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
Rm
l
,单位:
A
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phChfBmV。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;
,通过电阻产生的涡流损耗:交变的磁场产生交变的电场,在铁心中形成环流(涡流)损耗。经验公式phCFef
1.3
2
BmG。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有n
关。
铁心厚度为0.025m(铁心由0.35mm的DR3201-3 图示铁心线圈,已知线圈的匝数N=1000,
硅钢片叠成), 叠片系数(即截面中铁的面积与总面积之比)为0.93,不计漏磁,试计
算:(1) 中间心柱的磁通为7.5104Wb,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流; (2) 考虑铁心磁位降时,产生同样的磁通量时所需的励磁电流。 解:磁路左右对称可以从中间轴线分开,只考虑右半磁路的情况: 铁心、气隙截面AA0.0251.25100.93m2.910m
通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度;气隙截面可以不乘系数) (考虑边缘效应时,
气隙长度l2510m 铁心长度l
4
2
2
4
2
7.5
1.25251.250.0252cm12.45102m 2
7.5104
铁心、气隙中的磁感应强度BBT1.29T 2A22.9104
(1) 不计铁心中的磁位降: 气隙磁场强度H
B0
1.296
m1.010m 7
410
6
4
磁势FIFHl1.010510A500A 电流I
FI
0.5A N
(2) 考虑铁心中的磁位降:
铁心中B1.29T 查表可知:H700m 铁心磁位降FFeHl70012.4510A87.15A
2
FIFFFe500A87.15A587.15A I
FI
0.59A N
1-4 图示铁心线圈,线圈A为100匝,通入电流1.5A,线圈B为50匝,通入电流1A,铁
心截面积均匀,求PQ两点间的磁位降。
解:由题意可知,材料的磁阻与长度成正比,设PQ段的磁阻为RPQRm,则左边支路的磁阻为
11
Rm: 3F1F2
RmRm
3FPQF1
1111
Rm150100A71.43A 314
1-5 图示铸钢铁心,尺寸为
左边线圈通入电流产生磁动势1500A。试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值:
(1) 气隙磁通为1.65104Wb时; (2) 气隙磁通为零时;
(3) 右边心柱中的磁通为零时。 解:(1)af
ed
fe
1.65104Wb
1.65104
BafBedT0.66T 4
2.510
查磁化曲线得HafHed500Am
1.651043
m477.7110Am 气隙中的磁场强度H74
4102.7510
中间磁路的磁势Fad477.711032.510350020102A
1294.28A
左边磁路的磁势Fdcba15001294.28A205.72A
Hdcba
Fdcba205.72
m411.44m ldcba0.5
查磁化曲线得Bdcba0.56T
dcba0.564104Wb2.24104Wb
aghd2.241.65104Wb0.59104Wb
Baghd
0.59104T0.12T
5104
查磁化曲线得Haghd80Am
Faghd800.75A60A
右边线圈应加磁动势F2FadFaghd1294.2860A1234.28A
(2) Fad0 Hdcba
F1ldcba
1500
m3000m 0.5
查磁化曲线得Bdcba1.5T
dcba1.54104Wb6104Wb aghddcba6104Wb
Baghd
6104T1.2T 5104
查磁化曲线得Haghd1270Am
Faghd12700.75A952A
右边线圈应加磁动势F2Faghd12700.75A952A
(3) 由题意得addcba
由(1)、(2)可知1.6510Wbad2.2410Wb 取ad1.7510Wb
4
4
4
1.75104
则BafBedT0.7T 4
2.510
查磁化曲线得HafHed550Am
1.75104
m506.7103m 气隙中的磁场强度H74
4102.7510
中间磁路的磁势Fad506.71032.510355020102A
1376.8A
dcbaad1.75104Wb
B1.75104dcba
410
4
T0.4T 查磁化曲线得Hdcba310Am
Fdcba3100.5A155A
FFadFdcba155A1376.8A1531A FF1,假设合理
右边线圈应加磁动势F2Fad1376.8A
已知F11500A
第二章 变压器
2-1 什么叫变压器的主磁通,什么叫漏磁通?空载和负载时,主磁通的大小取决于哪些因
素?
答:变压器工作过程中,与原、副边同时交链的磁通叫主磁通,只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
由感应电动势公式E14.44fN1可知,空载或负载情况下U1E1,主磁通的大小取决于外加电压U1、频率f和绕组匝数N1。
2-2 一台50Hz的变压器接到60Hz的电源上运行时,若额定电压不变,问激磁电流、铁耗、
漏抗会怎样变化
答:(1)额定电压不变,则U1NE14.44fN14.44fN1
'
'
'50f'60'
, 即6磁通降低,此时可认为磁路为线性的,磁阻又
5060fRm
l'
不变,励磁磁势ImN1Rm,Im6Im; s
(2)铁耗:pFeBmf,铁耗稍有减小; (3)x12fL1
'
'
66''
x1, x22fLx2 2
55
2-3 在导出变压器的等效电路时,为什么要进行归算?归算是在什么条件下进行的? 答:因为变压器原、副边只有磁的联系,没有电的联系,两边电压E1E2、电流不匹配,必须通过归算,才能得到两边直接连接的等效电路;
归算原则:保持归算前后副边的磁动势不变。
2-4 利用T型等效电路进行实际问题计算时,算出的一次和二次侧电压、电流和损耗、功率
是否为实际值,为什么?
答:一次侧没有经过归算,所以为实际值;
二次侧电压、电流不是实际值,因为归算前后绕组匝数不同,但损耗、功率为实际
值。
2-5 变压器的激磁阻抗和等效漏阻抗如何测定?
