电机及电力拖动复习资料精简版

一，直流电机

例14 试述并励直流发电机的自励过程和自励建压的条件。

答 由于电机磁路中总有一定剩磁，当发电机由原动机推动至额定转速时，发电机两端将发出一个数值不大的剩磁电压。而励磁绕组又是接到电枢两端的，因此在剩磁电压的作用下，励磁绕组将流过一个不大的电流，并产生一个不大的励磁磁动势。如果励磁绕组接法正确，即这个励磁磁动势的方向和电机剩磁磁动势的方向相同，从而使电机内的磁通和由它产生的电枢端电压有所增加，在比较高的励磁电压的作用下，励磁电流又进一步加大，导致磁通的进一步增加，继而电枢端电压又进一步加大。如此反复作用，发电机的端电压便自动升高。为建立一个定值电压，还需主磁场具有饱和特性，且励磁回路电阻小于其临界值，使二者相交，这个交点就是稳定运行点。这就是发电机的自励过程。由以上分析可以看出，并励直流发电机的自励建压需要满足的条件是：

①电机必须有剩磁；

②励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；

③励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。

例15 他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励直流发电机与他励直流发电机相比，哪一个电压变化率大？

答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流Ia由0增加到额定值IaN，电枢回路电阻压降IaRa增加，且电枢反应的去磁作用增加，使主磁通下降，从而使感应电动势Ea下降。由公式UEaIaRa可知，端电压U随Ia的增加而下降。而对于并励直流发电机而言，除上述两个原因外，端电压的下降，会引起励磁电流If的下降，使得下降，Ea下降，从而引起端电压U的进一步降低，所以并励直流发电机电压变化率比他励直流发电机电压变化率大。

例16 并励发电机正转能自励，反转能否自励？如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机能否自励？

答 不能自励。因为当电机的转向改变，而励磁绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场的方向将和剩磁的方向相反，所以反转时不能自励建压。

如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机不能自励。因为如果没有磁路饱和现象，则电机的空载特性是一条直线，它样，它与励磁回路的伏安特性（也是一条直线）会有两种情况出现：①完全重合，使电机的端电压处于不稳定状态，无法运行；②不重合，即没有交点，无法实现自励建压。

例18 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？

答 用感应电动势和端电压的大小来判断。当EaU时，为发电机状态；当EaU时，为电动机运行状态。在发电机状态，由原动机输入的机械功率，扣除空载损耗后，转换为电磁功率TEaIa，再扣除电枢和励磁铜耗后，以电功率UI的形式输出；在电动机状态，电源输入的功率UIa，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率EaIaT，再扣除空载损

耗后，以机械功率的形式输出。

例23 一台Z2型直流电动机，额定功率为PN160KW，额定电压UN220V,额定效率N90%，额定转速nN1500r/min，求该电机的额定电流。

PN160103

解 额定电流：INA808A UNN2200.9

例29 他励电动机额定数据：PN10KW，UN220V，nN1500r/min，IN53.8A，电枢回路电阻为Ra0.286，计算：

①直接起动时起动电流Ist；

②若限制动起电流不超过100A，采用电枢回路串电阻起动时，最小应串入多大起动电阻？

③若拖动负载转矩为TN的恒转矩负载起动，采用降压起动的最低电压为多少？这时起动电流为多大？N

解 ①直接起动时起动电流为 IstUN220A769.2A Ra0.286

②若限制起动电流不超过100A，则串入附加电阻为 RstUN220R0.2861.914 a'Ist100

'③若拖动负载转矩为TN的恒转矩负载起动，最少起动电流Ist必须大于或等于

1.1IN1.2IN，才能起动，所以

' Ist1.1IN1.153.8A59.2A

' 最低起动电压： UminRaIst0.28659.2V16.93V

二，变压器

例1 变压器能否直接改变直流电的电压等级来传输直流电能？

答 不能。如果变压器原绕组接直流电压，绕组中则产生大小一定的直流电流，建立直流磁动势，铁芯中的磁通恒定不变，因此副绕组中没有感应电动势，输出电压为零，即送不出有功功率。

例4 一台变压器，若误把原边接到直流电源上，其电压大小与额定电压相同，电流大小将会怎样？

答 不考虑带负载与否，若误把变压器原边接到直流电源上，则变压器原边电流将非常大，可使变压器因过热而烧毁。因为原边接直流电源后，铁芯中只有恒定磁通，这样一来，

①原绕组不产生感应电动势，励磁电抗和原边漏电抗均为零；②磁通不交变，铁芯中没有铁耗，励磁电阻为零。因此所加直流电压全部加在r1上，原边电流（直流）为I1U1，因r1r1很小，故电流很大，比交流时额定电流要大许多倍。

