《电机学》各章练习题与自测题习题库带答案复习题思考题章末测试题1-17章全

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《电机学》各章练习题与自测题参考答案第1章思考题与习题参考答案1.1变压器是怎样实现变压的?为什么能够改变电压，而不能改变频率?答：变压器是根据电磁感应原理实现变压的。变压器的原、副绕组交链同一个主磁通，根据电磁感应定律可知，原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比，所以当原、副绕组匝数时，副边电压就不等于原边电压，从而实现了变压。因为原、副绕组电动势的频率与主磁通的频率相同，而主磁通的频率又与原边电压的频率相同，因此副边电压的频率就与原边电压的频率相同，所以，变压器能够改变电压，不能改变频率。1.2变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什么?答：若一次绕组接直流电源，则铁心中将产生恒定的直流磁通，绕组中不会产生感应电动势，所以二次侧不会有稳定的直流电压。1.3变压器铁心的作用是什么?为什么要用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成?答：变压器铁心的主要作用是形成主磁路，同时也是绕组的机械骨架。采用导磁性能好硅钢片材料是为了提高磁路的导磁性能和减小铁心中的磁滞损耗，而用薄的（0.35mm厚）表面绝缘的硅钢片叠成是为了减小铁心中的涡流损耗（涡流损耗与硅钢片厚度成正比）。1.4变压器有哪些主要部件，其功能是什么?答：变压器的主要部件是器身，即铁心和绕组。铁心构成变压器的主磁路，也是绕组的机械骨架；绕组构成变压器的电路，用来输入和输出电能。除了器身外，变压器还有一些附属器件，如绝缘套管、变压器油、油箱及各种保护装置等。1.5变压器二次额定电压是怎样定义的?答：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组空载时的端电压定义为变压器二次额定电压。1.6双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计?答：变压器传递电能时，内部损耗很小，其效率很高（达95%以上），二次绕组容量几乎接近一次绕组容量，所以双绕组变压器的一次、二次额定容量按相等设计。1.7变压器油的作用是什么？答：变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，起绝缘和冷却作用。91

11.8变压器分接开关的作用是什么？答：为了提高变压器输出电能的质量，应控制输出电压波动在一定的范围内，所以要适时对变压器的输出调压进行调整。对变压器进行调压是通过改变高压绕组的匝数实现的，所以高压绕组引出若干分接头，它们接到分接开关上，当分接开关切换到不同的分接头时，变压器便有不同的匝数比，从而可以调节变压器输出电压的大小。1.9一台单相变压器，＝500kVA，＝35/11kV，试求一、二次侧额定电流。解：因为是单相变压器，所以1.10一台三相变压器，＝5000kVA，=10/6.3kV，Y，d联结，试求：一、二次侧额定电流及相电流。解：因为是三相变压器，所以因为原边形联结，所以，因为副边形联结，所以，91

2第1章自测题参考答案一、填空题1.60Hz，60Hz；2.少，大；3.铁心，绕组，绕组，铁心；4.380，相等；5.相等，小。二、选择题1.③；2.④；3.③；4.②；5.③三、简答题1.答：变压器是根据电磁感应原理工作的。原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比,当一次、二次绕组匝数不同时，，即实现了变压。2.答:为了使一、二次绕组磁耦合紧密，减少漏磁通，所以一次、二次绕组套在同一铁心柱上；为了减小绕组与铁心间的绝缘电压差，所以把低压绕组套在内层，高压绕组套在外曾层。3.答：因为直流电压只能产生恒定的直流磁通，不会在绕组中产生感应电动势，所以变压器不能改变直流电压。4.答：因为变压器的效率很高，二次绕组容量很接近一次绕组容量，所以一次、二次额定容量按相等设计。5.答：为了保证变压器输出电压波动在一定范围内，提高电能质量，应该适时对变压器进行调压。变压器调压是通过改变高压绕组的匝数实现的，所以高压绕组引出若干分接头，它们接到分接开关上，当分接开关切换到不同的分接头时，变压器便有不同的匝数比，从而调节变压器输出电压的大小。四、计算题1.解：2.解：因为原边形联结，所以，因为副边形联结，所以，91

3第2章思考题与习题参考答案2.1试述变压器空载和负载运行时的电磁过程。答：空载时，原边接交流电源，原绕组中流过交流电流，建立磁动势，由其产生主磁通和少量的漏磁通，主磁通在原绕组中产生电动势、在副绕组中产生电动势，漏磁通只在原绕组中产生漏感电动势，同时，电流在原绕组电阻上产生电压降。负载时，原绕组流过电流，产生磁动势；副绕组流过电流，产生磁动势，由原、副绕组的合成磁动势产生主磁通，并分别在原、副绕组中产生电动势和；还产生只交链原绕组的漏磁通，它在原绕组中产生漏感电动势，还产生只交链副绕组的漏磁通，它在副绕组中产生漏感电动势；同时，电流在原绕组电阻上产生电压降，电流在副绕组电阻上产生电压降。2.2在变压器中，主磁通和一、二次绕组漏磁通的作用有什么不同？它们各是由什么磁动势产生的？在等效电路中如何反映它们的作用？答:主磁通同时交链原、副绕组，并分别在原、副绕组中产生电动势和，起传递能量的作用；漏磁通只交链自身绕组，只在自身绕组中产生漏感电动势，仅起电抗压降的作用。在等效电路中，主磁通的作用由励磁参数反映，漏磁通的作用由漏抗参数反映。2.3试述变压器空载电流的大小和性质。答：由于变压器铁心采用薄硅钢片叠成，磁导率高，导磁性能好，因此空载电流很小，一般为额定电流的2%—10%。在空载电流中，用来建立主磁通的无功分量远大于对应铁心损耗的有功分量，所以空载电流基本属于无功性质，空载电流也因此常被称为励磁电流。2.4当变压器空载运行时，一次绕组加额定电压，虽然一次绕组电阻很小，但流过的空载电流却不大，这是为什么？答：变压器空载运行时，虽然一次绕组的电阻很小，但是由于铁心硅钢片的磁导率大，导磁性能好，主磁通大，所以励磁电抗大，因此空载电流不大。简单说，空载电流是受到大电抗限制的。2.5变压器外施电压不变的情况下，若铁心截面增大或一次绕组匝数减少或铁心接缝处气隙增大，则对变压器的空载电流大小有何影响？91

4答：铁心截面增大时，磁路饱和程度降低，磁导率增大，励磁电抗增大，空载电流减小。一次绕组匝数减少时，由=常数，可知，主磁通增大，磁路饱和程度增加，磁导率下降，励磁电抗减小，空载电流增大。铁心接缝处气隙增大，磁路磁阻增大，励磁电抗减小，空载电流增大。2.6保持其它条件不变，当只改变下列参数之一时，对变压器的铁心饱和程度、空载电流、励磁阻抗、铁心损耗各有何影响？（1）减少一次绕组的匝数；（2）降低一次侧电压；（3）降低电源频率。答：由可知：（1）减少一次绕组匝数时，主磁通增大，磁路饱和程度增加，磁导率下降，励磁阻抗减小，空载电流增大，铁心损耗增加。（2）降低一次电压时，主磁通减小，磁路饱和程度降低，磁导率增大，励磁阻抗增大，空载电流减小，铁心损耗减小。（3）降低电源频率时，主磁通增大，磁路饱和程度增加，磁导率下降，励磁阻抗减小，空载电流增大，此时，，根据可知，铁心损耗随的增加而增加。2.7一台220V/110V的单相变压器，变比，能否一次绕组用2匝，二次绕组用1匝，为什么？答：不能。由可知，如果一次绕组用2匝，在原边电压作用下，由于匝数太少，主磁通将很大，磁路高度饱和，励磁电流会很大，要求导线线径很大，在实践上根本无法饶制。反之，如果导线截面不够大，那么线圈流过大电流将会烧毁。2.8在分析变压器时，为什么要对二次绕组进行折算？折算的物理意义是什么？折算前后二次侧的电压、电流、功率和参数是怎样变化的？答：折算的目的是将一次、二次两个分离的电路画在一起，获得变压器的等效电路。折算的物理意义是用匝数为的绕组来等效实际匝数为的二次绕组，将变比为的变压器等效成变比为1的变压器。折算后，二次电压为折算前的倍，二次电流为折算前的，二次功率不变，二次电阻和漏抗、负载阻抗均为折算前的倍。2.9为什么变压器的空载磁动势与负载时的一、二次绕组合成磁动势相等？答：因为变压器的漏阻抗很小，无论空载还是负载，漏阻抗压降都很小，在电源电压不变时，主电动势变化很小，因此主磁通几乎不变，所以用以产生主磁通的空载磁动势与负载时的合成磁动势相等。91

52.10变压器负载运行时，一、二次绕组中各有哪些电动势或电压降？它们是怎样产生的？试写出电动势平衡方程式。答：一次绕组外加电源电压时，一次绕组中有主电动势，漏电动势（漏抗压降），电阻上的电压降，方程式为；二次绕组中有主电动势，漏电动势（漏抗压降），电阻上电压降，负载端电压为，方程式为。2.11试说明变压器等效电路中各参数的物理意义，这些参数是否为常数？答：和分别为原边一相绕组的电阻和漏电抗，和分别为副边一相绕组的电阻和漏电抗的折算值，上述四个参数为常数,其中、的大小分别反映了原、副绕组漏磁通的大小。是反映铁心损耗的等效电阻，称为励磁电阻，是反映主磁通大小的电抗，称为励磁电抗，这两个参数也是一相参数，当电源电压不变时，和近似为常数。2.12利用T形等效电路进行实际问题计算时，算出的一次和二次侧电压、电流、损耗、功率是否均为实际值，为什么？答:一次各物理量数值均为实际值,二次电压、电流是折算值，二次损耗、功率是实际值。因为对二次绕组进行折算时，是以等效为原则，其中，折算前、后的二次侧损耗、功率是保持不变的。2.13变压器空载实验一般在哪侧进行？将电源加在低压侧或高压侧所测得的空载电流、空载电流百分值、空载功率、励磁阻抗是否相等？答：空载实验一般在低压侧进行。空载电流不等，高压侧空载电流是低压侧的；空载电流百分值相等；空载功率相等；励磁阻抗不等，高压侧励磁阻抗是低压侧的倍。2.14变压器短路实验一般在哪侧进行？将电源加在低压侧或高压侧所测得的短路电压、短路电压百分值、短路功率、短路阻抗是否相等？答：短路实验一般在高压侧进行。短路电压不等，高压侧短路电压是低压侧的倍；短路电压百分值相等；短路功率相等；短路阻抗不等，高压侧短路阻抗是低压侧的倍。2.15为什么可以把变压器的空载损耗看作铁耗？短路损耗看作额定负载时的铜耗？答：空载试验时外加额定电压，空载损耗包括额定铁损耗和空载铜损耗，由于空载电流很小，空载铜损耗远远小于额定铁损耗，可忽略，所以空载损耗可看作铁损耗。91

6短路试验时电流为额定电流，短路损耗包括额定铜损耗和短路时的铁损耗，由于短路电压很低，磁通很小，短路时的铁损耗远远小于额定铜损耗，可忽略，所以短路损耗可看作额定负载时的铜损耗。2.16一台单相变压器,=10kVA，=380/220V，,,,，,。在高压侧加380V电压，在低压侧接一感性负载：，。分别用T形等效电路、近似等效电路和简化等效电路计算、、、，并比较三次计算的结果。解:（1）用T形等效电路计算根据已知参数可得:（2）用近似等效电路计算91

7（3）用简化等效电路计算2.17一台额定容量为的单相变压器，＝220／110V，在低压侧加额定电压做空载试验，测得；在高压侧加电压做短路试验，测得，，。试求：折算到高压侧的励磁参数和短路参数及其标么值。解：91

82.18一台额定容量为的三相变压器，＝10／0.4kV，Y,d联结。在低压侧做空载试验时测得：；在高压侧做短路试验时测得：,试验温度为。试求：(1)折算到高压侧的励磁参数和短路参数；(2)短路电压及其两个分量的百分值。解：(1)因为是Y,d联结91

9(2)第2章自测题参考答案一、填空题1.原边磁动势，原、副边合成磁动势；2.增大，减小；3.，；4.励磁电抗，原边漏抗与副边漏抗；5.反映铁心损耗，原绕组电阻与副绕组电阻折算值之和；6.供给铁心损耗，产生磁通；7.铁，额定铜；8.，1；9.0.06，6；10.2，1二、选择题1.④；2.④；3.④；4.②；5.③；6.②7.③；8.②；9.①；10.②三、简答题1.答：主磁通以铁心为磁路，同时交链原、副绕组，数值较大，起传递能量作用；漏磁通主要以变压器油或空气为磁路，仅交链自身绕组，数值小，仅起电抗压降作用。2.答：当电源电压不变时，电源频率降低，主磁通增大，磁路饱和程度增加，磁导率下降，励磁电抗减小，空载电流增大，此时，，根据可知，铁心损耗随的增加而增加。3.答：折算的目的是将变比为91

