《电机学》习题解答(吕宗枢) 17章

电机学相关习题及解答1－36 一台直流电动机，电枢电流为15.4A，2P＝4，单波S＝27，每元件匝数W y＝3，每极磁通量等于0.025W b，问电机的电磁转矩为多少？若同样元件数，绕组改为单迭，极数于励磁不变，电磁转矩又为多少？1－48 一台并励直流电动机，P N＝100kw，U N ＝220V，n＝550r/m在750C时电枢回路电阻r a ＝0.022欧，励磁回路电阻r f＝27.5欧，2u ＝2V，额定负载时的效率为88％，试求电机空载时的电流。

1－54 一台并励直流电动机的额定数据如下：P N＝17kw，U N＝220V，n＝3000r/m，I N＝88.9A，电枢回路电阻r a=0.0896欧，励磁回路电阻R f＝181.5欧，若忽略电枢反应的影响，试求：（1）电动机的额定输出转矩；（2）在额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率；（4）在理想空载（I a＝0）时的转速；（5）当电枢回路串入电阻R＝0.15欧时，在额定转矩时的转速。

1－58 一台串励直流电动机U N＝220V，n＝1000r/m，I N＝40A，电枢回路电阻为0.5欧，假定磁路不饱和。

试求：（1）当I a＝20A时，电动机的转速及电磁转矩？（2）如果电磁转矩保持上述值不变，而电压减低到110V ，此时电动机的转速及电流各为多少？1－62 一台直流串励电动机，额定负载运行，U N ＝220V ，n ＝900r/m ，I N ＝78.5A ，电枢回路电阻r a =0.26欧，欲在负载转矩不变条件下，把转速降到700r/m ，须串入多大电阻？1－76 并励直流电机接在电网上。

1、 比较该机作发电机运行和电动机运行时的旋转方向。

2、 该机作电动机运行，正转时和反转时不一样为什么？1－77 并励直流发电机，额定电压为230V ，现需要将额定负载运行时的端电压提高到250V ，试问：（1）若用增加转速的方法，则转速必须增加多少？（2）若用调节励磁的方法，则励磁电流增加多少倍？1－78 一台并励发电机，P N ＝6kw ，U N ＝230V ，n ＝1450r/m ，电枢回路电阻r a 750＝0.921欧，励磁回路电阻R f 750＝177欧，额定负载时的附加损耗60=∆P w ，铁耗5.145=P Fe w ，机械损耗4.168=ΩP w ，求额定负载下的输入功率、电磁功率、电磁转矩及效率。

第 9 章思考题与习题参考答案9.1试比较异步电动机中主磁通和漏磁通的区别。

答: 主磁通是由基波旋转磁动势产生的基波旋转磁通，它经主磁路（定子铁心—气隙—转子铁心—气隙—定子铁心）而闭合。

其穿过气隙而同时交链定子、转子绕组，并分别在定子、转子绕组中产生感应电动势。

转子感应电动势产生的转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，异步电动机从而实现将定子侧的电能传递给转子并转换成机械能输出。

因此，主磁通起能量传递和转换的媒介作用。

漏磁通不穿过气隙，它只与自身绕组相交链。

漏磁通包括槽部漏磁通和端部漏磁通。

另外由高次谐波磁动势所产生的高次谐波磁通虽然穿过气隙，但是对转子并不产生有效转矩，与槽部漏磁通和端部漏磁通具有同样的性质，所以也将其作漏磁通处理，称为谐波漏磁通。

由于漏磁通路径磁阻很大，因此它比主磁通小很多。

漏磁通仅在绕组上产生漏电动势，起电抗压降作用，不参与能量传递和转换。

9.2和同容量的变压器相比，为什么三相异步电动机的空载电流较大？答：变压器的主磁路由铁心构成，其磁阻很小，建立一定的主磁通所需要的磁动势很小，即励磁电流很小，通常为额定电流的2%～ 10%。

异步电动机的主磁路除了定、转子部分为铁心外，还有两段空气隙，这使得主磁路的磁阻很大，建立一定的主磁通所需要的磁动势就很大，即励磁电流很很大，通常为额定电流的20%～ 50%。

