电机学(完整版)
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《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
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i2 i3
L
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LH•d li1i2i3
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2．电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加 如汽轮发电机：
1900 1920 1937空气冷却
氢气冷却
5MVA 1956水内冷 25MVA 1960 100MVA 目前 150MVA
208MVA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段
辜承林 华中科技大学出版社
《电机学》第三版 许实章 机械工业出版社
《电机学》
汤蕴璆 机械工业出版社
《电机学》
胡虔生 中国电力出版社
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※ 课程要求 1. 认真听课 2. 独立完成作业
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第一章 导论
1.1 概述 1.2 电机发展简史 1.3 电机中的基本电磁定律 1.4 铁磁材料特性 1.5 磁路基本定律及计算方法
2. 磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相 对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势 称为运动电势或速度电势
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2、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等
导磁材料：铁磁材料
3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等
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四、电机作用和地位
电能生产——由同步发电机生产； 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高
到输电电压再输送； 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需
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e N d
dt
正电动势产生正电流—— 电流正方向 正电流产生正磁通 —— 右手螺旋定则
图1-2 电磁感应定律
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磁通变化原因
在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随 时间脉动
或磁通不变，而线圈在转动。 对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转
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请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？
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1.2 电机发展简史
1． 电磁感应定律的发现——1831年 Faraday 直流发电机——1831年 Pixii 1876年 单相交流电的应用——远距离传输 1885年 交流电动机 1889年 三相制——三相交流电的应用 三相电机
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l和l’，两积分路径结果相同：
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2. 电磁感应定律
闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然 有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。
线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。
edNd
dt
dt
其 中N
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动
f(x,t) ddtdx
t x
e N d
dt
eNt N vxeTev
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eN t N v xeTev
变压器电动势
运动电动势
1. 磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说磁通本 身随时间在变化着，这样产生的电势称为变压器电 势。（线圈与磁场相对静止）
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1.1 概述
一、电机的定义
广义： 实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械 和装置。
狭义： 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律（能进行电 磁感应），由电路和磁路所构成，能进行机电能量 转换或信号变换的电磁机械装置。
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电机学
教 师： 王玉 联系方式：
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※ 电机学课程的特点 ① 综合性 ② 实际性 ③ 统一性
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※ 电机学的基本分析方法
方程式、相量图和等效电路的分析方法 归算算法 ——标么制 凸极处理法——凸极隐极 对称分量法——不对称 实验分析法——实验 ……
形式的电功率 控制电机——电气机械系统中调节、放大和控制作用
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实物图
使用中的变压器
电动机
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汽轮发电机组
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水轮发电机
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三、电机中所用材料
1. 电电路导电材料及绝缘材料 2. 导电材料：紫铜、铝线
绝缘材料：聚脂漆、云母片 按耐热能力高低分六个等级 A—105º E—120º B—130º F—155º H—180º C180º
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二、电机的主要类型
据速度、电流分
电机
静止的电气设备——变压器
直流发电机 直流电机
直流电动机
旋转电机 交流电机
同步电机 异步电机
同步发电机 同步电动机
异步发电机 异步电动机
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据能量转换分
发电机——将机械功率转换为电功率 电动机——将电功率转换为机械功率 变压（流、频、相位）器——将电功率转换为另一种