10的变压器等效成变比为1的变压器，从而将一次、二次两个分离的电路画在一起，获得变压器的等效电路；折算原则是保持折算前后二次侧磁动势不变、二次侧有功、无功功率不变。4.答：带阻容性负载时的相量图带纯电阻负载时的相量图5.答：将低压侧短路,高压侧接电源,用调压器逐渐升高电压,用电流表监视电流,当电流达到额定值时同时读取电压、电流和功率，分别依下列各式求取参数：；；。四、计算题1.解：（1）（2）T形等效电路图（略）91

112.解:(1)因为是、y联结(2)91

12(3)第3章思考题与习题参考答案3.1三相组式变压器和三相心式变压器的磁路结构各有何特点？在测取三相心式变压器的空载电流时，为什么中间一相的电流小于其它两相的电流？答：三相组式变压器的三相磁路彼此独立，互不关联，且各相磁路几何尺寸完全相同；三相心式变压器的三相磁路彼此不独立，互相关联，各相磁路长度不等，三相磁阻不对称。在外加对称电压时，由于中间相磁路长度小于其它两相的磁路长度，磁阻小，因此，中间一相的空载电流小于其它两相的电流。题3.2图极性试验图3.2变压器出厂前要进行“极性”试验，如题3.2图所示，在U1、U2端加电压，将U2、u2相连，用电压表测U1、u1间电压。设变压器额定电压为220/110V，如U1、u1为同名端，电压表读数为多少？如不是同名端，则读数为多少？答:110V，330V3.3单相变压器的联结组别有哪两种？说明其意义。答：有I，I0；I，I6两种。I，I0说明高、低压绕组电动势同相位；I，I6说明高、低压绕组电动势反相位。3.4简述三相变压器联结组别的时钟表示法。答：把三相变压器高压侧某一线电动势相量看作时钟的长针，并固定指向“0”点，把低压侧对应线电动势相量看作时钟的短针，它所指向的时钟数字便是该变压器的联结组别号。3.591

13试说明为什么三相组式变压器不能采用Y,y联结，而小容量三相心式变压器可以采用Y,y联结？答：因为三相组式变压器三相磁路彼此独立，采用Y，y联结时，主磁路中三次谐波磁通较大，其频率又是基波频率的三倍，所以，三次谐波电动势较大，它与基波电动势叠加，使变压器相电动势畸变为尖顶波，其最大值升高很多，可能危及到绕组绝缘的安全，因此三相组式变压器不能采用Y，y联结。对于三相心式变压器，因为三相磁路彼此相关，所以，三次谐波磁通不能在主磁路（铁心）中流通，只能通过漏磁路闭合而成为漏磁通。漏磁路磁阻很大，使三次谐波磁通大为削弱，主磁通波形接近于正弦波，相电动势波形也接近正弦波。但三次谐波磁通频率较高，流经油箱壁及其它铁件时会产生涡流损耗，引起局部过热，降低变压器运行效率，因此，只有容量小于1800KVA的三相心式变压器才允许采用Y，y联结。3.6在三相组式变压器中，三次谐波磁通是主磁通；而在三相心式变压器中，三次谐波磁通是漏磁通，这一说法对吗？为什么？答：对。因为在组式变压器中，三次谐波磁通流经主磁路，数值较大，起到了主磁通的作用；而在心式变压器中，三次谐波磁通流经漏磁路，数值较小，可看作漏磁通。3.7为什么三相变压器中总希望有一侧作三角形联结？答：三相变压器，无论是组式还是心式结构，只要有一侧作三角形联结，就为三次谐波电流提供了通路，从而使主磁通基本为正弦波，相电动势波形接近正弦波而不发生畸变。3.8把三台相同的单相变压器组成Y,d联结的三相变压器，当二次侧三角形开口未闭合时，将一次侧接入电源，发现开口处有较高电压，但开口闭合后，其电流又非常小，检查接线并无错误，这是为什么？答：一次侧Y联结，励磁电流为正弦波，主磁通为平顶波，可分解成基波和三次谐波磁通，由于三相磁路独立，二次侧三角形开口未闭合时，三次谐波磁通在各相主磁路中流通，其值较大，在每相绕组中产生的三次谐波电动势也较大，此时三角形开口处电压是每相三次谐波电动势的三倍，所以开口电压较高；当三角形开口闭合后，三角形绕组自身构成回路，三次谐波电动势在三角形内形成三次谐波电流，起到励磁电流的作用，此时主磁通接近于正弦波，每相绕组感应电动势接近正弦波，三角形内的三次谐波电流几乎为零，所以闭合后电流非常小。3.9三相变压器的绕组连接方式如题3.9图所示，画出它们的电动势相量图，并判定其联结组别。91

14(a)(b)(c)(d)题3.9图（a）组别号为Y，y4（b）组别号为Y，y2(c)组别号为Y，d5(d)组别号为Y，d791

153.10设三相变压器一次侧绕组联结如题3.9图中所示，试分别画出Y,y8、Y,y10、Y,d3、Y,d9联结组的电动势相量图和它们的二次绕组连接图。Y，y8联结Y，y10联结Y，d3联结Y，d9联结91

16第3章自测题参考答案一、填空题1.组式和心式，组式；2.I，I0，I，I6；3.I，I0，I，I6；4.同一，相同的；5.正弦波,接近正弦波；6．平顶波,尖顶波；7.三角形，正弦波；8.,；9.Y，d或D，y,Y，y或D，d；10.高压侧某线电动势,低压侧对应线电动势。二、选择题1.②2.③3.①4.①5.④6.②7.②8.②9.④10.④三、简答题1.答：在外加电压是正弦的情况下，铁心中的磁通也为正弦波，因为磁路饱和的原因，产生这个正弦波磁通需要尖顶波的空载电流。2.答：因为三相组式变压器三相磁路彼此独立，采用Y，y联结时，主磁路中三次谐波磁通较大，其频率又是基波频率的三倍，所以，三次谐波电动势较大，它与基波电动势叠加，使变压器相电动势畸变为尖顶波，其最大值升高很多，可能危及到绕组绝缘的安全，因此三相组式变压器不能采用Y，y联结。对于三相心式变压器，因为三相磁路彼此相关，所以，三次谐波磁通不能在主磁路（铁心）中流通，只能通过漏磁路闭合而成为漏磁通。漏磁路磁阻很大，使三次谐波磁通大为削弱，主磁通波形接近于正弦波，相电动势波形也接近正弦波。但三次谐波磁通频率较高，流经油箱壁及其它铁件时会产生涡流损耗，引起局部过热，降低变压器运行效率，因此，只有容量小于1800KVA的三相心式变压器才允许采用Y，y联结。3.答：因为三次谐波电动势大小相等，相位相同，所以在线电动势中互相抵消，即线电动势中无三次谐波分量。4.答：三角形回路中有不大的环流，是三次谐波电流。它是由三次谐波磁通所感生的三次谐波电动势产生的。基波电动势不能在三角形回路中产生环流，因为三相基波电动势大小相等，相位互差，在三角形回路中它们的相量和等于0，所以不会产生环流。5.答：组式变压器测得的开口电压大。因为组式变压器三相磁路彼此独立，在原边Y接，副边d接开口的情况下，原边流过正弦波电流，铁心中三次谐波磁通很大，绕组中感应的三次谐波电动势就很大，由于三次谐波电动势大小相等、相位相同，所以测得的开口电压是每相三次谐波电压的三倍，数值较大。对于心式变压器来说，因为三相磁路彼此相关，三次谐波磁通只能通过漏磁路闭合，遇到的磁阻大，磁通数值小，在绕组中感应的三次谐波电动势也小，因此测得的开口电压没有组式变压器的大。四、作图题（略）91

17第4章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。由公式可知，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（当时），也可能升高（当时），带电容负载时，电压变化率可能为零（当时）。4.3在设计电力变压器时，为什么将铁心损耗设计得比额定铜损耗小？电力变压器额定运行时的效率是它的最大效率吗？答：由于电力变压器长年接在电网上运行，铁心损耗总是存在的，而且是不变的，而铜损耗却随负载而变化（负载随时间季节在变化），因此变压器不可能总是满载运行。为了减少电能损失，使变压器获得较高的的运行效率，将铁心损耗设计得比额定铜耗小，一般设计成～，这样，当运行在(0.5～0.7)倍额定负载时，变压器效率最大，这恰好适应了电力变压器一般在50%～70%额定负载下长期运行的实际情况，从而提高了运行经济性。可见，电力变压器额定运行时的效率并不是的最大效率。4.4变压器取得最大运行效率的条件是什么？若使电力变压器运行在最大效率附近，其负载系数应在多大范围内？答：变压器取得最大效率的条件是不变损耗（铁损耗）等于可变损耗（铜损耗）。其负载系数应在0.5～0.7范围内。4.5变压器并联运行的理想情况是什么？并联运行的理想条件有哪些？当并联的理想条件不满足时，将会产生怎样的不良后果？答：并联运行理想情况是：（1）空载时并联的各变压器之间没有环流；（2）负载时各变压器所分担的负载按其容量大小成正比例分配；（3）负载时各变压器输出电流相位相同。并联运行理想条件是：（1）各变压器的额定电压相等，即变比相等；（2）各变压器的联结组别相同；（3）各变压器的短路阻抗（短路电压）标么值相等，短路阻抗角也相等。91

18当变比不同时，变压器内部会产生环流，既占用变压器的容量，又增加了变压器的损耗；当联结组别不同时，将产生很大的环流，其值将达到额定电流的几倍，会烧毁变压器；当短路阻抗标么值不等时，变压器负载分配不合理，容量不能得到充分利用。4.6容量不同、短路阻抗标么值不等的两台变压器并联运行时，对容量大的变压器来说，希望它的短路阻抗标么值大一些还是小一些？为什么？答：对容量大的变压器，希望它的短路阻抗标么值小一些。因为它的短路阻抗标么值小，并联运行时，它的负载系数大，先达到满载，从而尽可能利用了变压器的容量。4.7变压器的空载电流很小，而空载合闸电流却可能很大，这是为什么？答：因为空载合闸时，主磁通的瞬时值将达到稳态值的2倍，使变压器铁心处于深度饱和，空载合闸电流急剧增加，即出现励磁涌流，其值可达空载电流的几十倍到百余倍。4.8变压器的稳态短路电流大小和突然短路电流与哪些因素有关？它们大约是额定电流的多少倍？答：稳态短路电流与短路阻抗大小有关()，其值可达额定电流的～倍。突然短路电流既与短路阻抗大小有关，还与突然短路瞬间电压瞬时值有关，当电压瞬时值为零时发生突然短路，则突然短路电流最大，其值可达额定电流的～倍。4.9一台三相变压器，kVA，，Y,d联结，在低压侧加额定电压做空载试验，测得；在高压侧做短路试验，短路电流，，，试求：（1）短路电阻和短路电抗的标么值；（2）带额定负载运行，负载功率因数=0.8（滞后）时的电压变化率和二次端电压；（3）带额定负载运行，负载功率因数=0.9（滞后）时的效率和最大效率。解：（1）（2）91

19(3)4.10一台三相变压器，kVA，，Y,d联结，从短路试验得=1%，=5.25%，当时，在低压侧加额定负载，测得端电压恰好等于额定值，试求此时负载的功率因数角及负载性质。解：根据，可知则负载为容性。4.11某变电所有两台变压器并联运行，数据如下：第I台：＝3200kVA，，＝6.9％；第II台：＝5600kVA，，＝7.5％。试求：（1）当输出总负载为8000kVA时，每台变压器分担的负载为多少？（2）在没有任何一台变压器过载的情况下，输出的最大总负载为多少？解：（1）由解得：kV••AkV••A91

20(2)此时，kV••AkV••AkV••A4.12某变电所有7台完全相同的变压器，每台的额定容量＝1000kVA，铁心损耗=5400W，满载时的铜损耗=15000W，变电所的总负载是3000kVA，如果希望变电所的效率为最高，试问应投入几台变压器并联运行？解：每台变压器运行在最高效率时的负载系数为若使变电所的效率最高，则：即kV••A故应投入5台变压器并联运行。第4章自测题参考答案一、填空题1.负载性质，变压器短路参数；2.大，小；3.不变损耗等于可变损耗，0.5～0.7；4.联结组别相同，变比相同，短路阻抗标么值相等；5.环流，环流；6.欠载，过载；7.短路阻抗标么值小的，欠载；8.，；9.～，～；10.2，深度饱和。二、选择题1.④；2.①；3.②；4.④；5.②；6.②7.②；8.④；9.③；10.①三、简答题1.答：电阻性负载时，电压变化率为正，外特性曲线是向下倾斜的；电感性负载时，电压变化率为正，外特性曲线也是向下倾斜的，程度比电阻性负载大；电容性负载时，电压变化率可能为正、负或零，外特性曲线可能向下倾斜，也可能向上倾斜。2.91

