《电机学》习题解答(吕宗枢) 15章
电机学练习题与参考答案
电机学练习题与参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.铁磁材料作为电机的磁路，对电机的磁场具有加强作用。
()A、正确B、错误正确答案：A2.变压器铁心和绕组运行中会发热，主要原因是其中会产生损耗。
()A、正确B、错误正确答案：A3.感应电动机起动时电流大，起动力矩也大。
（）A、正确B、错误正确答案：B4.分裂变压器运行方式有分裂运行和穿越运行方式，其中分裂运行阻抗称为分裂阻抗，穿越运行时阻抗称为穿越阻抗，且分裂阻抗远大于穿越阻抗。
（）A、正确B、错误正确答案：A5.无论是隐极机还是凸极机，当功角δ=90°时，发电机输出的电磁功率达到最大。
（）A、正确B、错误正确答案：B6.同步发电机调相运行时，可向系统送出少量有功功率以及无功功率。
（）A、正确B、错误正确答案：B7.异步电动机空载电流百分数和变压器的空载电流百分数一样都是额定电流的1%~10%。
()A、正确B、错误正确答案：B8.异步电动机的过载能力是指电动机短时超负荷运行的能力。
（）A、正确B、错误正确答案：A9.当电源电压下降为原来一半时，异步电动机的过载能力也下降为原来的一半。
（）A、正确B、错误正确答案：B10.分裂变压器一般都是分裂高压绕组，将其分裂成两个完全相同的绕组。
（）A、正确B、错误正确答案：B11.根据磁路欧姆定律可知，任何磁路中的磁通量和磁路磁阻是成反比关系的。
()A、正确B、错误正确答案：B12.同步发电机铭牌上标的额定转速n就是定子旋转磁场转速n₁，n₁又称为同步速。
（A、正确B、错误正确答案：A13.同步发电机的基本工作原理是电磁感应原理。
（）A、正确B、错误正确答案：A14.所谓绝缘强度高低是指能承受电流的高低。
()A、正确B、错误正确答案：B15.与同容量变压器相比，异步电动机漏阻抗更大。
（）A、正确B、错误正确答案：A16.变压器理想并列运行的条件中，变压器的连接组标号必须相同。
()A、正确B、错误正确答案：A17.发电机不对称运行时，励磁绕组、阻尼绕组及转子本体中会感应基频电动势。
《电机学》习题解答(吕宗枢) 16章
第16章思考题与习题参考答案16.1 简述直流发电机和直流电动机的基本工作原理。
答：发电机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的磁场（励磁磁场），当原动机拖动转子旋转时，电枢线圈便切割励磁磁场而产生感应电动势，尽管该电动势是交流电动势，但是通过换向器和电刷的配合作用，在电刷两端可获得直流电动势，当电刷与外电路接通时，便可向外电路发出直流电流。
电动机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的励磁磁场，当把直流电源加在电刷两端时，电枢线圈中将有电流流过，电枢线圈的每边导体在励磁磁场中将受到电磁力的作用，并对转轴形成电磁转矩，从而拖动转子旋转。
必须指出，虽然外加直流电源，但通过电刷和换向器的配合作用，使电枢线圈中流过的是交流电流，从而保证电机产生固定方向的电磁转矩，拖动转子沿固定方向旋转。
16.2 在直流电机中，为什么每根导体的感应电动势为交流，而由电刷引出的电动势却为直流? 换向器的作用是什么？答：在直流电机中，电枢旋转使每根导体交替切割N、S极磁场，所以电枢导体电动势为交流。
但由于换向器与电枢线圈一起旋转，而电刷固定不动，使得其中的一个电刷总是与位于N极下的导体相接触，另一个电刷总是与位于S极下的导体相接触，也就是说，一个电刷的电位总为正极性，而另一个电刷的电位总为负极性，所以电刷两端的电动势是一个极性不变的直流电动势。
换向器是实现电刷两端直流电与电枢线圈中交流电的相互转换作用。
16.3试判断下列情况下电刷两端电压的性质：(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：（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，电刷两端电压为交流；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转时，电刷两端电压为直流。
16.4试述直流电机的主要组成部件及其作用。
答：直流电机主要由定子和转子组成。
定子部分有：（1）主磁极，作用是产生恒定的主磁场；（2）换向极，作用是减少电刷与换向器之间的火花；（3）电刷装置，作用是与换向器一起实现直流电机的内部交流与外部直流的相互转换功能，并使电刷与换向器保持良好接触；（4）机座和端盖，机座的作用是用来固定主磁极、换向极和端盖，也是电机磁路的一部分。
《电机学》习题解答(吕宗枢) 13章
第13章 思考题与习题参考答案13.1 试述三相同步发电机理想并列的条件? 为什么要满足这些条件?答：三相同步发电机理想并列的条件是：（1）发电机的端电压gU 与电网电压c U 大小相等，相位相同，即c g U U =；（2）发电机的频率g f 与电网频率c f 相等；（3）发电机的相序与电网相序相同。