答:激磁阻抗由空载试验测量;等效漏阻抗由短路试验测量。 (具体测量方法略)
2-14 有一台三相变压器,额定容量SN5000kKA,额定电压U1N2N10kV6.3kV,
Y,d联结,试求:(1)一次、二次侧的额定电流;(2)一次、二次侧的额定相电压和相电流。 解:(1)I1N
SN5000
A288.68A 3U1N310
I2N
SN5000
A458.21A U2N6.3
(2)原边Y联结:U1N
U1N10
kV5.77kV 3 I1NI1N288.68A 副边联结:U1NU1N6.3kV I1N
I1N458.21A264.55A 3
2-16 有一台单相变压器,已知参数为:R12.19,X115.4,R20.15,
X20.964,Rm1250,Xm12600,N1N2260。当二次侧电压
U26000V,电流I2180A,且cos20.8(滞后)时:(1)画出归算到高压侧
的T型等效电路;(2)用T型等效电路和简化等效电路求U1和I1,并比较其结果。 解:(1)归算到高压侧:
R12.19 X115.4 Rm1250 Xm12600
'''
876
RkR20.151.70
260
'2
2
2
'
ZL
X2kX2
'2
8760.96410.94
260
2
(2)T型等效电路如图示: 设U2kU2202150V 则I2I53.4236.88A
'
E1E2U2I2Z2
'
'
'
'
'
202150V53.4236.88A1.70j10.9420642.41.15V
Im
E1Zm
20642.41.15V1.6383.18A
1250j12600
I1ImI21.6383.18A53.4236.88A54.5638.12A
''II
U1E1I1Z121279.42.70V
简化等效电路如右图:
'
'RkR1R3.89
'
XkX1X226.34
'
'
2
'
ZL
I1I253.4236.88A U1U2I1Zk21254.02.80V
由于在满载的情况下ImI1,励磁支路可以忽落不计,所以两种方法计算的结果相差不大,在误差允许的范围之内。
2-17 在图中,各铅垂线上对应的高、低压绕组绕于同一铁心柱上。已知A、B、C为正相序,
试判断联结组a和b的组号。
E
E
E by
E ABEBCEEABBEBCE B
EAcy EA
cx
EC ECaz ECAay C
ECACEab ab
bx
bz
由图可以看出两组均为Y,d7
2-19 有一台1000kVA,10kV/6.3kV的单相变压器,额定电压下的空载损耗为4900W,空载
电流为0.05(标幺值),额定电流下75c时的短路损耗为14000W,短路电压为5.2%(百分值)。设归算后一次和二次绕组的电阻相等,漏抗亦相等,试计算:(1)归算到一次侧时T型等效电路的参数;(2)用标幺值表示时近似等效电路的参数;(3)负载功率因数为0.8(滞后)时,变压器的额定电压调整率和额定效率;(4)变压器的最大效率,。 发生最大效率时负载的大小(cos20.8)解:(1)归算到一次侧等效电路的参数:
空载试验在低压侧进行U0U2N6300V, I0I0I2N0.5
1000
A7.94A 6.3
P104900
折算到高压侧:Rmk0196 22
I06.37.94
2
2
Zm
U106300k202000
I06.37.94
2
ZmRm2000219621990.4
2
2
Xm
短路试验在高压侧进行UkUk%U1N5.2%10kV520V IkI1N
SN1000
A100A U1N10
所以:Rk75c
Pk75cIk2
14000
1.4 1002
Zk
Uk520
5.2 Ik100
ZkRk75c5.221.425.0
2
2
Xk即:R1R2(2)标幺值:
'
Rk75c2
'
0.70,X1X2
Xk
2.5 2
U1NU12N
高压侧的电阻基准值Zb100
I1NS1N
Rm
RmX
1.96, Xmm19.9 ZbZbRkX
0.014, Xkk0.05 ZbZb
Rk
(3)变压器额定电压调整率和额定效率:
UNIRkcos2Xksin2100%
1(0.0140.80.050.6)100%4.12%
0k
N1100%97.69% PPPN0
PP
(4)变压器效率最大时,可变损耗等于不变损耗
I
P04900
0.5916 Pk14000
最大效率:max
P0IPkN
197.97%
SNIcos2P0IPkN
2-20 有一台三相变压器,SN5600kKA,U1N2N10kV6.3kV,Y,d11联结组。变
压器的开路及短路试验数据为 试验名称 开路试验 短路试验
线电压V 线电流A 三相功率W 6300 7.4 6800 550 323 18000
备注 电压加在低压侧 电压加在高压侧
试求一次侧加额定电压时:(1)归算到一次侧时近似等效电路的参数(实际值和标幺值);(3)满载且(2)满载且cos20.8(滞后)时,二次侧电压U2和一次侧电流I1;
cos20.8(滞后)时的额定电压调整率和额定效率。
解:(1)归算到一次侧时近似等效电路的参数k空载试验在低压侧,折算到高压侧:
U1NphU2Nph
100.916 6.3
P0
Rmk
2
I0ph
0.91622
37.6800
2
104.19
Zmk
2
U06300
0.91621237.26 I07.3
2
Xm
2ZmRm.262104.1921232.8
短路试验在高压侧进行 所以:Rk
Pk318000
0.058 223323Ikph
Rk75c
Zk Xk
234.575
Rk0.069
234.525
2
UkphIkph
5503
0.9831 323
2
ZkRk75c0.981
U1NphI1Nph
U12NphS1N3
17.857
标幺值:高压侧的电阻基准值Z1N
Rm
RmX
5.84, Xmm69.10 Z1NZ1NRkX
0.00325, Xkk0.0549 Z1NZ1N
Rk
(3) 电压调整率和效率:
UNINRkcos2Xksin2100%
1(0.003250.80.05490.6)100%0.036
0k N1ScosPP100%99.45%
N20
PP
(2)U2U2ph1UN630010.036V6073.2V 满载时I1I1N
SN5600
A323.32A 3U1N10
'2
设U26073.20V,则由简化等效电路可知I1I323.3236.88V
2-23 某变电所有两台组号为Y,yn0的三相变压器并联运行,其数据为
第一台:SN180kKA,U1N2N6.3kV0.4kV,Zk0.07; 第二台:SN320kKA,U1N2N6.3kV0.4kV,Zk0.065。
(2)在每台变压器均试计算:(1)当总负载为400kVA时,每台变压器分担多少负载;
不过载的情况下,并联组的最大输出是多少? 解:(1)当S400kKA时,
设第一台变压器分配负载为SⅠ,则第二台变压器的负载SⅡ400SⅠ,满足:
*
SⅠ137kVASⅠSⅠNZk
*Ⅱ,带入数值计算可得:
SⅡSⅡNZkⅠSⅡ263kVA
(2) 求Smax:负载增加时,Zk小的变压器(第二台)先满载,此时SⅡSⅡN320kVA
*
SⅠSⅠNZk
*Ⅱ SⅠ167.1kVA 又
1ZkⅠ
SmaxSⅠSⅡN320167.1kVA487.1kVA
2-25 一台5kVA,480V/120V的普通两绕组变压器,改接成600V/480V的自耦变压器,试
求改接后一次和二次的额定电流和变压器的容量。
解:I1aNI2N
SN
U41.67A 2N
SaNU1aNI1aN60041.67VA25kVA I2aN
SaN
U25103A52.08A 2aN
480
U1aNU1NU2N
aNU1N
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2a2。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:E0CenNUN
所以额定情况下:TeCTIaNCT
UNUP
INCTNN CenNCenNUN
PN82103
9.559.55Nm807.3Nm
nN970
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Ra1.5,励磁绕组电阻Rf88,已知在750r/min时的空载特性如下表所示:
If/A 0.4 1.0 1.6 2.0 2.5 3.0 3.6 4.4 5.2 E0/V 33 78 120 150 176 194 206 225 240
试求:(1)额定转速、励磁电流为2.5A时,空载电压是多少?(2)若转速降为900r/min,
空载电压为多少?(3)满载时的电磁功率为多少? 解:(1)空载时U0ECen
If2.5A时:n750r/min,对应Un176V 当nN1000r/min,对应U0N(2)n=900r/min时: U0
nN1000
n176V234.67V n750
900
176V211.2V 750
(3)满载情况下:
EaNUNINRa230V101.5V245V PemEaNIN24510W2.45kW
3-13一台四极82kW、230V、970r/min的并励直流发电机,Ra(75)0.0259,励磁绕组总电阻Rf(75)22.8,额定负载时并励回路中串入3.5Ω的调节电阻,电刷压降为2V,铁耗和机械损耗共2.5kW,杂散损耗为额定功率的0.5%,试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。
解:电磁功率: IfN
UN230PN82000
A8.745A,A356.52A IN
RfR'f22.83.5UN230
IaNIfNIN256.52A8.745A365.267A
EaNUNIaNR2U230356.520.02592V241.46V PemEaNIaN365.267241.46W88.198kW
输入功率:P1PempFepmecp
88.1982.5820.5%kW91.108kW
效率:
82PN
100%100%90% P91.1081
3-17 一台17kW、220V的串励直流电动机,串励绕组电阻为0.12Ω,电枢总电阻为0.2Ω,
在额定电压下电动机电枢电流为65A时,转速为670r/min,试确定电枢电流增为75A时电动机的转速和电磁转矩(磁路设为线性)。 解:UN220V:Ia65A时,转速n670rmin
EaUNIaRaRf220V65(0.120.2)V199.2V
'''
RaRf220V75(0.120.2)V196V Ia75A时:EaUNIa''
19665EaEaCe