21答：因为电动机一般运行在额定状态，所以希望额定效率为最高效率；而变压器长期运行于50%～70%额定负载，所以希望(0.5～0.7)倍额定负载时为最高效率。3.答：（1）各变压器的额定电压相等，即变比相等；（2）各变压器的联结组别相同；（3）各变压器的短路阻抗（短路电压）标么值相等，短路阻抗角也相等。4.答：均为2倍。5.答：短路试验时的短路电流等于额定电流（最小），稳态短路电流等于额定电流的10～20倍；突然短路电流等于额定电流的20～30倍（最大）四、计算题1.解：（1）（2）（3）2.解：（1）由解得：kV••AkV••A91

22（2）此时，kV••AkV••AkV••A设备利用率为：第5章思考题与习题参考答案5.1什么是对称分量法？应用对称分量法的条件是什么？答：所谓对称分量法就是把一组不对称的三相系统分解成三组对称的三相系统，这三组对称的三相系统分别为正序、负序和零序系统，它们称为不对称三相系统的对称分量。对称分量法中应用到叠加定理，所以它仅适用于线性系统。5.2在对称分量法的变换关系式中，为什么只有U相对称分量？而没有其它两相的对称分量？答：因为V、W两相的对称分量与U相的对称分量数值相等，只是相位差依次为120o，240o，就是说，确定了U相的对称分量以后，也就确定了V、W两相的对称分量。5.3正序、负序和零序系统有哪些区别？画出它们的相量图，并写出它们的数学表达式。答：正序系统：三相电流（电压）大小相等，相位按正相序U—V—W依次滞后，其相量关系为：，，；负序系统：三相电流（电压）大小相等，相位按负相序U—W—V依次滞后，其相量关系为：，，；（a）正序系统（b）负序系统（c）零序系统零序系统：三相电流（电压）大小相等，相位相同，其相量关系为：。91

235.4为什么变压器的正、负序阻抗完全一样？答：因为正序系统、负序系统都是三相对称系统，二者仅仅是相序不同，对于静止的变压器来说，其电磁本质是完全相同的。因此，变压器的正、负序等效电路完全相同，正、负序阻抗也完全一样。5.5什么叫零序阻抗？什么叫零序励磁阻抗？它们分别与什么因素有关？答：变压器流过零序电流所遇到的阻抗称为零序阻抗；反映零序主磁通大小的阻抗称为零序励磁阻抗。零序阻抗与绕组连接方式和磁路结构有关；零序励磁阻抗只与磁路结构有关。5.6三相绕组连接方式对零序阻抗有何影响？三相磁路结构对零序励磁阻抗有何影响？答：三相绕组连接方式决定了零序电流能否流通，也就决定了零序阻抗是否为无穷大。例如，Y联结侧的零序电流不能流通，故零序阻抗为无穷大；YN联结侧的零序电流能流通，故零序阻抗有一定数值。三相磁路结构决定了零序磁通的大小，也就决定了零序励磁阻抗的大小。例如，组式变压器的零序磁通大，故零序励磁阻抗大；而心式变压器的零序磁通很小，故零序励磁阻抗很小。5.7试画出Y,d联结时三相变压器的零序等效电路图。答：见教材图5.2.45.8如何测定YN,y联结三相变压器的零序阻抗？画出原理接线图，并写出计算公式。答：原理接线如下图所示。计算公式为：；；WVUAWVwvu～5.9什么叫变压器的中点位移？产生中点位移的原因是什么？中点位移对变压器有哪些影响？答:91

24虽然外加线电压是对称的，但三相变压器带单相负载运行时，其相电压却是不对称时,这在相量图中就表现为相电压的中性点偏离了线电压三角形的几何中心点,这种现象称为中性点位移。产生中性点位移的原因是每相上叠加有零序电动势。中性点位移造成带负载相的端电压降低，其它两相端电压升高。5.10为什么Y,yn联结的三相组式变压器的中点位移大，而三相心式变压器的中点位移小？答:对于组式变压器，由于零序磁通在铁心中流通，遇到的磁阻很小，其值很大，会产生很大的，它叠加在每相电压上，造成较大的中性点位移。而三相心式变压器，零序磁通在漏磁路流通，通遇到的磁阻较大，其值较小，较小，中性点位移不严重。5.11为什么Y,yn联结的三相组式变压器不能带单相负载运行？答：Y,yn联结的三相组式变压器带单相负载时，零序磁通和零序感应电动势很大，中性点位移程度严重，带负载相端电压显著降低，负载电流很小；另两相电压却显著升高，危及变压器安全，因此组式变压器不能带单相负载。5.12已知三相不对称电流系统中U相电流的对称分量，A，A，试求三相不对称电流，，。解：，，第5章自测题参考答案一、填空题1.正序、负序和零序；零序2.一样的；相同的3.大；小4.铁心；大5.；6.二次；励磁7.负载；零序励磁8.零序；小9.带负载相；其它两相10.相；单相短路二、选择题1.③；2.④；3.③；4.④；5.③三、简答题1.答：共同点：三相零序分量和三次谐波分量均有大小相等，相位相同的特点；91

25不同点：三相零序分量频率与正序和负序频率相同，而三次谐波分量频率是基波的3倍。2.答：零序电动势的出现是产生中性点位移的根本原因。中性点位移导致负载相端电压降低，其它两相端电压升高。3.答：首先把不对称的三相系统分解为三组对称系统；然后对三组对称系统分别求解；最后把计算结果叠加起来，就得到不对称系统的数值。4.答：三相组式变压器不能采用Y,y联结的原因是相电动势波形畸变严重，危及变压器安全；不能采用Y,yn联结的原因是中性点位移程度大，不能带单相负载。5.答：见题5.8一、计算题1.解:，，2．解：，，第6章思考题与习题参考答案91

266.1三绕组变压器的绕组排列应遵循哪些原则？它们是如何排列的？不同排列方式对变压器的漏电抗参数有何影响？答：三个绕组的排列位子既要考虑绝缘方便，又要考虑功率的传递方向。从绝缘角度考虑，高压绕组不宜靠近铁心，总是放在最外层。从功率传递方向考虑，相互间传递功率较多的绕组应靠得近一些。升压变压器是把低压功率传递到高压和中压电网，因此低压绕组放在中间层，中压绕组放在内层；降压变压器是把高压电网的功率传递到中压和低压电网，因此中压绕组放在中间层，低压绕组放在内层。无论如何排列，对应于中间层绕组的等效漏电抗最小。6.2三绕组变压器的额定容量是如何定义的，三个绕组的容量有哪几种配合方式？实际运行时三个绕组传输的功率关系如何？答：在三绕组变压器中，三个绕组的容量可能相等，也可能不等，把最大的绕组容量定义为三绕组变压器的额定容量。三绕组额定容量有三种配合：；；。实际运行时，一个绕组的输入功率等于其他两个绕组输出功率之和，或者两个绕组的输入功率之和等于一个绕组的输出功率。6.3三绕组变压器中的漏磁通与双绕组变压器中的漏磁通有何不同？答：在双绕组变压器中，漏磁通是指只交链自身绕组的磁通；而在三绕组变压器中，漏磁通包括只交链自身绕组的磁通（自漏磁通）和只交链两个绕组的磁通（互漏磁通）两部分。6.4三绕组变压器的短路阻抗参数是如何测定的？答：三绕组变压器的短路参数通过三次短路试验测得：第一次短路试验：绕组1加电，绕组2短路，绕组3开路，可测得折算到绕组1的参数：第二次短路试验：绕组1加电，绕组3短路，绕组2开路，可测得折算到绕组1的参数：第三次短路试验：绕组2加电，绕组3短路，绕组1开路，可测得折算到绕组2的参数，再乘以可得到折算到绕组1的参数：联立求解可得：91

276.5一台三绕组变压器作降压变压器运行，中、低压绕组均带负载，当中压绕组输出电流增大时，试分析低压绕组端电压将如何变化？答：由三绕组变压器的等效电路可以看出，当中压绕组输出电流增大时，高压绕组电流随之增大，高压绕组漏阻抗压降将增大，导致励磁电动势降低，因此低压绕组的端电压将下降。6.6自耦变压器的结构特点是什么？它有何优点？适用在什么场合下使用？答：自耦变压器的结构特点是低压绕组是高压绕组的一部分，高、低压绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。与同容量的双绕组变压器相比，自耦变压器的优点是节省材料、效率较高。当变比越接近1时，绕组（设计）容量越小，优点越突出。它适用于做联络变压器，用来连接两个电压等级相近的电网；也可在实验室中做为调压器；或使用自耦变压器实现异步电动机的降压起动。6.7自耦变压器的功率是如何传递的？为什么它的设计容量比额定容量小？答：自耦变压器传递的功率由两部分组成：一部分是电磁功率，通过电磁感应作用从一次侧传递给二次侧负载，它是输出功率的倍；另一部分是传导功率，由电源经串联绕组直接传递给二次侧负载，它是输出功率的倍。因为设计容量是绕组容量，它对应电磁容量，仅是额定容量的，所以设计容量比额定容量小。6.8分裂变压器的结构特点是什么？与三绕组变压器有何不同？答：分裂变压器的两个分裂绕组在电路上彼此分离，在磁路上具有松散耦合，这两个分裂绕组结构相同，容量相等，且容量之和等于不分裂绕组的容量。分裂变压器要求：1）两个分裂绕组之间有较大的短路阻抗；2）分裂绕组与不分裂绕组之间有较小的短路阻抗，且相等。因此，将两个分裂绕组分别套在两个铁心柱上，使其具有较大的短路阻抗；不分裂绕组的两个并联绕组分别与两个分裂绕组套在同一铁心柱上，它们之间的短路阻抗较小，且相等。三绕组变压器的三个绕组套在同一铁心柱上，三个绕组之间磁耦合程度紧密，任意两个绕组之间的短路阻抗均较小。6.9分裂变压器有哪些运行方式和特殊参数？它们是如何定义的？答：1）穿越运行：将低压的两个分裂绕组并联成一个绕组对高压绕组运行，称为穿越运行。此时高、低压绕组之间的短路阻抗称为穿越阻抗，用91

28表示。2）半穿越运行：低压的一个分裂绕组对高压绕组运行（另一个分裂绕组开路），称为半穿越运行。此时高、低压绕组之间的短路阻抗称为半穿越阻抗，用表示。3）高压绕组开路，低压的一个分裂绕组对另一个分裂绕组的运行，称为分裂运行。此时两个分裂绕组之间的短路阻抗（折算到高压侧）称为分裂阻抗，用表示。4）分裂系数：分裂阻抗与穿越阻抗之比称为分裂系数，即。6.10试从物理意义分析分裂变压器的分裂阻抗较同容量普通变压器短路阻抗大的原因。答：分裂变压器的两个分裂绕组分别套在两个铁心柱上，彼此之间磁耦合松散，漏磁通较多，短路阻抗较大；普通变压器的高、低压绕组套在同一铁心柱上，彼此之间磁耦合紧密，漏磁通较少，短路阻抗较小。6.11简述电压互感器和电流互感器的用途与结构特点。答：互感器的用途：1）电压互感器用来把高电压变换成低电压，以方便用小量程的电压表测量，电流互感器用来把大电流变换成小电流，以方便用小量程的电流表测量；2）使测量回路与高压线路隔离，保障测试人员与设备的安全。结构特点：电压互感器的一次绕组匝数较多，二次绕组匝数少。为减小误差，铁心采用导磁性能好、铁耗小的硅钢片；工作点磁密设计得较低，使磁路处于不饱和状态；尽量减小磁路间隙以减小励磁电流，绕组装配尽量紧凑、均匀以减小漏磁通和漏电抗；适当采用较粗导线以减小绕组电阻。电流互感器的一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很多。为减小误差，工作点磁密设计得更低，以减小励磁电流,也要尽可能减小漏阻抗。6.12为什么说电压互感器运行时近似于变压器的空载状态？而电流互感器运行时近似于变压器的短路状态？答：电压互感器二次侧接电压表，因为电压表的阻抗很大，所以电压互感器运行时近似于变压器空载状态；而电流互感器二次侧接电流表，因为电流表的阻抗很小，所以电流互感器运行时近似于变压器的短路状态。6.13电压互感器和电流互感器的误差有哪两种？误差产生的原因有哪些？答：误差有变比误差和相角误差两种。误差的产生都是由于励磁电流和漏阻抗的存在，所以互感器设计和制造要尽可能减小励磁电流和漏阻抗。6.14为什么电压互感器运行时严禁二次侧短路？而电流互感器运行时严禁二次侧开路？91

