PAGEPAGE4第15章思考題與習(xí)題參考答案15.1從同步發(fā)電機過渡到同步電動機時，功角、定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩的大小和方向有何變化？答：功角由正變負（由超前于變?yōu)闇笥冢姶呸D(zhuǎn)矩方向改變，由制動轉(zhuǎn)矩變?yōu)轵?qū)動轉(zhuǎn)矩，定子電流有功分量方向改變，由發(fā)出功率變?yōu)槲展β省?5.2當滯后時，電樞反應(yīng)在發(fā)電機中有去磁作用而在電動機中卻有助磁作用，為什么？答：在發(fā)電機中，當滯后時，發(fā)電機發(fā)出感性無功功率，發(fā)電機處于過勵磁狀態(tài)，電樞電流滯后于空載電動勢，電樞反應(yīng)有去磁作用；在電動機中，當滯后時，電動機吸收感性無功功率，即發(fā)出容性無功功率，所以電樞反應(yīng)有助磁作用。15.3磁阻電動機的轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的？為什么隱極電機不會產(chǎn)生這種轉(zhuǎn)矩？答：磁阻電動機的轉(zhuǎn)矩是由于電機的交、直軸磁阻不等（即）而產(chǎn)生的。隱極電機交、直軸對稱，，所以不會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。15.4同步電動機帶額定負載運行時，如，若保持勵磁電流不變，使電機空載運行，如何變化？答：將減小到接近于零，電動機吸收容性無功功率和很少的有功功率以供空載損耗。15.5某工廠變電所變壓器的容量為，該廠電力設(shè)備總功率為，（滯后），今欲新增一臺、（超前）、的同步電動機，當此同步電動機滿載時全廠的功率因數(shù)是多少？變壓器是否過載？解：原有電力設(shè)備消耗的有功功率和無功功率分別為新增同步電動機消耗的有功功率和無功功率（超前）分別為新增同步電動機后，消耗總的有功功率和無功功率分別為消耗總的容量總的功率因數(shù)變壓器不過載，但幾乎滿載。15.6有一臺發(fā)電機向一感性負載供電，有功電流分量為1000A，感性無功電流分量為1000A，求：(1)發(fā)電機的電流和；(2)在負載端接入同步調(diào)相機后，如果將提高到O.8，發(fā)電機和調(diào)相機電流各為多少?(3)如果將功率因數(shù)提高到=l，發(fā)電機和調(diào)相機電流又各為多少?解：（1）（2）發(fā)電機電流為發(fā)電機無功電流分量調(diào)相機電流為（3）發(fā)電機電流為調(diào)相機電流為第15章自測題參考答案填空題1.超前、滯后；2.容、感；3.去磁、助磁；4.感性無功、容性無功；5.起動、抑制選擇題1.②2.④3.④4.④5.②簡答及作圖題1.答:起動時，轉(zhuǎn)子不加勵磁，并將勵磁繞組通過一個電阻短接。當定子加上電壓后，定子旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子起動繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流與定子磁場相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)速上升到接近同步轉(zhuǎn)速時，給轉(zhuǎn)子加上勵磁，此時轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的轉(zhuǎn)速非常接近，依靠這兩個磁場的相互作用力，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步速旋轉(zhuǎn)。2.答：同步調(diào)相機也稱同步補償機，本質(zhì)上是不帶機械負載的同步電動機，它僅僅從電網(wǎng)吸收少許有功功率供給空載損耗，但通過調(diào)節(jié)它的勵磁電流，可以改變它從電網(wǎng)吸收的無功功率大小和性質(zhì)。過勵時，它從電網(wǎng)吸收容性無功功率（或者說發(fā)出感性無功功率）；欠勵時，它從電網(wǎng)吸收感性無功功率（或者說發(fā)出容性無功功率）。3.答：隱極同步電動機輸入感性電流時的相量圖如下圖所示，此時電樞反應(yīng)性質(zhì)為交磁兼直軸助磁。4.答：：凸極同步電動機輸入感性電流時的相量圖如下圖所示，此時電樞反應(yīng)性質(zhì)為交磁兼直軸助磁。計算題解：原設(shè)備的各量：（滯后）（感性）增加電動機后，總設(shè)備的各量：（滯后）（感性）新增電動機的無功功率為（容性）新增電動機的容量為新增電動機的功率因數(shù)為（超前）解：（1）當時發(fā)電機的容量為（2）完全補償無功功率時，調(diào)相機的容量（發(fā)出的感性無功功率）為此時發(fā)電機的功率因數(shù)為發(fā)電機的容量變?yōu)椋?）