nn670rmin571.3rmin
199.275Ce'EaCe'
'
''
19675EaIa T60Nm245.71Nm '2571.3
'
e
3-18 一台96kW的并励直流电动机,额定电压为440V,额定电流为255A,额定励磁电流为5A,额定转速为500r/min,电枢总电阻为0.078Ω,不计电枢反应,试求(1)电动机的额定输出转矩;(2)额定电流时的电磁转矩;(3)电动机的空载转速。 解: (1)电动机的额定输出转矩:
T2
96000PN60Nm1833.46Nm 2500
(2)额定电流时的电磁转矩
IN255A, IfN5A,所以IaNINIfN250A EaNUNIaNRa440V250A0.078420.5V
Te
PemEaNIaN420.5250
60Nm2007.74Nm 2500EaN
(3)电动机的空载转速: CeN n0
N
440UNU
NnN500rmin523.19rmin
CeNEaN420.5
第四章 交流绕组及其电动势和磁动势
4-11 计算下列三相、两极、50Hz的同步发电机定子的基波绕组因数和空载相电动势、线电
动势。已知定子槽数Q=48,每槽内有两根导体,支路数a=1,y1=20,绕组为双层、星形联结,基波磁通量φ1=1.11Wb。 解:极距
QQ4824 q8 2p2mp23
p360360
槽距角7.5
Q48
基波绕组系数kw1kp1kd1
q
y sin190
qsin2
sin
sin30
sin750923
8sin3.75
每相绕组串联匝数N
QNc48
16 ma3
空载相电动势E14.44fNkw11
44450160923111V3639V
线电动势EL
4-12 有一三相双层绕组,Q=36,2p=4,f=50Hz,y1
E3639V6303V
7
,试求基波、5次、7次和一阶9
齿谐波的绕组因数。若绕组为星形联结,每个线圈有两匝,基波磁通φ1=0.74Wb,谐波磁场与基波磁场之比B5B125,B7B149,每相只有一条支路,试求基波、5次和7次谐波的相电动势。 解:q
Q36
3 2mp34
p3602360
槽距角20
Q36
q
y1sin30kp1kd1sin90sin700902
3sin10qsin2
sin
基波绕组系数kw1
5次谐波绕组系数
kw5kp5kd5
qsin5ysin5190
qsin52
sin150
sin35000378
3sin50
7次谐波绕组系数
kw7kp7kd7
q
y1sin210sin790sin4900136
3sin70qsin72
sin7
QNc236
24 ma3
每相绕组串联匝数N
E14.44f1Nkw114.4450240.9020.74V3556V E54.44f5Nkw5B55l4.44550240.0378E7
11
0.745.96V 25511
4.44f7Nkw7B77l4.44750240.1360.7410.94V
497
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,cosN0.8,额定电压(线电压)为6.3kV,星形联结。
pN12000103
解:IILA1374.6A 3
UNcosN6.3100.8
相磁动势幅值F10.9三相磁动势幅值 F1
Nkw1
I18271A p
m1
F11.518271A27407A 2
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。 解:(1) 设iAImcost, 则iBImcos(t90) fA1F1cosxcost
fB1F1cos(x90)cos(t90)
所以合成磁势
A
A
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x90)cos(t90)
1
F1[cos(tx)cos(tx)]21
F1[cos(tx)cos(tx180)]2
F1cos(tx)
即合成磁势为正向旋转的圆形磁势,且幅值等于为单相基波
(2)C相断线的情况下 iC0
设iAImcost, 则iBImcost fA1F1cosxcost
fB1F1cos(x120)cost
所以合成磁势
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x120)costF1cost[cosxcos(x120)]F1costcos(x30)
即合成磁势为脉振磁势,且幅值为单相基波幅值的3倍。
。
4-25 两个绕组A和B,其匝数和绕组因数均相同,A在空间超前于B90+α电角,若
iAImcost,问要使A和B的基波合成磁动势成为正向推移(从A到B)的恒幅旋转
磁动势时,iB的表达式应是怎样的? 解:设iBImcos(t)
A相:iAImcost fA1F1cosxcost B相:iBImcos(t) 所以
fB1F1cos(x90)cos(t)
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x90)cos(t)1
F1[cos(tx)cos(tx)]
21
F1[cos(tx90)cos(tx90)]2
逆向旋转波相互抵消,则
cos(tx)cos(tx90)cos(tx90)
得
90
此时 iBImcos[t(90)]
f1
1
F1[cos(tx)cos(tx2)] 2
补充题:解析法证明三相绕组通以负序电流时将形成反向推移的旋转磁动势 证明:
iA2Icost
fA1F1cosxcost
fC1F1cos(x240)cos(t120)
iB2Icos(t240) fB1F1cos(x120)cos(t240) iC2Icos(t120)
所以f1fA1fB1f
C1
F1cosxcostF1cos(x120)cos(t240)F1cos(x240)cos(t120)
11
F1[cos(tx)cos(tx)]F1[cos(tx120)cos(tx360)]22
1
F1[cos(tx120)cos(tx360)]23
F1cos(tx)2
幅值点cos(tx)1 即tx0
dx
即该磁动势为反向推移的圆形旋转磁动势 dt
第五章 感应电机的稳态分析
5-3 三相感应电机的转速变化时,转子所生磁动势在空间的转速是否改变?为什
么?
答:不变。设气隙磁场旋转速度为n1,转子的转速为n,转差率为s
n1n
,则转子感n1
应电动势和电流的频率为f2sf1,由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为
n
60f260f1
ssn1,则相对于定子的转速为nnn1,与转子转速无关。PP
即转速变化时,转子产生的磁动势在空间的转速不变。
5-6 感应电动机等效电路中的
1s'
R2代表什么?能否不用电阻而用一个电抗去s
代替?为什么? 1s'
答:R2代表与转子所产生的机械功率对应的等效电阻,消耗在该电阻上的功率代表
s
总的机械功率。它不能由电抗代替,因为电抗上损耗的是滞后的无功功率,不能代替转换成机械功率的有功功率。
(2)用总机5-11 试写出感应电动机电磁转矩的三种表达形式:(1)用电磁功率表达;
械功率表达;(3)用主磁通,转子电流和转子的内功率因数表达。
答:(1)用电磁功率表达Tem
Pem
1P
(2)用总机械功率表达Tem
cos2 (3)用主磁通,转子电流和转子的内功率因数表达TemCT1I2
5-13 有一台Y联结,380V,50Hz,额定转速为1444r/min的三相绕线型感应电
''
动机,其参数为R1=0.4,R2=0.4,X1=X2=1,Xm=40,Rm略
去不计,定,转子的电压比为4。试求:(1)额定负载时的转差率;(2)额定负载时的定,转子电流;(3)额定负载时转子的频率和每相电动势值。
解:(1)额定转差率
s
N
nsnN15001444
0.0373 ns1500
(2)T形等效电路图如右
设U1
UN
0219.390v,则 3
U1
219.390
AI1'
R2'
j40(j1)jxm(jx2)0.4j1R1jx1R2'j41j(xmx2)
0.0373s
20.1124.20A
I2I1
'
jxm
R'
j(xmx2)s
'2
20.1124.20
A
j41(3)
0.0373
j40
18.98170.46
所以I2kiI2418.98A76A (3)f2sNf10.037350Hz1.865Hz
'R2
EIj204.35V
s'2
'2
'E2
E251.09V
ke
'
5-14 有一台三相四级的笼型感应电动机,额定转差率sN0.02008,电动机的容
量PN=17kW,U1N=380V(D联结),参数为R1=0.715,X1=1.74,
''R2=0.416,X2=3.03,Rm=6.2,Xm=75,电动机的机械损耗
P=139W,额定负载时的杂散损耗P=320W。试求额定负载时的定子电流,
定子功率因素,电磁转矩,输出转矩和效率。
解:等效电路如题5-13,设U1U103800V则
I1
R1jx1
U1
(Rmjxm)(
R2'
(Rm)j(xmx2)
s
R'
jx2)'2
3800
j3.03)
0.715j1.74
(6.2)j(753.03)
0.0200
(6.2j75)(
A18.5726.35A
所以定子电流I118.57A 定子功率因数cos1cos(26.35)0.896
'R20.416'
jx2(j3.03)ImI118.574.72A '
R'
(6.2j(753.03)(Rmjxm)(2jx2)0.0200s
'
I2I1
(Rmjxm)(6.2j75)
18.5716.94A'
R'
(6.2j(753.03)(Rm2j(xmx2)0.0200s
'2
2
'R20.416
电磁功率Pe3I319.642W17835.19W
s0.02008
电磁转矩Te
Pe17835.19Nm113.54Nm s260P217018.06Nm110.5Nm
(1s)260
'22
输出功率P2(1s)Pepp((1s)17835.19139320)17018.06W 输出转矩T2
'R2223ImRm3I1R1 输入功率P13I
s
(17835.1934.7226.2318.5720.715)W18989.26W
效率
p2
100%89.6% p1
5-25 试述极对数比为2:1的双速感应电动机的变极原理。(略)
5-26 有一台三相四极的绕线型感应电动机额定转速nN1485rmin,转子每相
电阻R20.012。设负载转矩保持为额定值不变,今欲把转速从1485r/min下调到1050r/min,问转子每相应串入多大的调速电阻?
