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自测题（一）填空题：1. 同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路。
2. 同步发电机正常情况下并车采用，事故状态下并车采用。
3. 同步调相机又称为。
实际上就是一台运行的同步电动机，通常工作于状态。
4. 同步发电机带负载时，如0o<Ψ<90o，则电枢反应磁动势F a可分解为F ad= ，F aq= 。
其中F ad电枢反应的性质为，F aq电枢反应的性质为。
5. 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网输出无功功率，欠励时向电网输出性无功功率。
6. 一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，欲增加有功功率输出，应，欲增加感性无功功率输出，应。
（填如何调节）7. 汽轮发电机气隙增大时，则同步电抗X t，电压调整率∆U ，电机制造成本，增加静态稳定性能。
8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，超前于；作电动机运行时，滞后于。
（二）判断题：1. 凸极同步发电机由于其电磁功率中包括磁阻功率，即使该电机失去励磁，仍可能稳定运行。
（）2. 采用同步电动机拖动机械负载，可以改善电网的功率因数，为吸收容性无功功率，同步电动机通常工作于过励状态。
（）3. 同步发电机过励运行较欠励运行稳定，满载运行较轻载运行稳定。
（）4. 同步发电机采用准同期法并车，当其他条件已满足，只有频率不同时，调节发电机的转速，使其频率与电网频率相等时，合上并联开关，即可并车成功。
（）5. 汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，只调节气门开度，既可改变有功功率又可改变无功功率输出。
（）（三）选择题：1. 同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（）①上升的曲线；②水平直线；③下降的曲线。
2. 同步发电机的V形曲线在其欠励时有一不稳定区域，而对同步电动机的V形曲线，这一不稳定区应该在（）区域。
①I f>I f0；②I f=I f0；③I f<I f0。
3. 工作于过励状态的同步调相机，其电枢反应主要是：（）①交轴电枢反应；②去磁的直轴电枢反应；③增磁的直轴电枢反应。
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
1-2答： 1-3电与磁存在三个基本关系，分别是 1-4 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即1-5 t ΦNe d d -= 1-6 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
1-7 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出1-8Blv e = 1-9 而感应电动势的方向由右手定则确定。
1-10（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F与磁通密度B、导体长度l以及通电电流i成正比，即F1-11Bli1-12电磁力的方向可由左手定则确定。
1-131-14通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
1-15答：1-16磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
第二章第一节直流电动机的基本结构和工作原理（P31）1．判断在下列情况下，电刷两端的电压是交流还是直流。
（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
答；（1）交流；（2）直流。
2．在直流电动机中，加在电枢两端的电压已是直流电压，这时换向器有什么作用？答；换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。
3. 直流电机的电枢铁心、机座、主磁极、换向极各用什么材料制成？为什么？答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减小铁耗，故要用硅钢片迭成。
机座和主极中的磁场是恒定的，故可采用整块的铁。
但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板迭成。
4．直流电机磁路中的磁通 一般情况下不随时间发生变化，为什么电枢铁心却要用薄的硅钢片叠成？并且在硅钢片间还要涂漆绝缘？答：电枢铁芯中磁通在变，会产生涡流损耗，硅钢片的电阻大，可以减小涡流损耗；主磁极的磁通不变，不产生涡流损耗，用薄钢板即可降低材料成本。
