電機(jī)學(xué)課后習(xí)題解答配王秀和、孫雨萍編

1、電機(jī)學(xué)作業(yè)題解（適用于王秀和、孫雨萍編電機(jī)學(xué)）1-5 何為鐵磁材料？為什么鐵磁材料的磁導(dǎo)率高？答：諸如鐵、鎳、鈷及他們的合金，將這些材料放在磁場(chǎng)后，磁場(chǎng)會(huì)顯著增強(qiáng)，故而稱之為鐵磁材料；鐵磁材料之所以磁導(dǎo)率高，是因?yàn)樵谶@些材料的內(nèi)部，大量存在著磁疇，這些磁疇的磁極方向通常是雜亂無(wú)章的，對(duì)外不顯示磁性，當(dāng)把這些材料放入磁場(chǎng)中，內(nèi)部的小磁疇在外磁場(chǎng)的作用下，磁極方向逐漸被扭轉(zhuǎn)成一致，對(duì)外就顯示很強(qiáng)的磁性，所以導(dǎo)磁性能強(qiáng)。1-9 鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗是如何產(chǎn)生的？為何鐵心采用硅鋼片？答：鐵心中的磁滯損耗是因?yàn)殍F心處在交變的磁場(chǎng)中，鐵心反復(fù)被磁化，鐵心中的小磁疇的磁極方向反復(fù)扭轉(zhuǎn)，致使磁疇之間不斷

2、碰撞，消耗能量變成熱能損耗；又因?yàn)殍F心為導(dǎo)體，處在交變的磁場(chǎng)中，鐵中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流圍繞著磁通做漩渦狀流動(dòng)，從產(chǎn)生損耗，稱之為渦流損耗，之所以采用硅鋼片是因?yàn)橐环矫嬉蚬桎撾娮韪?，?dǎo)磁性能好，可降低渦流損耗，另一方面，采用薄片疊成鐵心，可將渦流限制在各個(gè)疊片中，相當(dāng)于大大增加了鐵心的電阻，從進(jìn)一步降低了渦流損耗。1-13 圖1-27所示為一鐵心，厚度為0.05m，鐵心的相對(duì)磁導(dǎo)率為1000。問(wèn)：要產(chǎn)生0.003Wb的磁通，需要多大電流？在此電流下，鐵心各部分的刺痛密度是多少？解：取磁路的平均長(zhǎng)度，上下兩邊的長(zhǎng)度和截面積相等算一段，算作磁路段1，左側(cè)為2，右側(cè)為3。磁路

3、段1長(zhǎng)度和截面積：，；磁路段2長(zhǎng)度和截面積：，；磁路段1長(zhǎng)度和截面積：，；總磁阻：磁動(dòng)勢(shì)：勵(lì)磁電流：ii400匝0.15m0.15m0.15m0.1m匝0.2m匝0.05m匝在此電流下，鐵心各部分的磁通密度分別為：2-5 變壓器做空載和短路試驗(yàn)時(shí)，從電源輸入的有功功率主要消耗在什么地方?在一、二次側(cè)分別做同一試驗(yàn)，測(cè)得的輸入功率相同嗎？為什么？答：做空載試驗(yàn)時(shí)，變壓器的二次側(cè)是開路的，所以變壓器輸入的功率消耗在一次測(cè)的電阻和激磁（勵(lì)磁）支路電阻上，空載時(shí)，變壓器的一次側(cè)電流僅為額定負(fù)載時(shí)的百分之幾，加之一次側(cè)電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于激磁電阻，所以輸入功率主要消耗在激磁電阻上。所以，可以認(rèn)為空載損耗就是鐵耗

4、。短路試驗(yàn)時(shí)，二次側(cè)短路，一次側(cè)所加電壓很小，鐵心損耗忽略不計(jì)，輸入功率主要消耗在一、二次測(cè)的繞組電阻上，可以認(rèn)為短路損耗就是繞組的銅耗。在一、二側(cè)分別做同一試驗(yàn)，如空載試驗(yàn)在額定的電壓下；短路試驗(yàn)在額定的短路電流下，在一、二次測(cè)消耗的功率是一樣的。2-8 一臺(tái)三相變壓器的額定容量為,額定電壓為35kV/10.5kV，一、二次繞組分別為星形、三角形聯(lián)結(jié)，求：(1)這臺(tái)變壓器一、二次側(cè)的額定電壓、相電壓及額定線電流；（2）若負(fù)載的功率因數(shù)為0.85(滯后)，則這臺(tái)變壓器額定運(yùn)行時(shí)能帶多少有功負(fù)載？輸出的無(wú)功功率又是多少？解：（1）一、二次側(cè)的額定電壓：；。額定相電壓：；。額定線電流：；。（2）這