解:额定转差率sN
n1nN15001485
0.01
1500n1
调速后的转差率s
n1n15001050
0.3
1500n1
设串入调速电阻为R,调速前后负载转矩不变
所以满足
R2R2R
,
sNs
得R(
0.3s
1)R2(1)0.0120.348
0.01sN
补充题:三相感应电动机,U1N=380V(D联结),PN=7.5kW,nN960rmin额
定负载时cosN0.824,pcu1474W,pFe231W,p45W,
p37.5W
求:额定情况下的sN,f2,pcu2,和I1(线值)。
解:额定转差率sN
n1nN10009600.04
1000n1
转子侧频率f2sNf10.0450Hz2Hz
总机械功率PPNpp(75004537.5)W7582.5W 所以电磁功率Pem
11P7582.5W7898.44W 1sN10.04
转子铜耗pcu2sNPem0.047898.44W316W
输入功率P1Pempcu1pFe(7898.44474231)W8603.44W 效率
7500P2
100%100%87.2%
8603.44P1
P8603.441
A15.86A
U1cosN33800.824
定子电流I1
第六章 同步电机的稳态分析
6-4 同步发电机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
机的运行有何影响?
答:同步发电机电枢反应的性质取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置,即激磁电
动势E0和负载电流I之间的相角差0。交轴电枢反应产生交轴电枢磁动势,与产生电磁转矩及能量转换直接相关;直轴电枢反应产生直轴电枢磁动势,起到增磁或者去磁的作用,与电机的无功功率和功率因数的超前或滞后相关。
6-6 为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论?凸极同步发电机负载运行
时,若0既不等于0,又不等于90
,问电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间是否同相,为什么(不计磁饱和)?
当负载运行时,若0既不等于0,又不等于90,电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间的相位不同,因为交、直轴的磁路不同,相同大小的磁势产生的磁通不同,如右图。
aq1
Fad答:因为凸极电机的气隙不均匀,分析时需用双反应理论。Badaq1
6-8 有一台70000KVA,60000KW,13.8KV,(星形联结)的三相水轮发电机,
交直轴同步电抗的标幺值分别为xd1.0,xq0.7,试求额定负载时发电机的
激磁电动势E0(不计磁饱和与定子电阻)。
解:额定功率因数cosN
PN6
,N31 SN7
设U10 ,则I131
E
Q
UjIxq10j310.71.48623.8
N23.8
0NN3123.854.8
E0EQId(xdxq)EQIsin0(xdxq)
1.486sin54.8(1.00.7)1.731
6-15 有一台xd=0.8, xq0.5的凸极同步发电机与电网并联运行,已知发电机
的端电压和负载为U1,I1,cos0.8(滞后),电枢电阻略去不计。试求
发电机的:(1)E0,N;(2)pe( E0保持上面的值)。 (max)
解:(1)设U10,则I136.87
E
Q
UjIxq100j36.870.51.3617.1
即N17.1 0N36.8717.153.97
IdI*sin0sin53.970
E0EQId(xdxq)1.36sin53.9700.31.603 *
U*11E0U**
(2)Pesin()sin2 ***
xd2xqxd
2
1.6031111
sin(sin22.00sin0.375sin2 0.820.50.8
dPe*
令0,得2.00cos0.75cos20
d
1.5cos22cos0.750
取cos>0则cos此时:max72.24
*pemax2sinmax0.375sin2max2.13
2441.50.75
0.305
21.5
6-17 一台31250KVA(星形联结),cosN0.8 (滞后) 的汽轮发电机与无穷大电
网并联运行,已知发电机的同步电抗xs7.53,额定负载时的激磁电动势
E017.2kV(相),不计饱和与电枢电阻,试求:(1)发电机的额定负载时,端电压U、电磁功率Pe、功率角N、输出的无功功率Q2及过载能力各为多少?(2)维持额定励磁不变,减少汽轮机的输出,使发电机输出的有功功率减少一半,问此时的Pe、、cos及Q2将变成多少?
解:(1)额定情况下忽略电阻,则电磁功率等于输出功率
PePNSNcosN312500.8kW22500kW Q2SNsinN312500.6kVar18750kVar
设电网相电压为U为参考向量,则UU0,I
SN
36.870 3U
E0UjIxs,即 E0NU00
SN
xs(90036.87) 3U
SNxs47062.533
EUUcos0.61.7210cos10N0NU3U
62750Sx3EsinNs0.81.72103sin10N0N3UU
47062.51032627501032
(1.7210)U247062.510((
UU
32
2
3
U4201.715106U261524411090
U16.12KV
得方程的解 N136.6
1kP11.677sinN1
由数学和原理上讲,两组答案均可以
考虑kP(1.62.0)则N(3040)取第一组答案 (2)If不变,所以E0不变,电网电压U不变
U212.82KV
N216.53
1kP23.515sinN2
Pe'
11
Pe25000kW12500kW 22
'
又Pem
E0V
sin' xs
Pe'xs125007.53
arcsinarcsin17.34
mE0U36.1217.2
'
设U6.120则 E017.217.34
E0UjIxs
E0U17.217.346.120
IkA1.5363.52kA
jxs7.5390
Pe'
coscos63.520.446 Qsin'25087kVar '
cos
'
'2
6-24 某工厂电力设备的总功率为4500kW,cos0.7(滞后)。由于
生产发展,欲新添一台1000kW的同步电动机,并使工厂的总功率因数提高到0.8(滞后),问此电动机的容量和功率因数应为多少(电动机的损耗忽略不计)?
