电机与拖动各章典型题

1.1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要

特性？

答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它

部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、

磁导率大、铁耗低的特征。

1.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。

答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特

点：

1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；

2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗

3）由于G 导约为G 绝的1020倍，而Fe μ仅为0μ的4310~10倍，故可

认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；

4）电路中电阻率ρ在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，

磁导率μ随B 变化，即磁阻m R 随磁路饱和度增大而增大。

1-7 在图0-2中，已知磁力线l 的直径为10cm ，电流I 1 = 10A ，I 2 = 5A ，

I 3 = 3A ，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？

答：平均磁场强度

m

A m A D

I I I l I H /2.381.0/)3510(/)(/321=?-+=-+=∑=ππ

压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。

变压器的主要用途有：变压器是电力系统中实现电能的经济传输、灵

活分配和合理使用的重要设备,在国民经济其他部门也获得了广泛的应用，

如：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压

器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器,

在电力系统做测量用）、特种变压器（如调压用的调压变压器、试验用的试

验变压器、炼钢用的电炉变压器、整流用的整流变压器、焊接用的电焊变

压器等）。

2-1.2 变压器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？

答：电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及

其他附件等，其中铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。绕组由铜

或铝绝缘导线绕制而成，是变压器的电路部分。绝缘套管:变压器的引出线

从油箱内部引到箱外时必须通过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。油箱：存

放变压器油。分接开关，可在无载下改变高压绕组的匝数,以调节变压器的

输出电压。

2-1.3铁心在变压器中起什么作用？如何减少铁心中的损耗？

答：铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。为了提高磁路的导

磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料

——硅钢片叠成，其厚度为5mm .0~35mm .0，两面涂以厚

23mm .0~02mm .0的漆膜，使片与片之间绝缘。

A U S I N N N 9.274105.10310500033322=???==

2-2.4变压器的外加电压不变，若减少原绕组的匝数，则变压器铁心的

饱和程度、空载电流、铁心损耗和原、副方的电动势有何变化？

答：根据m fN E U Φ=≈11144.4可知,

1144.4fN U m =Φ,因此,一次绕组匝数减少,主磁通m Φ将增加，磁密S B m

m Φ=，因S 不变，m B 将随m Φ的增加而增加，

铁心饱和程度增加；由于磁导率μ下降。因为磁阻

S l R m μ=，所以磁阻增

大。根据磁路欧姆定律 m m R N I Φ=10，当线圈匝数减少时，空载电流增大；

又由于铁心损耗2.12f B p m Fe ∝，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所

以根据m fN E U Φ=≈11144.4，所以原方电动势基本不变，而副方电动势则

因为磁通的增加而增大。

2-2.5一台额定电压为V 110/220的变压器，若误将低压侧接到V 220的

交流电源上，将会产生什么后果？

答：根据m fN E U Φ=≈11144.4可知,此时主磁通增加接近2倍，磁路饱

和程度大增，励磁电流将会大大增加，铁耗和铜耗增大，变压器过热。同

时噪声过大，振动明显。

2-2.8为什么可以把变压器的空载损耗看做变压器的铁损，短路损耗看

做额定负载时的铜损？

答：空载时，绕组电流很小，绕组电阻又很小，所以铜损耗12

0R I 很小,

故铜损耗可以忽略，空载损耗可以近似看成铁损耗。测量短路损耗时，变

压器所加电压很低，而根据11.1.1.Z I E U +-=可知，由于漏阻抗压降11.Z I 的

存在，1E 则更小。又根据m fN E Φ=1144.4可知，因为1E 很小，磁通就很小，

因此磁密很低。再由铁损耗3.12f B p m Fe ∝，可知铁损耗很小，可以忽略，额定负载时短路损耗可以近似看成额定负载时的铜损耗。

2-2..9变压器在高压側和低压側分别进行空载试验，若各施加对应的额

定电压，所得到铁耗是否相同？

答：相同。空载试验时输入功率为变压器的铁损耗，无论在高压边还

是在低压边加电压，都要加到额定电压，根据m fN E U Φ=≈44.4可知，

11144.4fN U N m =Φ； 22244.4fN U N m =Φ，故12222122121=?==ΦΦKN N U KU N U N U N N N N m m ，即

21m m Φ=Φ。因此无论在哪侧做，主磁通大小都是相同的，铁损耗就一样。

短路试验时输入功率为变压器额定负载运行时的铜损耗，无论在高压边还

答：变压器理想并联运行的条件有：

（1）各变压器高、低压方的额定电压分别相等，即各变压器的变比相等；（2）各变压器的联结组相同；

（3）各变压器短路阻抗的标么值Z k*相等，且短路电抗与短路电阻之比相等。

上述三个条件中，条件（2﹚必须严格保证。

2-3.11 根据题图3-2的接线图，确定其联结组别。

1） 2） 3）

题图 3-2

解： 1） 2） 3)

2-5.3为什么电压互感器在运行时不允许副边短路？电流互感器在运行时不允许副边开路？

答：由于电压互感器副边所接的测量仪表，例如电压表、功率表的电压线圈等，其阻抗很大，故电压互感器运行时相当于一台降压变压器的空载运行，电压互感器是按空载运行设计的。若电压互感器在运行时副边短路会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组。

电流互感器在运行时不允许副边开路是因为电流互感器的原方电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副方相当于短路，副方电流有强烈的去磁作用，即副方的磁动势近似与原方的磁动势大小相等、方向相反，因而产生铁心中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小。若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全。