例8 变压器在高压边做空载试验与短路试验测得的输入功率与在低压边作相同吗？为什么？

答 相同。空载试验时输入功率为变压器的铁耗，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UE4.44fmN可知，m1U1NU2N；m2，故4.44fN14.44fN2m1U1NN2kU2NN21，即m1m2。因此无论在哪边做，主磁通大小都是相同m2U2NN2U2NkN2

的，铁耗都一样。短路试验时输入为变压器额定负载运行时的铜耗，无论在高压边还是在低压边做，都要使电流达到额定电流值，绕组中的铜耗是一样的。

例10 变压器折算的依据是什么？

答 折算可以从原边折算到副边，也可以从副边折算到原边。由于原、副边没有电的联系，只有磁的联系，原、副边通过磁动势平衡相互影响。因此，只要保持折算方的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。

例13 变压器做短路实验时，其操作步骤是先短路，后加电压，并且是从零开始加电压，这是为什么？

'答 变压器短路时，输入阻抗为ZkZ1Z2数值较小，要使电流达到额定值时只需要加

很低的电压就够了，所加电压为短路电压Uk，只有额定电压的百分之几。因此，在操作步骤上，应该先短路，而后从零逐渐升高压电，使电流达到额定值就可以了，这样可以保证不会产生过大电流而烧毁变压器。如若不然，先加上电压再短路，往往会因电压稍大，短路以后电流过大而烧毁变压器。

例14 为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁耗，短路损耗可近似看成铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？

2R1很小，故铜耗可以忽略，答 空载时，绕组电流很小，绕组电阻也很小，所以铜耗I0

空载损耗可以近似看成铁耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，从而磁通就很小，因此磁密很低、铁耗很小，可忽略，短路损耗可近似看成铜损耗。负载时，因为变压器电源电压不变，主磁通几乎不变，所以磁密几乎不变，铁损耗也几乎不变，因此，真正的铁损耗与空载损耗几乎无差别，是不变损耗。铜损耗与电流的平方成正比，因此负载时的铜损耗将随电流的变化而变化，是可变损耗。显然，负载时的铜损耗将因电流的不同而与短路损耗有差别。

例19 变压器为什么要采用并联运行？

答 因为：①可以提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障或需要检修，可以将它从电网切除而不中断向重要用户供电；②可以根据负荷的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率；③可以减少备用容量，并可随着用电量的增加分期分批地安装新的变压器，以减少初投资。

例20 变压器并联运行的条件是什么？

答 变压器并联运行的条件是：①各变压器高、低压边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各变压器的短路阻抗标幺值ZK相等，且短路

电抗与短路电阻之比相等，上述3个条件中，条件②必须严格保证。

例31 有一台SSP-125000/220三相电力变压器,YN,d接线，U1N2NV，求:①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副绕组的额定电压和额定电流。

解 ①一、二次侧额定电压： U1N220kV，U2N10.5kV

一次侧额定电流（线电流）：

I1NA328.04A A6873.22A 二次侧额定电流（线电流）：

I2N

②由于YN，d接线

一次绕组的额定电压：

U1N127.02kV 一次绕组的额定电压： I1NI1N328.04A

二次绕组的额定电压： U2NU2N10.5kV

二次绕组的额定电流：

I2N

三，异步电机

例１ 为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？

答 从异步电动机的工作原理可知，异步电动机转子的旋转方向与由定子三相对称交流电产生的旋转磁场的转向相同，只有nn1（异步电动机），即转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动，转子绕组才能感应电动势和电流，从而产生电磁转矩。若转速上升到nn1，则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转，两者相对静止，转子绕组不能感应电动势和电流，故不产生电磁转矩，电动机就不转了。

例２ 何谓异步电机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于１或大于１？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？

答 异步电机转差率ｓ是指旋转磁场转速n1与转子转速ｎ之间的转速差（n1n）与A3968.26A

旋转磁场转速n1的比率，即sn1n。 n1

当nn1时，转差率为正s0；nn1时转差率为负s0；

当n1n0时，转差率s1；当0n时，转差率s1；

当s1时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s时为发电机运行状态。

例3 已知三相电力变压器的励磁电流约为额定电流的2％—10％，而三相异步电动机的励磁电流却是额定电流的20％~50％，为什么？

答 主要是因为两者的主磁路使用的材料不完全相同引起的。在电力变压器中，主磁路全部采用高导磁材料制成，而在异步电动机中，定、转子可以用高导磁材料，但不管怎样，主磁路中必然有空气隙，空气隙的磁阻很大。制造三相异步电动机时，虽然尽量减小空气隙的长度，但减小总是是有一定的限度，故异步电动机的励磁电流的标幺值必定变大。