解:添加前:P4500kW,cos0.7(滞后)
S
Pcos4500
0.7
kVA6429kVA QSsin64290.714kVar4591kVar
添加后:P'
PP'
N(45001000)kW5500kW,cos0.8 S'
P'cos'
5500
0.8
kVA6875kVA Q'S'sin'68750.6kVar4125kVar
所以新添加的电动机:
P'
N1000kW,QNQQ466kVar(超前) SN
P2Q2NN24662kVA1103kVA
cosPNN
S1000
0.907 N1103
(滞后)
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
Rm
l
,单位:
A
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phChfBmV。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;
,通过电阻产生的涡流损耗:交变的磁场产生交变的电场,在铁心中形成环流(涡流)损耗。经验公式phCFef
1.3
2
BmG。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有n
关。
铁心厚度为0.025m(铁心由0.35mm的DR3201-3 图示铁心线圈,已知线圈的匝数N=1000,
硅钢片叠成), 叠片系数(即截面中铁的面积与总面积之比)为0.93,不计漏磁,试计
算:(1) 中间心柱的磁通为7.5104Wb,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流; (2) 考虑铁心磁位降时,产生同样的磁通量时所需的励磁电流。 解:磁路左右对称可以从中间轴线分开,只考虑右半磁路的情况: 铁心、气隙截面AA0.0251.25100.93m2.910m
通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度;气隙截面可以不乘系数) (考虑边缘效应时,
气隙长度l2510m 铁心长度l
4
2
2
4
2
7.5
1.25251.250.0252cm12.45102m 2
7.5104
铁心、气隙中的磁感应强度BBT1.29T 2A22.9104
(1) 不计铁心中的磁位降: 气隙磁场强度H
B0
1.296
m1.010m 7
410
6
4
磁势FIFHl1.010510A500A 电流I
FI
0.5A N
(2) 考虑铁心中的磁位降:
铁心中B1.29T 查表可知:H700m 铁心磁位降FFeHl70012.4510A87.15A
2
FIFFFe500A87.15A587.15A I
FI
0.59A N
1-4 图示铁心线圈,线圈A为100匝,通入电流1.5A,线圈B为50匝,通入电流1A,铁
心截面积均匀,求PQ两点间的磁位降。
解:由题意可知,材料的磁阻与长度成正比,设PQ段的磁阻为RPQRm,则左边支路的磁阻为
11
Rm: 3F1F2
RmRm
3FPQF1
1111
Rm150100A71.43A 314
1-5 图示铸钢铁心,尺寸为
左边线圈通入电流产生磁动势1500A。试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值:
(1) 气隙磁通为1.65104Wb时; (2) 气隙磁通为零时;
(3) 右边心柱中的磁通为零时。 解:(1)af
ed
fe
1.65104Wb
1.65104
BafBedT0.66T 4
2.510
查磁化曲线得HafHed500Am
1.651043
m477.7110Am 气隙中的磁场强度H74
4102.7510
中间磁路的磁势Fad477.711032.510350020102A
1294.28A
左边磁路的磁势Fdcba15001294.28A205.72A
Hdcba
Fdcba205.72
m411.44m ldcba0.5
查磁化曲线得Bdcba0.56T
dcba0.564104Wb2.24104Wb
aghd2.241.65104Wb0.59104Wb
Baghd
0.59104T0.12T
5104
查磁化曲线得Haghd80Am
Faghd800.75A60A
右边线圈应加磁动势F2FadFaghd1294.2860A1234.28A
(2) Fad0 Hdcba
F1ldcba
1500
m3000m 0.5
查磁化曲线得Bdcba1.5T
dcba1.54104Wb6104Wb aghddcba6104Wb
Baghd
6104T1.2T 5104
查磁化曲线得Haghd1270Am
Faghd12700.75A952A
右边线圈应加磁动势F2Faghd12700.75A952A
(3) 由题意得addcba
由(1)、(2)可知1.6510Wbad2.2410Wb 取ad1.7510Wb
4
4
4
1.75104
则BafBedT0.7T 4
2.510
查磁化曲线得HafHed550Am
1.75104
m506.7103m 气隙中的磁场强度H74
4102.7510
中间磁路的磁势Fad506.71032.510355020102A
1376.8A
dcbaad1.75104Wb
B1.75104dcba
410
4
T0.4T 查磁化曲线得Hdcba310Am
Fdcba3100.5A155A
FFadFdcba155A1376.8A1531A FF1,假设合理
右边线圈应加磁动势F2Fad1376.8A
已知F11500A
第二章 变压器
2-1 什么叫变压器的主磁通,什么叫漏磁通?空载和负载时,主磁通的大小取决于哪些因
素?
答:变压器工作过程中,与原、副边同时交链的磁通叫主磁通,只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
由感应电动势公式E14.44fN1可知,空载或负载情况下U1E1,主磁通的大小取决于外加电压U1、频率f和绕组匝数N1。
2-2 一台50Hz的变压器接到60Hz的电源上运行时,若额定电压不变,问激磁电流、铁耗、
漏抗会怎样变化
答:(1)额定电压不变,则U1NE14.44fN14.44fN1
'
'
'50f'60'
, 即6磁通降低,此时可认为磁路为线性的,磁阻又
5060fRm
l'
不变,励磁磁势ImN1Rm,Im6Im; s
(2)铁耗:pFeBmf,铁耗稍有减小; (3)x12fL1
'
'
66''
x1, x22fLx2 2
55
2-3 在导出变压器的等效电路时,为什么要进行归算?归算是在什么条件下进行的? 答:因为变压器原、副边只有磁的联系,没有电的联系,两边电压E1E2、电流不匹配,必须通过归算,才能得到两边直接连接的等效电路;
归算原则:保持归算前后副边的磁动势不变。
2-4 利用T型等效电路进行实际问题计算时,算出的一次和二次侧电压、电流和损耗、功率
是否为实际值,为什么?
答:一次侧没有经过归算,所以为实际值;
二次侧电压、电流不是实际值,因为归算前后绕组匝数不同,但损耗、功率为实际
值。
2-5 变压器的激磁阻抗和等效漏阻抗如何测定?