當時發(fā)電機的容量發(fā)電機供給的感性無功調(diào)相機的容量（發(fā)出的感性無功）第16章思考題與習(xí)題參考答案16.1簡述直流發(fā)電機和直流電動機的基本工作原理。答：發(fā)電機原理：定子勵磁繞組通入直流電流建立恒定的磁場（勵磁磁場），當原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈便切割勵磁磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，盡管該電動勢是交流電動勢，但是通過換向器和電刷的配合作用，在電刷兩端可獲得直流電動勢，當電刷與外電路接通時，便可向外電路發(fā)出直流電流。電動機原理：定子勵磁繞組通入直流電流建立恒定的勵磁磁場，當把直流電源加在電刷兩端時，電樞線圈中將有電流流過，電樞線圈的每邊導(dǎo)體在勵磁磁場中將受到電磁力的作用，并對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。必須指出，雖然外加直流電源，但通過電刷和換向器的配合作用，使電樞線圈中流過的是交流電流，從而保證電機產(chǎn)生固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子沿固定方向旋轉(zhuǎn)。16.2在直流電機中，為什么每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢為交流，而由電刷引出的電動勢卻為直流?換向器的作用是什么？答：在直流電機中，電樞旋轉(zhuǎn)使每根導(dǎo)體交替切割N、S極磁場，所以電樞導(dǎo)體電動勢為交流。但由于換向器與電樞線圈一起旋轉(zhuǎn)，而電刷固定不動，使得其中的一個電刷總是與位于N極下的導(dǎo)體相接觸，另一個電刷總是與位于S極下的導(dǎo)體相接觸，也就是說，一個電刷的電位總為正極性，而另一個電刷的電位總為負極性，所以電刷兩端的電動勢是一個極性不變的直流電動勢。換向器是實現(xiàn)電刷兩端直流電與電樞線圈中交流電的相互轉(zhuǎn)換作用。16.3試判斷下列情況下電刷兩端電壓的性質(zhì)：(1)磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)；(2)電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)。答：（1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)時，電刷兩端電壓為交流；（2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)時，電刷兩端電壓為直流。16.4試述直流電機的主要組成部件及其作用。答：直流電機主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子部分有：（1）主磁極，作用是產(chǎn)生恒定的主磁場；（2）換向極，作用是減少電刷與換向器之間的火花；（3）電刷裝置，作用是與換向器一起實現(xiàn)直流電機的內(nèi)部交流與外部直流的相互轉(zhuǎn)換功能，并使電刷與換向器保持良好接觸；（4）機座和端蓋，機座的作用是用來固定主磁極、換向極和端蓋，也是電機磁路的一部分。轉(zhuǎn)子部分有：（1）電樞鐵心，作用是用來安放電樞繞組并作為主磁路的一部分；（2）電樞繞組，作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流以及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的重要部件；（3）換向器，又稱整流子，是實現(xiàn)電樞內(nèi)交流電和外部直流電的轉(zhuǎn)換作用。16.5說明直流發(fā)電機與直流電動機額定功率的定義及其性質(zhì)差別。答：額定功率是指輸出功率。直流發(fā)電機的額定功率是指電機額定運行時，電刷端輸出的電功率；直流電動機的額定功率是指額定運行時，電機轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率。16.6一臺直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，額定效率。試求該電動機的額定輸入功率和額定電流。