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第13章 思考题与习题参考答案13.1 试述三相同步发电机理想并列的条件? 为什么要满足这些条件?答：三相同步发电机理想并列的条件是：（1）发电机的端电压gU 与电网电压c U 大小相等，相位相同，即c g U U =；（2）发电机的频率g f 与电网频率c f 相等；（3）发电机的相序与电网相序相同。
如果cg U U ≠，则存在电压差c U U U -=∆，当并列合闸瞬间，在U ∆作用下，发电机中将产生冲击电流。
严重时，冲击电流可达额定电流的5~8倍。
如果c g f f ≠，则电压相量g U 与c U 的旋转角速度不同，因此相量gU 与c U 便有相对运动，两相量的相角差将在0～360之间变化，电压差U ∆在（0～2）g U 之间变化。
频率相差越大，U ∆变化越激烈，投入并列操作越困难，即使投入电网，也不易牵入同步。
交变的U ∆将在发电机和电网之间引起很大的电流，在转轴上产生周期性交变的电磁转矩，使发电机振荡。
如果发电机的相序与电网相序不同而投入并列，则相当于在发电机端点上加上一组负序电压，gU 和c U 之间始终有120相位差，电压差U ∆恒等于gU 3，它将产生巨大的冲击电流和冲击转矩，使发电机受到严重破坏。
13.2 同步发电机的功角在时间和空间上各具有什么含义?答：功角δ既是时间相量空载电动势0E 与电机端电压U 之间的时间相位差角，又是空间相量主磁场0Φ 与合成磁场UΦ 之间的空间夹角。
13.3 与无穷大电网并联运行的同步发电机，如何调节有功功率？调节有功功率对无功功率是否产生影响？如何调节无功功率？调节无功功率对有功功率是否产生影响？为什么？答：与无穷大电网并联的同步发电机，通过调节原动机的输入功率（增大或减小输入力矩）来调节有功功率，调节有功功率会对无功功率产生影响；通过调节发电机励磁电流来调节无功功率，调节无功功率对有功功率不产生影响，因为在输入功率不调节时，输出功率不会变化，这是能量守衡的体现。
第一篇思考题1-3直流电机电枢绕组只要一个线圈即可运行,为什么要用许多线圈串联组成?线圈越多越好吗?答:单个线圈的电动势、电磁转矩纹波太大,多个线圈串联可以对电动势、电磁转矩起平滑作用。
但也不是越多越好。
因为多到一定程度后,纹波已经很小,无必要再增加,另外空间也限制进一步紧夹。
1-6直流发电机中产生电磁转矩吗?直流电动机中产生感应电动势吗?答:都会。
1-9在换向器上,电枢正常应当放在什么位置上?为什么?物理中性线和几何中性线是一回事吗?答:正常放在几何中性线上。
因为空载时,换向器在几何中性线上的导体处的磁场为零,利于换向。
物理中性线和几何中性线不是一回事。
几何中性线是固定的,而物理中性线是指磁场为零的位置,是跟电枢反应有关的。
1-13直流电机的电磁功率是电功率还是机械功率?还称什么功率?答:电磁功率是发电机中转换成电功率的机械功率(但不是全部机械功率,是电动机中转换成机械功率的电功率(但不是全部的电功率,因此又称转换功率。
1-16一台复励直流发电机,在恒速条件下,分别将它作他励、并励、积复励时,比较电压调整率的大小。
为什么励磁方式不同时,电压调整率也不同?答:电压调整率是指在固定转速、固定励磁电阻下,端电压从空载到额定负载的变化百分比。
积复励的电压调整率<他励的<并励的。
不同励磁方式下,电枢电流(电枢反应、电枢电阻压降等对励磁磁场的影响不同,所以电压调整率也不同。
1-17正在运行的并励直流电动机为什么不能断开励磁回路?断开励磁回路后,磁通、电动势、电枢电流和转速将如何变化?起动时,励磁回路断了线,会有什么后果?答:运行中,励磁断开的话,靠一点点剩磁工作,若为轻载,则将飞车;若为重载,则电枢电流、电阻压降大增,将可能烧坏电机(若负载转矩低于此时电机能输出的最大转矩,则将继续运转,并可能烧坏;若负载转矩高于此时电机能输出的最大转矩,则直接停机,电枢处于短路状态,最后可能烧坏。
断开励磁后,磁通减为剩磁,电枢电流大增,电动势有较大幅减小(因电枢电阻压降大增;转速则要看负载情况:轻载转速上升飞车,重载则可能继续运行或停车、并可能烧毁。