29答：电压互感器一次侧电压很高，一次、二次侧漏阻抗很小，如果二次侧短路，短路电流会很大，将导致绕组绝缘损坏，危及人员和设备安全；电流互感器一次侧电流很大，匝数很少，二次侧匝数很多，如果二次侧开路，首先一次侧大电流成为励磁电流，将在铁心中产生很大的磁通，导致磁路严重饱和，铁损耗过大，发热严重，烧毁铁心，再者二次绕组将产生过高的电压，危及人员和设备安全。第6章自测题参考答案一、填空题1.中，低，高；低，中，高2.YN，yn0，d11；YN，yn0，y03.磁；电（电；磁）4.0.5；0.55.分离；松散6.相等；0.57.分裂；半穿越8.分裂阻抗与穿越阻抗；3～49.下降；下降很少10.短路；开路二、选择题1．④；2．②；3．①；4．④；5.②；6．④；7．①；8．①；9．②；10.②三、简答题1.答:当某侧负载发生变化时，高压绕组的电流将发生变化，导致高压侧等效漏阻抗压降发生变化，引起主电动势变化，所以另一侧负载的端电压也会发生变化，这本质上是三绕组之间存在磁耦合的结果。2.答：这是因为分裂变压器高压绕组具有较小的等效漏阻抗，而分裂绕组却具有较大的等效漏阻抗。3.答：电压互感器二次侧绝对不允许短路，电流互感器二次侧绝对不允许开路；二次绕组和铁心都要可靠接地；需要限制所接仪表数量以保证测量精度。4.答：应用场合：三绕组变压器用于把三个不同电压等级的输电系统连接起来；分裂变压器用做厂用变压器，向两段厂用电母线供电，或两台发电机共用一台分裂变压器向电网送电。结构特点：三绕组变压器的三个线圈套在同一个铁心柱上，三者之间磁耦合紧密；分裂变压器的两个低压分裂绕组分别套在两个铁心柱上，磁耦合松散；高压绕组的两个并联绕组分别与两个分裂绕组套在同一个铁心柱上，高压绕组与分裂绕组之间磁耦合紧密。主要性能：三绕组变压器三线圈耦合紧密，漏抗较小，当某一侧负载变化时，另一侧端电压也随之变化；而分裂变压器的两个低压分裂绕组的漏抗较大，当某一侧负载变化时，另一侧端电压变化很小；而且可以有效限制短路电流。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?91

30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。如果没有外力帮助，转子转速不可能达到同步速。当在外力作用下使转子转速高于同步速时，转子感应电动势和感应电流的方向改变，定子电流的方向随之改变，这时电机将由原来的电动机运行变为发动机运行，所以异步发电机的转速一定高于同步速。7.5简述转差率的定义。异步电机有哪三种运行状态?在每种状态下运行时，电机的转速和转差率的取值范围是多少？电磁转矩的性质和能量转换关系如何？答：同步转速与转子转速之差称为转差，转差和同步转速的比值称为转差率。异步电机有电动机、发电机、电磁制动三种运行状态。电动机状态时，，，电磁转矩为驱动转矩，电能转换为机械能；发电机状态时，，，电磁转矩为制动转矩，机械能转换为电能；电磁制动状态时，，，电磁转矩为制动转矩，吸收电能和机械能，并全部转换成了电机内部的损耗。7.6有一台三相异步电动机，极数，额定转差率＝0.05，额定频率＝50Hz，问电机的同步转速和额定转速各是多少？91

31解：7.7有一台三相异步电动机，，=，联结，，，，求：(1)接成或D形时的额定电流；(2)电机的同步速和磁极对数；(3)电机的额定转差率。解：（1）星形联结时：三角形联结时：（2），所以，（3）第7章自测题参考答案一、填空题1.导体加端环、三相对称；2.转子转速与旋转磁场转速不同步、转子电流是通过电磁感应作用产生的；3.气隙、20～50；4.0.01～0.06、接近；5.定子旋转磁场、电源相序二、选择题1.①2.②3.③4.④5.②91

32一、简答题1.答:改变电源相序就可实现异步电动机的反转。因为异步电动机的转子转向与定子旋转磁场的转向相同，而定子旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，因此改变三相电流的相序就可改变旋转磁场的转向，从而改变转子的转向。2.答：“异步”是指转子转速与旋转磁场转速不同步；“感应”是指转子电流是通过电磁感应作用产生的。3.答：同步转速分别为：；4.答：变压器的主磁路为铁心，其磁阻很小，产生额定主磁通所需要的励磁电流很小。而异步电动机的主磁路除了定、转子铁心外，还有两段气隙，其磁阻很大，产生额定主磁通所需的励磁电流很大。二、计算题解：（1）（2）（3）第8章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：91

338.2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：8.3试述短距系数和分布系数的物理意义。若采用长距绕组，即，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。分布系数是个分布线圈的合成电动势与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个线圈电动势的相量和，而集中线圈的合成电动势等于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E1=350V，定子绕组的每相串联匝数N=312，基波绕组系数kw1=0.96，求每极磁通。解：根据可知Wb8.5一台三相交流电机,fN=50HZ，2p=4，Z=36，定子为双层叠绕组，并联支路数a=1，，每个线圈匝数Nc=20，每极气隙磁通=7.5×10-3Wb，求每相绕组基波感应电动势的大小。91

34解：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=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）（2）因为采用整距绕组，故（3）取91

358.7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。三相绕组产生的合成磁动势沿空间按正弦规律分布，所以是空间的函数，合成磁动势又随时间而旋转，所以又是时间的函数。8.8简述交流电机单相绕组和三相绕组产生的基波磁动势的性质。答：单相绕组基波磁动势是一个在空间按余弦规律分布，其幅值的位置固定、大小随时间按正弦规律变化的脉动磁动势，脉动频率与电源频率相同；三相绕组合成磁动势是一个沿空间按正弦分布、幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，其幅值为单相脉动磁动势最大幅值的倍，转向由电流的相序决定，即由电流超前相向电流滞后相旋转，转速为同步转速。8.9如何改变三相合成旋转磁场的转向？答：改变三相绕组中电流的相序即可改变合成旋转磁场的转向。实际中，只要任意对调两根电源线就改变了电流相序，也就改变了旋转磁场的转向。8.10如果三相绕组通入同相位的交流电流，则单相基波磁动势的性质是否发生变化？三相合成磁动势如何？如果三相绕组中都通入直流电流，又如何？答：三相绕组通入同相位的交流电流，单相基波磁动势的性质不发生变化，仍然为脉动磁动势。但三相合成磁动势的性质发生变化，如果三相电流大小相等，那么合成磁动势为0，如果三相电流大小不等，合成磁动势便为一个轴线位置固定，大小和方向随时间变化的脉动磁动势。三相绕组都通入直流电流，单相磁动势成为幅值位置固定、大小和方向都不变的恒定磁动势。如果每相直流电流大小相等，那么合成磁动势为0，如果每相电流大小不等，合成磁动势便为一个轴线位置固定，大小和方向都不变的恒定磁动势。8.11一台50Hz的交流电机，今通入60Hz的三相对称交流电流，设电流大小不变，问此时基波合成磁动势的幅值大小、转速和转向将如何变化？答：幅值大小不变，转速因频率增大而加快到原来的1.2倍，转向不变。8.12匝数相同，空间错开90o电角度的两相绕组称为两相对称绕组。若对称的两相绕组中通入对称的两相电流,试用数学法和图解法分析其合成磁动势的性质？解：数学法：91

36显然，合成磁动势是一个幅值不变并沿圆周旋转的磁动势。同三相对称绕组通入三相对称电流一样，两相对称绕组通入两相对称电流也产生圆形旋转磁动势。8.13一台三相异步电动机，2p=6，Z=36，定子为双层绕组，，每相串联匝数N=72，通入50HZ的三相对称电流，每相电流有效值为20A，试求三相合成基波磁动势的幅值和转速。解：安匝/极8.14一台三相异步电动机，2p=6，Z=54，定子为双层绕组，槽，每相串联匝数N=180，通入50HZ的三相对称电流，每相电流有效值为10A，试求（1）单相磁动势的最大幅值；（2）三相合成基波磁动势的幅值和转速？解：（1）91

37安匝/极（2）安匝/极第8章自测题参考答案一、填空题1.20度、720度；2.2、4；3.U1-W2-V1-U2-W1-V2、；4.2、2；5.2、8；6.0.98、0.96；7.余弦、正弦；8.脉动、2；9.3000、电流相序；10.脉动、旋转二、选择题1.②2.②3.④4.④5.②6.④7.②8.④9.③10.④三、简答题1.答:构成原则：1)对称原则，三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开电角度；2）电动势相加原则，线圈两个线圈边的电动势应该相加，线圈与线圈串联也应符合这一原则；3）均匀原则，各相绕组在每个磁极范围内所占的槽数应相等，均等于。分布规律：根据对称原则，三相绕组的首端U1、V1、W1在空间应依次相距电角度；根据电动势相加原则及相邻磁极下导体感应电动势方向相反的特点，每相绕组的首端和末端应相距电角度；根据均匀原则，在每个磁极范围内，三相绕组应各占一个相带。因此，三相绕组在每对磁极下按相带的分布规律依次为U1-W2-V1-U2-W1-V2，它们各自占个槽。2.答：短矩系数是短矩线圈电动势与整矩线圈电动势之比，它小于1，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。分布系数是个分布线圈的合成电动势与个集中线圈的合成电动势之比，它小于1，因为分布线圈的合成电动势等于个线圈电动势的相量和，而集中线圈的合成电动势等于个线圈电动势的代数和。3.答：单相绕组基波磁动势是一个在空间按余弦规律分布，其幅值的位置固定、大小随时间按正弦规律变化的脉动磁动势，它既是空间的函数，又是时间的函数。4.91

38答：三相绕组合成基波磁动势是一个沿空间按正弦分布、幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，其幅值为单相脉动磁动势最大幅值的倍，转向由电流的相序决定，即由电流超前相向电流滞后相旋转，转速为同步转速。一、计算题1.解：2.解：（1）安匝/极（2）安匝/极第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。91

39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产生，而负载运行时，气隙主磁通由定子磁动势和转子磁动势共同产生，但是因为外施电压不变，根据可知，空载和负载时的主磁通基本是同一数值。如果考虑空载和负载时的定子漏阻抗压降和的微小差别，则负载时的略小于空载时的值，即负载时的主磁通略小于空载时的值，这一微小差别完全可以忽略不计，所以说主磁通“几乎不变”。9.5在分析异步电动机时，为什么要进行转子频率折算和绕组折算，如何进行折算？91

40答：由于异步电动机的转子（二次绕组）是旋转的，转子电路的频率与定子电路的频率不相等，所以首先必须对转子频率进行折算，使定、转子电路的频率相同，惟此才能将定子、转子电路连接在一起；异步电动机的转子绕组，不仅匝数与定子绕组不同，而且相数、绕组系数也与定子绕组不同，为了得到等效电路，所以还要进行绕组折算。1）转子频率折算：目的是使转子频率和定子频率相同，即用静止的转子等效旋转的转子。此时应该在转子每相绕组中串入一个附加电阻，静止转子每相总电阻变为，以此保证转子电流大小和相位不变。也就是说，转子每相电阻为，以转差率旋转的异步电动机可用转子每相电阻为的静止电机来等效。附加电阻是用来模拟异步电动机轴上总机械功率的等效电阻。2）转子绕组折算：目的是使转子绕组和定子绕组相同，即用一个和定子绕组具有相同相数、相同匝数、相同绕组系数的等效转子绕组来替代实际转子绕组。此时转子电流应除以变流比，转子电动势（电压）应乘以变电动势比，转子阻抗应乘以变阻比。9.6异步电动机的电压变比和电流变比为什么与变压器的不同？答：异步电动机的定、转子绕组为短矩、分布绕组，不仅匝数不同，相数和绕组系数也不同，所以变流比为，变压比为，变阻比为。相对异步电动机来说，变压器绕组是整距、集中绕组，原、副两边只是匝数不同，相数和绕组系数均相同，所以变流比和变压比相同，均为匝数比，变阻比为。可以说变压器绕组异步电动机绕组的一个特例。9.7转子静止与旋转时，转子边的电量与参数有何变化？答：转子旋转时，转子频率、转子电动势、转子漏抗分别为转子静止时的s倍，即，,。可见旋转时的值比静止时的值小。9.8三相异步电动机定子磁动势以什么速度切割转子？转子磁动势以什么速度切割定子？定、转子磁动势之间相对速度是多少？答：定子磁动势以的速度切割转子，转子磁动势以的速度切割定子，定、转子磁动势相对静止，相对速度是。9.9异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接电的联系，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。91

