《船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)》鄭華耀主編 課后習(xí)題參考答案

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1、 《船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)》 鄭華耀主編?課后習(xí)題參考答案 第1章 電與  磁 1-1、鐵磁材料具有哪三種性質(zhì)？ 答：鐵磁材料具有“高導(dǎo)磁率”、“磁飽和”以及“磁滯和剩磁”等三種性質(zhì)。 1-2、為什么通電線圈套在鐵心上，它所產(chǎn)生的磁通會(huì)顯著增加？ 答：通電線圈未套在鐵心上時(shí)，?其產(chǎn)生的磁通所經(jīng)過的磁路主要是空氣隙，磁阻很大， 因此磁通一般較小。當(dāng)通電線圈套在鐵心上時(shí)，磁通所經(jīng)過的磁路有很大的一段是由鐵磁 材料組成的，磁路的磁阻顯著下降，所以它所產(chǎn)生的磁通會(huì)顯著增加。

2、 1-3、鐵磁材料在交變磁化時(shí)，為什么會(huì)產(chǎn)生磁滯和渦流損耗？直流電磁鐵的鐵心為什么是 由整塊鑄鐵制成的？ 答：①由于鐵磁材料有磁滯和剩磁的性質(zhì)，需要一定的外界提供一定的能量來(lái)克服磁 滯和剩磁的作用實(shí)現(xiàn)交變磁化，因此交變磁化時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗。交變磁化的磁通將在鐵 心中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而由于鐵磁材料本身具有一定的導(dǎo)電能力，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)將在鐵心中形 成渦流（以鐵心中心軸線為圓心的同心環(huán)形電流），渦流在導(dǎo)體上產(chǎn)生的損耗就是渦流損耗。 ②直流電磁鐵產(chǎn)生的磁通是大小和方向都恒定不變的直流磁通，直流磁通不會(huì)產(chǎn)生渦流損 耗，因此沒有必要象交流電磁鐵那樣采用硅鋼片制

3、造，為了使制造工藝簡(jiǎn)化，直流電磁鐵 的鐵心就常常采用整塊鑄鐵制成。 1-4、標(biāo)出圖?1-23?中通電導(dǎo)體?A、B?和?C?所受電磁力的方向。 答：參考書?P.17?頁(yè)，根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)體?A?所受電磁力的方向?yàn)閺挠彝?；通? 導(dǎo)體?B?所受電磁力的方向?yàn)閺淖笸?；通電?dǎo)體?C?有兩個(gè)導(dǎo)體，左下邊的導(dǎo)體所受電磁力 的方向?yàn)閺淖笸?，右上邊?dǎo)體所受電磁力的方向?yàn)閺挠彝?，若兩個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)線圈的 兩個(gè)邊，則這個(gè)線圈將受到逆時(shí)針的電磁轉(zhuǎn)矩。 1-5、應(yīng)用右手定則，確定圖?1-24?中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向或磁場(chǎng)方向（圖中箭頭表示導(dǎo)體運(yùn)

4、 動(dòng)方向，?⊙表示感應(yīng)大多數(shù)方向）。 答：（參考書?P.17?頁(yè)）①在圖(a)中磁場(chǎng)為左?N?右?S，導(dǎo)體從上往下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定 則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)該為由紙面指向外，即用⊙表示；②在圖(b)中磁場(chǎng)為右?N?左?S，導(dǎo) 體從下往上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)該為由紙面指向外，即也用⊙表示； ③圖(c)?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)?，是由外指向紙面，運(yùn)動(dòng)方向從下往上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則， 作用兩邊的磁場(chǎng)應(yīng)該是左?N?右?S；④圖(d)中磁場(chǎng)為右?N?左?S，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為⊙，是由紙面 指向外，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該是從下往上。 1-6、

