《电机与拖动基础》习题解答
第一章 直流电机原理
P33
1-21一台并励直流发电机=16kW, =230V,=69.6A,=1600r/min,电枢回路电阻=0.128,励磁回路电阻=150,额定效率=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。
解：===1.53A =+=69.6+1.53=71.13A
=+=230+=239.1V
===647.6W
==17kW
输出功率===18.7kW
1-29并励直流发电机=7.5kW, =220V, =40.6A, =3000r/min,Ra=0.213.额定励磁电流=0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。
解： =-=40.6-0.683=40A
P1===8932W
===84%
=9550=9550=24N·m
=Ra=0.213=341W
==150W
W
T=9550=9550=27 N·m
=27-24=3 N·m
第二章 电力拖动系统的动力学
P48
2-9 负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？
答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。风机、泵类、负载特性的特点是其转矩与转速的二次方成正比即，这类生产机械只能单方向旋转。恒功率负载特性的特点是在不同速度下负载转矩与转速n差不多成反比即常数。
第三章 直流电动机的电力拖动
P96
3-28一台他励直流电动机，铭牌数据为，，，，试求：（1）固有机械特性并画在坐标纸上。（2）时的转速。（3）转速时的电枢电流。
解：（1），
，
，，
，
。
根据（1058，0）和（1000，606）两点可画出机械特性。
（2）当时的转速：
（3）当时的：
。
可见当时电动机运行在回馈制动状态。
3-29电动机的数据同上题。试计算并画出下列机械特性：（1）电枢回路总电阻为时的人为特性。（2）电枢回路总电阻为的人为机械特性。（3）电源电压为，电枢回路不串入电阻时的人为机械特性。（4）电源电压为,电枢不串入电阻，时的人为机械特性。
解：已知，，
，，
。
电枢回路总电阻为时：
，，
根据（1058，0）和（529.3，606）两点可画出曲线1。
电枢回路总电阻为时：
，，
根据（1058，0）和（-1057，606）两点可画出曲线2。
电源电压为，时：
，，
根据（529，0）和（473，606）两点可画出曲线3。
，，时：
，，
，
根据（2115，0）和（2004，606/2）两点可画出曲线4。
（图略）
3-30型他励直流电动机，，，，，采用电枢串电阻分三级起动，最大起动电流为，试计算各级起动电阻值。
解：，
，
，，
，满足要求。
，
，
，
，
，
。
3-35他励直流电动机，，，，，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速，最高理想空载转速，试求：（1）时的最低转速及此时的静差率。（2）拖动恒功率负载时的最高转速。（3）调速范围。
解：采用降低电源电压调速时对应于基速以下，基速以上采用弱磁调速。
（1），，
，，
，。
（2）拖动恒功率负载时应采用弱磁调速。
，，
，
，，。
（3）调速范围应将两种方法合并考虑。
。
3-36一台他励直流电动机，，，，，电动机原工作在额定电动状态下，已知最大允许电枢电流为，试求：（1）采用能耗制动停车，电枢中应串入多大电阻？（2）采用电压反接制动停车，电枢中应串入多大电阻？（3）两种制动方法在制动到时，电磁转矩各是多大？（4）要使电动机以的转速下放位能负载，，采用能耗制动运行时，电枢应串入多大电阻？
解：（1），
，
（2）反接制动时：
（3）采用能耗制动方法在制动到时，电磁转矩。
采用电压反接制动方法在制动到时：
（4）当时
3-37一台他励直流电动机，，，，，，拖动一台起重机的提升机构，已知重物的负载转矩，为了不用机械闸而由电动机的电磁转矩把重物吊在空中不动，问此时电枢回路应串入多大电阻？
解：重物吊在空中不动，则，。
3-44他励直流电动机的数据为，，，，。系统总飞轮矩，在固有特性上从额定转速开始电压反接制动，制动的起始电流为。试求反抗性负载及位能性负载两种情况，求：（1）反接制动使转速自降到零的制动时间。（2）从制动到反转整个过渡过程的及的解析式，并大致画出过多过程曲线。
解：（1），
应串入电阻，
，
，
。
（2），
，
位能性负载，
。
反抗性负载
第四章 变压器
P131
4-2 一台三相变压器, U1N/U2N=10/6.3kV SN=100kVA, Y，d联结，求一次侧和二次侧额定电流。
解：
4-8单相变压器SN=5000kVA，铁心柱有效截面积为S=1120cm2，Bm =1.45T，求高，低绕组匝数。
解：
4-9一台单相变压器，U1N/U2N=220/110V,N1=300匝，N2=150匝，f=50Hz,铁心密度为Bm=1.2T，求铁心柱有效面积。
解：
4-18单项变压器在低压侧加电压做空载实验，测的数据为在高压侧加电压做短路实验测的数据为，实验温度25℃为求折算到高压侧的励磁参数和短路参数，画出形等值电路。
解：变比k=
在低压侧做空载实验则
折算后高压侧
折算后高压侧
在高压侧做电压做短路实验则：
形等值电路：
4-18三相变压器SN=1800kVA， ，Y，d11联结,加额定电压时的空载损耗P0=6.6kW,短路电流额定时的短路损耗为PK=21.2kW,求额定负载cos=0.8时的效率及效率最大时的负载参数.
解：
=98.1%
4-24画出三相变压器的Y,y8 ,Y, y10,Y,d7, Y ,d9连接组的接线图.