5、臺(tái)變壓器額定運(yùn)行時(shí)能帶的有功負(fù)載：；輸出的無(wú)功功率是：。2-12 一臺(tái)三相變壓器，一、二次繞組分別為星形、三角形聯(lián)結(jié)。在低壓側(cè)做空載試驗(yàn)，數(shù)據(jù)為 ，。在高壓側(cè)做短路試驗(yàn)，測(cè)出數(shù)據(jù)為 ，。，求變壓器參數(shù)（實(shí)際值和標(biāo)幺值）。解：變壓器的變比為：；，。由空載試驗(yàn)得：，因短路試驗(yàn)在高壓側(cè)做的，所以，算出的短路阻抗不需歸算，3-3 直流電機(jī)主磁路包括哪幾部分？磁路未飽和時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在哪一部份？答：直流電機(jī)的主磁路包括氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁軛五部分；磁路未飽和時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在電機(jī)的氣隙上。3-14 一臺(tái)直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)，單疊繞組，并聯(lián)支路數(shù)，電樞總導(dǎo)體數(shù)匝，氣隙每極磁通，當(dāng)轉(zhuǎn)速分

6、別為1500r/min 和500r/min 時(shí)，求電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。若電樞電流Ia=10A，磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩是多大？解：（1）， ；當(dāng)時(shí)， ；時(shí)， 。（2）。3-15 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：, , , , 。計(jì)算額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的、。解：，,，。答：直流電機(jī)主磁路包括定子軛、主磁極、氣隙、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛五部分，其中，定子軛、主磁極、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子軛四部分由導(dǎo)磁材料（硅鋼或鑄鋼）構(gòu)成，導(dǎo)磁性能很好，磁路不飽和時(shí)，這幾部分消耗的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)較小，所以，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在不導(dǎo)磁的氣隙段。4-10 一臺(tái)三相同步發(fā)電機(jī)，,定子采用雙層短距分布繞組，每相串聯(lián)匝數(shù),星形聯(lián)結(jié)，每極磁通 ，試求

7、：（1）該發(fā)電機(jī)的極數(shù)；（2）定子槽數(shù)；（3）基波繞組系數(shù)；（4）基波相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)。解：（1）因?yàn)閷?duì)同步電機(jī)，有，故，即 ；（2）槽； （3）,， ，；（4）；。4-14 一臺(tái)三相6000kW汽輪發(fā)電機(jī)，, ，星形聯(lián)結(jié)，雙層繞組定子槽數(shù) ，并聯(lián)支路數(shù) ， ，線圈由一匝組成，求額定電流時(shí)：（1）一相繞組所產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)幅值；（2）基波三相合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值。解： ，； ， ， （1） 安匝；（2）基波三相合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值 安匝。5-5 說(shuō)明轉(zhuǎn)子歸算和頻率歸算的意義，歸算是在什么條件下進(jìn)行的？答：轉(zhuǎn)子歸算的目的是將電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的量用定子側(cè)的量表示，最終得到定子、轉(zhuǎn)子統(tǒng)一的等效電路，因?yàn)槎?、轉(zhuǎn)子

8、側(cè)只有磁場(chǎng)的藕合關(guān)系，沒(méi)有電的聯(lián)系，如不進(jìn)行歸算，定子和轉(zhuǎn)子的電路是分離的，計(jì)算電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)很不方便，如果通過(guò)等價(jià)變換歸算，就能將電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的參數(shù)和電路畫到一個(gè)電路中，就可以用這個(gè)等效電路來(lái)計(jì)算電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，很方便。頻率歸算就是用一個(gè)電阻為R2/s的靜止轉(zhuǎn)子代替原來(lái)電阻為R2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，而保持定轉(zhuǎn)子的電磁性能不變。轉(zhuǎn)子歸算就是用定子的繞組匝數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子側(cè)的運(yùn)行參數(shù)，而保持轉(zhuǎn)子側(cè)的磁動(dòng)勢(shì)不變，由于保持歸算前后的電磁性能不變，所以，各種功率、各種損耗、轉(zhuǎn)矩等歸算前后均不變。5-14 設(shè)有一臺(tái)50Hz、8極的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)差率，該電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是多少？額定轉(zhuǎn)速是多少？當(dāng)該電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在