2-1直流电机的主磁路包括哪几部分？如何从电机的结构尺寸确定各段磁路的长度和截面积？五部分：磁轭、磁极、气隙、电枢齿槽、电枢铁心。
2-2何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通大小与哪些因素有关？主磁通：通过气隙同时与主极和电枢绕组交链的磁通，参与机电能量转换。
漏磁通：只与励磁绕组交链而不与电枢绕组交链的磁通，不参与机电能量转换。
漏磁通与电流频率、磁极结构、励磁绕组匝数、漏磁路磁阻等有关。
2-3直流电机的空载磁场在空间是如何分布的？为什么要把它化为等效的矩形波？为什么说直流电机的空气隙磁场是恒定磁场？磁极下B均匀，磁极间几何中心线处B=0；直流电机空载时气隙磁通密度分布波形为一个空间位置不变的平顶波；空气隙磁场由直流励磁电流产生，不随时间变化，是恒定磁场。
2-8为什么直轴电枢反应会产生直轴去磁作用？直轴电枢反应会不会产生增磁作用？由于磁路饱和，后极尖磁通量增加的数量小于前极尖磁通量减少的数量，总体磁通量减少。
当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
电动机相反。
2-12一台四极电机原为单波绕组，如改绕成单叠绕组，并保持元件数、导体数、每个元件匝数、每槽并列圈边数不变，问该电机的额定容量要不要改变？其他额定值要不要改变？单波2p=4,p=2,a=1 单叠2a=2p=4,a=p=2额定容量Pem=E·Ia E=C E∅n C E=pN/60a E减小到1/2 Ia=2a·ia增大到2倍额定容量不变3-1如果没有磁饱和现象，直流发电机是否能自励？试作图说明。
如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机不能自励。
因为如果没有磁路饱和现象，则电机的空载特性是一条直线，它样，它与励磁回路的伏安特性（也是一条直线）会有两种情况出现：①完全重合，使电机的端电压处于不稳定状态，无法运行；②不重合，即没有交点，无法实现自励建压。
3-2直流发电机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式以及功率平衡方程式各符合力学和电学哪些规律？KVL、力矩平衡、能量守恒3-3为什么直流发电机的电枢绕组元件中的电流是交流的，而电磁转矩的方向却是恒定的？电磁转矩方向总是与电枢转向相反。
2-1直流电机的主磁路包括哪几部分？如何从电机的结构尺寸确定各段磁路的长度和截面积？五部分：磁轭、磁极、气隙、电枢齿槽、电枢铁心。
2-2何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通大小与哪些因素有关？主磁通：通过气隙同时与主极和电枢绕组交链的磁通，参与机电能量转换。
漏磁通：只与励磁绕组交链而不与电枢绕组交链的磁通，不参与机电能量转换。
漏磁通与电流频率、磁极结构、励磁绕组匝数、漏磁路磁阻等有关。
2-3直流电机的空载磁场在空间是如何分布的？为什么要把它化为等效的矩形波？为什么说直流电机的空气隙磁场是恒定磁场？磁极下B均匀，磁极间几何中心线处B=0；直流电机空载时气隙磁通密度分布波形为一个空间位置不变的平顶波；空气隙磁场由直流励磁电流产生，不随时间变化，是恒定磁场。
2-8为什么直轴电枢反应会产生直轴去磁作用？直轴电枢反应会不会产生增磁作用？由于磁路饱和，后极尖磁通量增加的数量小于前极尖磁通量减少的数量，总体磁通量减少。
当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
电动机相反。
2-12一台四极电机原为单波绕组，如改绕成单叠绕组，并保持元件数、导体数、每个元件匝数、每槽并列圈边数不变，问该电机的额定容量要不要改变？其他额定值要不要改变？单波2p=4,p=2,a=1 单叠2a=2p=4,a=p=2额定容量Pem=E·Ia E=C E∅n C E=pN/60a E减小到1/2 Ia=2a·ia增大到2倍额定容量不变3-1如果没有磁饱和现象，直流发电机是否能自励？试作图说明。
如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机不能自励。