5、什么是自感？如何確定自感電動(dòng)勢(shì)的方向？在圖?1-25?所示的電路中，繪出開關(guān)?SA?閉 合時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的方向和開關(guān)打開時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的方向。 答：所謂自感，有兩層意思：一是指線圈的自感現(xiàn)象；二是指自感系數(shù)（反映線圈產(chǎn) 生自感電動(dòng)勢(shì)的能力，即自感系數(shù)?L?的數(shù)值）。 ①當(dāng)線圈通入變化的電流時(shí)，變化電流產(chǎn)生的磁通也是變化的，變化磁通在線圈本身 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，即由于自身電流在自身感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱自感。 ②線圈的匝數(shù)與磁路導(dǎo)磁能力不同時(shí)，即使電流的大小和變化率相同，感應(yīng)的自感電動(dòng)勢(shì) 將是不同的，反映線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)能力的參

6、數(shù)為自感系數(shù)?L，簡(jiǎn)稱自感。 在自感現(xiàn)象中感應(yīng)的自感電動(dòng)勢(shì)方向與阻礙磁通變化的方向符合右手螺旋定則，即感 電動(dòng)勢(shì)總是力圖阻礙磁通和電流變化的。根據(jù)右手螺旋定則，在圖1-25?所示的電路中，當(dāng) SA?閉合時(shí)，線圈中的電流?i?將按圖中所示方向增加，產(chǎn)生的磁通在從下往上的方向上增加， 因此自感電動(dòng)勢(shì)的方向是線圈的上端為正，下端為負(fù)。當(dāng)SA?打開時(shí)，線圈中的電流?i?將按 圖中所示方向減少，產(chǎn)生的磁通在從下往上的方向上減少，因此自感電動(dòng)勢(shì)的方向是線圈 的上端為負(fù)，下端為正。 1-7、交、直流接觸器有什么不同點(diǎn)？（注：本題主要指交、直流接觸器的

7、電磁機(jī)構(gòu)） 答：交、直流接觸器的不同點(diǎn)基本上體現(xiàn)在交、直流電磁鐵的不同點(diǎn)上，即，它們的 電磁機(jī)構(gòu)的不同點(diǎn)上。交、直流接觸器電磁機(jī)構(gòu)的主要不同點(diǎn)有：①鐵心構(gòu)造不同，②線 圈結(jié)構(gòu)不同，③工作原理方面存在差異。具體如下： 鐵心構(gòu)造方面的不同：交流電磁鐵的鐵心由鋼片疊壓而成，且一般有短路環(huán)；直流電 磁鐵的鐵心一般由整塊鑄鐵制成，且不設(shè)短路環(huán)。交流電磁鐵為了減少渦流損耗，鐵心的 應(yīng)該由片間涂有絕緣材料的硅鋼片疊壓而成。此外為了避免鐵心中因磁通過零而出現(xiàn)的吸 力為零，從而出現(xiàn)銜鐵振動(dòng)現(xiàn)象，交流電磁鐵的鐵心一般設(shè)有短路環(huán)。而直流電磁鐵因?yàn)?

8、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，為了簡(jiǎn)化工藝等，鐵心通常由整塊鑄鐵制成。直流電磁鐵 鐵心產(chǎn)生的吸力恒定不變，因此不需要設(shè)置短路環(huán)。 線圈結(jié)構(gòu)方面的不同：交流電磁鐵線圈是帶骨架的“矮胖形”線圈，線徑粗，匝數(shù)少； 直流電磁鐵線圈是不帶骨架的“細(xì)長(zhǎng)形”線圈，線徑細(xì)，匝數(shù)多。交流電磁鐵工作時(shí)鐵心 會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗，線圈也會(huì)產(chǎn)生銅損耗，這些損耗都將轉(zhuǎn)換成熱量，為了增加線圈與鐵心 的散熱效果，交電磁鐵的線圈通常做成“矮胖形”?繞制在專門的骨架上，與鐵心之間形成 一定的間隙以利于它們各自的散熱。直流電磁鐵穩(wěn)定工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生鐵損耗，溫度通常較 線圈低，因此，直流電磁