低电压，供给用电设备； 生产机械的拖动——由各种电动机实现； 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
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•我国老牌电机厂： 哈尔滨电机厂 上海电机厂
•四川： 德阳 东方电机厂
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※ 怎样学好电机学
认真听课
精读教材 熟练掌握基本电磁规律
实验台
掌握各物理量及其参数之间的关系
物理意义、适用范围、主要因素、公式
习题和实验是学好电机学的重要保证（重要的30％）
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※ 参考教材
《电机学》
电机学课件
非导磁材料的磁导率
3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
铁磁材料的特性
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加
ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗： phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
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铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
电动机
驱动生产机械和装置 机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
《电机学完整》课件
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
(完整版)电机电机学实验报告
电机学实验报告实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性二．预习要点1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目1．电动及回馈制动特性。
2．电动及反接制动特性。
3．能耗制动特性。
四．实验设备及仪器1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14）3．三相可调电阻900Ω（MEL-03）4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）5．波形测试及开关板（MEL-05）6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06）7．电机起动箱（MEL-09）五．实验方法及步骤1．电动及回馈制动特性接线图如图5-1M为直流并励电动机M12（接成他励方式），U N=220V，I N=0.55A，n N=1600r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;直流电压表V1为220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（MEL-06）；直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06）R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。
按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
《电机学课件》PPT课件
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
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《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
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变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
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术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
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《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。
电机学
第四节 交流磁路的特点
交流磁路除了会在铁心中产生损耗外，还有以下两 个效应： 1）磁通量随时间变化，在励磁线圈中产生感应电 动势。 2）磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸 变。
本章作业：1.1~1.7
第二章 直流电机
本章主要讨论直流电机的基本结构和工作 原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动 势、电磁转矩、电枢反应及影响，从应用角 度分析直流发电机的运行特性和直流电动机 的工作特性。
电磁转矩
电磁功率
电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生
总结
第一节 磁路的基本定律
• 电机是进行机电能量转换的装置 • 机电能量转换的媒介是磁场，磁场的路径称
为磁路。在工程中，通常将磁场问题简化为 磁路问题。
一. 磁场的几个常用量
磁感应强度（又称磁通密度）B —— 表征磁场强弱 及方向的物理量。单位：Wb/m2
磁滞回线——当H在Hm和－ Hm 之间反复变化时，呈现磁滞现
象的B－H闭合曲线，称为磁滞
回线。
3、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同 的磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为 基本磁化曲线。
三、铁磁材料
1、软磁材料
2、硬磁材料
四、铁心损耗
1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩 擦而消耗的能量。
2.1 直流电机的基本工作原理和结构
2.1.1直流电机的主要结构
第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密
假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成 假定一个磁通φ’
计算出磁动势F’
| FF' |
(完整版)电机学第五版课后答案_(汤蕴璆)
第三章直流电机的稳态分析
3-9一台四极82kW、230V、970r/min的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每元件为一匝，支路数 。如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解：由题意可知，空载时：
所以额定情况下：
3-12一台他励直流发电机的额定电压为230V，额定电流为10A，额定转速为1000r/min，电枢总电阻 ，励磁绕组电阻 ，已知在750r/min时的空载特性如下表所示：
解：
槽距角
基波绕组系数
5次谐波绕组系数
7次谐波绕组系数
每相绕组串联匝数
4-19试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量为12000kW， ，额定电压（线电压）为6.3kV，星形联结。
解：
相磁动势幅值
三相磁动势幅值
4-21试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时；（2）三相绕组一相（例如C相）断线时。