如果cg U U ≠，则存在电压差c U U U -=∆，当并列合闸瞬间，在U ∆作用下，发电机中将产生冲击电流。
严重时，冲击电流可达额定电流的5~8倍。
如果c g f f ≠，则电压相量g U 与c U 的旋转角速度不同，因此相量gU 与c U 便有相对运动，两相量的相角差将在0～360之间变化，电压差U ∆在（0～2）g U 之间变化。
频率相差越大，U ∆变化越激烈，投入并列操作越困难，即使投入电网，也不易牵入同步。
交变的U ∆将在发电机和电网之间引起很大的电流，在转轴上产生周期性交变的电磁转矩，使发电机振荡。
如果发电机的相序与电网相序不同而投入并列，则相当于在发电机端点上加上一组负序电压，gU 和c U 之间始终有120相位差，电压差U ∆恒等于gU 3，它将产生巨大的冲击电流和冲击转矩，使发电机受到严重破坏。
13.2 同步发电机的功角在时间和空间上各具有什么含义?答：功角δ既是时间相量空载电动势0E 与电机端电压U 之间的时间相位差角，又是空间相量主磁场0Φ 与合成磁场UΦ 之间的空间夹角。
13.3 与无穷大电网并联运行的同步发电机，如何调节有功功率？调节有功功率对无功功率是否产生影响？如何调节无功功率？调节无功功率对有功功率是否产生影响？为什么？答：与无穷大电网并联的同步发电机，通过调节原动机的输入功率（增大或减小输入力矩）来调节有功功率，调节有功功率会对无功功率产生影响；通过调节发电机励磁电流来调节无功功率，调节无功功率对有功功率不产生影响，因为在输入功率不调节时，输出功率不会变化，这是能量守衡的体现。
电机学练习题库(附答案)
电机学练习题库（附答案）一、单选题（共45题，每题1分，共45分）1.某三相异步电动机最大转矩的大小与（）。
A、转子漏电抗无关B、转子电阻有关C、转子漏电抗成正比D、转子电阻无关正确答案：D2.交流电机定、转子的极对数要求（）。
A、任意B、不等C、不可确定D、相等正确答案：D3.变压器的储油柜位于变压器油箱的上方，通过（）与油箱相通。
A、冷却装置B、气体继电器C、绝缘套管D、吸湿器正确答案：B4.三相交流旋转电机的相带是（）。
A、240°B、60°相带C、360°D、120°相带正确答案：B5.如果电网容量允许，鼠笼式异步电动机应采用（)。
A、Y-B、自耦变压器降压起动C、直接起动D、延边三角降压启动正确答案：C6.电力变压器是常用于改变（）的电气设备。
A、交流电压大小B、交流电源频率大小C、电能大小D、直流电压大小正确答案：A7.当异步电动机的负载超重时，其起动转短将（）。
A、与负载轻重无关B、愈大C、为零D、愈小正确答案：A8.当同步电机空载电势店相位滞后端电压U时，电机运行于（）状态。
A、不确定B、电动机C、调相机D、发电机正确答案：B9.三相异步电动机定子绕组通入频率为分的电流，当转子不动时，其转子频率万为(）。
A、f₂>fB、f₂<f₁C、f₁=f₂D、f₂=0正确答案：C10.同步发电机的空载特性是（）。
A、一条过原点的直线B、一条向下弯曲的曲线C、磁饱和曲线D、双曲线正确答案：C11.转差率为s的异步电动机，电磁功率为P，则sP将等于（，A、机械功率B、总机械功率C、转子铜耗D、定子铜耗正确答案：C12.考虑磁路饱和，单相变压器空载运行时（）。
A、当电流为正弦波时，主磁通为正弦波B、磁通为平顶波时，电流为正弦波C、当电流为正弦波时，主磁通为尖顶波D、当磁通为正弦波时，电流为平顶波正确答案：B13.异步电动机处于理想空载状态时，转差率为（）。
电机学第五版课后答案 -修订版
《电机学》（第五版）课后习题解答系别：电气工程系系授课教师： *** * 日期： 2017.05.2 0第一章 磁路1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答： 磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为AlR m μ=，单位：Wb A1-2 磁路的基本定律有那几条？当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，能否用叠加原理来计算磁路？为什么？答： 有安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的串联定律和并联定律；不能，因为磁路是非线性的，存在饱和现象。
1-3 基本磁化曲线与初始磁化曲线有何区别？计算磁路时用的是哪一种磁化曲线？答： 起始磁化曲线是将一块从未磁化过的铁磁材料放入磁场中进行磁化，所得的)(H f B =曲线；基本磁化曲线是对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点连接所得的曲线。
二者区别不大。
磁路计算时用的是基本磁化曲线。
1-4 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答： 磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p nmh h ≈。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-5 说明交流磁路和直流磁路的不同点。