41答：虽然定子绕组和转子绕组没有电的联系，但二者有磁的耦合，当负载增加时，转子转速降低，定子磁动势切割转子的相对速度增大，转子感应电动势和感应电流也相应增大，导致转子磁动势增大，定子侧用来抵消该转子磁动势的负载分量磁动势随之增大，所以定子电流和输入功率会自动增加。9.10异步电动机等效电路中的电阻和各代表什么物理意义？答：是用来反映铁心损耗的等值电阻，是用来反映异步电动机轴上总机械功率的等效电阻。9.11为什么异步电动机的功率因数总是滞后的？为什么空载时功率因数较低，而满载时功率因数较高？答：异步电动机从定子侧吸收有功功率转换成机械功率的同时，还需要从定子侧吸收感性的无功功率建立磁场，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。空载时，输入的有功功率仅供给很小的空载损耗，故定子电流的有功分量很小，但用来产生主磁通的感性无功电流分量相对较大，所以空载时功率因数低。而满载时，电机所吸收的有功功率增加，定子电流有功分量增大，所以功率因数较高。9.12当电动机转轴上的机械负载增加时，电动机的转速、定子电流和转子电流如何变化？答：当电动机轴上的机械负载增加时，电动机的转速降低，转差率增大，转子感应电动势和感应电流增大，根据磁动势平衡关系，定子电流也增大。9.13异步电动机带额定负载运行时，如果电源电压下降，对电动机的、、、、有何影响？若电源电压下降过多，会产生什么严重后果？试说明其原因。答：电源电压下降，和随电压平方关系减小，随电压正比减小，由于负载转矩不变，将增大，将增大。如果电压下降过多，减小过多，若小于负载转矩，则电机将出现堵转，导致显著增大，也显著增大，可能烧毁电机。9.14一台异步电动机额定运行时，通过气隙传递的电磁功率约有3％转化为转子铜损耗，试问有多少转化为总机械功率?这时电动机的转差率是多少?答：根据，可知，当时，电磁功率的转化为总机械功率，这时电动机的转差率为。9.15当外加电压与转子电阻改变时，异步电动机的转矩特性曲线的形状如何变化？最大转矩和起动转矩如何变化？答：转矩特性曲线形状变化主要是考察理想空载转速、最大转矩、起动转矩、临界转差率如何变化。91

42当外加电压减小时，理想空载转速不变，最大转矩和起动转矩将减小，临界转差率不变；当转子电阻增大时，理想空载转速不变，最大转矩不变，临界滑差率随转子电阻增大而增大，当在一定范围内增加转子电阻时，起动转矩增大，超过这个范围，起动转矩反而减小。9.16为什么异步电动机的铁心损耗只考虑定子铁心损耗，而不考虑转子铁心损耗？答：因为主磁通以转速切割定子，定子铁心中磁通交变频率快（f1=50Hz），因此铁损耗较大，而主磁通以()转速切割转子，转子铁心中磁通交变频率很低（f2=sf1=3Hz左右），转子铁心损耗很小，可忽略不计，所以只需要考虑定子铁心损耗。9.17一台三相6极异步电动机，额定电压380V，定子三角形联结，频率50Hz，额定功率7.5kW，额定转速960r/min，额定负载时，定子铜耗474W，铁耗231W，机械损耗45W，附加损耗36W。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。解：（1）（2）（3）（4）（5）9.18一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，试计算电动机的电磁功率、转子铜耗及总机械功率。解：91

439.19一台PN=4.5kW、Y／D联结、380／220V、、、的三相异步电动机，试求：(1)接成Y联结及D联结时的额定电流；(2)同步转速及定子磁极对数；(3)额定负载时的转差率。解：（1）接成Y联结时，接成Δ联结时，（2）根据可知，（3）9.20一台6极异步电动机额定功率，额定电压，频率为50Hz，额定转速950r／min，功率因数，，，试计算额定负载时的。解：91

444.21一台三相4极Y联结的异步电动机，PN=10kW，UN=380V，IN=11.6A，=560W，=310W，=270W，=70W，=200W，过载能力，起动转矩倍数=1.8，试求额定运行时的：(1)额定转速；(2)空载转矩；(3)输出转矩；(4)电磁转矩；（5）最大转矩和起动转矩。解：（1）（2）（3）（4）（5）9.22已知一台三相异步电动机的数据为：，定子三角形联结，频率为50Hz，，，，，，忽略不计，。试求：（1）极数；（2）同步转速；（3）额定负载时的转差率和转子频率；（4）临界转差率、最大转矩和起动转矩；（5）用简化等效电路计算额定负载时的、、。解：（1）根据可知，，故91

45（2）（3）（4）（5）91

46第9章自测题参考答案一、填空题1.定子铁心损耗、转轴上总机械功率；2.4、0.033；3.定子励磁磁动势、定子和转子合成磁动势；4.1000、50；5.0.02、1；6.，；7.20、980；8.、；9.转子电流有功分量、负载转矩和空载制动；10.、二、选择题1.③2.①3.③4.③5.②6.④7.②8.③9.③10.①三、问答题1.答：空载时，输入的有功功率仅供给很小的空载损耗，故定子电流的有功分量很小，但用来产生主磁通的感性无功电流分量相对较大，所以空载时功率因数低。2.答:虽然定子绕组和转子绕组没有电的联系，但二者有磁的耦合，当负载增加时，转子转速降低，定子磁动势切割转子的相对速度（）增大，转子感应电动势和感应电流也相应增大，导致转子磁动势增大，定子侧用来平衡转子磁动势的负载分量磁动势随之增大，所以定子电流和输入功率会自动增加。3.答:定子电流和转子电流都会显著增大。因为定子被卡住后，定子磁动势以的速度切割转子，转子电动势和电流显著增大，导致转子磁动势增大很多，定子侧用来抵消该转子磁动势的负载分量磁动势随之也显著增大，所以定子电流增大很多。4.答：进行频率折算时，需要保持转子磁动势不变（大小、转速、转向、空间相位不变）；进行绕组折算时，需要保持转子磁动势大小不变、转子侧功率及损耗不变。四、计算题1.解:（1）T形和简化等效电路略。91

471.解：（1）（2）（3）（4）或91

48第10章思考题与习题参考答案10.1异步电动机的性能指标有哪些？它们代表的物理意义是什么？答：异步电动机的性能指标主要有五项，分别是：额定效率，额定功率因数，最大转矩倍数，起动转矩倍数和起动电流倍数。其中，和是反映电动机出力能力的指标，称为力能指标；是反映电动机短时间承受过负载能力的指标，称为过载能力；和是反映电动机起动性能的指标。10.2什么是三相异步电动机的Y-△降压起动?它与直接起动相比，起动转矩和起动电流有何变化?答：为了降低三相异步电动机的起动电流，对于定子绕组为Δ形联结电动机，起动时先将定子绕组接成Y形，实现降压起动，当起动完毕后，再将定子绕组恢复成Δ形联结进入正常运行。Y-△降压起动时，绕组电压降低倍，起动电流和起动转矩降均低为直接起动时的。10.3三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩与直接起动时相比有何变化?答：采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的倍（为自耦变压器的变比）。10.4在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，既可提高起动转矩，又能减少起动电流，这是什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？答：从等效电路来看，起动时，转子回路串入电阻，转子电流将减小，根据磁动势平衡关系，此时的定子电流也将减小。虽然转子电流减小了，但是因为转子电阻的增大，转子回路功率因数将提高，由可知，当所串电阻值适当时，转子电流有功分量是增大的，所以起动转矩会增大。必须指出，串入的电阻值不能过大，否则转子电流太小，使减小，导致起动转矩反而减小。转子回路串电感，可以降低起动电流，但同时转子的功率因数也降低，使减小，导致起动转矩减小；串电容时可分两种情况：1）当-=0或|-|<时，起动电流增大，起动转矩也增大；2）|-|>，起动电流减小，起动转矩也减小。10.5三相异步电动机进行变频调速时，应按什么规律来控制定子电压?为什么?91

49答：在变频调速时，为了保持电机良好的运行性能，总希望维持主磁通不变，因此需要保持不变，即电压与频率成正比变化。这也称为电压频率协调控制。10.6绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速有哪些特点？答：转子回路串电阻调速不能实现连续调节（分级调速），调速范围较小，转子电阻铜损耗增大，电机效率降低。10.7什么是绕线转子电动机的串级调速？与绕线转子电动机转子串电阻调速相比，其优点是什么？答：绕线转子异步电动机的串级调速不是在转子回路中串入电阻，而是串入一个与转子感应电动势频率相同、相位相反的附加电动势，从而改变转子电流的大小，实现速度调节。与转子回路串电阻调速相比，转差功率中只有一小部分被转子绕组电阻所消耗，而其余大部分被产生的装置回馈到了电网，所以即使电机在低速运行，效率也较高。10.8简述电磁转差离合器的工作原理和调速过程。答：工作原理：电磁转差离合器本质上也是一台感应电动机，但结构简单，主要由电枢（由铸钢制成的圆筒）和磁极组成。磁极上的励磁线圈通入直流电流产生恒定的磁场，电枢由异步电动机拖动，电枢因切割直流励磁磁场而产生涡流，该涡流与励磁磁场相互作用产生电磁力，拖动磁极转子沿电枢旋转方向旋转，磁极转子的转速必小于电枢的转速（即拖动电枢的异步电动机的转速）。调速过程：调节直流励磁电流的大小，可以平滑地调节机械负载的转速。在负载不变时，增大励磁电流，磁场增强，涡流增大，电磁转矩增大，磁极转子转速（既机械负载转速）上升，与之相伴，磁场与电枢相对速度减小，涡流开始减小，电磁转矩也减小，当转速升高到某一值时，电磁转矩减小（恢复）到又与负载转矩平衡，电机便在这个高转速下稳定运行。因此，增大励磁电流，负载转速上升，反之，减小励磁电流，负载转速下降。10.9如果电网电压不对称程度严重，三相异步电动机在额定负载下能否长时间运行？为什么？答：如果电源电压不对称程度严重，三相异步电动机不能在额定负载下长期运行。因为这时负序电压较大，负序磁场强，制动性质的负序电磁转矩大，电机转速低，正序电流大，再加上较大的负序电流，造成电机发热，长时间运行将烧毁电机。10.10三相异步电动机起动时，如果电源或绕组一相断线，电动机能否起动？如果运行中电源或绕组一相断线，能否继续旋转？为什么？答：对于Y形联结的电动机，一相电源断线或一相绕组断线情况是相同的，这时电机气隙中产生一个脉动磁场，因此电机不能起动。但运行中发生一相断线，电机仍能能继续旋转，这时相当于单相电动机运行，但此时电流会增大，电机发热，长时间运行会烧毁电机。91

50对于Δ形联结的电动机，如果一相电源断线，这时电机气隙中产生一个脉动磁场，因此电机不能起动。但运行中发生这种断线，能继续旋转，相当于单相电动机。如果一相绕组断线，电机变成两相绕组通两相电流，由于绕组在空间上有相位差、绕组电流在时间上有相位差，所以产生一个椭圆形旋转磁场，因此电机能起动，运行中发生这种断线，也能继续旋转。当然也将出现电机过热现象。10.11一台三相笼型异步电动机,△联结，，=0.85，起动电流倍数，起动转矩倍数，供电变压器允许起动电流为150A，能否在下列情况下采用降压起动？（1）负载转矩为；（2）负载转矩为。解：（小于150A）因此，负载转矩为时，可以采用Y—Δ起动；负载转矩为时，不可以采用Y—Δ起动。10.12一台三相笼型异步电动机的数据为：，△联结，IN=20A，，，求：(1)采用Y-△降压起动时，起动电流为多少?能否半载起动?(2)采用自耦变压器在半载下起动，起动电流为多少?试选择自耦变压器的抽头比。解：（1）91

51，所以不能半载起动。（2）可以选择系列抽头，这时，10.13一台4极绕线式异步电动机，50Hz，转子每相电阻，额定负载时，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：额定负载时降速运行时因负载转矩不变，则有即解得10.14有一台4极绕线式三相异步电动机，PN=155kW，50Hz，转子每相电阻R2=0.012Ω。已知在额定负载下转子铜耗为2210W，机械损耗为2640W，附加损耗为310W，试求：(1)额定转速及电磁转矩；(2)若电磁转矩保持不变，而将转速降到1300r／min，应该在转子的每相绕组中串人多大电阻?此时转子铜耗是多少?解：（1）91

52（2）降速后因负载转矩不变，则有即解得串电阻后串电阻后铜损耗为第10章自测题参考答案一、填空题1.额定效率和额定功率因数、起动转矩倍数和起动电流倍数；2.最大转矩倍数、短时间承受过负载；3.、；4.、；5.降低、增大；6.改变方向、对调定子任意两相绕组的出线端；7.转子电动势频率、相反；8.、正比；9.（0.5～0.6）倍额定负载，额定负载；10.反转旋转、制动二、选择题1.①2.③3.①4.①5.②6.②7.④8.①9.③10.④三、简答题1.答:起动时，转子转速为，定子磁场以同步转速切割转子，转子感应电动势及转子绕组电流都最大，根据磁动势平衡，定子电流（起动电流）也大。但起动时，转子频率高（为），转子漏抗大，因此转子功率因数低，转子电流有功分量小，而且起动时主磁通降低约一半，所以起动转矩却不大。2.答：通过改变定子绕组的接法，使定子每相的一半绕组中的电流方向发生改变，即可以实现变极调速。因为变极前后三相绕组的相序发生了变化，因此变极后只有对调定子两相绕组的出线端，才能保证电动机的转向不变。3.91

53答：单相绕组通入单相电流产生脉动磁场，它可以分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁场。这两个旋转磁场分别对转子形成正向电磁转矩和反向电磁转矩，在起动时，，合成转矩，所以单相异步电动机不能自起动。解决起动的主要途径是加装起动绕组，使电机在起动时产生旋转磁场。4.答：三相异步电动机在不对称电压下运行时，电机气隙中不仅存在正序旋转磁场，同时还存在幅值较小的负序旋转磁场，它们分别对转子产生正向电磁转矩和反向电磁转矩，由于反向电磁转矩的制动作用，使电机的合成转矩减小，过载能力降低，输出功率减小，效率有所下降。另外，不大的负序电压，也将引起较大的负序电流，造成电机发热。四、计算题1.解：2.解：串电阻降速后：因为串电阻后电磁功率不变，所以第11章思考题与习题参考答案91