答:激磁阻抗由空载试验测量;等效漏阻抗由短路试验测量。 (具体测量方法略)
2-14 有一台三相变压器,额定容量SN5000kKA,额定电压U1N2N10kV6.3kV,
Y,d联结,试求:(1)一次、二次侧的额定电流;(2)一次、二次侧的额定相电压和相电流。 解:(1)I1N
SN5000
A288.68A 3U1N310
I2N
SN5000
A458.21A U2N6.3
(2)原边Y联结:U1N
U1N10
kV5.77kV 3 I1NI1N288.68A 副边联结:U1NU1N6.3kV I1N
I1N458.21A264.55A 3
2-16 有一台单相变压器,已知参数为:R12.19,X115.4,R20.15,
X20.964,Rm1250,Xm12600,N1N2260。当二次侧电压
U26000V,电流I2180A,且cos20.8(滞后)时:(1)画出归算到高压侧
的T型等效电路;(2)用T型等效电路和简化等效电路求U1和I1,并比较其结果。 解:(1)归算到高压侧:
R12.19 X115.4 Rm1250 Xm12600
'''
876
RkR20.151.70
260
'2
2
2
'
ZL
X2kX2
'2
8760.96410.94
260
2
(2)T型等效电路如图示: 设U2kU2202150V 则I2I53.4236.88A
'
E1E2U2I2Z2
'
'
'
'
'
202150V53.4236.88A1.70j10.9420642.41.15V
Im
E1Zm
20642.41.15V1.6383.18A
1250j12600
I1ImI21.6383.18A53.4236.88A54.5638.12A
''II
U1E1I1Z121279.42.70V
简化等效电路如右图:
'
'RkR1R3.89
'
XkX1X226.34
'
'
2
'
ZL
I1I253.4236.88A U1U2I1Zk21254.02.80V
由于在满载的情况下ImI1,励磁支路可以忽落不计,所以两种方法计算的结果相差不大,在误差允许的范围之内。
2-17 在图中,各铅垂线上对应的高、低压绕组绕于同一铁心柱上。已知A、B、C为正相序,
试判断联结组a和b的组号。
E
E
E by
E ABEBCEEABBEBCE B
EAcy EA
cx
EC ECaz ECAay C
ECACEab ab
bx
bz
由图可以看出两组均为Y,d7
2-19 有一台1000kVA,10kV/6.3kV的单相变压器,额定电压下的空载损耗为4900W,空载
电流为0.05(标幺值),额定电流下75c时的短路损耗为14000W,短路电压为5.2%(百分值)。设归算后一次和二次绕组的电阻相等,漏抗亦相等,试计算:(1)归算到一次侧时T型等效电路的参数;(2)用标幺值表示时近似等效电路的参数;(3)负载功率因数为0.8(滞后)时,变压器的额定电压调整率和额定效率;(4)变压器的最大效率,。 发生最大效率时负载的大小(cos20.8)解:(1)归算到一次侧等效电路的参数:
空载试验在低压侧进行U0U2N6300V, I0I0I2N0.5
1000
A7.94A 6.3
P104900
折算到高压侧:Rmk0196 22
I06.37.94
2
2
Zm
U106300k202000
I06.37.94
2
ZmRm2000219621990.4
2
2
Xm
短路试验在高压侧进行UkUk%U1N5.2%10kV520V IkI1N
SN1000
A100A U1N10
所以:Rk75c
Pk75cIk2
14000
1.4 1002
Zk
Uk520
5.2 Ik100
ZkRk75c5.221.425.0
2
2
Xk即:R1R2(2)标幺值:
'
Rk75c2
'
0.70,X1X2
Xk
2.5 2
U1NU12N
高压侧的电阻基准值Zb100
I1NS1N
Rm
RmX
1.96, Xmm19.9 ZbZbRkX
0.014, Xkk0.05 ZbZb
Rk
(3)变压器额定电压调整率和额定效率:
UNIRkcos2Xksin2100%
1(0.0140.80.050.6)100%4.12%
0k
N1100%97.69% PPPN0
PP
(4)变压器效率最大时,可变损耗等于不变损耗
I
P04900
0.5916 Pk14000
最大效率:max
P0IPkN
197.97%
SNIcos2P0IPkN
2-20 有一台三相变压器,SN5600kKA,U1N2N10kV6.3kV,Y,d11联结组。变
压器的开路及短路试验数据为 试验名称 开路试验 短路试验
线电压V 线电流A 三相功率W 6300 7.4 6800 550 323 18000
备注 电压加在低压侧 电压加在高压侧
试求一次侧加额定电压时:(1)归算到一次侧时近似等效电路的参数(实际值和标幺值);(3)满载且(2)满载且cos20.8(滞后)时,二次侧电压U2和一次侧电流I1;
cos20.8(滞后)时的额定电压调整率和额定效率。
解:(1)归算到一次侧时近似等效电路的参数k空载试验在低压侧,折算到高压侧:
U1NphU2Nph
100.916 6.3
P0
Rmk
2
I0ph
0.91622
37.6800
2
104.19
Zmk
2
U06300
0.91621237.26 I07.3
2
Xm
2ZmRm.262104.1921232.8
短路试验在高压侧进行 所以:Rk
Pk318000
0.058 223323Ikph
Rk75c
Zk Xk
234.575
Rk0.069
234.525
2
UkphIkph
5503
0.9831 323
2
ZkRk75c0.981
U1NphI1Nph
U12NphS1N3
17.857
标幺值:高压侧的电阻基准值Z1N
Rm
RmX
5.84, Xmm69.10 Z1NZ1NRkX
0.00325, Xkk0.0549 Z1NZ1N
Rk
(3) 电压调整率和效率:
UNINRkcos2Xksin2100%
1(0.003250.80.05490.6)100%0.036
0k N1ScosPP100%99.45%
N20
PP
(2)U2U2ph1UN630010.036V6073.2V 满载时I1I1N
SN5600
A323.32A 3U1N10
'2
设U26073.20V,则由简化等效电路可知I1I323.3236.88V
2-23 某变电所有两台组号为Y,yn0的三相变压器并联运行,其数据为
第一台:SN180kKA,U1N2N6.3kV0.4kV,Zk0.07; 第二台:SN320kKA,U1N2N6.3kV0.4kV,Zk0.065。
(2)在每台变压器均试计算:(1)当总负载为400kVA时,每台变压器分担多少负载;
不过载的情况下,并联组的最大输出是多少? 解:(1)当S400kKA时,
设第一台变压器分配负载为SⅠ,则第二台变压器的负载SⅡ400SⅠ,满足:
*
SⅠ137kVASⅠSⅠNZk
*Ⅱ,带入数值计算可得:
SⅡSⅡNZkⅠSⅡ263kVA
(2) 求Smax:负载增加时,Zk小的变压器(第二台)先满载,此时SⅡSⅡN320kVA
*
SⅠSⅠNZk
*Ⅱ SⅠ167.1kVA 又
1ZkⅠ
SmaxSⅠSⅡN320167.1kVA487.1kVA
2-25 一台5kVA,480V/120V的普通两绕组变压器,改接成600V/480V的自耦变压器,试
求改接后一次和二次的额定电流和变压器的容量。
解:I1aNI2N
SN
U41.67A 2N
SaNU1aNI1aN60041.67VA25kVA I2aN
SaN
U25103A52.08A 2aN
480
U1aNU1NU2N
aNU1N
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2a2。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:E0CenNUN
所以额定情况下:TeCTIaNCT
UNUP
INCTNN CenNCenNUN
PN82103
9.559.55Nm807.3Nm
nN970
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Ra1.5,励磁绕组电阻Rf88,已知在750r/min时的空载特性如下表所示:
If/A 0.4 1.0 1.6 2.0 2.5 3.0 3.6 4.4 5.2 E0/V 33 78 120 150 176 194 206 225 240
试求:(1)额定转速、励磁电流为2.5A时,空载电压是多少?(2)若转速降为900r/min,
空载电压为多少?(3)满载时的电磁功率为多少? 解:(1)空载时U0ECen
If2.5A时:n750r/min,对应Un176V 当nN1000r/min,对应U0N(2)n=900r/min时: U0
nN1000
n176V234.67V n750
900
176V211.2V 750
(3)满载情况下:
EaNUNINRa230V101.5V245V PemEaNIN24510W2.45kW
3-13一台四极82kW、230V、970r/min的并励直流发电机,Ra(75)0.0259,励磁绕组总电阻Rf(75)22.8,额定负载时并励回路中串入3.5Ω的调节电阻,电刷压降为2V,铁耗和机械损耗共2.5kW,杂散损耗为额定功率的0.5%,试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。
解:电磁功率: IfN
UN230PN82000
A8.745A,A356.52A IN
RfR'f22.83.5UN230
IaNIfNIN256.52A8.745A365.267A
EaNUNIaNR2U230356.520.02592V241.46V PemEaNIaN365.267241.46W88.198kW
输入功率:P1PempFepmecp
88.1982.5820.5%kW91.108kW
效率:
82PN
100%100%90% P91.1081
3-17 一台17kW、220V的串励直流电动机,串励绕组电阻为0.12Ω,电枢总电阻为0.2Ω,
在额定电压下电动机电枢电流为65A时,转速为670r/min,试确定电枢电流增为75A时电动机的转速和电磁转矩(磁路设为线性)。 解:UN220V:Ia65A时,转速n670rmin
EaUNIaRaRf220V65(0.120.2)V199.2V
'''
RaRf220V75(0.120.2)V196V Ia75A时:EaUNIa''
