(刘振兴版)[电机拖动]课后参考答案11
11《电机与拖动》参考答案 2-1
n1450
241.67r/min
j1j2j32*1.5*2
2nfd2*241.670.15V**1.9m/s (1) 切削功率:
602602PLFV2000*1.93800W
nf
(2) 电动机输出功率:P2(3) 系统总飞轮转矩:
PL
123
3800
5212.6W
0.9*0.9*0.9
GDGDa
22
GDb2j1
2
j12j22j32
22.792
3.5223.50.50.30.254.55N.m
22*1.5222*1.52*22
j1j2
GDc2
2
2
GDd2
(4) 电动机电磁转矩:
T2
TL
123
FD/22000*0.15/2
34.29N.M
j1j2j31232*1.5*2*0.9*0.9*0.9
(5) 不切削时的电动机电磁转矩: 忽略损耗时的电动机电磁转矩
T2'
FD/22000*0.15/2
25N.M
j1j2j32*1.5*2
传动机构阻转矩:T0T2T2'34.29259.29N.M
GD2dn4.55
9.29*80019N.M 加速时电动机转矩:TT0
375dt375
2-2
GD2dn
(a) TTL
375dt
GD2dn
(b) TTL
375dt
减速
减速
GD2dn
(c) TTL
375dt
加速
GD2dn
(d) TTL
375dt
减速
GD2dn
(e) TTL
375dt
2-3
匀速
(a) 稳定 ;(b)稳定;(c) 稳定; (d) 稳定; (e) 不稳定;
第三章
3-1 直流发电机通过电刷和换向器将导体中的交流电势整流成直流输出。如果没有换向器输出的将是交流电势。
3-2 直流电动机通过电刷和换向器将外部输入直流电压,逆变成导体中的交流电压和电流。 3-3 略
3-4 电枢反映是指电枢绕组流过电流时产生的磁场对主极磁场的影响。电枢反应的影响为:(1) 使气隙磁场发生畸变,半个磁极下磁场消弱,另半个磁极下磁场加强。
(2)磁路不饱和时,增加的和减弱的相同,每极磁通量不变;磁路饱和时,半个磁极下增加的磁通小于另半个磁极下减弱的磁通,每极磁通量略有减少。
(1)
INP1N
25000
131.83A
UNN220*0.862 PN2500029002WN0.862
PN12000
52.17AUN230 PN1200014371.3WN0.835
120
30, 4
PN
3-5
(2)
(1)
3-6
(2)
INP1N
3-7 略
3-8 当绕组为单叠形式时:每条支路并联元件匝数=
电刷间电势支路电势支路元件数*元件电势30*10300V
支路电阻支路元件数*元件电阻30*0.2 电刷间电阻1.5并联支路数并联支路数4
当绕组为单波形式时:每条支路并联元件匝数=
120
60 2
电刷间电势支路电势支路元件数*元件电势60*10600V
支路电阻支路元件数*元件电阻60*0.2 电刷间电阻6并联支路数并联支路数2
3-9 Ea
PNPNc*S2*10*21
nn*0.0142*100049.7V 60a60a60*2
T
PN3*400
Ia*0.21*10133.7N.M2a2*33-10 采用单叠绕组时: Ia10单叠形式时的支路电流:IyA
2a6
10
3.33A6采用单波绕组时: PN3*400
TIa*0.21*3.33133.7N.M
2a2*1
a1,
Ia2aIy2*
3-11 Ea
PN2*372
n*0.011*1500204.6V 60a60*1
(1) 因为EaU,所以运行在发电机状态; (2) Ia
T
EaU204.6200
22.12A Ra0.208
PN2*372Ia*0.011*22.1228.8N.M 2a2*1
pcuIa2Ra22.122*0.208101.77WP2IaU22.12*2004424W
.77W (3) P1P2pcupmpFe4424101.772043625091
P442420.86986.9%
P15091.77
3-12 略
W 3-13 (1) P1UI200*9218400
W (2) P2P118400*0.8615824
W (3)pP1P218400158242576IIaIf
U200
对于并励电动机而言,IfN 2.25A
Rf88.7
IaIIf922.2589.75A
(4) pcuIa2Ra89.752*0.08644.3W (5) pfIf2Rf2.252*88.7449W
.7W (6) pmpFeppcupf2576644.34491482
3-14 (1)
P2N17000
84% P1N92*220
U220
9290A
(2) Rf110
EaUIaRa22090*0.08212.8V
IaIIfI
PMIaEa90*212.819152W
PPM19152(3) TM121.9N.M
2n/602*1500/60
U220
55ARL4U220If5A
R44f3-15 (1) IaILIf55560A
EaUIaRa22060*0.25235VP2UIL220*5512100WPMEaIa235*6014100W
IL
第四章
4-1 直流电动机起动要求:(1)起动电流要小,一般在(1.5~2)IN (2)起动转矩要大,Tst>TL,; (3)起动设备要简单便可靠。
如果起动时直接将额定电压加至电枢两端,称为直接起动。由于起动初始时,电动机因机械惯性而未能旋转起来,转速为零,电枢电动势EaCen0,忽略电枢回路电感的作用时,电动机的起动电流为
Ist
UNEaUN
RaRa
一般电动机的电枢绕组电阻Ra很小,若直接加上额定电压起动,Ist可达到额定电流的
10~20倍。这样大的起动过流将导致转向困难,换向器表面产生强烈的火花式环火;电枢绕组产生过大的电磁力,引起绕组损坏;而且产生过大的起动转矩,对传动机构产生强烈冲击,可能损坏机械传动部件。另外,过大的起动电流将引起电网电压的波动,影响同一电网上其他电气设备的正常运行。一般直流电动机是不允许直接起动.