第一章磁路电机学
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 ，单位：
1-2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 。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；
试验名称
线电压V线电流A三相功率W
备注
开路试验
短路试验
6300 7.4 6800
550 323 18000
电压加在低压侧
（完整版）电机学简答
（完整版）电机学简答1.变压器空载运行时的磁通是由什么电流产生的？主磁通和一次漏磁通在磁通路径、数量和与二次绕组的关系上有何不同？由此说明主磁通与漏磁通在变压器中的不同作用。
答：磁通是由一次绕组电流产生的；主磁通在铁心中闭合，磁阻很小，漏磁通只连一次绕组，不连二次绕组，经过空气磁路闭合，磁阻很大，数量上的比值E1与Es1之比；主磁通起传递能量的作用，漏磁通在绕组电路中产生电压降。
2.为什么他励直流电动机中设置弱磁保护环节? 答：他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电.二者互不联接.所以当励磁绕组产生的磁场强度较小以至于电枢不能转动时不会影响电枢线圈电源对其供电.而当电枢停止运动时由于没有反电动式,电枢绕组电阻较小.这时就相当于电源和电枢绕组串联成通路.很容易烧坏电动机或电源.所以需要加入弱磁保护环节进行保护。
3.简述电气火车下坡时的限速过程，回馈制动位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某原因使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。
电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。
2)、改变电枢电压：电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,来不及变化，使,出现回馈制动。
4.自耦变压器优缺点提高了变压器的极限制造容量消耗材料少成本低损耗少效益高便于运输和安装缺点使电力系统短路电流增加造成调压上的一些困难使绕组的过电压保护复杂使继电保护复杂5.并励直流发电机自励的条件是？答1、气隙中必须有剩磁；2、励磁磁动势与剩磁两者方向必须相同；3、励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。
6.变压器一二次绕组在电路上并没有联系，但负载运行时，二次电流次电流大，则一次电流大为什么？由此说明磁动势平衡概念及其在定性分析变压器时的作用变压器一二次绕组在电路上并没有联系但通过铁心磁路相互联系,,二次侧的能量是依靠这种电磁藕合实现传递,因此,当负载电流增大,一次电流也跟着变化增大。
电机学课件(超全讲解)
绪论
电机的发展 主要类别 基本作用原理——多个（电磁）定律 电机可逆性原理 电机的材料 作业
电机的发展
1．电机的发展初期
电磁感应定律的发现——1831年法拉第 直流电机的发展 单相交流电的应用——远距离传输 三相交流电的应用——解决电机启动问题
电机的发展
2．电机的近代发展及趋势
c y1 y 2 0
磁路的基尔霍夫第二定律
–
沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势
U I
i
k
磁化曲线
饱和区
不同的磁性材料有 不同的磁导率 同一材料当其磁通 密度不同时，亦有 不同的磁导率
线性区，磁导 率大且不变
起始段，磁导率较小
磁滞现象与磁滞回线
磁场强度H缓 慢地循环变化， B一H曲线是一 封闭曲线 —— 磁 滞 回 线 矫顽磁力Hc 剩余磁感应强 度Br
电磁感应定律
设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化 时，线圈中将有感应电动势(简称电势)产生。感应电 势的数值与线圈所匝链的磁链的变化率成正比。感应 电势的方向将倾向于产生一电流，如电流能流通，该 电流的磁化作用将阻止线圈的磁链发生变化。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化
磁场储能
磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量， 在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。 电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换 体积能量密度
Wm
1 2
1 2
BH
1 2
BHdv
V
B
2
磁场能量主要存储在气隙中
(完整版)《电机学》课后习题答案
《电机学》课后习题答案华中科技大学辜承林主编第1章 导论1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。
特点：导磁率高。
电路：紫铜线。
特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。
1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。
涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。
1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m EfN φ=。
运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。
1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。
d L e d t Lψ=-对空心线圈：L Li ψ= 所以die L L dt=-自感：2LL N N m m iiiLNi N φψ===∧=∧ Am l μ∧=所以，L 的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。
闭合铁心µ>>µ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
(完整版)电机学考试试题(附答案)
（2）额定运行时的电磁功率和电磁转矩；（5分）
（3）如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转速降低10％，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？（6分）
附：参考答案
二、简答题
1.答：
Yd7:
Dd4:
or：
2.答：
双层短距绕组可以等效为两个相位相差短距角β的单层绕组，其双层短距绕组的基波和谐波电势为两个单层绕组相应电势的矢量和，其数值分别小于其代数和，其减小系数为短距因数，谐波的短距因数要小于基波的短距因数。因此，通过短距，牺牲一点基波来达到更多地抑制谐波的作用。
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
对于第II台变压器,短路试验在高压侧进行，高压为124A。
高压侧额定相电流
高压侧阻抗基值
短路阻抗
短路电阻
短路电抗
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
（2）
已知功率因数
则有
略去励磁电流后等效电路参数
，
则电压调整率
二、简答题：（35分）
1.画出Yd7和Dd4三相变压器绕组连接图，并作出相应的电动势矢量图。（8分）
2.为什么采用短距可以削弱双层绕组电动势的谐波。（4分）
3.三相对称绕组连成星形接法，接入三相对称电压，形成旋转磁场的性质如何（幅值、旋转速度）？若绕组有一相断线，试问此时合成磁动势的大小和性质？（用公式表示）（8分）
5.答：
（1）相同点：
变压器和异步电动机能量转换都是利用了电磁感应定律的基本原理；能量传递都是以磁场作为媒介，两侧都无直接电的联系。
（2）不同点：（答出其一即可）