19665EaEaCe
nn670rmin571.3rmin
199.275Ce'EaCe'
'
''
19675EaIa T60Nm245.71Nm '2571.3
'
e
3-18 一台96kW的并励直流电动机,额定电压为440V,额定电流为255A,额定励磁电流为5A,额定转速为500r/min,电枢总电阻为0.078Ω,不计电枢反应,试求(1)电动机的额定输出转矩;(2)额定电流时的电磁转矩;(3)电动机的空载转速。 解: (1)电动机的额定输出转矩:
T2
96000PN60Nm1833.46Nm 2500
(2)额定电流时的电磁转矩
IN255A, IfN5A,所以IaNINIfN250A EaNUNIaNRa440V250A0.078420.5V
Te
PemEaNIaN420.5250
60Nm2007.74Nm 2500EaN
(3)电动机的空载转速: CeN n0
N
440UNU
NnN500rmin523.19rmin
CeNEaN420.5
第四章 交流绕组及其电动势和磁动势
4-11 计算下列三相、两极、50Hz的同步发电机定子的基波绕组因数和空载相电动势、线电
动势。已知定子槽数Q=48,每槽内有两根导体,支路数a=1,y1=20,绕组为双层、星形联结,基波磁通量φ1=1.11Wb。 解:极距
QQ4824 q8 2p2mp23
p360360
槽距角7.5
Q48
基波绕组系数kw1kp1kd1
q
y sin190
qsin2
sin
sin30
sin750923
8sin3.75
每相绕组串联匝数N
QNc48
16 ma3
空载相电动势E14.44fNkw11
44450160923111V3639V
线电动势EL
4-12 有一三相双层绕组,Q=36,2p=4,f=50Hz,y1
E3639V6303V
7
,试求基波、5次、7次和一阶9
齿谐波的绕组因数。若绕组为星形联结,每个线圈有两匝,基波磁通φ1=0.74Wb,谐波磁场与基波磁场之比B5B125,B7B149,每相只有一条支路,试求基波、5次和7次谐波的相电动势。 解:q
Q36
3 2mp34
p3602360
槽距角20
Q36
q
y1sin30kp1kd1sin90sin700902
3sin10qsin2
sin
基波绕组系数kw1
5次谐波绕组系数
kw5kp5kd5
qsin5ysin5190
qsin52
sin150
sin35000378
3sin50
7次谐波绕组系数
kw7kp7kd7
q
y1sin210sin790sin4900136
3sin70qsin72
sin7
QNc236
24 ma3
每相绕组串联匝数N
E14.44f1Nkw114.4450240.9020.74V3556V E54.44f5Nkw5B55l4.44550240.0378E7
11
0.745.96V 25511
4.44f7Nkw7B77l4.44750240.1360.7410.94V
497
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,cosN0.8,额定电压(线电压)为6.3kV,星形联结。
pN12000103
解:IILA1374.6A 3
UNcosN6.3100.8
相磁动势幅值F10.9三相磁动势幅值 F1
Nkw1
I18271A p
m1
F11.518271A27407A 2
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。 解:(1) 设iAImcost, 则iBImcos(t90) fA1F1cosxcost
fB1F1cos(x90)cos(t90)
所以合成磁势
A
A
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x90)cos(t90)
1
F1[cos(tx)cos(tx)]21
F1[cos(tx)cos(tx180)]2
F1cos(tx)
即合成磁势为正向旋转的圆形磁势,且幅值等于为单相基波
(2)C相断线的情况下 iC0
设iAImcost, 则iBImcost fA1F1cosxcost
fB1F1cos(x120)cost
所以合成磁势
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x120)costF1cost[cosxcos(x120)]F1costcos(x30)
即合成磁势为脉振磁势,且幅值为单相基波幅值的3倍。
。
4-25 两个绕组A和B,其匝数和绕组因数均相同,A在空间超前于B90+α电角,若
iAImcost,问要使A和B的基波合成磁动势成为正向推移(从A到B)的恒幅旋转
磁动势时,iB的表达式应是怎样的? 解:设iBImcos(t)
A相:iAImcost fA1F1cosxcost B相:iBImcos(t) 所以
fB1F1cos(x90)cos(t)
f1fA1fB1F1cosxcostF1cos(x90)cos(t)1
F1[cos(tx)cos(tx)]
21
F1[cos(tx90)cos(tx90)]2
逆向旋转波相互抵消,则
cos(tx)cos(tx90)cos(tx90)
得
90
此时 iBImcos[t(90)]
f1
1
F1[cos(tx)cos(tx2)] 2
补充题:解析法证明三相绕组通以负序电流时将形成反向推移的旋转磁动势 证明:
iA2Icost
fA1F1cosxcost
fC1F1cos(x240)cos(t120)
iB2Icos(t240) fB1F1cos(x120)cos(t240) iC2Icos(t120)
所以f1fA1fB1f
C1
F1cosxcostF1cos(x120)cos(t240)F1cos(x240)cos(t120)
11
F1[cos(tx)cos(tx)]F1[cos(tx120)cos(tx360)]22
1
F1[cos(tx120)cos(tx360)]23
F1cos(tx)2
幅值点cos(tx)1 即tx0
dx
即该磁动势为反向推移的圆形旋转磁动势 dt
第五章 感应电机的稳态分析
5-3 三相感应电机的转速变化时,转子所生磁动势在空间的转速是否改变?为什
么?
答:不变。设气隙磁场旋转速度为n1,转子的转速为n,转差率为s
n1n
,则转子感n1
应电动势和电流的频率为f2sf1,由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为
n
60f260f1
ssn1,则相对于定子的转速为nnn1,与转子转速无关。PP
即转速变化时,转子产生的磁动势在空间的转速不变。
5-6 感应电动机等效电路中的
1s'
R2代表什么?能否不用电阻而用一个电抗去s
代替?为什么? 1s'
答:R2代表与转子所产生的机械功率对应的等效电阻,消耗在该电阻上的功率代表
s
总的机械功率。它不能由电抗代替,因为电抗上损耗的是滞后的无功功率,不能代替转换成机械功率的有功功率。
(2)用总机5-11 试写出感应电动机电磁转矩的三种表达形式:(1)用电磁功率表达;
械功率表达;(3)用主磁通,转子电流和转子的内功率因数表达。
答:(1)用电磁功率表达Tem
Pem
1P
(2)用总机械功率表达Tem
cos2 (3)用主磁通,转子电流和转子的内功率因数表达TemCT1I2
5-13 有一台Y联结,380V,50Hz,额定转速为1444r/min的三相绕线型感应电
''
动机,其参数为R1=0.4,R2=0.4,X1=X2=1,Xm=40,Rm略
去不计,定,转子的电压比为4。试求:(1)额定负载时的转差率;(2)额定负载时的定,转子电流;(3)额定负载时转子的频率和每相电动势值。
解:(1)额定转差率
s
N
nsnN15001444
0.0373 ns1500
(2)T形等效电路图如右
设U1
UN
0219.390v,则 3
U1
219.390
AI1'
R2'
j40(j1)jxm(jx2)0.4j1R1jx1R2'j41j(xmx2)
0.0373s
20.1124.20A
I2I1
'
jxm
R'
j(xmx2)s
'2
20.1124.20
A
j41(3)
0.0373
j40
18.98170.46
所以I2kiI2418.98A76A (3)f2sNf10.037350Hz1.865Hz
'R2
EIj204.35V
s'2
'2
'E2
E251.09V
ke
'
5-14 有一台三相四级的笼型感应电动机,额定转差率sN0.02008,电动机的容
量PN=17kW,U1N=380V(D联结),参数为R1=0.715,X1=1.74,
''R2=0.416,X2=3.03,Rm=6.2,Xm=75,电动机的机械损耗
P=139W,额定负载时的杂散损耗P=320W。试求额定负载时的定子电流,
定子功率因素,电磁转矩,输出转矩和效率。
解:等效电路如题5-13,设U1U103800V则
I1
R1jx1
U1
(Rmjxm)(
R2'
(Rm)j(xmx2)
s
R'
jx2)'2
3800
j3.03)
0.715j1.74
(6.2)j(753.03)
0.0200
(6.2j75)(
A18.5726.35A
所以定子电流I118.57A 定子功率因数cos1cos(26.35)0.896
'R20.416'
jx2(j3.03)ImI118.574.72A '
R'
(6.2j(753.03)(Rmjxm)(2jx2)0.0200s
'
I2I1
(Rmjxm)(6.2j75)
18.5716.94A'
R'
(6.2j(753.03)(Rm2j(xmx2)0.0200s
'2
2
'R20.416
电磁功率Pe3I319.642W17835.19W
s0.02008
电磁转矩Te
Pe17835.19Nm113.54Nm s260P217018.06Nm110.5Nm
(1s)260
'22
输出功率P2(1s)Pepp((1s)17835.19139320)17018.06W 输出转矩T2
'R2223ImRm3I1R1 输入功率P13I
s
(17835.1934.7226.2318.5720.715)W18989.26W
效率
p2
100%89.6% p1
5-25 试述极对数比为2:1的双速感应电动机的变极原理。(略)
5-26 有一台三相四极的绕线型感应电动机额定转速nN1485rmin,转子每相
电阻R20.012。设负载转矩保持为额定值不变,今欲把转速从1485r/min下调到1050r/min,问转子每相应串入多大的调速电阻?