U
一般直流电动机的最大允许电流为(1.5~2)IN,为了限制过大的起动电流,由IstN
Ra
可以看出,可以采用两种办法:一种办法是降低电源电压,另一种办法是电枢回路串电阻。
4-2 速度调节是用改变电动机参数的方法,使电力拖动系统运行于不同的人为机械特性上,从而在相同的负载下,得到不同的运行速度。是人为的有目的行为;速度变化是由于负载的变化,使电动机在同一条机械特性上发生的转速变化。
4-3 在额定负载下,电机可能运行的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围。用D表示,即:
D
nmaxnmin
TTN
在同一条机械特性上,额定负载时的转速降ΔnN与理想空载转速n0之比称为静差率,用δ表示,即
n0nNnN
n0n0
调速范围D与静差率δ是相互制约的两项性能指标,由图4-4(b)可以推断出D与δ
之间的关系式为
D
nmaxnmaxnmaxnmax
nnminn0'nNnN(1)N
nN
4-4 电动机调速时的容许输出是指电动机电枢电流保持额定值I=IN的条件下,在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。恒转矩调速是指在不同转速下保持Ia=IN,电动机容许输出的转矩不变。恒功率调速是指在调速范围内,保持Ia=IN,电动机容许输出的电磁功率保持不变。
如果以恒转矩调速方式配以恒功率负载时,为确保低速时电动机的转矩满足要求,只有在最低速时,电动机允许输出转矩与负载转矩相等;在高速运行时,电动机的转矩就得不到充分利用。如果以恒功率调速方式配以恒转矩负载时为确保高速时电动机的转矩仍满足要求,只有在nmax时电动机允许输出转矩才等于负载转矩;而在低速时,电动机转矩都得不到充分利用,造成投资和运行费用的浪费。
4-5 电动机制动运行的主要特点是电磁转矩与转速方向相反,不再从电源吸收电功率。 制动运行的作用包括:快速或准确停车、限制高速。能耗、电压反接、倒拉反转、回馈等四种形式。
4-7
0.05UN0.05*220
0.036IN305
4-8 1UNINPN1220*30560000
或Ra0.038
223052IN2
EaN0.95UN,
INRa0.05UN,
Ra
(1) 直接起动时 Ist
UN220
6111.1120IN Ra0.036
(2) 如果需要将起动电流限制在2倍额定电流,则
RaRst
UN2200.362IN2*305
Rst0.36Ra0.360.0360.324
(3) 如果需要将起动电流限制在2倍额定电流,则
U2INRa2*305*0.03621.96V
0.05UN0.05*440
0.289IN76
1UNINPN1440*7629000
或Ra0.384222276IN起动级数m3I12*IN152A
U440RmN2.89
I2*76R2.89m1.96
Ra0.384152I2177.56A
1.96
4-9 RR1.96*0.3840.753
1a
R22Ra1.962*0.3841.475R13Ra1.963*0.3842.89R1R1Ra0.369R2R2R10.722R3R3R21.415
EaN0.95UN,
INRa0.05UN,
Ra
4-10
UNINRa44076*0.376
0.411
nN1000
cT9.55ce3.93
IR76*0.376nNa69.53
ce0.411U440n0N1070r/min
ce0.411
(1)降压调速的最低理想空载转速为250r/min,相应的额定转矩最低转速为:25069.53180.47r/min
(2)弱磁时的最高理想空载转速为:
U440ce'N0.2933
n0'15000.2933'0.714
0.411
对于恒转矩负载而言,弱磁后的电流为:
U1440
I'IN*76106.4,n0'N1500
'0.714ce'0.2933额定转矩时的转速为:
UI'Ra440106.4*0.376nN'N1363.8r/min
ce’0.2933
(3)最高转速机械特性的斜率与静差率:
Ra0.376
’0.457722
cecT’9.55*0.2933n'n'15001363.8‘0N0.09
n0'1500
(4)最低转速机械特性的斜率与静差率:
Ra0.376
’’0.23322
cecT9.55*0.41169.53‘0.278
250ce
UNINRa220280*0.044
0.327
nN635
cT9.55ce3.12(1)电枢串电阻:
Ucen2200.327*500RNRa0.0440.158
IN280
(2)降压调速
4-11 UcenINRa0.327*500280*0.044175.8V
(3)
1I'IN*ININ,不能长期运行
'0.85
UI'Ra220280/0.85*0.044nN739.4r/mim
ce'0.327*0.85
ce
UNINRa220158.5*0.1
0.204
nN1000
cT9.55ce1.95带上0.8倍额定负载时
U0.8INRa2200.8*158.5*0.1
(1)nN1016.3r/min
ce0.204
(2)电枢回路串入0.3电阻时,电枢电流维持0.8倍额定电流不变:
U0.8IN(RaR)2200.8*158.5*(0.10.3)nN830r/min
ce0.204180V时,电枢电流同样维持0.8倍额定电流不变4-12 (3)电枢电压为
U0.8INRa1800.8*158.5*0.1n820r/mim
ce0.204
1
(4)磁通减弱到0.8倍额定磁通时,负载转矩不变,Ia*0.8ININ
0.8
UINRa220*158.5*0.1nN1251r/mim
ce'0.204*0.8
ce
UNINRa22068.7*0.224
0.136
nN1500
cT9.55ce1.3
U220n0N1617.6r/min
ce0.136带上额定负载时
nnmin
(1)00.3
n0
nminn0(1)0.7*1617.61132.4r/min
n1500
(2)电动机调速范围为Dmax1.325
nmin1132.4
(3)电枢回路串入电阻值:ce