4.1在额定转矩不变的条件下，如果把外施电压提高或降低，电动机的运行

情况（?ηcos ,,,,21n P P

）会发生怎样的变化？ 答 设额定电压运行时为B 点。在额定转矩

不变的条件下，如果把外施电压提高，则转

速n 增加，如图中A 点，输出功率2P 增大，

输入功率1P

将会增加。由于电压提高，铁耗 增大，但定、转子电流减小，铜耗减小，且

后者更显著，故效率提高。而由于电压提高，

磁通增大，空载电流增大，功率因数降低。

如果把外施电压降低，则转速n 下降，如图

中C 点，2P 减小，输入功率1P

将会减小。 而电压下降，铁损减小，但此时定子电流和转子电流均在增大，定、转子

铜损增大，其增加的幅度远大于铁损减小幅度，故效率η下降。电压下降，

空载电流也会下降，功率因数?cos 上升

4.4起动电阻不加在转子内，而串联在定子回路中，是否也可以达到同

样的目的？

答 不能。虽然将起动电阻加在定子回路中，会降低加在定子上的起动电

压，从而使实现起动电流的降低，但是因为12U T st ∝，所以在降低起动电

流的同时起动转矩也在降低，而且是以平方的速度降低，所以并不能达到

将电阻串在转子回路的效果。

4.13一台三相异步电动机：

88.0cos %,90,380,28,2=====N N N N V U KW P p ?η，定

子绕组?形联接。已知在额定电压下直接起动时，电网所供给的线电流是

电动机额定电流的5.6倍。今改用?-Y 法起动，求电网所供给的线电流。

解 直接起动时

301si I N I I k I k A ===

改用?-Y 法起动时，电网所供给的线电流

11003st

st I I A '== 4.14 一台绕线式三相异步电动机，定子绕组Y 极，四极，其额定数据

如下：

,

213,6.2min,1455,380,150,5021V E r n V U KW P H f N N N N Z ======λA I N 4202. 求：（1）起动转矩；（2）欲使起动转矩增大一倍，转子每相串入

，得

5.2,=λA 。其拖动起重

）在电动机不断电的条件下，欲使重物停在空中，转子回路应

5.1 什么叫同步电机？一台Z H r 50min,/250的同步电机，其极数是多

少？

答 （1）转子的转速恒等于定子旋转磁场的转速的电机称为同步电机，

其感应电动势的频率与转速之间的关系是：

60pn f =，当电机的磁极对数p 一定时，n f ∝，即：频率f 与转速n 之间保持严格不变的关系。（2）一台

Z H r 50min,/250的同步电机，其极数是24。

5.2 同步电机在对称负载下运行时，气隙磁场由哪些磁势建立？它们

各有什么特点？

答 （1）同步电机在对称负载下运行时，除转子磁势外，定子三相电

流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，会使气隙中磁场的大小及位置发生

变化，这种现象称之为电枢反应。此时，气隙中的磁场是由转子磁场和电

枢反应磁场共同产生的。

（2）它们的特点如下：电枢反应磁动势是交流励磁，励磁磁动势是直

流励磁；

5.4 什么是同步电机的电枢反应，电枢反应的性质决定于什么？

答 同步电机在空载时，定子电流为零，气隙中仅存在着转子磁势。同步

电机在负载时，随着电枢磁势的产生，使气隙中的磁势从空载时的磁势改

变为负载时的合成磁势。因此，电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小

及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。同步发电机的电枢反应的性

质主要决定于空载电势0E 和负载电流a I 之间的夹角ψ，亦即决定于负载

的性质。

6.3 比较同步电动机与异步电动机的优缺点。

答 相对于异步电动机，同步电动机的最大优点是功率因数可以根据

需要在一定的范围内进行调节，当电网电压下降时，同步电动机的过载能

力的减低不像感应电机那样显著。但同步电动机也有缺点：起动比较复杂，

要有直流励磁电源，结构复杂，价格较贵。

6.4为什么起动过程中，同步转矩的平均值为零？

答因为在起动过程中，由于定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子逆时针方向旋转。但由于惯性的影响，转子上受到作用力以后并不马上转动。在转子还来不及转动以前，定子磁场已转过180°，此时定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子顺时针方向旋转。因此，转子上所受到同步转矩为交变转矩，其平均转矩为零，同步电动机不能起动。

7.1 试述直流发电机工作原理，并说明换向器和电刷起什么作用？

答直流发电机的工作原理：当原动机拖动直流发电机的电枢以恒速n沿着逆时针方向旋转时，在线圈中会有感应电动势产生，其大小为：Blv

e=，由于线圈一会儿在N极下，一会儿在S极下，因此这个感应电动势的方向是变化的，即线圈中的电动势e及电流i的方向是交变的，只是在经过电刷和换向片的整流作用后，才使外电路得到方向不变的直流电。

换向器—电刷的作用：把线圈中的交变电动势及电流整流成外电路方向不变的直流电。

7.2试判断下列情况下，电刷两端的电压是交流的还是直流。

（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。

答由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：①交流：因为电刷与磁极相对运动。

7.8 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？

答电机负载运行，电枢绕组中就有了电流，电枢电流也产生磁动势，叫电枢磁动势。电枢磁动势的出现，必然会影响空载时只有励磁磁动势单独作用的磁场，有可能改变气隙磁密分布情况及每极磁通量的大小。这种现象称为电枢反应。

设电刷在几何中性线上，此时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应作用如下：

（1）交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线；

（2）不计饱和，交轴电枢反应既无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，

呈一定的去磁作用。