9、鐵的線圈通常直接繞在與鐵心緊密貼在一起的絕緣材料上，這樣， 線圈產(chǎn)生的熱量容易通過鐵心散發(fā)，為了增加散熱效果，直流電磁鐵的線圈則通常做成“細(xì) 長(zhǎng)形”，以利于與鐵心的接觸面積。此外，交流電磁鐵工作時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平衡電源電壓，起 限流作用，為了使其有足夠的吸力，線圈的線阻應(yīng)較小，因而線徑較粗，匝數(shù)少。而直流 電磁鐵工作時(shí)不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了限制通過線圈的電流，線圈的線阻應(yīng)較大，因而線徑較 細(xì)，匝數(shù)多。 工作原理方面存在的差異：交流電磁鐵是恒磁通型的，直流電磁鐵是恒磁勢(shì)型的。對(duì) 于交流電磁鐵，只要電源電壓和頻率不變，因?yàn)?U≈E=4.44NfΦ，其磁

10、通基本不變，因此 不管銜鐵是否吸合，電磁鐵產(chǎn)生的吸力基本保持不變。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大， 線圈通過的電流大；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，線圈通過的電流?。ㄒ?yàn)榇艅?shì)?IN=磁阻× Φ，Φ不變而磁阻大，I?就大；磁阻小，I?就小）。若工作時(shí)交流電磁鐵的銜鐵不能完全吸 合，將很容易使線圈因過熱而損壞。對(duì)于直流電磁鐵，要電源電壓不變，流過線圈的電流 只與線圈的導(dǎo)線電阻有關(guān)。已經(jīng)制好的線圈，電阻不變，線圈通過的電流也不變。因此， 不管銜鐵是否吸合，電磁鐵產(chǎn)生的磁勢(shì)保持不變。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大，磁 勢(shì)不變，則產(chǎn)生的吸力

11、??；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，磁勢(shì)不變，則產(chǎn)生的吸力大。因此 直流電磁鐵的線圈通常在銜鐵吸合前通以較大的電流以增加其吸力，銜鐵吸合后則串入“經(jīng) 濟(jì)電阻”限制電流，提高線圈的工作壽命，且可避免銜鐵因?yàn)槭４哦霈F(xiàn)不能釋放。 1-8、交流接觸器接到相同電壓的直流電源上會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：交流接觸器因其線圈工作時(shí)會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，此電勢(shì)正常工作時(shí)起限流作用，為了使 其有足夠的吸力，線圈的線阻應(yīng)較小，因而線徑較粗，匝數(shù)較少。若將其接到直流電路中， 由于不能感應(yīng)出電勢(shì)，在相同大小的電壓下，將產(chǎn)生非常之大的電流（十幾甚或幾十倍于 額定電流），這將使接觸

12、器的線圈立即燒毀。 1-9、交流接觸器為什么要用短路環(huán)？ 答：簡(jiǎn)單地說(shuō)，交流接觸器用短路環(huán)是為了避免銜鐵的振動(dòng)。交流接觸器的線圈通過 的是交流電流，在鐵心中產(chǎn)生的是交變磁通。在一個(gè)周期內(nèi)，交流電流和交變磁通都有兩 個(gè)瞬時(shí)值為零的“過零點(diǎn)”。在“過零點(diǎn)”瞬間，鐵心產(chǎn)生的電磁吸力為零。而交流接觸器 的銜鐵是靠反力彈簧釋放的，工作時(shí)銜鐵是靠電磁吸力克服反力彈簧作用力而吸合的，因 此若不采用短路環(huán)，在“過零點(diǎn)”銜鐵就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。短路環(huán)是用良導(dǎo)體焊接成的，將鐵 心的一部分套住。接觸器工作時(shí)產(chǎn)生的交變磁通也通過被短路環(huán)套住的部分鐵心，且在短

13、路環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電流。短路環(huán)中的電流也會(huì)產(chǎn)生磁通，而且，接觸器線圈產(chǎn)生的 磁通為零時(shí)（變化率最大），短路環(huán)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)、產(chǎn)生的電流和磁通都達(dá)到最大，因此保 證接觸器線圈電流“過零點(diǎn)”時(shí)鐵心產(chǎn)生的磁通和吸力不圍零，從而避免銜鐵的振動(dòng)。也 就是說(shuō)，交流接觸器鐵心中的短路環(huán)是避免鐵心兩部分產(chǎn)生的磁通同時(shí)為零，從而避免銜 鐵的振動(dòng)的。 1-10、交流接觸器為什么要用鋼片疊成？ 答：交流電磁鐵工作時(shí)，線圈通入的是交流電流，在鐵心中產(chǎn)生的是交變磁通，交變 磁通會(huì)在鐵心中產(chǎn)生渦流損耗。為了減少渦流損耗，鐵心的應(yīng)該由片間涂有絕緣材料的硅 鋼