例4 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或三角形。试问：在什么情况下采用Y或Δ接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电流、效率、功率因数、转速等）有无改变？

答 380/220V，Y/Δ接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压为220V，故当电源线电压为380V时定子绕组接成Y接线，当电源线电压为220V时，定子绕组接成Δ接线。采用这两种接线时，相电压相同，均为220V；相电流相同；效率N、功率因数cosN、功率PN及转速nN均相等。唯一不同的是线电压U1和线电流I

1不等，UlY

l，IllY。

例5 异步电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加？试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？

答 负载增加时，电机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势F2也增加。由磁动势平衡关系可知，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加，这一过程直到转子电流产生的转矩和负载转矩重新平衡为止。在U1不变的情况下，I1的增加导致I1Z1增加，使E1减小，主磁通略有减小。

例10 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率是多少？由定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子，又以什么速度切割转子？由转子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割转子，又以什么速度切割定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 

旋转磁场转速n1的比率，即sn1n。 n1

当nn1时，转差率为正s0；nn1时转差率为负s0；

当n1n0时，转差率s1；当0n时，转差率s1；

当s1时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s时为发电机运行状态。

例3 已知三相电力变压器的励磁电流约为额定电流的2％—10％，而三相异步电动机的励磁电流却是额定电流的20％~50％，为什么？

答 主要是因为两者的主磁路使用的材料不完全相同引起的。在电力变压器中，主磁路全部采用高导磁材料制成，而在异步电动机中，定、转子可以用高导磁材料，但不管怎样，主磁路中必然有空气隙，空气隙的磁阻很大。制造三相异步电动机时，虽然尽量减小空气隙的长度，但减小总是是有一定的限度，故异步电动机的励磁电流的标幺值必定变大。

例4 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或三角形。试问：在什么情况下采用Y或Δ接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电流、效率、功率因数、转速等）有无改变？

答 380/220V，Y/Δ接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压为220V，故当电源线电压为380V时定子绕组接成Y接线，当电源线电压为220V时，定子绕组接成Δ接线。采用这两种接线时，相电压相同，均为220V；相电流相同；效率N、功率因数cosN、功率PN及转速nN均相等。唯一不同的是线电压U1和线电流I

1不等，UlY

l，IllY。

例5 异步电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加？试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？

答 负载增加时，电机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势F2也增加。由磁动势平衡关系可知，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加，这一过程直到转子电流产生的转矩和负载转矩重新平衡为止。在U1不变的情况下，I1的增加导致I1Z1增加，使E1减小，主磁通略有减小。

例10 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率是多少？由定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子，又以什么速度切割转子？由转子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割转子，又以什么速度切割定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 

答 定子电动势频率为f1；转子电动势频率为f2sf1。由定子电流产生的定子旋转磁动势以n1的速度切割定子，又以n1n的速度切割转子。由转子电流产生的转子旋转磁动势以n2sn1的速度切割除转子，又以n2nn1的速度切割定子，它与定子旋转磁动的相对速度为(n2n)n10

例19 深槽型和双鼠笼型异步电动机在额定电压下起动，起动电流较小而起动转矩较大，同时正常运行时效率并不低，为什么？

答 电动机在起动时，n0，s1，转子绕组电动势频率最高f2sf1，此时集肤效应最强烈，使槽电流分布趋于槽口（双鼠笼转子趋于上笼），相当于槽导体有效截面减小，转子电阻增大（双鼠笼转子，上笼本身截面积又小，电阻大），因此，它既限制了起动电流，又增大了起动电阻，即增大了起动转矩。正常运行时，集肤效应不显著，转子电阻减小为正常值，因此运行时效率仍旧较高。

例22 为什么异步电动机不能在额定电压下长时间轻载运行？轻载运行时应如何节能？

答 轻载时有功分量较小，功率因数较低，长时间轻载运行不经济，效率较低。降低电动机电源电压，使气隙磁通减小，励磁电流减小，功率因数提高，铁耗减小，则可提高效率，是节能的一种方法。