5. 为什么一台直流电机既可作电动机运行又可作发电机运行？答：一台直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，称为直流电机的可逆性6. 直流电动机中是否存在感应电动势？如果存在，其方向如何？直流发电机，当电刷两端接上负载，线圈流过电流时，是否受到电磁力的作用？如果有，其方向如何？答；直流电动机中存在感应电动势。
如果存在，其方向与电枢电流方向相反。
直流发电机，当电刷两端接上负载，线圈流过电流时，受到电磁力的作用。
其方向与原动机旋转方向相反。
7. 如果要改变他励直流发电机输出端电压的极性，应采取什么措施？答：交换励磁绕组接到电源上的两根线。
8. 在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢旋转方向的关系有何不同？电枢电势和电枢电流方向的关系有何不同？怎样判别直流电机是运行于发电机状态还是运行于电动机状态？答：在直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相同，为拖动转矩；电动势的方向与电枢电流的方向相反，为反电动势。
第二章 电力拖动系统的动力学基础2-9解：n LJ L J e n e n 1J 1 图2-16 三轴拖动系统eJ折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量为2222221L e 1L e e 222()()75015015()16()1001500150020(N m )n n GD GD GD GD n n =++=+⨯+⨯=⋅ 折算到电动机轴上的负载转矩为L L L c 1L c1c2725(N m)150015000.90.8750150T T T j j j ηηη''====⋅⨯⨯⨯2-10解：J 1n e J 2 n r v L J Ln LJ e图2-18 提升机构n（1）提升速度L v 依照电动机转速n 经过三级减速后，再转换成直线速度的关系，得Ln j n =，321j j j j =，L 123n n n j j j j == L L πv Dn =L L 123π 3.140.21000π31.4(m /min)225D v Dn n j j j ⨯⨯====⨯⨯（2）折算到电动机轴上的静转矩L T根据功率平衡原则，折算到电动机轴上的静转矩为L L L c F v T ωη=这里，0L L G G G F +==，L π60D n v j =， 2π60n ω=，所以 0L c ()(1500100)0.1210(N m)2250.8D G G T j η++⨯===⋅⨯⨯⨯ （3）折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量2GD题中未给出系统中间传动轴和卷筒的飞轮惯量，可用放大系数δ近似估计。
今取1.2δ=，则折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量为222L e 022365()()31.41.210365(1500100)()60100012.16(N m )v GD GD G G nδ=⋅++=⨯+⨯+⨯⨯≈⋅。
习题参考答案第一章1-5 解：cm /A 98H ,T 1002.0002.0A B ====φ（1） F=Hl=98A/cm ⨯30cm=2940A;I=F/N=2940/1000=2.94A.(2) 此时，F 总=H 铁l 铁+H δδ其中：H 铁l 铁=98A/cm ⨯29.9cm=2930.2A; H δδ=δ⨯B/μ0=0.001/(4π⨯10-7)=795.8A; 所以：F 总=2930.2+795.8=3726A1-6 解：（1）;5.199sin Z x ;1407.0200cos Z r 2005.0100Z 1111111ΩϕΩϕΩ===⨯====（2）;66.8sin Z x ;55.010cos Z r 1010100Z 1221222ΩϕΩϕΩ===⨯====1-7 解：每匝电势为：匝744884.036N ;V 4884.00022.05044.4f 44.4e m 1===⨯⨯==φ第二章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：222L m kg 63964D m m J ⋅=⨯==总ρ 系统折算后总转动惯量为：2M 2m L eq m kg 74.49J iJ 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 电动机转速加速度等于：5.95dt dv D 60i dt dn i dt dn m ===π 由运动方程的启动转矩：Nm 4.12075.9555.974.49710dt dn 55.9J T T eq 'L k =⨯+=+=第三章3-12 解：因为：n 60Np E a φ=（1）单叠：a=2；6004.02602N 230⨯⨯⨯⨯=； N=5750。