14、片疊壓而成。 1-11、交流接觸器鐵心卡住為什么會(huì)燒毀線圈？（應(yīng)該說(shuō)是“銜鐵卡住”較合適） 答：交流電磁鐵是恒磁通型的，只要電源電壓和頻率不變，因?yàn)?U≈E=4.44NfΦ，其 磁通基本不變，因此不管銜鐵是否吸合，電磁鐵產(chǎn)生的吸力基本保持不變。但是，銜鐵吸 合前，磁路的磁阻大，線圈通過的電流大；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，線圈通過的電流小 （因?yàn)榇艅?shì)?IN=磁阻×Φ，Φ不變而磁阻大，I?就大；磁阻小，I?就?。?。若接觸器工作時(shí) 交流電磁鐵的銜鐵卡住（即不能完全吸合），將使線圈一直保持較大的電流，產(chǎn)生的銅損耗 增加，很容易使線圈因過熱

15、而燒毀。 1-12、直流接觸器鐵心為什么是整塊鑄鐵？為什么沒有短路環(huán)？ 答：直流接觸器線圈通入的是直流電源，在鐵心中產(chǎn)生的磁通是大小和方向都恒定不 變的直流磁通，直流磁通不會(huì)在鐵心產(chǎn)生渦流損耗，因此沒有必要象交流接觸器鐵心那樣 采用硅鋼片制造，為了使制造工藝簡(jiǎn)化，直流接觸器的鐵心就常常采用整塊鑄鐵制成。由 于鐵心中產(chǎn)生的磁通直流磁通，沒有“過零點(diǎn)”，在工作時(shí)鐵心產(chǎn)生的吸力一直保持恒定， 因此沒有必要設(shè)置短路環(huán)來(lái)防止銜鐵的振動(dòng)。 第?2?章?變壓器 2-1、變壓器中主磁通和漏磁通的性質(zhì)和作用有什么不同？在分析變壓器時(shí)

16、是怎樣反映它們 的作用的？ 答：主磁通：沿鐵心閉合，同時(shí)與原、副邊繞組交鏈，并在所交鏈的繞組中感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)。它是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介，是變壓器的工作磁通，占總磁通的絕大部分。無(wú)論空在還 是運(yùn)行，只要變壓器的端電壓一定，主磁通都將不會(huì)改變，維持在一個(gè)恒定的值。在分析 變壓器時(shí)常以勵(lì)磁電抗?X?反應(yīng)主磁通的作用。由于主磁通的磁路是非線性的，故?X?不是常 m m 數(shù)，隨著鐵心飽和程度的提高而減小。 漏磁通：主要沿非鐵磁材料閉合，僅與原邊繞組或者副邊繞組交鏈，在所交鏈的繞組 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，起漏抗壓降的作用，在數(shù)量上遠(yuǎn)小于主磁通。由于漏磁通主

17、要沿非鐵磁物 質(zhì)閉合，所經(jīng)磁路是線性的，它與所交鏈繞組的電流成正比。在分析變壓器時(shí)，以漏抗?X  σ 反映漏磁通的作用。由于磁路基本上是線性的，故?X?壓基本上為常數(shù)。 σ 主磁通由原邊繞組和副邊繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生，漏磁通僅由原邊或副邊繞組磁通勢(shì)單 獨(dú)產(chǎn)生。 2-2、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的量值與哪些因素有關(guān)？勵(lì)磁阻抗?Zm?的物理意義如何？Xm?的大小與哪些 因素有關(guān)？ 答：①根據(jù)“4.44?公式”（即?E=4.44fNΦm），影響變壓器繞組感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)量值（即 幅值大?。┑囊蛩赜校豪@組的匝數(shù)、電源的頻率和與繞組