例23 某三相鼠笼式异步电动机铭片上标注的额定电压为380/220V，Y/Δ接法。接在380V的交流电网上空载运行起动时，能否采用Y-Δ降压起动？

答 不能。因为在电源电压为380V这种情况下正常运行时只能采用Y接法，而不能采用Δ接法。

Y/接线，380/220V，cosN0.85，例27 一台三相异步电动机，PN4.5kW，

N0.86，nN1450r/min，试求：

①接成Y形或Δ形时的定子额定电流；

②同步转速n1及定子磁极对数p；

③带额定负载时转差率sN；

④转子电动势的频率f2。

解 ①Y接时：UN380V PN4.5103

INA9.35A 3UNcosNN33800.850.86

Δ接时：UN220V PN4.5103

INA16.16A UNcosNN2200.850.86

②因为nN1450r/min，且总是略低于同步转转，所以同步转速为

n11500r/min

因此，磁极对数为

p60f60502 n11500

③额定转差率sNn1nN150014500.0333 n11500

④转子电动势的频率f2sNf10.033350HZ1.665HZ

例29 有一台三相四极异步电动机：f150HZ，UN380V，Y接，cosN0.83，r10.35，r20.34，sN0.04，机械损耗和附加损耗之和为p0288W，设

‘I1NI2N20.5A，试求：电动机额定运行时的输出功率、电磁功率、电磁转矩和负载转矩。

解 总的机械功率：

'Pmm1I2N21sN'10.04r2320.520.34W10288W sN0.04

输出功率：P10288288W10000W 2Pmp0

电磁功率：PMPm10288W10717W 1sN10.04

同步转速：n160f16050r/min1500r/min p2

额定转速：nN1sNn110.041500r/min1440r/min PM10717Nm68.23Nm 160

P100001000060负载转矩：T22Nm66.32Nm 23.14151440N

60电磁转矩：T

例32 一台三相异步电动机，p2，PN30KW，UN380V，N89%cosN0.87，定子绕组形连接。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6.5倍。今改用Y-法起动，求电网所供给的线电流。

解 直接起动时 Istk1INk1PN30103

6.5A383A 3UNcosNN33800.870.89

改用Y-法起动时，电网所供给的线电流

11'IstIst383A128A 33

四，同步电机

例2 什么是同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？

答 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：fpn。当电机的磁极对数p一定时，fn，即：频率f与转60

速n之间保持严格不变的关系。

例3 说明汽轮发电机的基本结构，为什么汽轮发电机的转子采用隐极式，而水轮发电机的转子采用凸极式？

答 汽轮发电机的基本结构由定子、转子两部分组成，定子由铁芯、电枢绕组、机座及端盖等部件组成；转子由转子铁芯、励磁绕组、护环、集电环、中心环、阻尼绕组和风扇等组成。隐极发电机转子的励磁绕组嵌放在转子表面各槽内，气隙均匀，机械强度好，适用于少极、高转速的汽轮发电机；凸极发电机转子气隙不均匀，对着极弧的气隙小，而极间的气隙大，励磁绕组嵌放在极弧下，故适用于多极、低转速的水轮发电机。

例4 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？

答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便；电枢绕组电压高、电流大、容量大，放在转子上使结构复杂，引出不方便。故大容量电机将电枢绕组作为定子、磁极作为转子，为磁极旋转式。

例13 试述三相同步发电机并网运行的条件？为什么要满足这些条件？怎样检验是否满足？

答 并网运行的条件是：

①待并网发电机的电压与电网电压大小相等；

②待并网发电机的电压相位与电网电压相位相同；

③待并网发电机的频率与电网频率相等；

④待并网发电机相序与电网电压相序一致。

若条件①和条件②不满足，发电机在并网瞬间会产生巨大的瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；

若条件③不满足，发电机在并网时会产生脉振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形；

若条件④不满足，发电机绝对不允许并网，因为此时发电机电压和电网电压恒差120，0它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，不可能使发电机牵入同步。在利用灯光指示器进行并联时，若按灯光旋转法接线时出现3组灯同时明暗，则发电机与电网相序不同。反之，若按灯光熄灭法接线时出现灯光旋转，则发电机与电网相序也不相同。