因为如果没有磁路饱和现象，则电机的空载特性是一条直线，它样，它与励磁回路的伏安特性（也是一条直线）会有两种情况出现：①完全重合，使电机的端电压处于不稳定状态，无法运行；②不重合，即没有交点，无法实现自励建压。
3-2直流发电机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式以及功率平衡方程式各符合力学和电学哪些规律？KVL、力矩平衡、能量守恒3-3为什么直流发电机的电枢绕组元件中的电流是交流的，而电磁转矩的方向却是恒定的？电磁转矩方向总是与电枢转向相反。
第12章 思考题与习题参考答案12.1 试比较同步发电机带三相对称负载时电枢磁动势和励磁磁动势的性质，它们的大小、位置和转速各由哪些因素决定?答：电枢磁动势和励磁磁动势的比较见下表：12.2 同步发电机电枢反应性质主要取决于什么? 若发电机的同步电抗标么值0.1*=s X ，则在下列情况下电枢反应各起什么作用?(1)带电阻负载；(2)带电容负载8.0*=c X ， (3)带电感负载7.0*=L X 。
答：电枢反应的性质取决于负载电流I 与励磁电动势0E 的相位关系，或者说取决于负载的性质。
（1）带电阻负载时，由于同步电抗的存在，负载性质呈阻感性，故电枢反应起交磁和直轴去磁作用；（2）带电容负载8.0=*s X 时，由于它小于同步电抗（0.1*=s X ），总电抗仍为感抗，电枢电阻很小，因此电枢反应基本为直轴去磁作用；（3）带电感负载7.0=*L X 时，总电抗为更大的感抗，电枢反应主要为直轴去磁作用。
12.3 电枢反应电抗对应什么磁通？它的物理意义是什么？ 同步电抗对应什么磁通？它的物理意义是什么？答：电枢反应电抗对应电枢反应磁通，这个磁通是由电枢磁动势产生的主磁通，它穿过气隙经转子铁心构成闭合回路，它反映了电枢反应磁通的大小；同步电抗对应电枢磁动势产生的总磁通（即电枢反应磁通和定子漏磁通之和），它是表征电枢反应磁场和电枢漏磁场对电枢电路作用的一个综合参数。
同步电抗的大小直接影响同步发电机的电压变化率和运行稳定性，也影响同步发电机短路电流的大小。
12.4 什么是双反应理论？为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论？答：由于凸极同步电机的气隙不均匀，直轴处气隙小，磁阻小，交轴处气隙大，磁阻大，同样的电枢磁动势作用在不同位置时，遇到的磁阻不同，产生的电枢反应磁通不同，对应的电枢反应电抗也不同，即电枢磁动势（电枢电流）与电枢反应磁通（电枢电动势）之间不是单值函数关系，因此分析凸极同步电机时，要采用双反应理论。
第8章三相交流绕组感应电动势及磁动势思考题与习题参考答案8.1 有一台交流电机，Z =36，2p =4，试绘出单层等元件U 相绕组展开图。
解： 94362===p Z τ 334362=⨯==pm Z q8.2 有一台交流电机，Z =36，2p =4，y =7，试绘出U 相双层叠绕组展开图。
解： 94362===p Z τ 334362=⨯==pm Z q8.3 试述短距系数和分布系数的物理意义。
若采用长距绕组，即τ>y ，短距系数是否会大于1，为什么？答：短矩系数是短矩线圈电动势与整矩线圈电动势之比，因为整矩线圈电动势等于两线圈边电动势的代数和，而短矩线圈电动势等于两线圈边电动势的相量和,所以短矩系数小于1。
分布系数是q 个分布线圈的合成电动势与q 个集中线圈的合成电动势之比，因为分布线圈的合成电动势等于q 个线圈电动势的相量和，而集中线圈的合成电动势等于q 个线圈电动势的代数和，所以分布系数数小于1。
即使采用长矩绕组，短矩系数仍然小于1。
因为长距线圈电动势仍然等于两线圈边电动势的相量和，它一定小于两线圈边电动势的代数和。
8.4 一台三相交流电机接于电网，每相感应电动势的有效值E 1=350V ，定子绕组的每相串联匝数N =312，基波绕组系数k w 1=0.96，求每极磁通1Φ。
解：根据11144.4Φ=W fNk E 可知 00526.096.03125044.435044.4111=⨯⨯⨯==ΦW fNk E Wb 8.5 一台三相交流电机, f N =50H Z ，2p =4，Z =36，定子为双层叠绕组，并联支路数a =1，τ97=y ，每个线圈匝数N c = 20，每极气隙磁通1Φ=7.5×10-3Wb ，求每相绕组基波感应电动势的大小。