18、交鏈磁通的幅值。②勵(lì)磁阻抗?Zm 的物理意義是：阻抗的電阻部分用來(lái)反映變壓器磁路損耗在一相電路中的等效，阻抗的電 抗部分則反映變壓器在磁路中產(chǎn)生主磁通時(shí)，對(duì)電路相電流產(chǎn)生相位的影響和對(duì)相電壓產(chǎn) 生電壓降落的影響。其中，勵(lì)磁阻抗?Z?=R?+jX?，R?是變壓器的勵(lì)磁電阻，反映變壓器鐵損 m m m m 大小的等效電阻，不能用伏安法測(cè)量。③?X?是變壓器的勵(lì)磁電抗，反映了主磁通對(duì)電路的 m 電磁效應(yīng)。與?X?的大小有關(guān)的因素主要有：繞組匝數(shù)、磁路磁阻（材料的導(dǎo)磁率和磁路截 m 面尺寸）以及電源頻率，因?yàn)?，X?=2πf×L?，而?L?又與繞組匝數(shù)、磁路磁阻等有

19、關(guān)。當(dāng)電 m m m 源頻率、線圈匝數(shù)和鐵心尺寸一定時(shí)，X?主要由繞組的磁導(dǎo)率成正比。 m 2-3、額定電壓為?110/24V?變壓器，若將原邊繞組接于?220V?交流電源上，其結(jié)果如何？若 將?220/24V?的變壓器接于?110V?交流電源上，其結(jié)果又將如何？ 答：若將?110/24V?變壓器的原邊繞組接于?220V?交流電源上，由于這時(shí)原邊電壓增加一 倍，由于?U≈E=4.44NfΦ∝Φ，就要求磁路的磁通也增加一倍。但一般變壓器設(shè)計(jì)時(shí)都讓 其鐵心工作在半飽和區(qū)，在半飽和區(qū)再使磁通增加一倍，則勵(lì)磁電流（空載電流）將大大 增加，使繞組的銅

20、耗和鐵心損耗大大增加，變壓器將很快燒毀。 若將?220/24V?的變壓器接于?110V?交流電源上，磁路的磁通減少，對(duì)于變壓器運(yùn)行沒有 什么不良影響。只是此時(shí)磁路完全不飽和，變壓器鐵心的利用率降低而已。同時(shí)，變壓器 副邊輸出電壓減小為?12V，不能滿足原來(lái)負(fù)載的要求。 2-4、額定頻率為?50Hz?的變壓器接于頻率為?60Hz?的額定電壓上，以及額定頻率為?60Hz?的 變壓器接于頻率為?50Hz?的額定電壓上，將對(duì)變壓器運(yùn)行帶來(lái)什么影響？50Hz?和?60Hz 的變壓器能通用嗎？ 答：鐵心損耗與頻率有關(guān)，頻率增加鐵心損耗也增加

21、。但頻率增加，根據(jù)?U≈E=4.44Nf Φ，若電源電壓不變，則磁路的磁通Φ減少，勵(lì)磁電流減小，繞組的銅損耗略有減少；同 理，60Hz?的變壓器接于頻率為?50Hz?的額定電壓上，鐵耗有所減少，但磁路飽和程度增加， 繞組的銅耗有所增加。由于空載電流較小，頻率在?50Hz?和?60Hz?之間變化，銅耗和鐵耗的 變化量都不太不大，而且一個(gè)增加另外一個(gè)就減少，同時(shí)考慮變壓器都有一定的過載能力。 因此，在?50Hz?和?60Hz?的變壓器還是可以通用的。 2-5、一臺(tái)額定電壓為?220/110V?的變壓器，原、副邊繞組匝數(shù)?N?、N?分別為?2000?和?1