例23 有一台QFS3002的汽轮发电机，UN18kV，cosN0.85，fN50Hz，

试求：

①发电机的额定电流；

②发电机在额定运行时能发出多少有功功率和无功功率？ ③转速为多少？

6

解

①额定电流：INA11321A ②额定功率因数角： Narccos0.8531.790 因此，有功功率为

无功功率为

③转速

PN300MW QPNtanN300tan31.79Mvar186Mvar n60fNNp60501r/min3000r/min

一，直流电机

例14 试述并励直流发电机的自励过程和自励建压的条件。

答 由于电机磁路中总有一定剩磁，当发电机由原动机推动至额定转速时，发电机两端将发出一个数值不大的剩磁电压。而励磁绕组又是接到电枢两端的，因此在剩磁电压的作用下，励磁绕组将流过一个不大的电流，并产生一个不大的励磁磁动势。如果励磁绕组接法正确，即这个励磁磁动势的方向和电机剩磁磁动势的方向相同，从而使电机内的磁通和由它产生的电枢端电压有所增加，在比较高的励磁电压的作用下，励磁电流又进一步加大，导致磁通的进一步增加，继而电枢端电压又进一步加大。如此反复作用，发电机的端电压便自动升高。为建立一个定值电压，还需主磁场具有饱和特性，且励磁回路电阻小于其临界值，使二者相交，这个交点就是稳定运行点。这就是发电机的自励过程。由以上分析可以看出，并励直流发电机的自励建压需要满足的条件是：

①电机必须有剩磁；

②励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；

③励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。

例15 他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励直流发电机与他励直流发电机相比，哪一个电压变化率大？

答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流Ia由0增加到额定值IaN，电枢回路电阻压降IaRa增加，且电枢反应的去磁作用增加，使主磁通下降，从而使感应电动势Ea下降。由公式UEaIaRa可知，端电压U随Ia的增加而下降。而对于并励直流发电机而言，除上述两个原因外，端电压的下降，会引起励磁电流If的下降，使得下降，Ea下降，从而引起端电压U的进一步降低，所以并励直流发电机电压变化率比他励直流发电机电压变化率大。

例16 并励发电机正转能自励，反转能否自励？如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机能否自励？

答 不能自励。因为当电机的转向改变，而励磁绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场的方向将和剩磁的方向相反，所以反转时不能自励建压。

如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机不能自励。因为如果没有磁路饱和现象，则电机的空载特性是一条直线，它样，它与励磁回路的伏安特性（也是一条直线）会有两种情况出现：①完全重合，使电机的端电压处于不稳定状态，无法运行；②不重合，即没有交点，无法实现自励建压。

例18 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？

答 用感应电动势和端电压的大小来判断。当EaU时，为发电机状态；当EaU时，为电动机运行状态。在发电机状态，由原动机输入的机械功率，扣除空载损耗后，转换为电磁功率TEaIa，再扣除电枢和励磁铜耗后，以电功率UI的形式输出；在电动机状态，电源输入的功率UIa，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率EaIaT，再扣除空载损

耗后，以机械功率的形式输出。

例23 一台Z2型直流电动机，额定功率为PN160KW，额定电压UN220V,额定效率N90%，额定转速nN1500r/min，求该电机的额定电流。

PN160103

解 额定电流：INA808A UNN2200.9

例29 他励电动机额定数据：PN10KW，UN220V，nN1500r/min，IN53.8A，电枢回路电阻为Ra0.286，计算：

①直接起动时起动电流Ist；

②若限制动起电流不超过100A，采用电枢回路串电阻起动时，最小应串入多大起动电阻？

③若拖动负载转矩为TN的恒转矩负载起动，采用降压起动的最低电压为多少？这时起动电流为多大？N

解 ①直接起动时起动电流为 IstUN220A769.2A Ra0.286

②若限制起动电流不超过100A，则串入附加电阻为 RstUN220R0.2861.914 a'Ist100

'③若拖动负载转矩为TN的恒转矩负载起动，最少起动电流Ist必须大于或等于

1.1IN1.2IN，才能起动，所以

' Ist1.1IN1.153.8A59.2A

' 最低起动电压： UminRaIst0.28659.2V16.93V

二，变压器

例1 变压器能否直接改变直流电的电压等级来传输直流电能？

答 不能。如果变压器原绕组接直流电压，绕组中则产生大小一定的直流电流，建立直流磁动势，铁芯中的磁通恒定不变，因此副绕组中没有感应电动势，输出电压为零，即送不出有功功率。

例4 一台变压器，若误把原边接到直流电源上，其电压大小与额定电压相同，电流大小将会怎样？

答 不考虑带负载与否，若误把变压器原边接到直流电源上，则变压器原边电流将非常大，可使变压器因过热而烧毁。因为原边接直流电源后，铁芯中只有恒定磁通，这样一来，

①原绕组不产生感应电动势，励磁电抗和原边漏电抗均为零；②磁通不交变，铁芯中没有铁耗，励磁电阻为零。因此所加直流电压全部加在r1上，原边电流（直流）为I1U1，因r1r1很小，故电流很大，比交流时额定电流要大许多倍。