解： 20363602360=⨯=⨯=Z p α 334362=⨯==pm Z q 94.070sin )9097sin()90sin(1==⨯=⨯= τyk y 96.010sin 330sin 220sin 32203sin 2sin 2sin 1==⨯== ααq q k q 9.096.094.01=⨯=W k 240120342=⨯⨯==a pqN N c V fNk E W 360105.79.02405044.444.43111=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=-8.6 有一台三相同步发电机，2极，转速为3000r/min ，定子槽数Z=60，每相串联匝数N =20，每极气隙磁通1Φ=1.505Wb ，求：(1)定子绕组基波感应电动势的频率；（2）若采用整距绕组，则基波绕组系数和相电动势为多少？（3）如要消除5次谐波电动势，则线圈节距y 应选多大，此时的基波电动势为多大？解：（1）Hz pn f 50603000160=⨯== （2）302602===p Z τ 6603601360=⨯=⨯=Z p α 1032602=⨯==pm Z q 因为采用整距绕组，故 11=y k 95537.03sin 1030sin 26sin 102610sin 2sin 2sin 11==⨯=== ααq q k k q w V fNk E W 6384505.195537.0205044.444.4111=⨯⨯⨯⨯=Φ=（3）取τ54=y 951.072sin )9054sin()90sin(1==⨯=⨯= τy k y V fNk E W 16.6071505.1951.095537.0205044.444.4111=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=8.7 为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数？答：单相绕组产生的磁动势沿空间（气隙圆周）按余弦规律分布，所以是空间的函数，其幅值大小又随时间按正弦规律变化，所以又是时间的函数。
电机学习题解答解析第⼀篇变压器⼀、思考题（⼀）、变压器原理部分1、变压器能否⽤来变换直流电压？不能。
磁通不变，感应电动势为零，111R U I =，1R 很⼩，1I 很⼤，烧毁变压器。
2、在求变压器的电压⽐时，为什么⼀般都⽤空载时⾼、低压绕组电压之⽐来计算？电压⽐应为绕组电动势之⽐，绕组电动势的分离、计算和测量⽐较困难。
空载时22202E U U U N ===，11011Z I E U N +-=，10I 很⼩，⼀次侧阻抗压降很⼩，11E U N ≈，所以NN U U E E k 2121≈=，变压器⼀、⼆侧电压可以⽅便地测量，也可以通过铭牌获得。
3、为什么说变压器⼀、⼆绕组电流与匝数成正⽐，只是在满载和接近满载时才成⽴？空载时为什么不成⽴？012211I N I N I N =+，0I 和满载和接近满载时的1I 、2I 相⽐很⼩，02211≈+I N I N ，所以kN N I I 11221=≈。
空载时，02=I ，⽐例关系不成⽴。
4、阻抗变换公式是在忽略什么因素的情况下得到的？在忽略1Z 、2Z 和0I 的情况下得到的。
从⼀侧看L e Z k I U k kI kU I U Z 22222211====（21kU U =，忽略了1Z 、2Z 。
kI I 21=，忽略了0I ）。
（⼆）、变压器结构部分1、额定电压为V 230/10000的变压器，是否可以将低压绕组接在V 380的交流电源上⼯作？不允许。
（1）此时，V U 3802=，V U 7.16521230100003801=?=，⼀、⼆侧电压都超过额定值1.65倍，可能造成绝缘被击穿，变压器内部短路，烧毁变压器。
(2)m fN UΦ=2244.4，磁通超过额定值1.65倍，磁损耗过⼤，烧毁变压器。
2、变压器长期运⾏时，实际⼯作电流是否可以⼤于、等于或⼩于额定电流？等于或⼩于额定电流。
铜耗和电流平⽅成正⽐，⼤于额定电流时，铜耗多⼤，发热烧毁变压器。