第一章作业解答参考1—8．解：)(630230101453A U P I N N N =⨯==)(1619.0145KW P P NN===ηλ 1—20．解：（1）U V n a pN E a <=⨯⨯⨯⨯==)(186150001.0160372260φ 是电动机状态。
∴（2）)(46.163208.0186220A R E U I a a a =-=-=)(63.19315002604.30)(4.3046.163186m N P T KW I E P M a a M ⋅=⨯⨯⨯=Ω==⨯==π （3）)(6.5208.046.16322KW R I p a a cua =⨯==)(79.292403624.30)(366.54.3021KW p p P P KW p P P Fa M cua M =--=--==+=+=Ω%823679.2912===P P η 1—23．解：（1）)(112.54300014.326010172603m N n P P T N N N N N ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=Ω=π%2.82942201017)(812.557.1112.54)(7.1344014.32608.2)316.08.2220(26030'00000=⨯⨯==⋅=+=+=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=Ω=N N N N N a a M I U P m N T T T m N n I E P T ηπ（2）N e e C C Φ=Φ∴0忽略电枢反应影响， 恒定。
0'0Φ-=e a a N C R I U n ， 0636,03440316.08.22200=⨯-=Φe C)min (34590636.022000r C U n e N ==Φ=（3） Φ=Φe M C C 55.9)min (27860636.0)15.0316.0(89.91220)()(89.910636.055.9812.55r C R R I U n I T T A C T I e a a N a Z M a =+⨯-=Φ+-=→==⨯=Φ=Ω不变不变，第二章 习题解答参考2—6．解：（1）T T T n C C R R C U n Nm e a N e N 64.1115819.055.94.006.01158202-=⨯+-='-=Φ+-Φ=Ωβ （2）T T T n C C R C U n N m e a N e 21.057921.019.011002-=-=-'=Φ-Φ=β （3）T T T n C C R C U n m e a e N 35.0146717.006.015.022002-=-=''-''=Φ-Φ=β 19.0=ΦN e C N Φ=Φ8.0 15.019.08.0=⨯=Φ∴e C2N m e C C Φ=()255.9N e C Φ=219.055.9⨯=0.28 2Φm e C C =17.028.08.02=⨯2—16．解：（1）[]V R I U E a N N a 20425.064220=⨯-=-=[]A R R E U I Z a a N a 84.67625.0204220max -=+--=---=29.0700204==-=ΦN a N N N e n R I U C 76.229.055.955.9=⨯=Φ=ΦN e N m C C[]m N I C T anax N m ⋅-=-⨯=Φ=23.187)84.67(76.2max停机时 n=0 0=Φ=n C E N e a[]A R R U I Z a N a 2.35625.0220-=+-=+-=[]m N I C T a N m ⋅-=-⨯=Φ=15.97)2.35(76.2此时反抗性负载 []m N I C T N N m Z⋅-=⨯-=Φ-='64.1766476.2 由于 T T Z>' 故系统不会反向起动。
电机与拖动基础习题解答第二武汉纺织大学第二章2 . 1变压器能改变交流电的电压和电流，能不能改变直流电的电压和电流？为什么？答：变压器能改变交流电的电压和电流，但不能改变直流电的电压和电流。
因为变压器是应用电磁感应原理而工作的，只有当一次绕组接交流电源时，一次绕组才会流过交流电流，在铁心中产生变化的磁通，从而在二次绕组中产生感应电动势;如果一次绕组接直流电源，则一次绕组流过的是直流电流，在铁心中产生的磁通是恒定不变的，不能在二次绕组中产生感应电动势，所以变压器只能改变交流电的电压和电流，不能改变直流电的电压和电流。
2 . 2变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成而不用整块钢制成？答：变压器的绕组流过交流电流时会在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，统称为铁损耗。
磁滞损耗与铁磁材料的磁滞回线面积有关，硅钢片的磁滞回线较窄，磁滞损耗较小。
涡流损耗与铁磁材料的电阻成反比，与钢片厚度的平方成正比，硅钢片是在电工钢中加入少量的硅而制成，电阻率较大，用硅钢片叠成的铁心，铁损耗较小，所以变压器的铁心要用硅钢片叠成而不用整块钢制成。