例8 变压器在高压边做空载试验与短路试验测得的输入功率与在低压边作相同吗？为什么？

答 相同。空载试验时输入功率为变压器的铁耗，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UE4.44fmN可知，m1U1NU2N；m2，故4.44fN14.44fN2m1U1NN2kU2NN21，即m1m2。因此无论在哪边做，主磁通大小都是相同m2U2NN2U2NkN2

的，铁耗都一样。短路试验时输入为变压器额定负载运行时的铜耗，无论在高压边还是在低压边做，都要使电流达到额定电流值，绕组中的铜耗是一样的。

例10 变压器折算的依据是什么？

答 折算可以从原边折算到副边，也可以从副边折算到原边。由于原、副边没有电的联系，只有磁的联系，原、副边通过磁动势平衡相互影响。因此，只要保持折算方的磁动势不变，则变压器内部电磁关系的本质就不会改变。

例13 变压器做短路实验时，其操作步骤是先短路，后加电压，并且是从零开始加电压，这是为什么？

'答 变压器短路时，输入阻抗为ZkZ1Z2数值较小，要使电流达到额定值时只需要加

很低的电压就够了，所加电压为短路电压Uk，只有额定电压的百分之几。因此，在操作步骤上，应该先短路，而后从零逐渐升高压电，使电流达到额定值就可以了，这样可以保证不会产生过大电流而烧毁变压器。如若不然，先加上电压再短路，往往会因电压稍大，短路以后电流过大而烧毁变压器。

例14 为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁耗，短路损耗可近似看成铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？

2R1很小，故铜耗可以忽略，答 空载时，绕组电流很小，绕组电阻也很小，所以铜耗I0

空载损耗可以近似看成铁耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，从而磁通就很小，因此磁密很低、铁耗很小，可忽略，短路损耗可近似看成铜损耗。负载时，因为变压器电源电压不变，主磁通几乎不变，所以磁密几乎不变，铁损耗也几乎不变，因此，真正的铁损耗与空载损耗几乎无差别，是不变损耗。铜损耗与电流的平方成正比，因此负载时的铜损耗将随电流的变化而变化，是可变损耗。显然，负载时的铜损耗将因电流的不同而与短路损耗有差别。

例19 变压器为什么要采用并联运行？

答 因为：①可以提高供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障或需要检修，可以将它从电网切除而不中断向重要用户供电；②可以根据负荷的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率；③可以减少备用容量，并可随着用电量的增加分期分批地安装新的变压器，以减少初投资。

例20 变压器并联运行的条件是什么？

答 变压器并联运行的条件是：①各变压器高、低压边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各变压器的短路阻抗标幺值ZK相等，且短路

电抗与短路电阻之比相等，上述3个条件中，条件②必须严格保证。

例31 有一台SSP-125000/220三相电力变压器,YN,d接线，U1N2NV，求:①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副绕组的额定电压和额定电流。

解 ①一、二次侧额定电压： U1N220kV，U2N10.5kV

一次侧额定电流（线电流）：

I1NA328.04A A6873.22A 二次侧额定电流（线电流）：

I2N

②由于YN，d接线

一次绕组的额定电压：

U1N127.02kV 一次绕组的额定电压： I1NI1N328.04A

二次绕组的额定电压： U2NU2N10.5kV

二次绕组的额定电流：

I2N

三，异步电机

例１ 为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？

答 从异步电动机的工作原理可知，异步电动机转子的旋转方向与由定子三相对称交流电产生的旋转磁场的转向相同，只有nn1（异步电动机），即转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动，转子绕组才能感应电动势和电流，从而产生电磁转矩。若转速上升到nn1，则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转，两者相对静止，转子绕组不能感应电动势和电流，故不产生电磁转矩，电动机就不转了。

例２ 何谓异步电机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于１或大于１？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？

答 异步电机转差率ｓ是指旋转磁场转速n1与转子转速ｎ之间的转速差（n1n）与A3968.26A

旋转磁场转速n1的比率，即sn1n。 n1

当nn1时，转差率为正s0；nn1时转差率为负s0；

当n1n0时，转差率s1；当0n时，转差率s1；

当s1时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s时为发电机运行状态。

例3 已知三相电力变压器的励磁电流约为额定电流的2％—10％，而三相异步电动机的励磁电流却是额定电流的20％~50％，为什么？

答 主要是因为两者的主磁路使用的材料不完全相同引起的。在电力变压器中，主磁路全部采用高导磁材料制成，而在异步电动机中，定、转子可以用高导磁材料，但不管怎样，主磁路中必然有空气隙，空气隙的磁阻很大。制造三相异步电动机时，虽然尽量减小空气隙的长度，但减小总是是有一定的限度，故异步电动机的励磁电流的标幺值必定变大。