4-13
UNIN(RaR)22068.7*(0.224R)
1132.4r/min
ce0.136
R0.737
(4)拖动额定负载转矩时
电动机输入功率P1UNIN220*68.715114W
n1132.4
输出功率P2minPN*130009814W
nN1500
2
外串电阻上的损耗pcuINR3478.4W显然效率较低nmin
UNINRa22022.3*0.91
0.2
nN1000
cT9.55ce1.91
U220n0N1100r/min
ce0.136带上额定负载时(1)电压反接制动,制动开始时的制动电流为:
UNcenN2200.2*1000Ia42.38A
RaR0.919
因此制动开始时发出的电磁转矩为TcTIa1.91*42.3880.95N.M4-14(2)制动结束时n0,可求得此时的电流为
UN220Ia22.2A
RaR0.919
因此制动结束时发出的电磁转矩为TcTIa1.91*22.242.4N.M
ce
(3)当负载为恒转矩的反抗性负载时,不切断电源,电机不能反转,因为此时的电枢电流大小小于额定电流,拖动不起负载。
4-15
UNINRa44076.2*0.393
0.41
nN1000
cT9.55ce3.92
U440n0N1073.2r/min
ce0.41(1)回馈制动,且电流为60A时,电动机工作在固有机械特性上
UIaRa440(60)*0.393nN1130.7r/min
ce0.41
(2)在能耗制动下工作
(IN)(RaR)n
cecn0.41*500ReRa0.3932.3
IN76.2
忽略空载转矩,电动机轴上的转矩认为是电磁转矩,得:TcTIa3.92*(76.2)298.7N.M(3)倒拉反转制动情况下,
UcenIaN
RaRUcen4400.41*(600)RNRa0.39313.327
Ia50
忽略空载转矩,电动机轴上的转矩认为是电磁转矩,得:TcTIa3.92*50196N.M电网输入功率:P1UNIa440*5022000W
2*(600)
轴上输入功率:PMT196*12315W(负号代表功率为输入)
60
pcuIa2Ra50*50*(13.3270.393)34300P1PM(误差来源于小数点后忽略的)ce
4-16
UNINRa22053*0.3
0.186
nN635
cT9.55ce1.77(1)能耗制动时:
cenN0.186*1100RRa0.0441.93
2IN2*53ce
(2)反接制动时:UNcenN2200.186*1100RRa0.0443.96
2IN2*53
第五章 习题答案
5-1变压器有哪些主要部件,它们的主要作用是什么?
答:铁心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
绕组: 构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。
分接开关: 变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。
油箱和冷却装置: 油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。
绝缘套管: 变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接,使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。
5-2变压器铁芯的作用是什么,为什么它要用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成?
答:变压器的铁心构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。为了铁心损耗,采用0.35mm厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
5-3从物理意义上说明变压器为什么能变压,而不能变频率?
答: 变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后,流过激磁电流I0, 产生励磁磁动势F0,在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同,根据电磁感应定律,原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势e1和e2,且有e1N1
d0
、dt
e2N2
d0
显然,由于原副边匝数不等,即N1≠N2,原副边的感应电动势也就不等,dt
即e1≠e2,而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U1≈E1、U2≈E2,故原副边电压不等,即U1≠U2, 但频率相等。
5-4为什么要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通?它们之间有哪些主要区别?并指出空载和负载时激励各磁通的磁动势?
答:由于磁通所经路径不同,把磁通分成主磁通和漏磁通,便于分别考虑它们各自的特性,从而把非线性问题和线性问题分别予以处理。
区别:1. 在路径上,主磁通经过铁心磁路闭合,而漏磁通经过非铁磁性物质 磁路闭合。
2.在数量上,主磁通约占总磁通的99%以上,而漏磁通却不足1%。
3.在性质上,主磁通磁路饱和,φ0与I0呈非线性关系,而漏磁通磁路不饱和,φ
1σ
与I1呈线性关系。
4.在作用上,主磁通在二次绕组感应电动势,接上负载就有电能输出,
起传递能量的媒介作用,而漏磁通仅在本绕组感应电动势,只起了漏抗压降的作用。空载时,
激励。 0和一次绕组漏磁通1,它们均由一次侧磁动势F有主磁通0
。主磁通0,一次绕组漏磁通1,二次绕组漏磁通0由一次负载时有主磁通2FF激励,一次绕组漏磁通1由一次绕组磁动绕组和二次绕组的合成磁动势即F012激励,二次绕组漏磁通激励。 由二次绕组磁动势F势F212
5-5变压器的空载电流的性质和作用如何?它与哪些因素有关?
