电机学第三版课后习题答案

条件（2）不满足发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压一相位角的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形，同时，冲击电流的有功分量还会在发电机的转轴上产生冲击机械扭转矩，使机轴扭曲变形，大的冲击电流还会使电枢绕组过热； 条件（3）不满足，发电机在并列时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形，还会使电枢绕组发热； 条件（4）不满足的发电机绝对不允许并列，因为此时发电机电压Ug和Uc恒差1200，△U恒等于3Ug，它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，也可能使发电机不能牵入同步。 3-2 凸极同步电机分析中运用到多种电抗的参数，请分别比较以下各组电抗的大小，并简述原因。

（1）不饱和同步电抗与饱和同步电抗； （2）交轴同步电抗与直轴同步电抗； （3）漏抗与保梯电抗。 答：（1）不饱和同步电抗 > 饱和同步电抗。原因(要点)：磁路不饱和，则磁导大，则不饱

和同步电抗大；(可以从多个角度分析)

（2）交轴同步电抗 < 直轴同步电抗。原因(要点)：直轴气隙小，则磁阻小(磁导大)，则直

轴同步电抗大；

（3）漏抗 < 保梯电抗。原因(要点)：实际零功率因数曲线和理论零功率因数曲线相比，前

者磁路的总磁阻大于后者的(，为了获得同样的气隙磁通，必须加大励磁磁势)，因此前者曲线比后者更下倾一些，由此得出的电抗三角形中代表INXP(与INX相对应)的线段要更长一些。故 XP > X 。

。.

3-3 有一台三相汽轮发电机，PN=25000千瓦，UN=10.5千伏，cos?N?0.8（滞后），Y接线，同步电抗x?2.13,ra?0 。试求额定负载下发电机的空载相电动势E0、E0与U之间的夹角?及E0与I之间的夹角?。

解：外功率因数角 ??arccos0.8?36.87

.0*t.?.?以电压相量为基准，即U?1?0 空载电动势和功角

***EO?U?jINxt?1?00?j1??36.870?2.13?2.844?36.80 .。＊N..*0??36.80E0?EUN/3?2.844?10.5/3?17.25kV内功率因数角 ??????36.8?36.87?73.7

000*0

3-4同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有

何影响？

[答]：同步电机有负载后，电枢绕组电流产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质由空载电势E0和电枢电流I的夹角即内功率因数角所决定。直轴电枢反应是增磁或去磁作用，交轴电枢反应使得合成磁场与主磁极磁场在空间形成一定的相位差，使主磁场扭歪，同时交轴磁势与合成磁场之间的相互作用形成了电磁转矩。

.3-5一台汽轮发电机，额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗X*s=0.8，该机并联于大电网。试求：

（1）额定运行时的功角；

（2）如果保持激磁不变，输出有功功率减半，求此时的电枢电流及功率因数。 解：设UN*?1?0?V,则IN*?1??36.87?V

（1）E0*?UN*?jIN*xs*?1?0??j1??36.87?*0.8?1.48?j0.64?1.61?23.4?(V) ??23.4? （2）P*?E0*U*sin?xs*即0.81.61?sin? 20.8 则??11.46? 即E0?1.61?11.46?

则jI*xs*?E0*?UN*?1.61?11.46??1?0.58?j0.32?0.662?28.9? I*?E0*?UN*0.662?28.9???0.828??61.1?

jxs*j0.8

则

I*?0.828cos??cos61.1??0.483直流电机

4-1 直流电机有哪些激磁方式？各有何特点？不同的激磁方式下，负载电流、电枢电流与激磁电流有何关系？ I 答： 他励

Ia If 并励

I If U 自励 串励

Ia 复励

Uf U 并励

Ia=If+I

If=U/Rf

他励

I=Ia If=Uf/Rf

I I=If Ia If

Ia U

U

复励

Ia=If+I 串励

Ia=If=I

4-2 试述并激直流发电机的自激过程和自激条件？

答：①有剩磁。当电机起动旋转时，电枢绕组切割主磁极下气隙中的剩磁磁场而感应一数值很小的剩磁电动势，由于励磁绕组与电枢绕组并联，因此就有一不大的励磁电流流过励磁绕组，产生一个不大的磁场，它也作用在气隙中。若它对原剩磁磁场起助磁作用，气隙磁场得以加强，致使电枢绕组感应电动势比原剩磁电动势增大，则励磁电流就进一步增大，其建立的磁场更进一步增强(即助磁作用进一步增强`)， 电枢电动势进一步提升,……，周而复始，经几个循环, 电枢绕组便建立起电压，因而②要求电枢转向及励磁绕组接线正确。为使建立一个定值电压，还需③主磁场具有饱和特性, 因磁路饱和后,励磁电流即使再增大, 主磁场因饱和而增加不大了, 所以电枢电动势就稳定在某一定值。这个稳定值的大小还取决于发电机励磁回路电阻的大小, 为保证要建立某一定值电压,还要求：④励磁回路电阻小于其临界值。