例4 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或三角形。试问：在什么情况下采用Y或Δ接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电流、效率、功率因数、转速等）有无改变？

答 380/220V，Y/Δ接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压为220V，故当电源线电压为380V时定子绕组接成Y接线，当电源线电压为220V时，定子绕组接成Δ接线。采用这两种接线时，相电压相同，均为220V；相电流相同；效率N、功率因数cosN、功率PN及转速nN均相等。唯一不同的是线电压U1和线电流I

1不等，UlY

l，IllY。

例5 异步电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加？试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？

答 负载增加时，电机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势F2也增加。由磁动势平衡关系可知，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加，这一过程直到转子电流产生的转矩和负载转矩重新平衡为止。在U1不变的情况下，I1的增加导致I1Z1增加，使E1减小，主磁通略有减小。

例10 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率是多少？由定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子，又以什么速度切割转子？由转子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割转子，又以什么速度切割定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 

旋转磁场转速n1的比率，即sn1n。 n1

当nn1时，转差率为正s0；nn1时转差率为负s0；

当n1n0时，转差率s1；当0n时，转差率s1；

当s1时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s时为发电机运行状态。

例3 已知三相电力变压器的励磁电流约为额定电流的2％—10％，而三相异步电动机的励磁电流却是额定电流的20％~50％，为什么？

答 主要是因为两者的主磁路使用的材料不完全相同引起的。在电力变压器中，主磁路全部采用高导磁材料制成，而在异步电动机中，定、转子可以用高导磁材料，但不管怎样，主磁路中必然有空气隙，空气隙的磁阻很大。制造三相异步电动机时，虽然尽量减小空气隙的长度，但减小总是是有一定的限度，故异步电动机的励磁电流的标幺值必定变大。

例4 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或三角形。试问：在什么情况下采用Y或Δ接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电流、效率、功率因数、转速等）有无改变？

答 380/220V，Y/Δ接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压为220V，故当电源线电压为380V时定子绕组接成Y接线，当电源线电压为220V时，定子绕组接成Δ接线。采用这两种接线时，相电压相同，均为220V；相电流相同；效率N、功率因数cosN、功率PN及转速nN均相等。唯一不同的是线电压U1和线电流I

1不等，UlY

l，IllY。

例5 异步电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加？试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？

答 负载增加时，电机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势F2也增加。由磁动势平衡关系可知，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加，这一过程直到转子电流产生的转矩和负载转矩重新平衡为止。在U1不变的情况下，I1的增加导致I1Z1增加，使E1减小，主磁通略有减小。

例10 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率是多少？由定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子，又以什么速度切割转子？由转子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割转子，又以什么速度切割定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 

答 定子电动势频率为f1；转子电动势频率为f2sf1。由定子电流产生的定子旋转磁动势以n1的速度切割定子，又以n1n的速度切割转子。由转子电流产生的转子旋转磁动势以n2sn1的速度切割除转子，又以n2nn1的速度切割定子，它与定子旋转磁动的相对速度为(n2n)n10

例19 深槽型和双鼠笼型异步电动机在额定电压下起动，起动电流较小而起动转矩较大，同时正常运行时效率并不低，为什么？

答 电动机在起动时，n0，s1，转子绕组电动势频率最高f2sf1，此时集肤效应最强烈，使槽电流分布趋于槽口（双鼠笼转子趋于上笼），相当于槽导体有效截面减小，转子电阻增大（双鼠笼转子，上笼本身截面积又小，电阻大），因此，它既限制了起动电流，又增大了起动电阻，即增大了起动转矩。正常运行时，集肤效应不显著，转子电阻减小为正常值，因此运行时效率仍旧较高。

例22 为什么异步电动机不能在额定电压下长时间轻载运行？轻载运行时应如何节能？

答 轻载时有功分量较小，功率因数较低，长时间轻载运行不经济，效率较低。降低电动机电源电压，使气隙磁通减小，励磁电流减小，功率因数提高，铁耗减小，则可提高效率，是节能的一种方法。