答:作用:变压器空载电流的绝大部分用来供励磁,即产生主磁通,另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗,前者属无功性质,称为空载电流的无功分量,后者属有功性质,称为空载电流的有功分量。
性质:由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量,故空载电流属感性无功性质,它使电网的功率因数降低,输送有功功率减小。
I0N1
,和磁化曲线可知,I0 的大小与主磁通φ0, 绕组Rm
匝数N及磁路磁阻Rm有关。就变压器来说,根据U1E14.44fN1m,可知,
U1
, 因此,m由电源电压U1的大小和频率f以及绕组匝数N1来决定。 m
4.44fN1
l
根据磁阻表达式Rm可知,Rm与磁路结构尺寸l,A有关,还与导磁材料的磁导
A
大小:由磁路欧姆定律0
率有关。变压器铁芯是铁磁材料,随磁路饱和程度的增加而减小,因此Rm随磁路饱和程度的增加而增大。
综上,变压器空载电流的大小与电源电压的大小和频率,绕组匝数,铁心尺寸及磁路的饱和程度有关。
5-6变压器空载运行时,是否要从电网取得功率?这些功率属于什么性质?起什么作用?为什么小负荷用户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利?
答:要从电网取得功率,供给变压器本身功率损耗,它转化成热能散逸到周围介质中。小负荷用户使用大容量变压器时,在经济技术两方面都不合理。对电网来说,由于变压器容量大,励磁电流较大,而负荷小,电流负载分量小,使电网功率因数降低,输送有功功率能力下降,对用户来说,投资增大,空载损耗也较大,变压器效率低。
5-7试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。它们分别对应什么磁通,对已制成的变压器,它们是否是常数?
答:励磁电抗对应于主磁通,漏电抗对应于漏磁通,对于制成的变压器,励磁电抗不是常数,它随磁路的饱和程度而变化,漏电抗在频率一定时是常数。
5-8变压器空载运行时,原线圈加额定电压,这时原线圈电阻r1很小,为什么空载电流I0不大?如将它接在同电压(仍为额定值)的直流电源上,会如何?
答: 因为存在感应电动势E1, 根据电动势方程:
EEIrI(rjx)jIxIrIZI(rjx)可知,尽管r1U111010mm01010m011
很小,但由于励磁阻抗Zm很大,所以I0不大.如果接直流电源,由于磁通恒定不变,绕组中不感应电动势,即E10,E10,因此电压全部降在电阻上,即有IU1/r1,因为
r1很小,所以电流很大。
5-9如将铭牌为60赫的变压器,接到50赫的电网上运行,试分析对主磁通、激磁电流、铁损、漏抗及电压变化率有何影响?
答:根据U1E14.44fN1m可知,电源电压不变,f从60Hz降低到50Hz后,频率f下降到原来的(1/1.2),主磁通将增大到原来的1.2倍,磁密Bm也将增大到原来的1.2倍, 磁路饱和程度增加, 磁导率μ降低, 磁阻Rm增大。于是,根据磁路欧姆定律
I0N1Rmm可知, 产生该磁通的激磁电流I0必将增大。
21.3 再由pFeBmf讨论铁损耗的变化情况。 21.3 60Hz时,pFeBmf
50Hz时,pFe(1.2Bm)(
'2
1
f)1.3 1.2
'pFe1.22
因为,1.31.20.71.14,所以铁损耗增加了。
pFe1.2
漏电抗xL2fL,因为频率下降,所以原边漏电抗x1,副边漏电抗x2减小。又由电压变化率表达式
U
I1NI
(rkcos2xksin2)1N[(r1r2)cos2x1x2sin2]可U1NU1N
知,电压变化率U将随x1,x2的减小而减小。
5-10变压器负载时,一、二次线圈中各有哪些电动势或电压降,它们产生的原因是什么?写出它们的表达式,并写出电动势平衡方程?
,漏感电动势Er,主电动势E由主,一次绕组电阻压降I答:一次绕组有主电动势E11111
由一次绕组漏磁通交变产生。一次绕组电动势平衡0交变产生,漏感电动势E磁通11EI(rjx);二次绕组有主电动势E,漏感电动势E,二次绕组电阻方程为U1111122
r,主电动势E由主磁通由二次绕组漏磁通交0交变产生,漏感电动势E压降I22222
EI(rjx)。 变产生,二次绕组电动势平衡方程为U22222
5-11试说明磁势平衡的概念及其在分析变压器中的作用。
答:磁势平衡就是在变压器中,当副边有电流产生时,I2使得整个磁势减小W2I,那
2
么原边就要增加I1,使W1I1W2I2,这就是磁势平衡。 在分析变压器中,可据此从一个已知电流求出另一个电流,并知其电磁本质。
5-12为什么可以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗,而把短路损耗看成是铜耗?变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别?为什么?
答:因为空载时电流很小,在空载损耗中铁耗占绝大多数,所以空载损耗近似看成铁耗。 而短路时,短路电压很低,因而磁通很小,铁耗也很小,短路损耗中铜耗占绝大多数,所以近似把短路损耗看成铜耗。 实际负载时铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差别,因为后一个是包含有其它损耗。
5-13变压器的其它条件不变,仅将原、副边线圈匝数变化10%,试问对
x和x
1
m
的影响
怎样?如果仅将外施电压变化10%,其影响怎样?如果仅将频率变化10%,其影响又怎样?