5411.1同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系?在频率为50HZ时，极数和转速有什么关系？答:频率与转速的关系为：当频率为时，。11.2为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？答：汽轮发电机磁极对数少（通常p=1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。11.3试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。11.4一台汽轮发电机，极数，，，，，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。解：（1）（2）11.5一台水轮发电机，极数，，，，，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。解：（1）（2）（3）91

55第11章自测题参考答案一、填空题1.三相对称、直流；2.3000、3600；3.隐极、凸极；4.2、3000；5.转子转向、改变；6.旋转磁极、旋转电枢；7.旋转磁极、旋转电枢；8.转子、定子磁场；9.相同、相同；10.笼型转子、抑制转子机械震荡二、选择题1.④2.④3.②4.④5.③三、简答题1.答:同步发电机定子铁心槽内安放着空间相差的电角度的三相对称绕组。转子由磁极铁心和励磁绕组组成。当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定的转子磁场。转子由原动机拖动以转速匀速旋转时，转子磁场切割定子三相对称绕组，在三相绕组中产生三相对称的电动势。2.答：励磁方式分为：1）直流励磁机励磁系统：其优点是结构简单，直接获得直流电压；缺点是高转速、大容量的直流励磁机在制造和运行维护方面都存在一些困难，所以大容量汽轮发电机难以采用同轴直流励磁机励磁系统。2）静止半导体励磁系统：其优点是运行、维护方便，由于取消了直流励磁机，使励磁容量得以提高；缺点是励磁电流通过电刷和滑环引入励磁绕组，当励磁电流过大时，将使滑环产生高温而极易损坏。3）旋转半导体励磁系统：其优点是主励磁机实现了无刷化，避免了流经大电流的滑动接触，提高了电机运行的可靠性；缺点是转动部分的电压、电流难以测量，转子绕组保护比较困难。四、计算题解：（1）（2）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：91

56磁动势来源性质转速大小幅值位置电枢磁动势（定子磁动势）是定子三相绕组流过三相对称电流产生的。是交流旋转磁动势，本身就是旋转的，称为电气旋转磁动势。同步转速：当某相电流达到最大值时，基波幅值就转到该相绕组的轴线上。励磁磁动势（转子磁动势）是转子励磁绕组通入直流电流产生的。是直流恒定磁动势，本身并不旋转，在原动机的拖动下随转子而旋转，故称为机械旋转磁动势。随着转子一起以同步速n1旋转。因为原动机以同步速拖动转子旋转的。无论转子转到什么位置，基波幅值始终处在铁心磁极轴线处。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，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，(3)带电感负载。答：电枢反应的性质取决于负载电流与励磁电动势的相位关系，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）带电容负载时，由于它小于同步电抗（），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。91

57分析凸极同步电机时，不论电枢反应磁动势作用在什么位置，总是先把它分解为直轴电枢反应磁动势和交轴电枢反应磁动势，这两个分量分别固定地作用在直轴和交轴磁路上，分别对应固定的直轴和交轴磁阻，各自产生直轴和交轴电枢反应磁通，它们分别在绕组中产生直轴和交轴电动势，这种分析方法称为双反应理论。12.5对称负载运行时凸极同步电机有多少种电抗?试比较它们的大小。答：凸极同步发电机有五种电抗，分别是直轴电枢反应电抗、交轴电枢反应电抗，直轴同步电抗，交轴同步电抗，漏抗。其中，，，因为所以。12.6当凸极同步发电机的电流为恒定数值，而变动时，所产生的电枢反应电动势之值是否为恒值?在何值下有最大值和最小值?答：因为凸极同步发电机的气隙不均匀，即使为恒值，当变动时，电枢反应磁通也不会为恒值，所以不是恒值。当或时，电枢磁动势位于直轴，电枢反应磁通最大，故有最大值，当时，电枢磁动势位于交轴，电枢反应磁通最小，故有最小值。12.7同步发电机的转速一定，定子电流为额定值，保持转子励磁电流不变，根据电枢反应概念，试比较：①空载；②带电阻负载；③带电感负载；④带电容负载等四种情况下，发电机端电压的大小?为了保持端电压为额定值，应如何调节励磁电流?答：设负载容抗大于同步电抗，有，为了保持端电压为额定值，带电容负载时，应减小励磁电流；带电阻负载和电感负载时，都应增加励磁电流，带电阻负载比带电感负载时增加的励磁电流要小些。12.8为什么同步电抗的数值一般都较大(不可能做得较小)，试分析下列情况中同步电抗有何变化?(1)电枢绕组匝数增加；(2)铁心饱和程度提高；(3)气隙加大；(4)励磁绕组匝数增加。答：同步电抗与电枢绕组匝数的平方和铁心磁导率成正比，与气隙长度成反比。为了获得较大的电动势，电枢绕组匝数不可能太少，为了减小励磁安匝数，气隙应尽可能小，所以同步电抗不可能做得较小。（1）电枢绕组匝数增加，同步电抗增大；（2）铁心饱和程度提高，铁心磁导率降低，同步电抗减小；（3）气隙加大，同步电抗减小；（4）励磁绕组匝数增加，同步电抗不变。12.9同步发电机带上的对称负载后，端电压为什么会下降，试从电路和磁路两方面来分析。91

58答：从磁路方面来说，同步发电机带上的对称负载后，电枢反应会产生直轴去磁作用，使气隙电动势降低，同时电枢绕组漏阻抗流过电流会引起电压降，所以端电压会下降；从电路方面来说，同步阻抗流过电流会引起电压降，所以端电压会下降。12.10同步发电机短路特性曲线为什么是直线?稳态短路电流为什么不大?答：短路时，端电压，短路电流仅受发电机内部阻抗（电枢电阻和同步电抗）限制。因为电枢电阻远小于同步电抗，故短路电流可认为是纯感性，它产生的电枢反应只起直轴去磁作用，使气隙合成磁通很弱，磁路处于不饱状态，故；此时，磁路不饱和时为常数，故。因此，即短路特性为一直线。短路时，电枢绕组中的合成电动势很小（仅等于漏电抗压降），所以短路电流不会过大，或者说，因为发电机的直轴同步电抗较大，起限制短路电流的作用，所以短路电流不大。12.11列出隐极和凸极同步发电机在纯电容性负载下的电势方程式，并绘出其相量图。答：隐极发电机的电势方程式和相量图：（时）（时）将隐极发电机中的用替换，便得到凸极发电机的电势方程式和相量图。12.12有一台400kW，6300V（Y接法），（滞后）的三相凸极同步发电机，若发电机在额定状态下运行时，，（每相），不计磁路饱和与电枢电阻，试利用相量图求和。解：91

5912.13有一台三相隐极汽轮发电机，定子绕组Y接法，额定功率，额定电压，额定电流，同步电抗，不计电阻压降，用作图法求：（1），（滞后）时的；（2），（超前）时的。解：（1）（2）12.14凸极同步发电机，（Y接），，（滞后），，，不计电枢电阻，试求额定运行时的、、、。解：91

60（相电动势）第12章自测题参考答案一、填空题1.转子励磁磁场、电枢反应磁场；2.内功率因数角、外功率因数角；3.大、超前；4.大、小；5.交轴和直轴去磁、交轴和直轴助磁；6.电枢反应磁通、电枢反应磁通和电枢绕组漏磁通；7.最大、最小；8.、直轴去磁；9.电枢反应去磁作用、电枢绕组漏阻抗压降；10.纯阻性或阻感性、增大二、选择题1.②2.②3.④4.①5.②6.①7.②8.④9.③10.①三、简答及作图题1.答：同步发电机的电枢反应电抗与异步电动机的励磁电抗相对应。这两个电抗都是与定子三相合成磁动势产生的主磁通相对应的电路参数。2.答：从磁路方面来说，同步发电机带上的对称负载后，电枢反应会产生直轴去磁作用，使气隙电动势降低，同时电枢绕组漏阻抗流过电流会引起电压降，所以端电压会下降；从电路方面来说，在励磁电动势一定的情况下，同步阻抗流过电流会引起电压降，所以端电压会下降。3.答：发电机外特性反映端电压随负载电流变化的关系。负载性质基本决定了电枢反应的性质（交轴电枢反应、直轴去磁或助磁电枢反应），而负载大小决定了电枢反应的强弱。带阻性或感性负载时，由于电枢反应的去磁作用，外特性曲线是下降的；带容性负载时，由于电枢反应的助磁作用，外特性曲线是上升的。调整特性反映了为维持发电机端电压不变，励磁电流与负载电流（电枢电流）之间的变化关系。显然，要维持端电压不变，应调节励磁电流，以抵消电枢反应的影响，所以该特性与电枢反应性质和大小有关，即与负载性质和大小有关。带阻性或感性负载时，随负载电流增加，电枢反应去磁作用增强，端电压将下降，为保持端电压不变，必须增加励磁电流，因此调整特性曲线是上升的；带容性负载时，随负载电流增加，电枢反应助磁作用增强，端电压将上升，为保持端电压不变，必须相应减小励磁电流，因此调整特性曲线是下降的。4.答：带电阻负载时，带电容负载时，91

61四、计算题1.解：（1）所以既产生交轴电枢反应，又产生直轴去磁电枢反应。（2）所以产生直轴去磁电枢反应。（3）所以产生直轴助磁电枢反应。（4）所以产生交轴电枢反应。2.解：（线电动势）91

62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）发电机的端电压与电网电压大小相等，相位相同，即；（2）发电机的频率与电网频率相等；（3）发电机的相序与电网相序相同。如果，则存在电压差，当并列合闸瞬间，在作用下，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，则电压相量与的旋转角速度不同，因此相量与便有相对运动，两相量的相角差将在～之间变化，电压差在（～）之间变化。频率相差越大，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，和之间始终有相位差，电压差恒等于，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：功角既是时间相量空载电动势与电机端电压之间的时间相位差角，又是空间相量主磁场与合成磁场之间的空间夹角。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。13.4同步发电机并联于无穷大电网运行，试比较下列三种情况下的静态稳定性,并说明理由?(1)在过励磁状态下运行或在欠励状态下运行；(2)在轻载状态下运行或在重载状态下运行；(3)直接接到电网或通过升压变压器、长输电线接到电网。答：（1）在过励状态下运行比在欠励状态下运行静态稳定性好。因为此时功角91

63小，运行点离静态稳定极限（）远；（2）在轻载状态下运行比在重载状态下运行静态稳定性好。因为此时功角小，运行点离静态稳定极限（）远；（3）直接接到电网比通过升压变压器、长输电线接到电网静态稳定性好，后者相当于发电机同步电抗增大，在输出功率一定时，发电机功角增大，运行点离静态稳定极限（）比前者近，稳定性变差。DCBA13.5与无穷大电网并联运行的隐极同步发电机，保持无功功率不变，当增加有功功率输出时，功角、定子电流、功率因数和空载电动势如何变化？作出变化前、后的相量图？当保持输出有功功率不变，只增大励磁电流时，功角、定子电流、和空载电动势又如何变化？作出变化前、后的相量图？答：保持无功功率不变，则常数，因此的端点在竖直线CD上，同时常数，相量的端点在水平线AB上。（变化后各量加“′”号）。从图可见：当增加有功输出后，功角增大、定子电流增大、功率因数增大、空载电动势增大。也就意味着需要同时增大原动机输入功率（输入力矩）和励磁电流。DCBA保持输出有功功率不变，则常数，因此的端点在水平线AB上，同时常数，相量的端点在竖直线CD上。从图可见：当增加励磁电流后，功角减小、定子电流增大、功率因数减小、空载电动势增大。定子电流无功分量增大意味着输出无功功率增加。13.6有一台、、Y接线、(滞后)的汽轮发电机，，，试求额定负载下发电机的空载相电动势、功角及内功率因数角91

64，并画出相量图。解：（线电动势）由得13.7有一台凸极同步发电机，，，电枢电阻略去不计，试计算发出额定电压、额定电流、(滞后)时的发电机空载电动势及功角。解：（滞后）13.8有一台隐极同步发电机，并联于无穷大电网运行，，Y接法，同步电抗。如果该发电机输出功率时，。若保持励磁不变，将输出功率减少到，忽略电枢电阻，求：功角、电枢电流和功率因数。解：根据可知91

6513.9有一台隐极同步发电机，并联于无穷大电网运行，定子绕组Y接法，原来每相电动势，(滞后)，功角，输出电流。现在改变励磁使每相电动势，并减小原动机转矩，使功角，忽略电枢电阻，求：（1）电网电压和发电机同步电抗；（2）运行情况改变后的电枢电流和功率因数；（3）两种情况下，发电机发出的有功功率和无功功率。解：（1）（线电压）（2）（3）91