答： 直流磁路中的磁通是不随时间变化的，故没有磁滞、涡流损耗，也不会在无相对运动的线圈中感应产生电动势，而交流磁路中的磁通是随时间而变化的，会在铁心中产生磁滞、涡流损耗，并在其所匝链的线圈中产生电动势，另外其饱和现象也会导致励磁电流、磁通，感应电动势波形的畸变，交流磁路的计算就瞬时而言，遵循磁路的基本定律。
1-6 电机和变压器的磁路通常采用什么材料构成？这些材料有什么特点？答：磁路：硅钢片。
《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章
《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1第11章 思考题与习题参考答案11.1 同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系? 在频率为50H Z 时，极数和转速有什么关系答:频率与转速的关系为：60pn f = 当频率为Hz 50时，30005060=⨯=pn 。
11.2 为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？答：汽轮发电机磁极对数少（通常p =1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。
11.3 试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。
答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。
但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。
转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。
异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。
11.4 一台汽轮发电机，极数22=p ，MW 300=N P ，kV 18=N U ，85.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。
解：（1）A U P I N N NN 6.1132085.010********cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕv ar 186527.094.352sin M S Q N N N =⨯==ϕ11.5一台水轮发电机，极数402=p ，MW 100=N P ，kV 813.U N =，9.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。
电机学课后 思考题 习题 答案
1.2 变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什么? 答：若一次绕组接直流电源，则铁心中将产生恒定的直流磁通，绕组中不会产生感应电动势，所以 二次侧不会有稳定的直流电压。 1.3 变压器铁心的作用是什么?为什么要用 0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成? 答：变压器铁心的主要作用是形成主磁路，同时也是绕组的机械骨架。采用导磁性能好硅钢片材料 是为了提高磁路的导磁性能和减小铁心中的磁滞损耗，而用薄的（0.35mm 厚）表面绝缘的硅钢片叠成 是为了减小铁心中的涡流损耗（涡流损耗与硅钢片厚度成正比）。 1.4 变压器有哪些主要部件，其功能是什么? 答：变压器的主要部件是器身，即铁心和绕组。铁心构成变压器的主磁路，也是绕组的机械骨架； 绕组构成变压器的电路，用来输入和输出电能。除了器身外，变压器还有一些附属器件，如绝缘套管、 变压器油、油箱及各种保护装置等。 1.5 变压器二次额定电压是怎样定义的? 答：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组空载时的端电压定义为变压器二次额定电压。 1.6 双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计? 答：变压器传递电能时，内部损耗很小，其效率很高（达 95%以上），二次绕组容量几乎接近一次 绕组容量，所以双绕组变压器的一次、二次额定容量按相等设计。 1.7 变压器油的作用是什么？ 答：变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，起绝缘和冷却作用。
1.1 变压器是怎样实现变压的?为什么能够改变电压，而不能改变频率? 答：变压器是根据电磁感应原理实现变压的。变压器的原、副绕组交链同一个主磁通，根据电磁感
应定律 e N d 可知，原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比，所以当原、副绕组匝数 dt
电机学思考题吕宗枢