所以和同容量的变压器相比，三相异步电动机的空载电流较大。

9.3增大异步电动机的气隙，对空载电流、漏抗有何影响?答：增大异步电动机的气隙，主磁路磁阻增大，励磁电抗减小，空载电流增大。

气隙增大后，漏磁面积增加，单位电流产生的漏磁通增加，漏抗增大。

9.4异步电动机空载和负载时的气隙主磁通是否变化，为什么？答：主磁通几乎不变化。

虽然异步电动机空载运行时，气隙主磁通仅由定子励磁磁动势F0产生，而负载运行时，气隙主磁通由定子磁动势F1和转子磁动势 F2共同产生，但是因为外施电压U 1不变，根据U1 E1 4.44 fNk w1可知，空载和负载时的主磁通基本是同一数值。

第一章自测题参考答案（一）填空题l．直流电动机的电枢电动势与电枢电流的方向担豆，电磁转矩与转速的方向相同。

2．直流发电机的电枢电动势与电枢电流的方向担显，电磁转矩与转速的方向相反。

3．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值。

4．直流发电机和直流电动机除能量转换关系不同外，还表现于发电机的电枢电动势Ea比端电压U大；而电动机的电枢电动势Ea比端电压U小。

5．电机的电磁功率是指机械功率与电功率相互转换的那一部分功率，所以电磁功率P em的表达式既可用机械量T em来表示，也可用电量E a I a来表示。

6．直流电动机的电磁转矩是由每极气隙磁通量和电枢电流共同作用产生的。

7．直流电动机电枢反应的定义是电枢磁动势对励磁磁动势的作用，当电刷在几何中性线上，电动机产生交磁性质的电枢反应，其结果使气隙磁场发生畸变和对主磁场起附加去磁作用，物理中性线朝电枢旋转相反方向偏移。

8．并励直流发电机的外特性曲线下降的原因有（1）随着负载的增大，电枢反应去磁作用增强，使电枢电动势E a下降；（2）负载增大，电枢绕组电阻压降I a Ra增大，导致U下降；（3）当由（1）和（2）原因引起U减小，致使I f减小，磁通中减小，E a进一步下降，导致端电压U进一步下降。

（二）判断题l．一台并励直流发电机，正转能自励，反转也能自励。

（×）2．一台直流发电机，若把电枢固定不动，电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（√）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。

（×）4．直流发电机正常运行时，由于主磁通既交链电枢绕组又交链励磁绕组，因此主磁通在这两个绕组中均感应电动势。

（×）5．一台接到直流电源上运行的直流电动机，换向情况是良好的。

如果改变电枢两端的极性来改变转向，换向极线圈不改接，则换向情况变坏。

《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 ；41m1710.55 5.83610A wb 10004100.0075π-===⨯⨯⨯⨯l R uA 磁路段2长度和截面积：20.1520.0750.30m =+⨯=l ，220.050.100.005m =⨯=A ；42m2720.30 4.77510A wb 10004100.005π-===⨯⨯⨯⨯l R uA 磁路段1长度和截面积：30.1520.0750.30m =+⨯=l ，230.050.050.0025m =⨯=A ；43m3730.309.54910A wb 10004100.0025π-===⨯⨯⨯⨯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在此电流下，铁心各部分的磁通密度分别为：110.030.4 0.0075φ===B TA220.030.6 0.05φ===B TA330.031.2 0.0025φ===B TA2-5 变压器做空载和短路试验时，从电源输入的有功功率主要消耗在什么地方?在一、二次侧分别做同一试验，测得的输入功率相同吗？为什么？答：做空载试验时，变压器的二次侧是开路的，所以变压器输入的功率消耗在一次测的电阻和激磁（励磁）支路电阻上，空载时，变压器的一次侧电流仅为额定负载时的百分之几，加之一次侧电阻远远小于激磁电阻，所以输入功率主要消耗在激磁电阻上。

一、填空题1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。

答：交流的。

2. 一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。

串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η将 。

答：不行，不变，不变，下降，下降。

3．电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流a I 增加时，转速n 将 ，转矩T e 将 。

答：下降，增加。

4. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直流电动机包括 损耗。

答：空载损耗功率，绕组铜损耗。

5．一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。

答：1.25倍。

二、选择题1． 把直流发电机的转速升高２０℅，他励方式运行空载电压为01U ，并励方式空载电压为02U ,则 。

Ａ：01U = 02U ， Ｂ：01U < 02U ， Ｃ：01U > 02U 。

答：B2．一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U 降为0.5N U ,忽略电枢反应和磁路饱和的影响，此时电机的转速 。