解:额定转差率sN
n1nN15001485
0.01
1500n1
调速后的转差率s
n1n15001050
0.3
1500n1
设串入调速电阻为R,调速前后负载转矩不变
所以满足
R2R2R
,
sNs
得R(
0.3s
1)R2(1)0.0120.348
0.01sN
补充题:三相感应电动机,U1N=380V(D联结),PN=7.5kW,nN960rmin额
定负载时cosN0.824,pcu1474W,pFe231W,p45W,
p37.5W
求:额定情况下的sN,f2,pcu2,和I1(线值)。
解:额定转差率sN
n1nN10009600.04
1000n1
转子侧频率f2sNf10.0450Hz2Hz
总机械功率PPNpp(75004537.5)W7582.5W 所以电磁功率Pem
11P7582.5W7898.44W 1sN10.04
转子铜耗pcu2sNPem0.047898.44W316W
输入功率P1Pempcu1pFe(7898.44474231)W8603.44W 效率
7500P2
100%100%87.2%
8603.44P1
P8603.441
A15.86A
U1cosN33800.824
定子电流I1
第六章 同步电机的稳态分析
6-4 同步发电机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
机的运行有何影响?
答:同步发电机电枢反应的性质取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置,即激磁电
动势E0和负载电流I之间的相角差0。交轴电枢反应产生交轴电枢磁动势,与产生电磁转矩及能量转换直接相关;直轴电枢反应产生直轴电枢磁动势,起到增磁或者去磁的作用,与电机的无功功率和功率因数的超前或滞后相关。
6-6 为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论?凸极同步发电机负载运行
时,若0既不等于0,又不等于90
,问电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间是否同相,为什么(不计磁饱和)?
当负载运行时,若0既不等于0,又不等于90,电枢磁场的基波与电枢磁动势的基波在空间的相位不同,因为交、直轴的磁路不同,相同大小的磁势产生的磁通不同,如右图。
aq1
Fad答:因为凸极电机的气隙不均匀,分析时需用双反应理论。Badaq1
6-8 有一台70000KVA,60000KW,13.8KV,(星形联结)的三相水轮发电机,
交直轴同步电抗的标幺值分别为xd1.0,xq0.7,试求额定负载时发电机的
激磁电动势E0(不计磁饱和与定子电阻)。
解:额定功率因数cosN
PN6
,N31 SN7
设U10 ,则I131
E
Q
UjIxq10j310.71.48623.8
N23.8
0NN3123.854.8
E0EQId(xdxq)EQIsin0(xdxq)
1.486sin54.8(1.00.7)1.731
6-15 有一台xd=0.8, xq0.5的凸极同步发电机与电网并联运行,已知发电机
的端电压和负载为U1,I1,cos0.8(滞后),电枢电阻略去不计。试求
发电机的:(1)E0,N;(2)pe( E0保持上面的值)。 (max)
解:(1)设U10,则I136.87
E
Q
UjIxq100j36.870.51.3617.1
即N17.1 0N36.8717.153.97
IdI*sin0sin53.970
E0EQId(xdxq)1.36sin53.9700.31.603 *
U*11E0U**
(2)Pesin()sin2 ***
xd2xqxd
2
1.6031111
sin(sin22.00sin0.375sin2 0.820.50.8
dPe*
令0,得2.00cos0.75cos20
d
1.5cos22cos0.750
取cos>0则cos此时:max72.24
*pemax2sinmax0.375sin2max2.13
2441.50.75
0.305
21.5
6-17 一台31250KVA(星形联结),cosN0.8 (滞后) 的汽轮发电机与无穷大电
网并联运行,已知发电机的同步电抗xs7.53,额定负载时的激磁电动势
E017.2kV(相),不计饱和与电枢电阻,试求:(1)发电机的额定负载时,端电压U、电磁功率Pe、功率角N、输出的无功功率Q2及过载能力各为多少?(2)维持额定励磁不变,减少汽轮机的输出,使发电机输出的有功功率减少一半,问此时的Pe、、cos及Q2将变成多少?
解:(1)额定情况下忽略电阻,则电磁功率等于输出功率
PePNSNcosN312500.8kW22500kW Q2SNsinN312500.6kVar18750kVar
设电网相电压为U为参考向量,则UU0,I
SN
36.870 3U
E0UjIxs,即 E0NU00
SN
xs(90036.87) 3U
SNxs47062.533
EUUcos0.61.7210cos10N0NU3U
62750Sx3EsinNs0.81.72103sin10N0N3UU
47062.51032627501032
(1.7210)U247062.510((
UU
32
2
3
U4201.715106U261524411090
U16.12KV
得方程的解 N136.6
1kP11.677sinN1
由数学和原理上讲,两组答案均可以
考虑kP(1.62.0)则N(3040)取第一组答案 (2)If不变,所以E0不变,电网电压U不变
U212.82KV
N216.53
1kP23.515sinN2
Pe'
11
Pe25000kW12500kW 22
'
又Pem
E0V
sin' xs
Pe'xs125007.53
arcsinarcsin17.34
mE0U36.1217.2
'
设U6.120则 E017.217.34
E0UjIxs
E0U17.217.346.120
IkA1.5363.52kA
jxs7.5390
Pe'
coscos63.520.446 Qsin'25087kVar '
cos
'
'2
6-24 某工厂电力设备的总功率为4500kW,cos0.7(滞后)。由于
生产发展,欲新添一台1000kW的同步电动机,并使工厂的总功率因数提高到0.8(滞后),问此电动机的容量和功率因数应为多少(电动机的损耗忽略不计)?
解:添加前:P4500kW,cos0.7(滞后)
S
Pcos4500
0.7
kVA6429kVA QSsin64290.714kVar4591kVar
添加后:P'
PP'
N(45001000)kW5500kW,cos0.8 S'
P'cos'
5500
0.8
kVA6875kVA Q'S'sin'68750.6kVar4125kVar
所以新添加的电动机:
P'
N1000kW,QNQQ466kVar(超前) SN
P2Q2NN24662kVA1103kVA
cosPNN
S1000
0.907 N1103
(滞后)