22、000， 1 2 若為節(jié)省銅線，將匝數(shù)改為?400?和?200，是否可以？ 答：不可以。根據(jù)?U≈E=4.44fNΦ?可知，當(dāng)匝數(shù)減小而為了維持同樣電壓，必須導(dǎo)致 m 磁通大大增加，必然使得磁路飽和，電流顯著增大。題中條件下，匝數(shù)減少為原來(lái)的?1/5， 為了平衡電源電壓，磁通需要增加到原來(lái)的?5?倍，磁路嚴(yán)重飽和，電流增加的倍數(shù)可達(dá)原 來(lái)的幾十倍，若沒有保護(hù)措施，線圈將瞬間燒毀。 2-6、變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)引起副邊電壓變化的原因是什么？副邊電壓變化率的大小與這些因 素有何關(guān)系？當(dāng)副邊帶什么性質(zhì)負(fù)載時(shí)有可能使電壓變化率為零？

23、 答：①變壓器負(fù)載運(yùn)行，引起副邊端電壓變化的原因有：短 路阻抗，負(fù)載的大小和性質(zhì)。②相同負(fù)載時(shí)，變壓器短路阻抗值 越大，其輸出電壓變化越大。③短路阻抗一定、負(fù)載的功率因數(shù)  題圖?2-6??負(fù)載相量圖 保持不變時(shí)，負(fù)載越大（負(fù)載阻抗值小、電流大），變壓器的輸 出電壓變化越大。④負(fù)載的性質(zhì)主要指負(fù)載是感性、容性和電阻性。一般而言，若忽略變 壓器繞組的電阻壓降，從變壓器負(fù)載相量圖（題圖?2-6）可見，電感性負(fù)載電流具有去磁 性質(zhì)，對(duì)變壓器副邊電壓變化率起增大的作用。電容性負(fù)載電流具有增磁作用（或者說(shuō)容 性負(fù)載電流在變壓器的漏抗上

24、產(chǎn)生了負(fù)的壓降值），其作用的體現(xiàn)是使副邊電壓升高。若負(fù) 載容抗大于變壓器漏抗，容性負(fù)載將使電壓變化率減?。蝗糌?fù)載容抗等于變壓器漏抗，容 性負(fù)載將使電壓變化率為零；若負(fù)載容抗小于變壓器漏抗，容性負(fù)載將使電壓變化率變?yōu)? 負(fù)值。也就是說(shuō)，當(dāng)副邊帶電容性負(fù)載時(shí)有可能使電壓變化率為零。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，①變壓器負(fù)載運(yùn)行，引起副邊端電壓變化的原因有：短路阻抗，負(fù)載的大 小和性質(zhì)。②短路阻抗的大，負(fù)載的大，副邊電壓變化率就大。③當(dāng)副邊帶電容性負(fù)載時(shí) 有可能使電壓變化率為零。 2-7、根據(jù)圖?2-4?所示的簡(jiǎn)化等效電路圖，列出電壓 平衡方程式，并分別畫

25、出感性及容性負(fù)載時(shí)的 相量圖。 答：①電壓平衡方程式為：  題圖?2-7??感性及容性負(fù)載時(shí)的相 量圖 ú?=??R?+j??X 2 2 L 2  L ??=-? 1  2 ú?=-ú?+??R?+j??X 1 2 1 K 1  K ②相量圖如右圖所示。 【說(shuō)明】：由題圖?2-7b)可見：當(dāng)變壓器帶容性負(fù)載時(shí)，若保持變壓器副邊端電壓不變， 則其原邊電壓應(yīng)該減小。這是因?yàn)槿菪载?fù)載使負(fù)載電流比副邊電壓的相位超前，超前的電 流在變壓器短路阻

26、抗上產(chǎn)生負(fù)的壓降值（或者說(shuō)，超前的電流具有增磁性質(zhì)）。 2-8、變壓器空載時(shí)，原邊加額定電壓，雖然原邊電阻中r?很小，可空載電流并不大，為什 1 么？ 答：變壓器空載運(yùn)行時(shí)，從電源輸入的電流主要在鐵心磁路中產(chǎn)生交變的主磁通，交 變的主磁通在原邊繞組將感應(yīng)幅值接近電源電壓的反電勢(shì)，且與電源電壓的實(shí)際相位幾乎 相反。原邊繞組上的反電勢(shì)作用是與電源電壓相平衡，使加在原邊繞組電阻?r?中電壓很小。 1 因此，雖然?r?很小，但空載電流并不大。 1 2-9、一臺(tái)?50Hz?的單相變壓器，若誤把原邊繞組接到與其額定電壓相同直流電源上，會(huì)發(fā)