答:因为x12fw21,E4.44fwmU,所以当原、副边匝数变化10%时,x1变化20%。由于w变化10%,而U不变,使m变化10%。又因为磁通m变化10%时,m由于饱和影响,m变化k%,所以xmxm2fw2m,
的变化大于20%。将外施电压变化10%时,m也将变化10%,使
x不变,x
1
m
的
变化大于10%。这是因为m变化10%,由于磁路饱和影响,m变化大于10%。如果将频率变化10%,
xf,所以x变化10%,而f变化10%,则因为U不变,
1
1
使m变化10%。同样使
x
m
的变化大于10%。
5-14将一台1000匝的铁心线圈接到110伏,50赫兹的交流电源上,由安培表的读数得知
I10.5A,P110w,把铁心抽去后电流和功率为100A和10kw。假设不计漏磁,试
求:(1) 两种情况下的参数;
(2) 磁化电流和铁耗电流; (3) 两种情况下的相同最大值。 解:(1)有铁心时:
Zm
110I1
220 Ω
rP40
mI1
xm195.96
取出铁心后:
Zm0
110
1.1 100
rm0
P1
2I10
xm00.458
(2) 有铁心时磁化电流
I
铁耗电流
I
1
1
xmZmrm
0.5
195.96
0.445A 220
IFe
I
1
Zmrm0Zm0
0.5
40
0.091A 220
当铁心 取出后电流的有功分量
IA0
空载电流的无功分量
I'
1
100
1
90.91A 1.1
'IwI1
xm0Zm0
100
0.458
41.64A 1.1
(3) 有铁心时线圈感应电势EUIZU
111根据E4.44fw
m
得有铁心时磁通的最大值
mF
=
E110U0.4955103韦
4.44fw4.44fw4.44501000
当无铁心时感应电势
E'1000.45845.8伏
所以无铁心时磁通最大值
'45.8E m0=0.2063103 韦 4.44fw4.44fw
5-15有一台单相变压器,额定容量S100KVA,原副边额定电压
N
U1NU2N
6000
伏,230
fN50赫兹。原副线圈的电阻及漏抗为r4.32欧,r0.0063,x
1
2
1
8.9,
x20.013。
试求:(1)折算到高压边的短路电阻r,短路电抗x及阻抗Z;
kkk
''
(2)折算到低压边的短路电阻rk',短路电抗xk及阻抗zk;
(3)将(1)、(2)求得的参数用标么值表示;
(4)计算变压器的短路电压百分比uk及其分量ukr,ukx。
(5)求满载及Cos21,Cos20.8(滞后)及Cos20.8超前等三种情
况下的电压变化率u,并讨论计算结果。 解:(1)折算到高压边的短路阻抗
k
U1NU2N
26.087
rrr'4.32k2r8.61
kH122
xxk2x8.926.08720.01317.75 kH12 Zrjx8.61j17.7519.7364.12 Ω kHkHkH
(2)折算到低压边的短路阻抗
rr20.01265 rkL2kxx20.0261 xkLk
ZkLrkLjxkL0.01265j0.02610.02964.12Ω
(3) I
1N
SNU1N
16.67A
I2NZ1N
SNU2N
434.78A 6000
359.93 16.67
230
0.529
434.78
U1NI1NU2NI2NrkHZ1NxkHZ1NZkHZ1N
Z2N
所以 r
kH
8.61
0.0239
359.93
17.75
0.049 3
359.9319.73
0.0548
359.93
x
kH
Z
kH
r
kL
rkLZ2NxkLZ2NZkLZ2N
0.01265
0.0239
0.529
0.0261
0.0493
0.529
0.029
0.0548 0.529
x
kL
Z
kL
(4 ) 短路电压百分值
ukrr*100%2.39%
k
100%4.93% ukxx*k
*
ZkrZk100%5.48%
(5)当满载,功率因数Cos21时变压器的电压变化率
u(r*Cos2x*Sin2)100%2.39%
k
k
当Cos20.8滞后时,Sin20.6
u(r*Cos2x*Sin2)100%
k
k
(0.02390.80.04930.6)100%4.87%
当Cos20.8超前时,Sin20.6
u(r*Cos2x*Sin2)100%
k
k
(0.02390.80.04930.6)100%1.046%
对于电压变化率,当Cos21即阻性负载时电压变化率较小,当负载为感性时,电压变化率大,当负载为容性时,负载时的端电压可能高于空载时的端电压。
5-16一台单相变压器,已知r12.19,x115.4,r20.15,x20.964,,
rm1250,xm12600,W1876T,W2260T,当Cos20.8滞后时,副边
电流I2180A,U26000V。
试求:(1) 用近似T形等效电路和简化等效电路求U1和I1,并将结果进行比较 (2) 画出折算后的矢量图和T形等效电路。
解:(1)变压器变比
k=
W3.37 W2
所以 r'
1
r12.190.193 k23.372
x115.4
1.357 k3.37rm1250110.16 k3.37
x'
1
r'
m
x'm
xm126001109.96 22k3.37
用近似T形等效电路计算时,以U*作参考向量
2
U=6000伏
*2
.*
I2144j108A18036.87
'UI(Z'Z) 所以 U22211
=-6000-18036.87(0.193j1.3570.15j0.964) =-6300.08-2987.16=6307.082.7 v
'U6307.082.7I2144j108 I1
'110.16j1109.96Zm
=-144.83+113.59=184.06141.9 A
故
'
U1kU3.37(6307.082.7)212502.7V
1
'184.06141.9I1I54.63141.9 A 1
k3.37
.
