的两个旋转磁势。 答：脉振磁势，相等，相反，相等。 3. 有一个三相双层叠绕组，2p=4, Q=36, 支路数a=1，那么极距τ= 槽，每极每相槽 数q= ，槽距角α= ，分布因数1d k = ，18y =，节距因数1p k = ,绕组因数1w k = 。 答：9，3，20°，0.96，0.98，0.94 4. ★若消除相电势中ν次谐波，在采用短距方法中，节距1y = τ。 答：νν1- 5. ★三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a ）,其中t i a ωsin 10=，当Ia=10A 时，三相基波合成磁势的幅值应位于 ；当Ia =-5A 时，其幅值位于 。 答：A 相绕组轴线处，B 相绕组轴线处。 6. ★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势 为 。 答：脉振磁势。 7. ★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为 。 答：νs n 8. 三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以 基波旋转磁动势的转 速旋转，转向与基波转向 ，在定子绕组中，感应电势的频率为 ， 要消除它定子绕组节距 1y = 。 答：1/5,相反，f 1,45τ 9. ★★设基波极距为τ，基波电势频率为f ，则同步电机转子磁极磁场的3次谐波极距 为 ；在电枢绕组中所感应的电势频率为 ；如3次谐波相电势有效值为E 3，则线电势有效值为 ；同步电机三相电枢绕组中一相单独流过电流时，所产生的3次谐波磁势表达式为 。三相绕组流过对称三相电流时3次谐波磁势幅值为 。 答：3τ，3f,0,3F cos3cos x t φπ ωτ,0 10. ★某三相两极电机中，有一个表达式为δ=F COS （5ωt+ 7θS ）的气隙磁势波，这表明： 产生该磁势波的电流频率为基波电流频率的 倍；该磁势的极对数为 ；在空间的转速为 ；在电枢绕组中所感应的电势的频率为 。 答：5，7p,s n 75，15f 二、选择填空
考 试 卷（ A 卷） 课程名称 电机学 考试学期 07-08/3 得分 适用专业 电气工程及其自动化 考试形式 开卷闭卷半开卷 考试时间长度 120分钟 一、 填空题：（35分） 1. 在国际单位制中，磁场强度单位是___A/m ___________。电磁感应定律的 物理意义是，当闭合的线圈中磁通发生变化时，线圈中的产生的感应电流所产生的磁场___阻碍_______原来磁通的变化。一个线圈产生的磁通所经过路径的磁阻越大，说明该线圈的电感就越______小________。 2. 变压器损耗包括绕组铜耗和___铁耗_______，后者又包括涡流和磁滞损 耗。电力变压器最大效率通常设计在负载系数为___0.5~0.6____之间。当___可变损耗等于不变损耗_（或_kN p p 0 β= ）___时，变压器效率达最大。 3. 由于铁心饱和特性，施加正弦电压时变压器激磁电流波形通常为______ 尖顶______波，而铁心的磁滞特性使之为___不对称尖顶___波。 4. 并联运行的变压器必须有相同的电压等级，且属于相同的___连接组 ___________。各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与__短路电压（标幺值）___成反比。___短路电压（标幺值）____小的变压器先达到满载。 5. 三相变压器组不能接成Yy 的原因是励磁绕组中需要的___三次谐波 ___________电流不能流通，使磁通近似为____平顶波__________波，会在绕组中电动势波形严重畸变，产生___过电压________危害线圈绝缘。 6. 三相变压器组的零序阻抗比三相铁心式变压器的零序阻抗____大 _________。 7. 电压互感器二次侧不允许___短路_________，而电流互感器二次侧不允 许____开路____。 8. 交流电机绕组的短距和分布既可以改善磁动势波形，也可以改善__电势 ____________波形。设电机定子为双层绕组，极距为12槽，为同时削弱
第1章导论 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。特点：导磁率高。 电路：紫铜线。特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片，永磁材料铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。与磁场交变频率f，磁通密度B，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。与磁场交变频率f，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的eT与磁密B，运动速度v，导体长度l，匝数N有关。 自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。 对空心线圈：所以 自感： 所以，L的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A、磁路平均长度l有关。 闭合铁心μ??μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 在图中，若一次绕组外加正弦电压u1、绕组电阻R1、电流i1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u1为正弦电压，∴电流i1也随时间变化，由i1产生的磁通随时间变化，由电磁感应定律知产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。 (3) (4) i1增加，如右图。i1减小 在图中，如果电流i1在铁心中建立的磁通是，二次绕组的匝数是，试求二次绕组内感应电动势有效值的计算公式，并写出感应电动势与磁通量关系的复数表示式。
一、填空题 1. 变压器中的磁通按照性质和作用的不同，分为主磁通漏磁通，其中漏磁通不参与变压器的能量传递。 2. 他励直流电动机常用的调速方法有：_改变电枢回路里的串 联电阻；减小气隙磁通;改变电枢端电压U。 3. 鼠笼式异步电动机降压起动的方法有定子串接电抗器起动 ; Y —起动 ; 自耦减压起动。 4. 三相同步电动机通过调节励磁电流可调节无功功率。 5. 异步电动机的电源电压降低10%,电机的过载能力降低到80, 临界转差率不变，负载不变时，电机的转速将降低_____ 6. 直流电动机常用的调速方法有： 电枢控制和磁场控制。 7. 变压器负载运行时，二次电流的大小决定着一次电 流的大小。 8. 削弱齿谐波电动势的方法有斜槽、分数槽（半闭口 槽）___ 以及其它措施。 9. 单相绕组的磁动势是脉动磁动势;对称三