9、700r/min時(shí)，轉(zhuǎn)差率是多少？當(dāng)該電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率是多少？解：該電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是：，額定轉(zhuǎn)速是：；當(dāng)該電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在700r/min時(shí)，轉(zhuǎn)差率是：，當(dāng)該電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率是：。5-17 已知一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)如下：，定子三角形聯(lián)結(jié)，頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速，,忽略不計(jì)，。試求：（1）極數(shù)；（2）同步轉(zhuǎn)速；（3）額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子頻率；（4）匯出T形等效電路并計(jì)算額定負(fù)載時(shí)的，和。解：（1）因，故，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間相差不多，故，取整數(shù)，所以極數(shù)為4；（2）同步轉(zhuǎn)速：；（3）額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率：；轉(zhuǎn)子頻率：；（4）題5-17圖 T型等效電路設(shè)以電源電壓為參考相

10、量，即，由T型等效電路得：故 。5-20 一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，額定電壓為380V，定子三角形聯(lián)結(jié)，頻率為50Hz,額定功率為7.5kW時(shí)，額定轉(zhuǎn)速為960r/min，額定負(fù)載時(shí)，定子銅耗為474W，鐵耗為231W，機(jī)械損耗為45W,附加損耗為37.5W，試計(jì)算額定負(fù)載時(shí)：（1）轉(zhuǎn)差率；（2）轉(zhuǎn)子電流頻率；（3）轉(zhuǎn)子銅耗；（4）效率；（5）定子電流。解：（1）轉(zhuǎn)差率：，取p為整數(shù)3，則，（2）轉(zhuǎn)子電流頻率：（3）轉(zhuǎn)子銅耗：，因，故 （4）效率：,（5）定子電流：。6-1 同步電機(jī)有哪幾種運(yùn)行狀態(tài)，如何區(qū)分？答：同步電機(jī)有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)0，為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)0，為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀

11、態(tài)；當(dāng)=0，為補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。6-10 有一臺(tái)70000、60000、13.8（星形聯(lián)結(jié)）的三相水輪發(fā)電機(jī)，交、直軸同步電抗的標(biāo)幺值分別為、，試求額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)（不計(jì)磁飽和與電樞電阻）。解：功率因數(shù)：；以端電壓為參考相量，；從相量圖得：；故；則由圖可知內(nèi)功率因數(shù)為：；電流直軸分量：；由于、和均為同相，故為；6-25 某工廠電力設(shè)備的總功率為4500，（滯后）。由于發(fā)展生產(chǎn)、欲新添一臺(tái)500的同步電動(dòng)機(jī)，并使工廠的總功率因數(shù)提高到0.9（滯后），問(wèn)此電動(dòng)機(jī)的容量及功率因數(shù)應(yīng)為多少？（電動(dòng)機(jī)的損耗忽略不計(jì)）。解：添加同步電動(dòng)機(jī)前：；。添加同步電動(dòng)機(jī)后：；（滯后）；故；。7-1 反應(yīng)式

12、步進(jìn)電機(jī)與永磁式步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別？答：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心及定子鐵心上有小齒，定轉(zhuǎn)子齒距相等，轉(zhuǎn)子鐵心上沒(méi)有繞組。永磁式步進(jìn)電機(jī)定子上有二相或多相繞組，轉(zhuǎn)子為星形永磁磁極，極數(shù)與每相繞組的極數(shù)相等。7-7 何為壓電效應(yīng)？超聲波電機(jī)是如何利用壓電效應(yīng)工作的？答：在機(jī)械力的作用下，某些電介質(zhì)晶體因其內(nèi)部帶電粒子相對(duì)移動(dòng)而發(fā)生極化，介質(zhì)兩端面上出現(xiàn)極性相反的電荷，電荷密度與外力成正比。這種由于機(jī)械力的作用而使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象，稱之為正壓電效應(yīng)。反之，將一電介質(zhì)晶體置于電場(chǎng)中，晶體內(nèi)部正負(fù)電荷受外部電場(chǎng)影響而移動(dòng)，導(dǎo)致晶體發(fā)生變形，這一效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。超聲波電機(jī)就是利用逆壓電效應(yīng)工作的。采用壓電晶體材料，使之產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，使某部分做橢圓運(yùn)動(dòng)，從而撥動(dòng)轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。8-2 電機(jī)中的絕緣材料分幾類？對(duì)應(yīng)的允許工作溫度為多少?答：在電工技術(shù)中，將絕緣材料按其允許工作溫度分成若干個(gè)等級(jí)：A、E、B、F、H級(jí)，它們的允許工作溫度分別為：105、120、130、155和180oC。8-3 測(cè)量電機(jī)繞組溫度的方法有哪幾種？測(cè)量結(jié)果有什么不同？答：（1）溫度計(jì)法。該方法