A ：不变，B ：转速降低到原来转速的0.5倍，C ：转速下降，D ：无法判定。

答：C3． 在直流电机中，公式n C E e a Φ=Ф和a T I C T Φ=中的Φ指的是 。

A ：每极合成磁通 ，B ：所有磁极的总磁通，C ：主磁通每极磁通 ，D ：以上都不是 。

答：A4．在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距c y y == 。

A ：p Q u 2,B ：ε±pQ u 2, C ：1, D ：2. 答：C 5．直流电动机的额定功率指 。

A:转轴上吸收的机械功率, B:转轴上输出的机械功率,C:电枢端口吸收的电功率, D:电枢端口输出的电功率。

《电机学(高起专)》习题1、单选题1、一台三相电力变压器，S N=20kVA, U1N/U2N=10000V/400V，采用Yd(星形/三角形)连接，当此变压器额定运行时，二次侧每相电流为( D )A(A) 50; (B) 28.87; (C) 2; (D) 16.67;2、升压变压器一次绕组的每匝电动势(A)二次绕组的每匝电动势。

(A) 等于 (B) 大于 (C) 小于 (D) 不能确定3、如果变压器的电压和频率都增加5%，穿过铁心线圈的主磁通将(C)(A) 增加 (B) 减小 (C) 基本不变4、一台三相电力变压器，二次侧带对称负载运行时的端电压恰好等于变压器二次侧的空载电压，则该负载一定是(C)。

(A) 纯电阻负载 (B) 电感性负载 (C) 电容性负载 (D) 无法判断5、三相异步电动机最大转矩的大小与(B)。

(A)转子电阻无关； (B)转子电阻有关；(C)转子漏电抗成正比； (D)转子漏电抗成反比。

6、同步电机三相突然短路时(D)。

(A) 三相短路电流的稳态值中，除了周期性分量外，还含有非周期性分量(B) 三相短路电流的每相瞬态电流中一定都含有非周期分量(C) 三相短路电流的每相瞬态电流中不含有非周期分量(D) 三相短路电流的每相瞬态电流中不一定都含有非周期分量7、一台50Hz的三相异步电动机，额定转速为720 r/min，则电动机的同步转速为(A)r/min(A) 750 (B) 720 (C) 600 (D) 10008、由定子对称三相绕组产生的次空间谐波磁动势，旋转速度(D)。

(A) 等于零 (B) 是基波磁场转速的ν倍(C) 等于基波磁场转速 (D)是基波磁场转速的1/ν倍9、异步电动机带恒转矩负载运行，电源电压下降，当电动机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩(C)(A) 变小 (B) 变大 (C) 不变 (D) 不确定10、如果一台三相感应电动机运行时的转差率为0.25，则此时通过气隙传递的功率有(A)(A) 25%是转子铜耗 (B) 75%是转子铜耗(C) 25%是定子铜耗 (D) 75%是输出功率11、异步电动机运行时，总要从电网吸收一个(B)的无功功率。

宁德师范学院物理与电气工程系《电机学》期中考试试卷班级姓名座号得分_____________一、填空题(每空1分，共20分)1.电机按结构可分为__________和旋转电机，旋转电机包括直流电机和交流电机，交流电机包括感应电机和_______电机。