相绕组的磁动势为旋转磁动势。 10. 三相感应电动机的调速方法有：改变转差率调速、改变电 压_____ 调速、 变频________ 调速。 11. 变压器空载实验选择在低压侧压侧进行, 原因是安全和仪表 选择方便。短路实验选择在高压侧压侧进行,原因是—安 全和仪表选择方便。 12. 一台单相变压器一次、二次绕组匝数比为10，则将二次绕 组进行归算后，归算前后的二次侧电阻之比为 1 : 100 ;归 算前后的二次侧磁势之比是1 : 1 。 13. 并励直流发电机自励的三个条件是有剩磁、剩磁与励 磁方向相同（电枢和励磁绕组接法正确）、励磁电阻小于临 界电阻。 14 . 一台直流发电机，其电势和端电压的大小关系是 E>U 。 15. 三相感应电动机转子转速为n定子旋转磁场的转速为,极对数为P,则定子电流的交变频率为上￡ ；转子电流 的交变频率为5s —n）P。
第二章 Φ=1144.4fN E 11E U ≈1U f 1N '1'11144.444.4Φ=Φ=≈N f fN E U N 5060'=f f ?6050'=ΦΦΦ=Φ5's l R m μ=m m R N I Φ=?1∴m m I I 65' = βαf B p m Fe ∝βα> σσσπ11''1562x L f x = ?=σσσπ22' '25 62x L f x =?= 21E E ≠ kKA S N 5000=kV kV U U N N 3.61021= A A U S I N N N 68.28810 35000 311=?== A A U S I N N N 21.4583 .635000 322=?== kV kV U U N N 77.53 10 311=== Φ A I I N N 68.28811==Φ ?kV U U N N 3.611==Φ
A A I I N N 55.2643 21 .458311=== Φ Ω=19.21R Ω=4.151σX Ω=15.02R Ω=964.02σX Ω=1250m R Ω =12600m X 26087621=N N V U 60002=A I 1802=8.0cos 2=?1?U 1? I Ω=19.21R Ω=4.151σX Ω=1250m R Ω=12600m X Ω=Ω?? ? ??==70.115.02608762 22' 2R k R Ω=Ω?? ? ??==94.10964.02608762 22'2σ σX k X V U k U 0202152' 2∠==? ? A k I I 88.3642.53' 2-∠==? ? ()V j A V Z I U E E 15.14.2064294.1070.188.3642.53020215' 2 ' 2' 2' 21∠=Ω+?-∠+∠=+=-=-???? ()A j V Z E I m m 18.8363.112600125015.14.206421-∠=Ω +∠=-= ? ? ? A A A I I I m 12.3856.5488.3642.5318.8363.1' 21-∠=-∠+-∠=+=?? ? V Z I E U 70.24.212791111∠=?+-=? ?? Ω=+=89.3' 2 1R R R k Ω=+=34.26' 21σσX X X k A I I 88.3642.53' 21-∠==?? V Z I U U k 80.20.21254121∠=?+=? ?? 1I I m ?? I ' ' L Z '' I ' ' L Z ''
第一章 磁路 电机学 1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？ 答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的 1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？ 答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化， 磁畴间相互摩擦引起的损耗。经验公式V fB C p n m h h =。与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关； 涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流 （涡流），通过电阻产生的损耗。经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。 1-3 图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为0.025m （铁心由0.35mm 的DR320硅钢片叠成）， 叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为0.93，不计漏磁，试计算： (1) 中间心柱的磁通为4105.7-?Wb ，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流； (2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。 解：Θ磁路左右对称∴可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:
铁心、气隙截面2422109.293.01025.1025.0m m A A --?=???==δ (考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数) 气隙长度m l 41052-?==δδ 铁心长度 铁心、气隙中的磁感应强度 (1) 不计铁心中的磁位降： 磁势A A l H F F I 500105100.146=???=?==-δδδ (2) 考虑铁心中的磁位降： 铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002=??=?=- A A A F F F Fe I 15.58715.87500=+=+=δ 1-4 图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流1.5A ，线圈B 为50匝，通入电流1A ，铁心截面积均匀，求PQ 两点间的磁位降。
1 第4章变压器的运行思考题与习题参考答案 4.1 变压器的电压变化率是如何定义的？它的大小与哪些因素有关？ 答：电压变化率是指：当变压器一次侧加额定电压，负载功率因数一定时，从空载到负载时二次电压变化的百分值，即%1002220?-=?N U U U U 。由公式)sin cos (22φφβ**+=?s s X R U 可知，电压变化率与负载大小、负载性质、短路参数有关。 4.2 变压器二次侧分别加电阻、电感或电容负载时，二次侧电压随负载增大将怎样变化？二次侧带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？ 答：带电阻和电感负载时，端电压将随负载增大而下降，但带电感负载比电阻负载时的端电压下降 的较多；带电容负载时，端电压随负载增大可能下降（当|sin |cos 2φφ**>s s X R 时） ，也可能升高（当|sin |cos 2φφ**
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