27、生什么現(xiàn)象？ 答：當(dāng)原邊接到直流電源上時(shí)，主磁通是恒定直流磁通，原、副邊繞組中沒有感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)。沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電源電壓相平衡，直流電源電壓將全部降落在原邊繞組的電阻上， 產(chǎn)生巨大的短路電流。若沒有短路保護(hù)措施，原邊繞組很快將被燒毀。 2-10、在使用電壓互感器及電流互感器時(shí)，各應(yīng)注意什么？為什么？ 答：⑴電壓互感器使用時(shí)應(yīng)注意：①副邊繞組不許短路。這是因?yàn)殡妷夯ジ衅髡＿\(yùn) 行時(shí)，負(fù)載接電壓表，阻抗很大，接近于空載運(yùn)行。如果副邊繞組短路，則變成短路運(yùn)行， 電流從空載電流變成短路電流，造成原副邊繞組電流均變得很大，會(huì)使互感器繞組過

28、熱而 燒毀。②鐵心和副邊繞組的一端必須可靠接地。這是因?yàn)殡妷夯ジ衅鞯脑吽与妷憾际? 高電壓，為了避免由于絕緣老化或損壞造成漏電，危及副繞組所連接的設(shè)備甚至人身安全。 ③副邊所帶的負(fù)載阻抗不能低于額定負(fù)載阻抗。否則，負(fù)載電流引起的電壓變化率將超過 允許值，互感器的精度將受到影響。 ⑵電流互感器使用時(shí)應(yīng)注意：①副邊繞組不許開路。這是因?yàn)殡娏骰ジ衅髡＿\(yùn) 行時(shí)，相當(dāng)于變壓器工作在短路狀態(tài)，原副邊磁動(dòng)勢(shì)處于平衡狀態(tài)，磁場(chǎng)很弱。若副邊開 路，原邊電流完全用于勵(lì)磁，磁場(chǎng)變得很強(qiáng)，將在副邊感應(yīng)出很高的電壓，將擊穿絕緣， I??=S?/(???3?

29、U??)=400000/(???3?×36000)=6.415(A) I??=S?/(???3?U??)=400000/(???3?×6000)=38.49(A) I??=I??/???3?=38.49/???3?=22.22(A) 危及人身及設(shè)備安全。即使不會(huì)損傷絕緣，強(qiáng)大的勵(lì)磁磁場(chǎng)也會(huì)使磁路嚴(yán)重飽和，鐵心嚴(yán) 重磁化，從而導(dǎo)致電流互感器報(bào)廢。②鐵心和副邊繞組的一端必須可靠接地。這是因?yàn)殡? 流互感器的原邊所接電路通常又是高電壓的電路，為了避免由于絕緣老化或損壞造成漏電， 危及副繞組所連接的設(shè)備甚至人身安全。③副邊所帶的負(fù)載阻抗不能高于額定負(fù)載阻抗， 否則也將影響互

30、感器的測(cè)量精度。 2-11、一臺(tái)三相變壓器，額定容量為?S?=400kVA，額定電壓為?U?/U=36000/6000V，Y/ 連 N 1 接。試求：(1)原、副邊額定電流；(2)在額定工作情況下，原、副邊繞組中的電流； (3)已知原邊繞組匝數(shù)?N?=600，問副邊繞組匝數(shù)?N?為多少？ 1 2 解：(1)原、副邊額定電流：由于額定電流、額定電壓分別為線電流、線電壓，因此： 1N N 1N 2N N 2N (2)在額定工作情況下，原、副邊繞組中的電流：設(shè)，I?、I?分別為額定工作情況 1P 2P 下原、副

31、邊繞組中的電流。對(duì)于?Y/△連接的變壓器，原邊?Y?連接有： I?=I?=6.415(A) 1P 1N 副邊△連接有： 2P 2N (3)求副邊繞組匝數(shù)?N?：因?yàn)?I?/I?=N?/N?，因此： 2 2 1 1 2 N?=N?I?/I?=600×6.415/22.22≈173(匝) 2 1 1P 2P 答：(1)原、副邊額定電流分別為?6.415A?和?38.49A；(2)在額定工作情況下，原、副 邊繞組中的電流分別為?6.415A?和?22.22?A；(3)?原邊繞組匝數(shù)?N?=600?匝時(shí)，副邊繞組匝