2 .3 一台变压器额定电压为220 /110 V ,若把二次绕组(110 V )接在220 V交流电源上，主磁通和励磁电流将如何变化？答:若忽略变压器绕组漏阻抗压降，则绕组的端电压与感应电动势相等。
正常工作时铁心磁路处于饱和状态。
若把额定电压为110 V的二次绕组接在220 V交流电源上，二次绕组感应电动势将增大一倍，感应电动势与铁心磁通成正比,所以铁心磁通也将增大一倍，由于铁心磁路处于饱和状态，励磁电流将不只是增大一倍而将增大许多倍。
2 . 4 一台变压器一次绕组额定电压为220 V，不小心把一次绕组接在220 V的直流电源上，会出现什么情况？答：若把额定电压为交流220 V的变压器一次绕组接在220 V直流电源上时，铁心中产生的磁通将是恒定不变的，不会在一次绕组中产生感应电动势，一次绕组电流h=U，由于绕组电R i阻R i比较小，则一次绕组电流会很大，大大超过其 额定电流,很快会将变压器烧坏。
第二章直流电动机的电力拖动答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系统。
般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。
电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。
答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a=0时的转速,。
实际上若I a=0，电动机的电磁转矩Tem=O，这时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载，电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。
要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流laO（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。
由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小,克服它所需要的电枢电流laO及电磁转矩T0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。
实际空载转速为简单地说，Ia=0是理想空载，对应的转速no称为理想空载转速；是la二I aO实际空载，对应的转速no'的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。
答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。
理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即：答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（Tem=TL）处,满足，或者说，在交点以上（转速增加时）,Tem<TL,而在交点以下（转速减小时）,T en>TL。
一般来说，若电动机的机械特性是向下倾斜的，则系统便能稳定运行，这是因为大多数负载转矩都随转速的升高而增大或者保持不变。
答：只有（b）不稳定，其他都是稳定的。
答：他励直流电动机稳定运行时，电枢电流：可见，电枢电流la与设计参数U、ce①、Fa有关，当这些设计参数一定时，电枢电流的大小取决于电动机拖动的负载大小，轻载时n 高、la 小，重载时n 低、la 大，额定运行时n=nN、l a=lN。
当恒转矩负载下，电枢回路串入电阻或改变电源电压进行调速，达到稳定后，电枢电流仍为原来的数值，但磁通减小时，电枢电流将增大。
答：起动瞬间转速n=0,电动势Ea=Ce^n=0,最初起动电流。
若直接起动，由于Ra 很小，Ist 会达到十几倍甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。
答：将处于电动状态运行的他励直流电动机的电枢两端从电源断开后投向制动电阻两端，便进入能耗制动状态。
制动瞬间，n 和Ea的大小及方向均不变，I a和Tem的大小不变，但方向改变，之后随着制动过程的进行，这四个量均由制动瞬间的值逐渐减小到零，制动过程结束。
答：进行制动时，如果不在电枢回路串入制动电阻，则制动瞬间电枢电流将很大。
例如，能耗制动瞬间电枢电流为, 电压反接制动瞬间Ra 很小，所以I aB 很大。
制动时在电枢回路串入适当的制动电阻RaB，是为了限制过在的制动电流。
由I aB和I aB两个公式可知，电压反接制动时的制动电流laB约为能耗制动时的制动电流I aB的2倍，故电压反接制动时应串入较大的制动电阻。
答：这两种制动方式的实现都是以位能性负载为前提条件，枢回路串入较大的电阻，使电动机的机械特性与位能性负载由于当电转矩特性的交点（工作点）处于第四象限时，电动机便处于倒拉反转反接制动运行状态，此时电机的转速方向与电动状态运行时相反。
而回馈制动时，转速方向不变，但转速值超过了理想空载转速，这是位能性负载作用的结果。