6613.10一台汽轮发电机并联于无穷大电网，，，，，(滞后)，如果保持励磁电流不变，在负载功率减为原来的、和时，求出这三种情况下的功角、电枢电流的标么值及功率因数。解：额定运行时当负载功率减为原来的时，当负载功率减为原来的时，91

67当负载功率减为原来的时，13.11一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，额定负载时，、Y接线、()，，，求：(1)发电机在额定状态下运行时，功角、电磁功率、比整步功率及静态过载能力；(2)若维持额定运行时励磁电流不变，输出有功功率减半时，、、及将为多少?(3）发电机运行在额定状态下，仅将其励磁电流加大10％时（不考虑磁路饱和），、、和电流各变为多少?解：（1）91

68（2）输出功率减半时，（3）13.12一台隐极发电机与无穷大电网并联运行，原来功角91

69，因为电网发生故障使电网电压下降到原来的60%，若故障前后发电机输出的有功功率保持不变，电枢电阻忽略不计，试求欲使功角不大于时，应把上升到原来的多少倍？解：根据可知，在输出有功功率不变时，电网发生故障前后应满足即欲使则13.13有一台汽轮发电机与无穷大电网并联运行，其额定数据为：，、Y接线、(滞后)，，，求：（1）发电机在额定负载时，电磁功率、功角、输出的无功功率及过载能力各是多少？2）若维持额定功率不变，减小发电机的励磁，使，试求此时发电机的电磁功率、功角、功率因数和输出的无功功率各是多少？解：（1）（2）91

7013.14设有一台凸极同步发电机，Y接线，，，并联于无穷大电网，线电压为，额定运行时功角，每相空载电动势。求该发电机额定运行时的基本电磁功率、附加电磁功率和总的电磁功率。解：13.15有一台并联于无穷大电网运行的凸极同步发电机，Y接线。电网线电压，，，忽略电枢电阻，此时输出为，(滞后)。若把功率因数提高到（滞后）并保持有功输出不变，求励磁电动势变成原来的百分之几？解：91

71提高功率因数到并保持有功输出不变，则第13章自测题参考答案一、填空题1．准整步、自整步；2．、～之间；3．时间相量与的夹角、空间矢量与的夹角；4．大、小；5．输入功率（力矩）、励磁电流；6．增大、减小；7．减小、降低；8．增大、提高；9．负载性质、励磁电流大小；10.先减小后增大、增大二、选择题1.④2.②3.②4.②5.④6.③7.②8.①9.①10.②91

72一、简答及作图题1.答：(1)验证发电机的相序；（2）将发电机转子励磁绕组跨接一个～倍于励磁电阻的限流电阻形成闭合回路，以免电枢的冲击电流在励磁绕组中感应很高的电动势而损坏绕组；（3）在无励磁的状态下，把发电机拖动到接近同步转速（差值小于5%）；（4）合上发电机的并列开关，并立即加上直流励磁，依靠定、转子磁场形成的电磁转矩将发电机拉入同步。2.答：功率变化，励磁电流不变时的相量图如图所示，其端点在以O点为圆心、为半径的圆弧CD上。可见：功率逐渐增大时，功角增大、定子电流增大、功率因数先增大后减小（由滞后过渡到超前）。3.答：励磁电流增大、励磁电动势增大、功角减小、定子电流先减小后增大、功率因数先增大后减小（由超前过度到滞后）、电机的静态稳定性提高。4.答：在正常励磁情况下，随着输出功率的增大，定子电流将增大，励磁电动势增大，励磁电流需要增大，因此在V形曲线上，随着输出功率的增大，正常励磁点连线略向右倾斜。四、计算题1.解：（1）91

73（2）根据可知2.解：（1）（2）第14章思考题与习题参考答案14.1同步发电机不对称运行对电机有哪些影响？主要是什么原因造成的？答：（1）引起转子表面发热。这是由于负序电流所产生的反向旋转磁场以二倍同步转速截切转子，在励磁绕组、阻尼绕组、转子铁心表面及转子的其它金属结构部件中均会感应出倍频电流，因此在励磁绕组、阻尼绕组中将产生额外铜损耗，转子铁心中感应涡流引起附加损耗。（2）引起发电机振动。由于负序旋转磁场以二倍同步转速与转子磁场相互作用，产生倍频的交变电磁转矩，这种转矩作用在定子、转子铁心和机座上，使其产生的振动。91

74可以看出，这些不良影响主要是负序磁场产生的，为了减小负序磁场的影响，常用的方法是在发电机转子上装设阻尼绕组以削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力。14.2为什么变压器中?而同步电机中?答：由于变压器是静止电器，正序电流建立的正序磁场与负序电流建立的负序磁场所对应的磁路是完全相同的，所以。而在同步电机中，正序电流建立的正序磁场是正转旋转磁场，它与转子无相对运动，因此正序电抗就是发电机的同步电抗，它相当于异步电机的励磁电抗；而负序磁场是反转旋转磁场，它以二倍同步速切割转子上的所有绕组（励磁绕组、阻尼绕组等），在转子绕组中感应出二倍基频的电动势和电流，这相当于一台异步电机运行于转差率的制动状态。根据异步电动机的磁动势平衡关系，转子主磁通对定子负序磁场起削弱作用，因此负序电抗就小于励磁电抗，所以在同步电机中。14.3试分析发电机失磁运行时，转子励磁绕组中感应电流产生的磁场是什么性质的？它与定子旋转磁场相互作用产生的转矩是交变的还是恒定的？答：发电机失磁运行时，转子转速n略大于定子磁场转速n1，同步发电机转入异步发电运行状态，其转差率，此时定子旋转磁场在励磁绕组中感应出频率为的交变电动势和交变电流，由于转子励磁绕组为单相绕组，因此励磁绕组将产生一个以频率交变的脉动磁场。该脉动磁场可以分解为大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁场，其中和转子转向相反的旋转磁场与定子磁场之间无相对运动，二者作用对转子产生恒定的制动电磁转矩，而和转子转向相同的旋转磁场与定子磁场之间有相对运动，二者作用对转子产生交变电磁转矩，总的合成电磁转矩是制动性质，方向不变，大小脉动。14.4简述同步发电机的阻尼绕组对抑制振荡的作用。答：同步发电机振荡时，转子转速不再是同步转速，转子与定子磁场之间存在相对运动，阻尼绕组中产生感应电动势和感应电流，并产生异步转矩。当转子转速高于同步转速时，相当于异步发电机运行，此时异步转矩具有制动作用，会迫使转速下降；而当转子转速低于同步转速时，相当于异步电动机运行，此时异步转矩具有驱动作用，又迫使转速上升，因此阻尼绕组产生的异步转矩对发电机在同步转速附近振荡具有阻尼作用，能使转速很快稳定到同步转速点上。14.5说明、、的物理意义，比较它们的大小?答：电抗是与磁通相对应的电路参数，磁通大小与其磁路的磁阻有关，因此电抗大小与其对应磁通所经过的磁路有关。若磁路的磁阻大，则磁通就少，电抗也就小。、、91

75是分别反映突然短路期间三个阶段的磁通路径变化所对应的电抗参数。第一阶段（突然短路瞬间）：直轴超瞬变电枢反应电抗对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙—转子励磁绕组及阻尼绕组外侧漏磁路—气隙—定子铁心，其磁阻大，磁通少，故小，因此直轴超瞬变电抗小。第二阶段（突然短路期间）：直轴瞬变电枢反应电抗对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙—转子阻尼绕组内侧铁心—转子励磁绕组外侧漏磁路—转子阻尼绕组内侧铁心—气隙—定子铁心，其磁阻较大，磁通较少，故较小，因此直轴瞬变电抗较小。第三阶段（进入稳态短路）：直轴电枢反应电抗对应磁通经过的磁路是：定子铁心—气隙—转子铁心（穿过励磁绕组和阻尼绕组）—气隙—定子铁心，其磁阻小，磁通多，故大，因此直轴同步电抗为大。即、、各自对应磁路的磁阻是依次减小的，对应磁通是依次增大的，故，因此。14.6同步发电机三相突然短路电流大的物理本质是什么?答：同步发电机突然短路电流大的物理本质是励磁绕组和阻尼绕组的感应电流导致电枢反应磁通的路径发生改变，致使电枢电抗减小。电抗的减小引起突然短路电流增大。14.7在同步发电机中，阻尼绕组对突然短路、不对称运行及振荡状态各起什么作用？答：阻尼绕组的存在使突然短路电流增大，但可以削弱负序磁场，提高发电机承受不对称负载的能力，还可依靠它所产生的异步转矩有效抑制振荡。14.8有一台三相同步发电机，，，，试求单相对中点稳态短路电流、两线之间稳态短路电流、三相稳态短路电流的表么值各为多少？（设）解：91

76第14章自测题参考答案一、填空题1.0、；2.漏、漏；3.削弱、抑制；4.有功、感性无功；5.减小、增大。二、选择题1.②2.①3.④4.②5.①三、简答题1.答：阻尼绕组相当于异步电机的转子绕组，定子负序磁场以二倍同步速切割阻尼绕组时，会在其中产生倍频的感应电流，此电流将产生转子磁动势，根据异步电机的磁动势平衡关系可知，该转子磁动势将对定子负序磁场起削弱作用。2.答：当外磁场引起超导体闭合回路的磁链发生变化时，由超导体闭合回路中感应电流所产生的磁链恰好抵消这种变化，使任意瞬间超导体回路的总磁链保持不变，这就是超导体闭合回路磁链守恒原理。3.答：负序磁场与转子之间存在二倍同步转速的相对运动，在转子绕组（励磁绕组和阻尼绕组）中感应出二倍基频的运动电动势和电流，这相当于一台异步电机运行于转差率情况下的制动状态。因此同步发电机在定子负序磁场作用下的定、转子之间的电磁关系为异步电机的电磁关系。4.答：同步发电机的电枢磁场和转子都是以同步速旋转，二者之间无相对运动，稳态运行时电枢磁场幅值恒定，故不会在转子绕组中感应电动势。但是同步发电机突然短路时，由于电枢磁场幅值发生突变，这将在转子绕组（阻尼绕组和励磁绕组）中感应出变压器电动势，此时同步发动机的定、转子绕组之间的电磁关系就如同变压器一、二次绕组之间的电磁关系。5.答：同步发电机突然短路时，由于励磁绕组和阻尼绕组的电磁感应作用，导致电枢反应磁通的路径发生改变，其磁路的磁阻增大，电枢磁通减少，电枢电抗减小，故突然短路电流增大。四、计算题解：设则91

77第15章思考题与习题参考答案15.1从同步发电机过渡到同步电动机时，功角、定子电流、电磁转矩的大小和方向有何变化？答：功角由正变负（由超前于变为滞后于），电磁转矩方向改变，由制动转矩变为驱动转矩，定子电流有功分量方向改变，由发出功率变为吸收功率。15.2当滞后时，电枢反应在发电机中有去磁作用而在电动机中却有助磁作用，为什么？答：在发电机中，当滞后时，发电机发出感性无功功率，发电机处于过励磁状态，电枢电流滞后于空载电动势，电枢反应有去磁作用；在电动机中，当滞后时，电动机吸收感性无功功率，即发出容性无功功率，所以电枢反应有助磁作用。15.3磁阻电动机的转矩是怎样产生的？为什么隐极电机不会产生这种转矩？答：磁阻电动机的转矩是由于电机的交、直轴磁阻不等（即）而产生的。隐极电机交、直轴对称，，所以不会产生磁阻转矩。15.4同步电动机带额定负载运行时，如，若保持励磁电流不变，使电机空载运行，如何变化？答：将减小到接近于零，电动机吸收容性无功功率和很少的有功功率以供空载损耗。15.5某工厂变电所变压器的容量为，该厂电力设备总功率为，（滞后），今欲新增一台、（超前）、的同步电动机，当此同步电动机满载时全厂的功率因数是多少？变压器是否过载？解：原有电力设备消耗的有功功率和无功功率分别为新增同步电动机消耗的有功功率和无功功率（超前）分别为91

78新增同步电动机后，消耗总的有功功率和无功功率分别为消耗总的容量总的功率因数变压器不过载，但几乎满载。15.6有一台发电机向一感性负载供电，有功电流分量为1000A，感性无功电流分量为1000A，求：(1)发电机的电流和；(2)在负载端接入同步调相机后，如果将提高到O.8，发电机和调相机电流各为多少?(3)如果将功率因数提高到=l，发电机和调相机电流又各为多少?解：（1）（2）发电机电流为发电机无功电流分量调相机电流为（3）发电机电流为调相机电流为91