解:(1)Y,y8
(3)
Y,d7
4-33一台自耦变压器，， ,I2=200A试求绕组各
部分电流，传导功率和感应功率。
解：变比
感应功率（电磁功率）
传导功率P传导=U2I1=180163.6=29448
第五章 三相异步电动机原理
P178
5-6 一台三相交流电机，定子是三相对称单层绕组，已知极数2p=4，定子槽数Z1=36,并联支路数a=1,元件节距y=t. (1)画出槽电动势星形图，（2）画出U相绕组展开图；（3）求基波绕组系数；（4）如果每极磁通=0.0172w,频率f=50Hz,每个元件的匝数N=10,求基波相电动势。
解：(1)槽距角=
(2) U相绕组展开图（略）
（3）=1
（4）
5-13 证明两组对称绕组（空间位置差电角度）流过两相对称电流（时间差）时产生的是圆形旋转磁动势。
证明：设
两相对称绕组流过两相对称电流后产生两相脉振磁势为
+
=
=
可见这是一个圆形旋转次动势。
证毕
5-26异步电动机,,,,=975r/min,=0.8, =50Hz,试问该电机的极对数P,额定转差率和额定负载时的效率各为多少?
解：
=0.025 =3
=79.021kW
=94.9%
5-27 一台异步电动机,输入功率=8.6kW,定子铜损耗,铁损耗=210W,转差率s=0.05,试求电磁功率、转子铜损耗和总机械功率。
解： =--=-425-210=7965W
=S=0.057965=398.25W
7965=7566.75W
5-29 三相异步电动机=28kW,=380v,=950r/min,=0.88,=50Hz,额定运行时,,=1.1kW,忽略,试求(1)额定转差率;(2)总机械功率,电磁功率和转子铜损耗;(3)输入功率及效率;(4)定子额定电流.
解： （1）
（2）
=1.53kW
(3)
A
第六章 三相异步电动机的电力拖动
P241
6-24.三相异步电动机2P=4, ,在额定负载下，保持＝常数，将定子频率降至25HZ时，电动机的调速范围和静差率各是多少？
答：2P=4
6-33. 一台三相六极笼型异步电动机的数据为：，定子绕阻Y联结，试求（1）额定转差率；（2）最大转矩；（3）过载能力；（4）最大转矩对应的转差率。
解：（1）
(2）
（3）
(4）
6-34．一台三相绕线转子异步电动机有关数据为：
求：（1）额定转矩；（2）最大转矩；（3）最大转矩对应的转差率；（4）用实用公式绘制电动机的固有机械特性；（5）计算
解：（1）
（2）
（3）
（4）
列表如下：
S
0
0.04
0.183
0.4
0.6
0.8
1
T（）
0
996
2388
1806
1332
1038
846
（图略）
（5）
6-35一台三相绕线转子异步电动机，额定数据为：定子绕阻Y联结，电动机拖动恒转矩负载，再固有机械特性上稳定运行，当突然在转子电路中串入三相对称电阻R=1，求：（1）在串入转子电阻瞬间电动机产生的电磁转矩；（2）电动机稳定运行的转速n,输出功率电磁功率及外串电阻R上消耗的功率；（3）在转子串入附加电阻前后的两个稳定状态下，电动机转子电流是否变化？
解：（1）
=0.7312=149
突串电阻瞬间，S来不及变，在同一值下有：
（2）A点转差率：
S=0.03，S=2.4（舍去）
忽略空载损耗：
（3）因为拖动的是恒转矩负载，所以转子电流有功分量是不变的。
6-41．一台绕线转子异步电动机有关数据为：
转子回路每相串入电阻为时，求转子串电阻调速的（1）调速范围；（2）最大静差率；（3）拖动恒转矩负载时的各级转速。
解：（1）
当时
当时
当时
（2）调速范围
（3）各级转速分别为
6-42一台鼠笼型三相异步电动机有关数据为：
采用变频调速，保持恒定，若调速范围与上题相同，试计算（1）最大静差率；（2）频率为时电动机的转速.
解：（1）最大静差率：
（2）已知上题中
当频率为时
当频率为时
6-45．一台绕线转子异步电动机的技术指标为：
定转子均为Y联结，该电动机的反抗性负载， （1）要求启动转矩时，转子每相应串入多大电阻？
（2）如果在固有机械特性上运行时进行反接制动停车，要求制动开始时的转矩，转子每相应串入多大电阻？
解：（1）
要求 则
得
当时
当时
（2）在固有机械特性上
反接制动瞬间
第七章 同步电动机
P260
7-1为什么同步电动机只能运行在同步转速，而异步电动机不能在同步转速下运行？
答：同步电动机转子转速与旋转磁场的转速必须相等，不能有转速差，因为一有转速差，定转子磁极的相对位置就不断变化，在一段时间内磁极异性相吸，转子受磁拉力，过180°后同性相排斥，转子受推力，这样交替进行，转子所受平均力矩为零，电动机不能运动。
而异步电动机在电动状态下运行时，转子转速总要比旋转磁场转速低一些，这是因为假如转子转速赶上理旋转磁场的转速，转子和旋转磁场就不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。
第九章 电力拖动系统中的电动机的饿选择
P300
9-15 试比较FS=15%,30kW,和FS=40%,20kW两台断续周期工作制的电动机,哪一台的实际功率大些?
解：将FS=15%,30kW的电动机折算到FS=40%为标准的暂载率，再进行比较
可见FS=40%，20kW的一台实际功率大些。；