解：16.7一臺直流發(fā)電機的銘牌數(shù)據(jù)如下：額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，額定效率。試求該發(fā)電機的額定輸入功率和額定電流。解：16.8一臺直流電機的極對數(shù)p=3，電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)N=398，氣隙每極磁通=2.1×10-2Wb，電樞電流Ia=10A，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，電樞繞組有兩條并聯(lián)支路。求電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。解：第16章自測題參考答案填空題1.交流、直流；2.串勵、復(fù)勵；3.電、機械；4.相反、相同；5.相同、相反選擇題1.③2.①3.②4.③5.③簡答題和作圖題1.答：由于主磁極勵磁繞組中通入直流電流后產(chǎn)生的磁場為恒定磁場，即磁極鐵心中的磁通是不變的，所以主磁極鐵心包括定子鐵軛中不存在磁滯和渦流損耗，所以可采用普通鋼片。但由于電樞旋轉(zhuǎn)，電樞鐵心交替切割主磁極N、S磁場，電樞鐵心中的磁通是交變的，故電樞鐵心中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，為了減少渦流和磁滯損耗，電樞鐵心必須采用硅鋼片。2.答：有他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。各接線圖略。計算題解：（1）（2）（3）第17章思考題與習(xí)題參考答案17.1如何判斷直流電機是運行于發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)，它們的與、與的方向有何不同，能量轉(zhuǎn)換關(guān)系有何不同?答：通過比較和的大小來判斷。如果，則為發(fā)電機狀態(tài)，如果，則為電動機狀態(tài)。發(fā)電機狀態(tài)時，與方向相反，與方向相同，將機械能轉(zhuǎn)換為電能；電動機狀態(tài)時，與方向相同，與方向相反，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。17.2分別對不同勵磁方式的發(fā)電機、電動機列出電流I、Ia、If的關(guān)系式。答：他勵發(fā)電機和電動機：并勵發(fā)電機：，并勵電動機：串勵電動機：復(fù)勵電動機：17.3直流電機中有哪些損耗?是什么原因引起的?為什么鐵耗和機械損耗可看成是不變損耗?答：直流電機中有：電樞鐵心損耗、機械損耗、附加損耗、電樞回路銅損耗和勵磁回路銅損耗。電樞鐵心損耗是由于電樞鐵心內(nèi)磁場交變引起的；機械損耗是由于轉(zhuǎn)動部件摩擦引起的；附加損耗是由于齒槽存在及漏磁場畸變引起的；電樞回路銅損耗是電樞電流在電樞回路總電阻上產(chǎn)生的損耗；勵磁回路銅損耗是勵磁電流在勵磁回路電阻上產(chǎn)生的損耗。鐵心損耗與磁通密度幅值及交變頻率有關(guān)，因為磁密不變，在轉(zhuǎn)速一定時，電樞內(nèi)磁場的交變頻率也不變，所以鐵耗是不變損耗；機械損耗與轉(zhuǎn)速有關(guān)，當轉(zhuǎn)速一定時，它是不變損耗。17.4如果并勵直流發(fā)電機不能自勵建壓，可能有哪些原因？應(yīng)如何處理？答：（1）主磁極可能沒有剩磁，應(yīng)該通過勵磁繞組給主磁極充磁；（2）轉(zhuǎn)向不正確（或勵磁繞組與電樞繞組的連接不正確），在有剩磁的狀態(tài)下改變轉(zhuǎn)向（或轉(zhuǎn)向不變時，改變勵磁繞組與電樞繞組的相互連接）；（3）勵磁回路電阻過大，超過了臨界電阻，此時應(yīng)減小勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻。17.5并勵直流發(fā)電機正轉(zhuǎn)時能自勵，反轉(zhuǎn)時能否自勵？為什么？答：正轉(zhuǎn)能自勵，說明勵磁電流所產(chǎn)生的磁場恰好與剩磁方向相同，如果反轉(zhuǎn)，勵磁電流所產(chǎn)生的磁場就會與剩磁方向相反，主極剩磁被削弱，不能建立電壓。17.6一臺他勵直流發(fā)電機，當勵磁電流保持不變時，將轉(zhuǎn)速提高20%，空載電壓提高多少？若是并勵直流發(fā)電機，當勵磁回路電阻不變時，轉(zhuǎn)速提高20%，則電壓比前者升高得多還是升高得少？為什么？