79第15章自测题参考答案一、填空题1.超前、滞后；2.容、感；3.去磁、助磁；4.感性无功、容性无功；5.起动、抑制二、选择题1.②2.④3.④4.④5.②三、简答及作图题1.答:起动时，转子不加励磁，并将励磁绕组通过一个电阻短接。当定子加上电压后，定子旋转磁场在转子起动绕组中产生感应电流，此电流与定子磁场相互作用产生异步转矩，拖动转子旋转。当转速上升到接近同步转速时，给转子加上励磁，此时转子磁场和定子磁场的转速非常接近，依靠这两个磁场的相互作用力，便可把转子拉入同步速旋转。2.答：同步调相机也称同步补偿机，本质上是不带机械负载的同步电动机，它仅仅从电网吸收少许有功功率供给空载损耗，但通过调节它的励磁电流，可以改变它从电网吸收的无功功率大小和性质。过励时，它从电网吸收容性无功功率（或者说发出感性无功功率）；欠励时，它从电网吸收感性无功功率（或者说发出容性无功功率）。3.答：隐极同步电动机输入感性电流时的相量图如下图所示，此时电枢反应性质为交磁兼直轴助磁。4.答：：凸极同步电动机输入感性电流时的相量图如下图所示，此时电枢反应性质为交磁兼直轴助磁。91

80一、计算题1.解：原设备的各量：（滞后）（感性）增加电动机后，总设备的各量：（滞后）（感性）新增电动机的无功功率为（容性）新增电动机的容量为新增电动机的功率因数为（超前）2.解：（1）当时91

81发电机的容量为（2）完全补偿无功功率时，调相机的容量（发出的感性无功功率）为此时发电机的功率因数为发电机的容量变为（3）当时发电机的容量发电机供给的感性无功调相机的容量（发出的感性无功）第16章思考题与习题参考答案16.1简述直流发电机和直流电动机的基本工作原理。答：发电机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的磁场（励磁磁场），当原动机拖动转子旋转时，电枢线圈便切割励磁磁场而产生感应电动势，尽管该电动势是交流电动势，但是通过换向器和电刷的配合作用，在电刷两端可获得直流电动势，当电刷与外电路接通时，便可向外电路发出直流电流。电动机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的励磁磁场，当把直流电源加在电刷两端时，电枢线圈中将有电流流过，电枢线圈的每边导体在励磁磁场中将受到电磁力的作用，并对转轴形成电磁转矩，从而拖动转子旋转。必须指出，虽然外加直流电源，但通过电刷和换向器的配合作用，使电枢线圈中流过的是交流电流，从而保证电机产生固定方向的电磁转矩，拖动转子沿固定方向旋转。16.2在直流电机中，为什么每根导体的感应电动势为交流，而由电刷引出的电动势却为直流?换向器的作用是什么？91

82答：在直流电机中，电枢旋转使每根导体交替切割N、S极磁场，所以电枢导体电动势为交流。但由于换向器与电枢线圈一起旋转，而电刷固定不动，使得其中的一个电刷总是与位于N极下的导体相接触，另一个电刷总是与位于S极下的导体相接触，也就是说，一个电刷的电位总为正极性，而另一个电刷的电位总为负极性，所以电刷两端的电动势是一个极性不变的直流电动势。换向器是实现电刷两端直流电与电枢线圈中交流电的相互转换作用。16.3试判断下列情况下电刷两端电压的性质：(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）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，电刷两端电压为交流；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转时，电刷两端电压为直流。16.4试述直流电机的主要组成部件及其作用。答：直流电机主要由定子和转子组成。定子部分有：（1）主磁极，作用是产生恒定的主磁场；（2）换向极，作用是减少电刷与换向器之间的火花；（3）电刷装置，作用是与换向器一起实现直流电机的内部交流与外部直流的相互转换功能，并使电刷与换向器保持良好接触；（4）机座和端盖，机座的作用是用来固定主磁极、换向极和端盖，也是电机磁路的一部分。转子部分有：（1）电枢铁心，作用是用来安放电枢绕组并作为主磁路的一部分；（2）电枢绕组，作用是产生感应电动势和电流以及产生电磁转矩，是电能与机械能相互转换的重要部件；（3）换向器，又称整流子，是实现电枢内交流电和外部直流电的转换作用。16.5说明直流发电机与直流电动机额定功率的定义及其性质差别。答：额定功率是指输出功率。直流发电机的额定功率是指电机额定运行时，电刷端输出的电功率；直流电动机的额定功率是指额定运行时，电机转轴输出的机械功率。16.6一台直流电动机的铭牌数据如下：额定功率，额定电压，额定转速，额定效率。试求该电动机的额定输入功率和额定电流。解：16.7一台直流发电机的铭牌数据如下：额定功率，额定电压，额定转速，额定效率。试求该发电机的额定输入功率和额定电流。解：91

8316.8一台直流电机的极对数p=3，电枢绕组总导体数N=398，气隙每极磁通=2.1×10-2Wb，电枢电流Ia=10A，转速n=1500r/min，电枢绕组有两条并联支路。求电枢电动势和电磁转矩。解：第16章自测题参考答案一、填空题1.交流、直流；2.串励、复励；3.电、机械；4.相反、相同；5.相同、相反二、选择题1.③2.①3.②4.③5.③三、简答题和作图题1.答：由于主磁极励磁绕组中通入直流电流后产生的磁场为恒定磁场，即磁极铁心中的磁通是不变的，所以主磁极铁心包括定子铁轭中不存在磁滞和涡流损耗，所以可采用普通钢片。但由于电枢旋转，电枢铁心交替切割主磁极N、S磁场，电枢铁心中的磁通是交变的，故电枢铁心中产生涡流和磁滞损耗，为了减少涡流和磁滞损耗，电枢铁心必须采用硅钢片。2.答：有他励、并励、串励和复励四种。各接线图略。四、计算题解：（1）（2）（3）第17章思考题与习题参考答案91

8417.1如何判断直流电机是运行于发电机状态还是电动机状态，它们的与、与的方向有何不同，能量转换关系有何不同?答：通过比较和的大小来判断。如果，则为发电机状态，如果，则为电动机状态。发电机状态时，与方向相反，与方向相同，将机械能转换为电能；电动机状态时，与方向相同，与方向相反，将电能转换为机械能。17.2分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、Ia、If的关系式。答：他励发电机和电动机：并励发电机：，并励电动机：串励电动机：复励电动机：17.3直流电机中有哪些损耗?是什么原因引起的?为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗?答：直流电机中有：电枢铁心损耗、机械损耗、附加损耗、电枢回路铜损耗和励磁回路铜损耗。电枢铁心损耗是由于电枢铁心内磁场交变引起的；机械损耗是由于转动部件摩擦引起的；附加损耗是由于齿槽存在及漏磁场畸变引起的；电枢回路铜损耗是电枢电流在电枢回路总电阻上产生的损耗；励磁回路铜损耗是励磁电流在励磁回路电阻上产生的损耗。铁心损耗与磁通密度幅值及交变频率有关，因为磁密不变，在转速一定时，电枢内磁场的交变频率也不变，所以铁耗是不变损耗；机械损耗与转速有关，当转速一定时，它是不变损耗。17.4如果并励直流发电机不能自励建压，可能有哪些原因？应如何处理？答：（1）主磁极可能没有剩磁，应该通过励磁绕组给主磁极充磁；（2）转向不正确（或励磁绕组与电枢绕组的连接不正确），在有剩磁的状态下改变转向（或转向不变时，改变励磁绕组与电枢绕组的相互连接）；（3）励磁回路电阻过大，超过了临界电阻，此时应减小励磁回路的调节电阻。17.5并励直流发电机正转时能自励，反转时能否自励？为什么？答：正转能自励，说明励磁电流所产生的磁场恰好与剩磁方向相同，如果反转，励磁电流所产生的磁场就会与剩磁方向相反，主极剩磁被削弱，不能建立电压。17.6一台他励直流发电机，当励磁电流保持不变时，将转速提高20%，空载电压提高多少？若是并励直流发电机，当励磁回路电阻不变时，转速提高20%91

85，则电压比前者升高得多还是升高得少？为什么？答：对于他励发电机，励磁电流不变，主磁通为常数，转速升高，空载电压也会升高；对于并励发电机，当励磁回路电阻不变时，转速升高，电压比前者升高得多（大于），因为随着转速升高，电枢端电压增大，励磁回路中电流也会增大，主磁通增加，使得空载电压进一步升高。17.7一台并励直流发电机，在600r/min时，空载电压为125V，假如将转速提高到1200r/min，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问电机的空载电压为多少？答：17.8直流电动机起动时，为什么要将串联在励磁回路的电阻短接？答：将串联在励磁回路中的电阻短接，目的是使励磁电流最大，主磁通最大，以便在限制电枢电流（起动电流）的情况下获得足够大的起动转矩。17.9直流电动机的起动电流决定于什么?正常工作时的工作电流又决定于什么?答：直流电动机的起动电流（）取决于电源电压和电枢回路电阻的大小。正常工作时的电流（）取决于负载的大小，负载增大，转速降低，电动势减小，电流增大。17.10起动电流过大会产生什么影响?如何限制直流电动机的起动电流?答：起动电流过大，会造成直流电机换向困难，产生强烈火花；并引起电源电压瞬时跌落，影响同一电网上其它设备的运行。为了限制起动电流，可以采用电枢串联电阻起动或降低电压起动。17.11要改变他励和并励电动机的转向应该怎么办?仅仅改变电源的正、负极性，能使转向改变吗?答：对于他励电动机，只要改变电源电压的极性就可改变转向；对于并励电动机，仅仅改变电源电压的极性不能改变转向。因为此时电枢电流和励磁磁场同时改变方向，电磁转矩方向不变。要改变并励电动机的转向，只能改变励磁绕组或电枢绕组的电压极性。17.12一台并励直流发电机，励磁回路电阻，电枢回路电阻，额定负载时，，，忽略附加损耗。试求：(1)励磁电流和电枢电流；(2)电磁功率和电磁转矩；(3)电机的总损耗和效率。解：（1）91

86（2）（3）17.13一台并励直流电动机，，，，，，。试求：电动机额定运行时的输出转矩、电磁转矩和空载转矩。解：17.14有一台他励直流电动机，，，，，=0.1，保持额定负载转矩不变。求：(1)电枢回路串入0.3电阻后的稳态转速；(2)电源电压降为180V时的稳态转速；(3)磁通减弱为80%时的稳态转速。解：（1）91

87电枢回路串电阻后：（2）电压降低后：（3）磁通减小后：17.15一台并励直流电动机，额定功率=10kW，额定电压=220V，额定电流=54.8A，额定转速=1000r/min，额定励磁电流=1.6A，电枢回路总电阻=0.4。当电动机满载运行时，电源电压突然下降到200V，如果负载转矩保持不变，试求：(1)电压刚下降瞬间的电枢电流；(2)稳定运行后的电枢电流；(3)稳定运行后的转速。解：(1)电压刚下降瞬间，励磁电流不变，所以不变（2）稳定运行后91

88（3）第17章自测题参考答案一、填空题1.大、小；2.相同、相反；3.制动、驱动；4.铜损耗、空载损耗；5.、；6.不能、能；7.大、端电压下降后使励磁电流减小，感应电动势降低；8.0（或最小）、得到足够大的起动转矩；9.下降、增大；10.升高、增大二、选择题1.③2.②3.④4.④5.②6.③7.④8.②9.①10.③三、简答题1.答：有电枢串电阻调速、降低电压调速和减弱磁通调速三种方法。电枢回路串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是电阻只能分段调节，调速平滑性差，低速时特性软，转速相对稳定性差，限制了调速范围，由于串入电阻，损耗大，效率低。降压调速优点是电压能够平滑调节，可以实现无级调速，调速前后特性硬度不变，负载变化时，速度稳定性好，调速范围较宽，调速前后效率基本不变，经济性较好。但降压调速需要一套电压可连续调节的直流电源。弱磁调速的优点是通过电流较小的励磁回路进行调节，控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好，调速前后效率基本不变，经济性较好。缺点是特性变软，转速升高受到电机换向性能和机械强度的限制，升速范围不可能很大。2.答：并励直流电动机运行过程中励磁绕组断线可能有两种后果，一是由于磁通减小为剩磁通，电磁转矩减小，带不动负载导致电机停转，此时电枢电流达到很大值，可能烧毁绕组。二是在空载和轻载时会出现“飞车”，使换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身事故。若起动时断线，因磁通仅为很小的剩磁通，起动转矩很小，不足以克服阻力转矩，电机不能起动。91

89123.答：曲线1为他励发电机外特性，曲线2为并励发电机外特性。后者电压变化率大。他励发电机外特性下降有两个原因（1）电枢反应去磁作用使电枢电动势减小；（2）电枢回路电阻压降；并励发电机除了上面两个原因外，还因电枢端电压下降造成励磁电流减小，引起电枢电动势进一步降低，所以其外特性比他励发电机外特性下降多，电压变化率较大。4.答：当，（），电枢回路调节电阻时的机械特性称为自然机械特性。当，或，或电枢回路调节电阻时的机械特性称为人为机械特性。人为机械特性分为三种：电枢串电阻人为机械特性、降压人为机械特性、弱磁人为机械特性。和自然机械特性比较，电枢串电阻人为机械特性理想空载转速不变，曲线斜率增大，特性变软；降压人为机械特性，理想空载转速下降，曲线斜率不变，特性硬度不变；弱磁人为机械特性，理想空载转速升高，曲线斜率增大，特性变软。三、计算题1.解：（1）（2）2.解：（1）91

90（2）91