用简化等效电路计算时,仍以U2作参考向量
''Z) UU2I2(Z121
=6307.082.7 伏
I1I2180.0036.87A
'所以 U1k3.37(6307.082.7)212502.7
U1
I1
'I
180.0036.8753.42
36.87
k3.37
用两种等效电路计算结果相差很小。U相同,I略变。
(2)
5-17一台三相变压器,原、副方额定电压
U1NU2N
10/3.15kV,Y/-11连接,匝电压为
14.189伏,副方额定电流I2N183.3A。
试求(1)原副方线圈匝数;
(2)原线圈电流及额定容量;
(3)变压器运行在额定容量且功率因数为Cos
三种情况下的负载功率。
解:(1)原方
U1N
2
1、0.9(超前)和0.85(滞后)
5.7735kV 副方 U2N3.15kV 所以 W1
U1N
407T
14.189U2N
222T
14.189
W2
(2)额定容量
SN
2NI2N
SN3.15183.3
1000KVA
I1N
(3)因 P所以当Cos21时
57.74A N
2
S
Cos2
P21000 k W
当Cos20.9时
P21000×0.9=900k w
当Cos20.85时
P21000×0.85=850 kw
5-18 一台3KVA,230/115伏单相变压器,原线圈电阻r10.3,副线圈电阻r20.05,原线圈漏抗x10.8,副线圈漏抗x20.1,铁耗PFe45w,额定负载时铜耗
Pcu85w。
求:(1) 副方功率因数为0.9(滞后)时的电压变化率;
(2) 供给3.04kw,功率因数为0.95(滞后)负载时的效率 解:(1) I1N
I2N
SN3000
13.043A 230230
3000S
N26.087A 115115
Z1N
U1N
17.634 I1N
Z2N
U2N
4.408 I2N
所以 rkr1r2
r1r20.30.050.0284
Z1NZ2N17.6344.408
0.80.1
0.0681
17.6344.408
xkx1x2
故副方Cos2=0.8(滞后)时电压变化率
urkCos2xkSin2
=5.524%
(2)供给负载3.04kw时,如不考虑电流对u的影响时,
u'rkCos2xkSin2
=0.028×0.95+0.0681
=4.78%
此时端电压 U'U2N(1u)115(10.0478)109.5V
此时负载电流I'2
这个电流对电压变化率的影响为
uI'2u'
P2304027.76A
'
U2109.5
所以考虑电流变化对电压变化率的影响后电压变化率
u
端电压
27.76
4.78%5.09%
26.087
U2115(10.0509)109.17V
负载电流
P2304027.85A I2
U2109.17
在这个负载时变压器的铁耗不变,铜耗为
2227.85
8596.88W PcuI2Pk(26.087)
所以供给3.04kw、功率因数为0.95(滞后)负载时的效率为
=
P100%
P2P0Pcu
3040
100%95.54%
30404596.88
5-19一台单相变压器50KVA、7200/480V、60Hz。其空载和短路实验数据如下
试求:(1)短路参数及其标么值;
(2)空载和满载时的铜耗和铁耗;
(3)额定负载电流、功率因数Cos20.9滞后时的电压变化率、副边电压及效
率。(注:电压变化率按近似公式计算)
解: I1N
SN
6.944A U1N
I2N
SN
104.16A7 U2
N
Uk157
22.42 7Ik
(1) 短路参数 Zk
rk
Pk61512.55 I2k49
18.58
xk
其阻抗基值 Z1N
U1N7200
1036.87 I1N6.944
所以 Zk
Zk0.0216
Z1N
rk
rk0.0121 Z1N
xk
0.0179 Z1N
xk
(2) 空载时铁耗 PFeP0245 w
满载铜耗 P
kN
6.9442
)P(()615605.2w
k7Ik
I1N
2
(3) 额定负载电流时 I2I2N104.167A 根据电压变化率近似公式
Sin得 urCosx22kk
u0.01210.90.01790.811.87%
此时副方电压 U2U2N(11.87%)471.02V
所以 P2U2I2NCos2471104.1670.944158.64w
P1P2P0PkN44158.64245605.245008.64w
P2100%98.11%
P1
U1N2200V,fN50Hz,参数:220U2N'
r13.6,r20.036,xkx1x226。在额定电压下铁耗pFe70w,空载电流I05%IN。求(1)假定原副边漏抗折算到同一方时相等,求各参数的标厶值,并绘出T、
(2)假若副边电压和电流均保持为额定值且功率因数Cos20.8(滞后)时,等效电路;
求原边电流基功率因数(用等效电路解)。
5-20单相变压器SN=10KVA,
U1N
解:(1) Z1N484
SNU2N
Z2N4.84
SN
2
2
r1
Z
2
1
1N
3.6
0.00744 484
0.036
40.0074
r2
所以 等效电路如图Z
2N
4.84
x
k1
x2
2Z
26
2484
0.02686
1N
I
1N
NU
10000
2200
4.545A 1N
I
0I1N0.050.2272A5
I
0
5%0.05
rmP70I0
100000.052.8
Z
N1
mI
0
0.05
20
x
2
m
Z
2m
rm19.8
0.8j0.6136.870 '1,则I(2)设U2
*U*I*(ZZ)1236.870(0.00744j0.02686) U21221
=1.022+j0.017=1.0220.95
*2
Zmrmjxm2.8j19.82081.95
*0.051181=0.008-j0.0505 所以 I