例23 某三相鼠笼式异步电动机铭片上标注的额定电压为380/220V，Y/Δ接法。接在380V的交流电网上空载运行起动时，能否采用Y-Δ降压起动？

答 不能。因为在电源电压为380V这种情况下正常运行时只能采用Y接法，而不能采用Δ接法。

Y/接线，380/220V，cosN0.85，例27 一台三相异步电动机，PN4.5kW，

N0.86，nN1450r/min，试求：

①接成Y形或Δ形时的定子额定电流；

②同步转速n1及定子磁极对数p；

③带额定负载时转差率sN；

④转子电动势的频率f2。

解 ①Y接时：UN380V PN4.5103

INA9.35A 3UNcosNN33800.850.86

Δ接时：UN220V PN4.5103

INA16.16A UNcosNN2200.850.86

②因为nN1450r/min，且总是略低于同步转转，所以同步转速为

n11500r/min

因此，磁极对数为

p60f60502 n11500

③额定转差率sNn1nN150014500.0333 n11500

④转子电动势的频率f2sNf10.033350HZ1.665HZ

例29 有一台三相四极异步电动机：f150HZ，UN380V，Y接，cosN0.83，r10.35，r20.34，sN0.04，机械损耗和附加损耗之和为p0288W，设

‘I1NI2N20.5A，试求：电动机额定运行时的输出功率、电磁功率、电磁转矩和负载转矩。

解 总的机械功率：

'Pmm1I2N21sN'10.04r2320.520.34W10288W sN0.04

输出功率：P10288288W10000W 2Pmp0

电磁功率：PMPm10288W10717W 1sN10.04

同步转速：n160f16050r/min1500r/min p2

额定转速：nN1sNn110.041500r/min1440r/min PM10717Nm68.23Nm 160

P100001000060负载转矩：T22Nm66.32Nm 23.14151440N

60电磁转矩：T

例32 一台三相异步电动机，p2，PN30KW，UN380V，N89%cosN0.87，定子绕组形连接。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6.5倍。今改用Y-法起动，求电网所供给的线电流。

解 直接起动时 Istk1INk1PN30103

6.5A383A 3UNcosNN33800.870.89

改用Y-法起动时，电网所供给的线电流

11'IstIst383A128A 33

四，同步电机

例2 什么是同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？

答 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：fpn。当电机的磁极对数p一定时，fn，即：频率f与转60

速n之间保持严格不变的关系。

例3 说明汽轮发电机的基本结构，为什么汽轮发电机的转子采用隐极式，而水轮发电机的转子采用凸极式？

答 汽轮发电机的基本结构由定子、转子两部分组成，定子由铁芯、电枢绕组、机座及端盖等部件组成；转子由转子铁芯、励磁绕组、护环、集电环、中心环、阻尼绕组和风扇等组成。隐极发电机转子的励磁绕组嵌放在转子表面各槽内，气隙均匀，机械强度好，适用于少极、高转速的汽轮发电机；凸极发电机转子气隙不均匀，对着极弧的气隙小，而极间的气隙大，励磁绕组嵌放在极弧下，故适用于多极、低转速的水轮发电机。

例4 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？

答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便；电枢绕组电压高、电流大、容量大，放在转子上使结构复杂，引出不方便。故大容量电机将电枢绕组作为定子、磁极作为转子，为磁极旋转式。

例13 试述三相同步发电机并网运行的条件？为什么要满足这些条件？怎样检验是否满足？

答 并网运行的条件是：

①待并网发电机的电压与电网电压大小相等；

②待并网发电机的电压相位与电网电压相位相同；

③待并网发电机的频率与电网频率相等；

④待并网发电机相序与电网电压相序一致。

若条件①和条件②不满足，发电机在并网瞬间会产生巨大的瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；

若条件③不满足，发电机在并网时会产生脉振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形；

若条件④不满足，发电机绝对不允许并网，因为此时发电机电压和电网电压恒差120，0它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，不可能使发电机牵入同步。在利用灯光指示器进行并联时，若按灯光旋转法接线时出现3组灯同时明暗，则发电机与电网相序不同。反之，若按灯光熄灭法接线时出现灯光旋转，则发电机与电网相序也不相同。

例23 有一台QFS3002的汽轮发电机，UN18kV，cosN0.85，fN50Hz，

试求：

①发电机的额定电流；

②发电机在额定运行时能发出多少有功功率和无功功率？ ③转速为多少？

6

解

①额定电流：INA11321A ②额定功率因数角： Narccos0.8531.790 因此，有功功率为

无功功率为

③转速

PN300MW QPNtanN300tan31.79Mvar186Mvar n60fNNp60501r/min3000r/min