4-3若将串励直流电动机接到额定电压不变的50Hz交流电源上，此时电动机能否产生转向恒定的电磁转矩？简述原因。

［答］能产生转向恒定的电磁转矩。

?Tem?CT?Ia，串励电机中，Ia?If，通入交流电时，Ia与?方向始终保持同步，

所以可产生转向恒定的电磁转矩。

4-4 一台并励直流电动机，

PN?17kW,UN?220V,nN?3000r/min,IN?88.9A，电枢回路总电阻Ra?0.114?，

励磁回路电阻Rf?181.5?，忽略电枢反应的影响，求： （1）电动机的额定输出转矩？ （2）额定负载时的电磁转矩； （3）额定负载时的效率；

（4）在理想空载时（Ia?0）的转速；

（5）当电枢回路中串入一电阻R=0.15Ω时，在额定转矩下的转速。 解： ①额定输出转矩 TN?9550PN17?9550??54.1Nm nN3000

②额定负载时电磁转矩： 励磁电流 If?UN220??1.21A Rf181.5电枢电流 Ia?IN?If?88.9?1.21?87.7A

Ce?N?UN?IaRa220?87.7?0.114??0.07

nN3000TemN?CT?NIa?9.55Ce?NIa?9.55?0.07?87.7?58.63Nm

③额定负载时效率 ??PNPN17000???0.869 P1UNIN220?88.9④n0?UN220??3143r/min

Ce?N0.07⑤当电枢回路串入R?0.15?，在TN时转速：

n?

UN?Ia(Ra?R)220?87.7(0.114?0.15)??2812r/min

Ce?N0.074-5一台并励直流发电机，PN?35kW,UN?115V,nN?1450r/min，电枢回路电阻

ra?0.0243?，一对电刷压降2?U?2V，励磁回路电阻rf?20.1?，求额定时的电磁功

率和电磁转矩？ 解：励磁电流 If?U115??5.72A rf20.1负载电流 IN?PN35000??304.3A UN115电枢电流 Ia?IN?If?304.3?5.72?310A

电枢电动势 Ea?UN?IaRa?2?U?115?310?0.0243?2?124.533V 电磁功率 PM?EaIa?124.533?310?38605.23W 电磁转矩 T?PM38605.23??254.2Nm nN14502?2?6060

4-6并励电动机，UN＝220V，IN＝20A，电枢绕组总电阻ra=0.36?，电刷接触压降2?U＝2V，励磁回路电阻rf=100?，Pfe+Pm+Pad＝270W，电枢反应去磁等效励磁电流?If＝0.05A。磁化曲线Ce?=f (If0)如下表所示。试求： (1) 空载和满载转速，并求转速变化率； (2) 额定输出转矩和电磁转矩，以及效率?；

If0 (A) Ce? 0.5 0.0838 1.0 0.166 1.5 0.234 2.0 0.285 2.5 0.318 3.0 0.343 3.5 0.36 解：（1）空载时 If?If0?UN?2.2A rf用插值法 Ce??0.285?(0.318?0.285)*2.2?2.0?0.2982

2.5?2.0n0?U?737.8转/分 Ce?Iar?210. 8满载时 Ea?U?2?U?NIf0?If??If?2.15

Ce??0.285?(0.318?0.285)*?nN?2.15?2.0?0.2949

2.5?2.0Ea210.8??714.8转/分 Ce?0.2949n0?nN737.8?714.8*100%?*100%?3.2% nN714.8转速变化率：

（2）PM?EaIa?210.8*20?4216w

P2?PM?(PFe?Pm?Pad)?3946w

??2?n?74.82 60T2?P23946P4216??52.7N.m TM?M??56.35N.m ?74.82?74.82PCu?I2ra?144w P?u?2?UI?144w Pf?UIf?484w

P1?4216?144?40?484?4884w

??P2*100%?80.79% P1