变压器是怎样实现变压的为什么能够改变电压，而不能改变频率 答：变压器是根据电磁感应原理实现变压的。
变压器的原、副绕组交链同一个主磁通，根据电磁感应定律dtd Ne φ=可知，原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比，所以当原、副绕组匝数21N N ≠时，副边电压就不等于原边电压，从而实现了变压。
因为原、副绕组电动势的频率与主磁通的频率相同，而主磁通的频率又与原边电压的频率相同，因此副边电压的频率就与原边电压的频率相同，所以，变压器能够改变电压，不能改变频率。
变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什么答：若一次绕组接直流电源，则铁心中将产生恒定的直流磁通，绕组中不会产生感应电动势，所以二次侧不会有稳定的直流电压。
变压器铁心的作用是什么为什么要用0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成答：变压器铁心的主要作用是形成主磁路，同时也是绕组的机械骨架。
采用导磁性能好硅钢片材料是为了提高磁路的导磁性能和减小铁心中的磁滞损耗，而用薄的（0.35mm 厚）表面绝缘的硅钢片叠成是为了减小铁心中的涡流损耗（涡流损耗与硅钢片厚度成正比）。
变压器有哪些主要部件，其功能是什么答：变压器的主要部件是器身，即铁心和绕组。
铁心构成变压器的主磁路，也是绕组的机械骨架；绕组构成变压器的电路，用来输入和输出电能。
除了器身外，变压器还有一些附属器件，如绝缘套管、变压器油、油箱及各种保护装置等。
变压器二次额定电压是怎样定义的答：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组空载时的端电压定义为变压器二次额定电压。
双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计答：变压器传递电能时，内部损耗很小，其效率很高（达95%以上），二次绕组容量几乎接近一次绕组容量，所以双绕组变压器的一次、二次额定容量按相等设计。
变压器油的作用是什么答：变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，起绝缘和冷却作用。
变压器分接开关的作用是什么答：为了提高变压器输出电能的质量，应控制输出电压波动在一定的范围内，所以要适时对变压器的输出调压进行调整。
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第15章 思考题与习题参考答案
15.1 从同步发电机过渡到同步电动机时，功角、定子电流、电磁转矩的大小和方向有何变化？
答：功角由正变负（0
E 由超前于U 变为滞后于U ），电磁转矩方向改变，由制动转矩变为驱动转矩，定子电流有功分量方向改变，由发出功率变为吸收功率。
15.2 当 cos 滞后时，电枢反应在发电机中有去磁作用而在电动机中却有助磁作用，为什么？
答：在发电机中，当 cos 滞后时，发电机发出感性无功功率，发电机处于过励磁状态，电枢电流滞后于空载电动势，电枢反应有去磁作用；在电动机中，当 cos 滞后时，电动机吸收感性无功功率，即发出容性无功功率，所以电枢反应有助磁作用。
15.3 磁阻电动机的转矩是怎样产生的？为什么隐极电机不会产生这种转矩？
答：磁阻电动机的转矩是由于电机的交、直轴磁阻不等（即q d X X ）而产生的。
隐极电机交、直轴对称，q d X X ，所以不会产生磁阻转矩。
15.4 同步电动机带额定负载运行时，如1cos ，若保持励磁电流不变，使电机空载运行， cos 如何变化？
答： cos 将减小到接近于零，电动机吸收容性无功功率和很少的有功功率以供空载损耗。
15.5 某工厂变电所变压器的容量为kVA 2000，该厂电力设备总功率为kW 1200，65.0cos （滞后），今欲新增一台kW 500、8.0cos （超前）、%95 的同步电动机，当此同步电动机满载时全厂的功率因数是多少？变压器是否过载？
解：原有电力设备消耗的有功功率和无功功率分别为
kW P 12001
kVar P Q 140365.0165
.01200sin cos 211 新增同步电动机消耗的有功功率和无功功率（超前）分别为 kW P P 3.52695
.050021 kVar P Q 7.3948.018
.03.526sin cos 211 新增同步电动机后，消耗总的有功功率和无功功率分别为
kW P P P 3.17263.526120011
kVar Q Q Q 3.10087.39414031
1 消耗总的容量 ar 2.19993.10083.17262222kV Q P S
总的功率因数 8635.02.19993.1726cos
S P 变压器不过载，但几乎满载。
15.6 有一台发电机向一感性负载供电，有功电流分量为1000A ，感性无功电流分量为1000A ，求：
(1)发电机的电流I 和 cos ；
(2)在负载端接入同步调相机后，如果将 cos 提高到O.8，发电机和调相机电流各为多少?