m
故
*I*I*0.008j0.05050.8j0.60.808j0.65051.03737.84 I
1m2
原边电流
*II11
I
1N
1.0374.5454.72A
Cos2Cos(38.830.95)0.768
5-21一台三相变压器,SN=5600KVA,路实验数据如下:
U1N10
kV,Y/-11连接,变压器空载基短U2N6.3
求:(1)计算变压器参数,实际值基标么值;
(2)利用型等效电路,求满载Cos20.8滞后时的副边电压基原边电流; (3)求满载Cos20.8滞后时的电压变化率基效率。 解:(1)
II
1N
3U
N
1N
5600310560036.3
323.32A
2N
3U
N
2N
513.2A
所以 P1.2143103
0S
N56001000
P
6800
I0
I
2N
7.4
0.01442 513.2
U0
U
2N
6300
1 6300
18000P
3.2143103 PkS
N56001000
3241.002 I
I323.32
5500.055
U
U10000
k
k
1N
k
k
1N
P1.2143103则: rm5.84 0.01442I0
0Zm
I
1
69.34
0.01442rm69.10
2
xm
Z
2m
P3.21431030.003201 rk221.002Ik
Z
k
k
I
k
0.055
0.05489 1.002
2
x
k
Z
2k
rk0.054 8
因
Z
1N
UI
1N
1N
3I
1N1N
17.857
所以
ZmZmZ1N69.3417.8571238.2 rmrmZ1N5.8417.857104.3 xmZr
kk
xZ
m
1N
69.117.857123.39
ZkZ1N0.0548917.8570.98
rkZ1N0.00320117.8570.0572
x
k
xZ
k
1N
0.054817.8570.979
*10,并近似认为U1作参考向量,即U2相位与U1相反,故可以得到(2)以U1
*1arccos0.80.8j0.6 I2
所以
*U*I*Z1136.87(0.003201j0.0548)U212k 0.96552.5
故
U2U2U2N0.96556.36.08 kV
*U****I1ImI21I2
Z
m
1
0.8j0.6
5.84j69.1
0.8012j0.61441.0137.48
故
I1II
1
1N
1.01323.32326.44A
2
2
(3) u
rkCosxkSin=(0.3201×0.6+5.48×0.6)=3.54%
Cos20.9655Cos34.37UI99.43% 1.01Cos37.48U1I1Cos1
对于第(2)个问题,由于假设
U
1
与
U
2
同相,如想减小这一假设造成的误差,可
相位进行修正 对I2
1arcCos0.8 现修正后的 I2v
139.370.773j0.6343
*2
*U*I*Z* U212k
1139.37(0.003201j0.0548)0.96362.4
这样,v2I22.639.3736.770与arcCos0.8很接近了。
*U
5*I*I*I*1. I 0139.91m22*Z
m
*I1.01323.32326.44A I1I11N
5-22三相变压器的额定值为SN=1800kVA,U1N/U2N=6300/3150V,Y,d11联结,空载损耗P0=6.6kw,短路损耗Pk=21.2kw,求
(1) 当输出电流I2=I2N,Cos2=0.8时的效率; (2) 效率最大时的负载系数m。 解:1、 1
SCosPP
k
N
2
k
1
6.621.2
98.1%
18000.86.621.2
2、当Pcu=PFe时发生
所以
max
、
P
2
K
P0
P
K
6.6
0.558 21.2
5-23一台三相变压器的铭牌数据如下,SN=750KVA,U1N/U2N=10000/400V,Y,yn0联结。低压边空载实验数据为:U20=400V,I20=60A,P0=3800w。高压边短路实验数据为:U=440V,I1K=43.3A,pk=10900w,室温200C,试求:
(1) 变压器的参数,并画出等值电路;(2)当:a)额定负载Cos2=0.8, (2)Cos(2)=0.8时,计算电压变化率u%、二次侧电压u2及效率。 解:
75043.3 A
IU10
U10000/133.34 Z43.3I
1N
N
1N
1N
1N
1N
1、空载实验: 低压方:
Z0
UI
20
20
400/3.85 60
R0Rm
3800P0.35 223I0360
x
m
2393.8
x0xmZ0R03.83
22
由短路实验:200C时;
Z
S
UI
1K
1K
440/3
5.87
43.3
RS
10900P1.94 3Ik343.3
R
S
0.0145
xx
所以
S
ZSRS5.54
'
22
S
0.0415
r1r2
1
xx
2
'
1
0.97 2RS1
xS2.77 2
2、 Cos
2
0.8(滞后)且1
2
2
u(RSCosxSSin)0.01450.80.04150.60.0365
UU
2
2N
(1u)4000.9635385.4 V
2
PP1
SCosP
kN
02
N
2
kN
P0
1
当Cos
109003800
97.6%
7500000.8109003800
2
0.8(超前)时:
u(RSCosxSSin)0.0133
2
2
UU
2
2N
(1u)4001.0133405.32 V
2
PP1
SCosP
kN
02
N
2
kN
P0
97.6%
5-24 根据图5-35中的四台三相变压器绕组接线确定其联结组号,要求画出绕组电动势相量图。
E.
EBC
Y-y10
图5-35 三相变压器绕组接线 c
.
.
c
Y
.