答：對于他勵發(fā)電機，勵磁電流不變，主磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)速升高，空載電壓也會升高；對于并勵發(fā)電機，當勵磁回路電阻不變時，轉(zhuǎn)速升高，電壓比前者升高得多（大于），因為隨著轉(zhuǎn)速升高，電樞端電壓增大，勵磁回路中電流也會增大，主磁通增加，使得空載電壓進一步升高。17.7一臺并勵直流發(fā)電機，在600r/min時，空載電壓為125V，假如將轉(zhuǎn)速提高到1200r/min，同時將勵磁回路的電阻增加一倍，問電機的空載電壓為多少？答：17.8直流電動機起動時，為什么要將串聯(lián)在勵磁回路的電阻短接？答：將串聯(lián)在勵磁回路中的電阻短接，目的是使勵磁電流最大，主磁通最大，以便在限制電樞電流（起動電流）的情況下獲得足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。17.9直流電動機的起動電流決定于什么?正常工作時的工作電流又決定于什么?答：直流電動機的起動電流（）取決于電源電壓和電樞回路電阻的大小。正常工作時的電流（）取決于負載的大小，負載增大，轉(zhuǎn)速降低，電動勢減小，電流增大。17.10起動電流過大會產(chǎn)生什么影響?如何限制直流電動機的起動電流?答：起動電流過大，會造成直流電機換向困難，產(chǎn)生強烈火花；并引起電源電壓瞬時跌落，影響同一電網(wǎng)上其它設(shè)備的運行。為了限制起動電流，可以采用電樞串聯(lián)電阻起動或降低電壓起動。17.11要改變他勵和并勵電動機的轉(zhuǎn)向應(yīng)該怎么辦?僅僅改變電源的正、負極性，能使轉(zhuǎn)向改變嗎?答：對于他勵電動機，只要改變電源電壓的極性就可改變轉(zhuǎn)向；對于并勵電動機，僅僅改變電源電壓的極性不能改變轉(zhuǎn)向。因為此時電樞電流和勵磁磁場同時改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。要改變并勵電動機的轉(zhuǎn)向，只能改變勵磁繞組或電樞繞組的電壓極性。17.12一臺并勵直流發(fā)電機，勵磁回路電阻，電樞回路電阻，額定負載時，，，忽略附加損耗。試求：(1)勵磁電流和電樞電流；(2)電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩；(3)電機的總損耗和效率。解：（1）（2）（3）17.13一臺并勵直流電動機，，，，，，。試求：電動機額定運行時的輸出轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩。解：17.14有一臺他勵直流電動機，，，，，=0.1，保持額定負載轉(zhuǎn)矩不變。求：(1)電樞回路串入0.3電阻后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；(2)電源電壓降為180V時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；(3)磁通減弱為80%時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。解：（1）電樞回路串電阻后：（2）電壓降低后：（3）磁通減小后：17.15一臺并勵直流電動機，額定功率=10kW，額定電壓=220V，額定電流=54.8A，額定轉(zhuǎn)速=1000r/min，額定勵磁電流=1.6A，電樞回路總電阻=0.4。當電動機滿載運行時，電源電壓突然下降到200V，如果負載轉(zhuǎn)矩保持不變，試求：(1)電壓剛下降瞬間的電樞電流；(2)穩(wěn)定運行后的電樞電流；(3)穩(wěn)定運行后的轉(zhuǎn)速。解：(1)電壓剛下降瞬間，勵磁電流不變，所以不變（2）穩(wěn)定運行后（3）第17章自測題參考答案填空題1.大、??；2.相同、相反；3.制動、驅(qū)動；4.銅損耗、空載損耗；5.、；6.不能、能；7.大、端電壓下降后使勵磁電流減小，感應(yīng)電動勢降低；8.0（或最?。?、得到足夠大的起動轉(zhuǎn)矩；9.下降、增大；10.升高、增大二、選擇題1.③2.②3.④4.④5.②6.③7.④8.②9.①10.③簡答題答：有電樞串電阻調(diào)速、降低電壓調(diào)速和減弱磁通調(diào)速三種方法。電樞回路串電阻調(diào)速的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便。缺點是電阻只能分段調(diào)節(jié)，調(diào)速平滑性差，低速時特性軟，轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性差，限制了調(diào)速范圍，由于串入電阻，損耗大，效率低。降壓調(diào)速優(yōu)點是電壓能夠平滑