(3)如果将功率因数提高到 cos =l ，发电机和调相机电流又各为多少?
解：（1）A I I I r a 2.1414100010002222 707.02
10001000cos I I a （2）发电机电流为 A I I a 12508
.01000cos 发电机无功电流分量 A I I r
7506.01250sin 调相机电流为 A I I I r r r
2507501000 （3）发电机电流为 A I I a 10001
1000cos 调相机电流为 A I I r r
1000
第15章自测题参考答案
一、填空题
1. 超前、滞后；
2. 容、感；
3. 去磁、助磁；
4. 感性无功、容性无功；
5. 起动、抑制
二、选择题
1.②
2.④
3.④
4.④
5.②
三、简答及作图题
1. 答: 起动时，转子不加励磁，并将励磁绕组通过一个电阻短接。
当定子加上电压后，定子旋转磁场在转子起动绕组中产生感应电流，此电流与定子磁场相互作用产生异步转矩，拖动转子旋转。
当转速上升到接近同步转速时，给转子加上励磁，此时转子磁场和定子磁场的转速非常接近，依靠这两个磁场的相互作用力，便可把转子拉入同步速旋转。
2. 答：同步调相机也称同步补偿机，本质上是不带机械负载的同步电动机，它仅仅从电网吸收少许有功功率供给空载损耗，但通过调节它的励磁电流，可以改变它从电网吸收的无功功率大小和性质。
过励时，它从电网吸收容性无功功率（或者说发出感性无功功率）；欠励时，它从电网吸收感性无功功率（或者说发出容性无功功率）。
3. 答：隐极同步电动机输入感性电流时的相量图如下图所示，此时电枢反应性质为交磁兼直轴助磁。
4. 答：：凸极同步电动机输入感性电流时的相量图如下图所示，此时电枢反应性质为交磁兼直轴助磁。
四、计算题
1. 解：原设备的各量：
7.0cos （滞后）
kW P 45001
kVar P Q 92.45907.017
.04500sin cos 211 （感性） 增加电动机后，总设备的各量：
9.0cos （滞后）
kW P P P 5000500450021
kVar P Q 61.24219.019
.05000sin cos 2 （感性） 新增电动机的无功功率为
kVar Q Q Q 31.216992.459061.242112 （容性）
新增电动机的容量为
kVA Q P S 2.222631.21695002222222
新增电动机的功率因数为
2246.02
.2226500cos 22
S P （超前） 2. 解：（1）当5.0cos kW P 1000 时
发电机的容量为 kVA P S 20005
.01000cos （2）完全补偿无功功率时，调相机的容量（发出的感性无功功率）为
kVar P Q 17325.015
.01000sin cos 2 此时发电机的功率因数为 1cos
发电机的容量变为 kVA P S 100011000cos
（3）当8.0cos 时
发电机的容量 kVA P S 12508
.01000cos 发电机供给的感性无功 kVar P Q 7508.018.01000sin cos 2
调相机的容量（发出的感性无功） kVar Q Q Q 9827501732。