2.铁磁材料的铁芯损耗包括_________损耗和_________损耗。

3.变压器二次侧的额定电压2NU是指变压器一次侧施加_________电压时二次侧的_______电压。

4.由于铁磁材料磁化曲线呈非线性关系，当主磁通为正弦波时，励磁电流应为_______波。

5.变压器短路试验时电源应加在_______侧，短路损耗主要是_______耗；空载试验时，应在_______侧施加电源电压，空载损耗主要是_______耗。

6.变压器折算的原则是保持原副方绕组的________不变。

7.连接组为,Y y连接的三相变压器组，由于______次谐波磁通能够在主磁路中流通，故三相变压器组______采用,Y y连接。

8.对称分量法是一种线性变换方法，是将不对称的三相系统的量分解为等效的____个对称系统的____组相量。

9.电压互感器的副方绝对不允许_________，电流互感器的副方绝对不允许__________，且它们的副方应可靠接地。

10.三相单层绕组的绕组连接形式有______式绕组、______式绕组和同心式绕组。

二、选择题（每题2分，共20分）11．变压器负载运行时，依靠电磁感应作用将能量传递。

而起传递作用的磁通是( )。

A. 一次漏磁通φ 1σB. 二次漏磁通φ 2σC. 主磁通φ 0D. 漏磁通φ 1σ和φ 2σ12．若电源电压不变，变压器产生的主磁通φ，在空载和负载时，其值（）。

A．完全相等B．基本不变C．根本不同D．m1ZU13．若变压器电源电压不变，在空载和负载时，其铁耗（）。

A．完全相等B．近似不变C．变化很大D．可忽略不计14．三相心式变压器的各相磁路( )。

第一章 直流电机习题参考答案2、A I kWP N 91.90201== 3、 A U P I NN N 78.434== 16、(1)V E A 9.109= (2)175N·m17.(1)17.6kW (2)14.96kW (3)2.64kW (4)756W (5)149.6W (6)1189W18、(1)7419W (2)7045W (3)46.42 (4)81%19、(1) 100.82kW (2) 0.89320. (1) 0.00146Wb (2) 26.044A (3)99.14N·m (4) 0.176Ω21(1)54.11Nm (2)59.31Nm (3)0.86 (4)3111r/min22、1485r/min, 65.7Nm23、(1)1370r/min (2)21.8kW (3)152Nm24、(1)瞬间电流8.02A ，稳定电流41.1A ，转速1000r/min(2)瞬间电流-233.9A ，稳定电流41.1A ，转速689r/min(3)瞬间电流92A ，稳定电流45.67A ，转速1651r/min25.(a)106.5V , (b)13.1A (c)7.62 N.m; n’=1283r/min26. (a)90.5V , (b)163.3A (c)80.6 N.m; n’=2030r/min27. (a)1039r/min (b)760r/min29(1)1539.4r/min (2)15.37N·m (3)1520 r/min (4)2.68A30(1)额定运行时的电磁转矩67.5N·m 、输出转矩63.7N·m 和空载转矩3.8N·m 。

(2)理想空载转速1667r/min 和实际空载转速1652r/min 。

(3)当电枢端电压为额定电压的一半时电动机稳定时的转速669r/min 和电枢电流53.4。

第7章思考题与习题参考答案7.1 简述异步电机的结构。

如果异步电机的气隙过大，会带来怎样不利的后果?答：异步电机主要由定子和转子两大部分组成，定、转子之间是气隙。

定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。

定子铁心是电机磁路的一部分；定子绕组是电机的电路部分；机座的作用是固定和支撑定子及端盖。

转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成，整个转子靠端盖和轴承支撑着。

转子铁心也是电机磁路的一部分。

转子铁心固定在转轴上，转轴用强度和刚度较高的低碳钢制成，转子绕组分为笼型和绕线型两种。

如果异步电机的气隙过大，将使励磁电流增大，导致电机的功率因数降低。

7.2 异步电动机额定电压、额定电流、额定功率是如何定义的?答：额定电压：指在额定状态下运行时，加在电动机定子绕组上的线电压；额定电流：指在额定状态下运行时，流入电动机定子绕组中的线电流；额定功率：指在额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率。

7.3 简述三相异步电动机的基本工作原理。

答：1）定子产生旋转磁场：定子三相对称绕组通入三相对称电流时，在电机气隙中产生一个旋转磁场，转速为同步转速；2）转子导体产生感应电流：定子旋转磁场切割转子导体，转子导体中将产生感应电动势，并在闭合的转子绕组中产生感应电流；3）载有感应电流的转子导体处在定子磁场中受到电磁力作用，对转轴形成电磁转矩，其方向与定子旋转磁场方向一致，转子在该转矩作用下便顺着旋转磁场的方向旋转起来。

7.4 为什么异步电动机的转速一定低于同步速，而异步发电机的转速则一定高于同步速? 如果没有外力帮助，转子转速能够达到同步速吗?答：异步电动机之所以能够旋转，是因为转子受到了一个驱动性质的电磁转矩作用，该电磁转矩是在转子转速低于定子磁场转速（同步速）前提下，通过电磁感应作用而产生的，如果转子转速等于同步转速，将不会出现电磁感应现象，也就不会产生电磁转矩，转子就不会旋转了，所以异步电动机的转速一定低于同步速。