答：（1）采用能耗制动或倒拉反转反接制动；（2）采用反向回馈制动。
答：电动状态：电动机把从电网输入的电能转换成机械能从轴上输出。
能耗制动状态：电动机将轴上的机械惯性贮能转换成电能消耗在电枢回路电阻上。
回馈制动状态：电动机将轴上输入的机械能转换成电能回馈到电网。
反接制动状态：电网输入的电能与轴上输入的机械能并转换与电能一起都消耗在电枢回路电阻上。
答：直流电动机的调速方法有：（1）降压调速；（2）电枢回路串电阻调速；（3）弱磁调速。
前两种调速方法适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。
降压调速可实现无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围较大。
串电阻调速为有级调速，调速平滑性差，机械特性斜率增大，速度稳定性差，受静差率的限制，调速范围很小。
弱磁调速控制方便，能量损耗小，调速平滑，受最高转速限制，调速范围不大。
答：静差率是指电动机由理想空载到额定负载时的转速降落△nN=n0-nN与理想空载转速no之比，即:它反映了负载变化时转速的变化程度，即转速的稳定性。
静差率的大小与机械特性的斜率（或硬度）及理想空载转速n0 的大小有关。
特性斜率小（硬度大）、理想空载转速高，则静差率就小，反之就大。
电枢串电阻调速时，n0 不变，转速越低，需要串联的电阻越大，机械特性的斜率越大，转速降落△n也越大，所以静差率越大；降压调速时，虽然机械特性的斜率（或硬度）不变，但n0 减小了，所以低速时的静差率大。
答：恒转矩调速方式是指在调速过程中电动机的电枢电流保持在额定值的前提下，其输出转矩是恒定的。
恒功率调速方式是指在调速过程中电动机的电枢电流保持在额定值的前提下，其输出功率是恒定的。
他励直流电动机的降压调速和电枢串电阻调速属于恒转速转矩调速方式，而弱磁调速属于恒功率调速方式。
答：调速方式与负载类型相匹配时，可以按照负载实际大小选择一台合适额定功率的电动机，在整个调速过程中电流的大小始终等于或接近额定电流，保证电动机能得到充分得用。
例如，拖动恒转矩性质的负载时采用恒转矩调速方式（降碱度调速或电枢串电阻调速）、拖动恒功率性质的负载时采用恒功率调速方式（弱磁调速），在整个过程中就能保证电枢电流始终等于额定值，即能保证电动机得到充分利用，所以恒转矩负载配恒转矩调速方式、恒功率负载配恒功率调速方式是理想的配合。
如果恒转矩负载配恒功率调速方式或恒功率负载配恒转矩调速方式，这两种情况都不是合理的配合，因为在调速过程中不是出现过载运行就是出现轻载运行，电动机不可能在任何转速下都得到充分利用。
解: (1)2.26解：(1)由上一题可知:则固有特性为:(2)电枢串电阻时no不变，斜率变为:故串电阻的人为特性为:(3)电压下降一半时P不变，理想空载转速no下降一半。
故降压的人为特性为:（4）磁通减少30%寸，no和P均变化。
弱磁人为特性为:（机械特性曲线图略）解：（1）直接起动电流和起动电流倍数分别为:解：起动电流比为:各级起动电阻为：解:(1)当转速n=1200r/min时，电动势为:此时进行能耗制动时，应串入制动电阻为:当忽略空载转矩时，Tem=TL,将已知数据代入能耗制动机械特性:解得当考虑空载转矩时，Tem=TL+T0。
额定电磁功率：空载转矩：制动时电磁转矩：由能耗制动机械特性：解得解:先画出机械特性草图，如图所示。
图中 A 点为电动机额定工作点，B点为反接制动起始点，根据题意，B点对应的转矩为。
电压反接制动特性为通过B点和(0，-no)点的直线。
(1)限制最大制动电流为2.21 N,电枢回路应串入的电阻为:其中将已知数据代入RB 式中，得:(2)当制动到C点，n=0时，电源不切断，电机能否反转,这取决于C点的电磁转矩T emC是否大于负载转矩。
考虑到负载是反抗性恒转矩负载，当不计空载转矩时，负载制动转矩为:计空载转矩时，负载制动转矩为:其中点处，n=0, Ea=0，电枢电流大小为:点处的电磁转矩大小为:可见在C点处n=0时，存在TemOTL，故电机将反转加速运行，直到D点，电磁转矩与负载转矩相等，这时电机处于反向电动状态稳定运行。
其稳定转速为:解：参见图。
根据代入已知数据:可以解出制动瞬间电磁转矩为:(2)由得n=0时的电磁转矩:所以不能反转。
因为解：（1）(3)降压瞬间n不突变，Ea不突变，电流突变为:稳态后电流I a恢复到原来值(0.81 N),稳态后转速为: (4)根据解：（1）根据：代入数据得：解得:(2)根据:代入数据:解得:解：画出机械特性草图，如图所示。
在固有特性曲线1上，A点是额定工作点。
(2)在降压人为特性曲线2上，B点对应的转速为静差率为:在弱磁人为特性曲线3 上:C 点对应的电流和转速分别为:静差率为:解:当S =20%寸，调速范围为:当S =30%寸，调速范围为:解:因为磁路不饱和，电流与磁通成正比，所以当I a=20A时,ce①二，其转速和电磁转矩分别为(2)因为Ten=Cr① I a二CfKIa2二常数所以Ia=20A不变，Ce①二也不变，转速变为:解:因为TemfCr①Ia=CrKIa2保持不变，所以I a、①均不改变, 根据机械特性:可以解出:。