EA
EC(X)
BC
Y-d3
D-y1
D-d6
第六章参考答案
6.1 交流电机电枢绕组电动势的频率与哪些量有关系?当交流发电机转子磁极分别为2极、4极和6极,若要求在定子导体中感应电动势的频率为60Hz,问转子的旋转速度应各为多少?
答:交流电机电枢绕组电动势的频率f
pn160
,与电机极对数和旋转磁场切割导体的
相对速度分别成正比。交流发电机转子磁极分别为2极、4极和6极,若要求在定子导体中感应电动势的频率为60Hz,转子的旋转速度n1r/min、1200 r/min。
6.2 空间电角度是如何定义的?它与几何角度的含义有什么不同?
将一个圆周看成p*3600,一次定义的空间角度称为空间电角度,它是几何角度(也称机械角度)的p倍。
6.4 单层绕组、双层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系? 单层绕组的最大并联支路数=p,双层绕组的最大并联支路数=2p。
6.5 整距线圈的电动势大小为10V,其他条件都不变,只把线圈改成短距,短距系数为0.966,短距线圈的电动势应为多少伏?
短距线圈的电动势=10*0.966=9.66伏。
6.6 脉振磁动势有哪些特点?圆形旋转磁动势有哪些特点?
脉振磁动势的空间位置(主要表现在过零点和极大点)不变,磁势的大小随着时间的变化而变化。
圆形旋转磁动势随着时间的变化而在空间旋转,在磁势的幅值是恒定的。
6.7 单相绕组流过单相交流电流与三相绕组流过三相对称电流产生的基波磁动势有什么不同?
单相绕组流过单相交流电流产生脉振磁势,三相绕组流过三相对称电流产生圆形旋转磁动势。
6.8 一台三相交流电机,当一相绕组断线时,将产生什么性质的磁动势?
如下图所示,当定子绕组Y形连接时,如果C相断线,A和B相形成串联电路连至电源,A、B相电流的时间相位差为180度,产生合成磁势为脉振磁势。
当定子绕组Y形连接时,如果B相断线,A和C两相绕组接在A、C两电源上,电流
60f1p
3600
分别为3600r/min、1800 p
相差120度,形成椭圆形旋转磁场。
A
C
CB
B
6.9 若把三相交流电机的定子绕组三相引出线中的任意两个抽头对调,再接到三相电源上,试分析对调前后三相合成基波磁动势的转向和转速有何变化?
假设对调前后三相电流相序发生了改变,三相合成基波磁动势的转向相反,转速没有变化。
6.10 某三相交流电机通入的三相电流有效值相等,电机的极数、电流的相序和频率、磁动势的性质及转速、转向等内容列在下表中,请填入所缺的内容。
6.11 计算下列情况下双层绕组的基波绕组系数: (1)极对数p3,定子槽数Z54,线圈节距y1
7
(是极距); 9
kd1sin(
y1
7
*90)sin(*90)0.9397 9
(2)p2,Z60,线圈跨槽1 ~ 13。
y12Z6015,y112,kd1sin(1*90)sin(*90)0.93970.9511
152p4
6.12 已知三相交流电机极对数是3,定子槽数为36,线圈节距(是极距),支路数为1,求:(1)每极下的槽数;(2)用槽数表示的线圈节距y1;(3)槽距角;(4)每极每相槽数;(5)画基波电动势相量图;(6)按60°相带法分相;(7)画出A相绕组联接图。
(1)每极下的槽数
5
6
5Z36Z36
(2)(3)6;6, y15;
62p62p6
p*3603*360Z36
30;(4)q(其他略) 2;Z362mp2*3*3
6.13 一台三相六极交流电机定子为双层短距分布绕组,已知q2,Nc6,
5
y1,a1。当通入频率f50Hz且I20A的三相对称电流时,求电机合成基
6
波磁动势的幅值及转速。
Z2mpq2*3*3*236
p*3603*360
30 Z36
kN1ky1kq1
2*30
y1
sin(5*90)*sin(90)*
1300.933 6
2*sinqsin()
22
sin(
)
sin
q1
NNc*Z/a6*36/1216
当I20A时,
F1
42aNI220.90.9
kN1NkN1INkN1I*216*0.933*201209.17(安匝)
2papp3
n1
60f1p
60*50
1000r/min 3
6.14 试分析如图6.21所示三相绕组所产生的磁动势的性质、转向。
由于C相绕组反接,三相电流相序发生了变化,且不対称。因此三相合成磁势为椭圆形旋转磁势,转向由+A→+B→+C变为+A→+C→+B。
AA
C
C
B
B
6.15 已知在电机定子槽里放置两个空间相距90°电角度,且匝数相等的整距线圈AX、BY(两相对称线圈),如图6.22所示。分别在线圈AX和BY里通入电流
iA2IcostiB2Icos(t90)
求两相对称整距线圈产生的合成基波磁动势的幅值、转速,并指明磁动势的旋转方向。
A
C
图6.21 习题6.14图 图6.22
习题6.15图
答:以A项绕组轴线为空间坐标起点,可得:
fA1(t,)F12
0.9INkN1
p
costcosF1costcos
[cos(t)cos(t)
fA1(t,)F1cos(t90)cos(90)F12
[cos(t)cos(t180)
F12
[cos(t)cos(t)
f1(t,)fA1fB1F1cos(t)
由此可得:两相対称绕组流过两相対称电流产生圆形旋转磁势,旋转磁场转向由电流超前相轴线转向电流落后相轴线。