32、數(shù) 1 N?約為?173?匝。 2 2-12、一臺(tái)三相變壓器，其額定值為?S?=1800kVA，U?/U=6300/3150，Y/ 連接，繞組銅損 N 1 解：(1)額定輸出電流：I???=S?/(???3?U??)=1800/(???3?×3.15)=329.9(A) 與鐵損之和為（6.6+21.2）kW，求：當(dāng)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)?cos?=0.8 時(shí)的效率。 2?N N 2N (2)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)?cos?=0.8?時(shí)，副邊輸出的有功功率?P?： 2N P?=S?×cos?=1800

33、×0.8=1440kW 2N N (3)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)?cos?=0.8?時(shí)的效率?： ?=P?/P?×100%=P?/(P?+p?+p?)×100%=1440/(1440+6.6+21.2)×100%=98.1﹪ 2 1 2 2 Fe cu 答：當(dāng)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)?cos?=0.8?時(shí)的效率約為?98.1﹪。 第?3?章?異步電動(dòng)機(jī) 3-1、什么叫轉(zhuǎn)差率？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率判斷異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)？ 答：所謂轉(zhuǎn)差率，就是轉(zhuǎn)差的比率，是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)差與氣隙旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

34、的相對(duì)比率。其定義式為?s=(n?-n)n?。根據(jù)轉(zhuǎn)差率可以判斷異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與氣隙 0 0 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的關(guān)系，從而判斷異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，具體如下： 當(dāng)?s＜0?時(shí)，n＞n?，異步電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電（即第七章介紹的回饋或再生）制動(dòng)狀態(tài)； 0 當(dāng)?s=0?時(shí)，n=n?，異步電動(dòng)機(jī)處于理想空載運(yùn)行狀態(tài)； 0 當(dāng)?0＜s＜1?時(shí)，n＜n?，異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)； 0 當(dāng)?s=1?時(shí)，n=0，異步電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間； 當(dāng)?s＞1?時(shí)，n＜0，異步電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（參見第七章）。 【說(shuō)明

35、】：異步電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)有三種，分別稱為：發(fā)電制動(dòng)、反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)。 其中，發(fā)電制動(dòng)又稱為回饋制動(dòng)或再生制動(dòng)；反接制動(dòng)則包括電源反接制動(dòng)和倒拉反接制 動(dòng)。書上?P.37?頁(yè)說(shuō)：“當(dāng)?s＞1?時(shí)，n＜0，異步電動(dòng)機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)?！辈煌桩?dāng)，應(yīng)當(dāng) 改為：“當(dāng)?s＞1?時(shí)，n＜0，異步電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)（參見第七章）。”下同。 3-2、異步電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和處于電磁(反接)制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)向之間的關(guān)系是否一樣？應(yīng)該怎樣分析，才能區(qū)分這兩種運(yùn)行狀態(tài)？ 答：所謂制動(dòng)，從字面上看就是“制止運(yùn)動(dòng)”，只有電磁轉(zhuǎn)矩與

36、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反才能制動(dòng)。 因此，只要處于制動(dòng)狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩的方向都是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。也就是說(shuō)，異步電動(dòng)機(jī) 處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和處于反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向之間的關(guān)系都是一 樣的。要區(qū)分這兩種運(yùn)行狀態(tài)可以從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的關(guān)系（即轉(zhuǎn)差率） 進(jìn)行判斷：當(dāng)?s＜0?時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n?高于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 的轉(zhuǎn)速?n?；當(dāng)?s＞1?時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n?與氣隙旋轉(zhuǎn) 0 磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?n?方向相反，若以氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?n?方向?yàn)閰⒖颊较?，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?n?低 0 0 于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

37、的轉(zhuǎn)速?n?。 0 3-3、如果將繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組短接，而把轉(zhuǎn)子繞組連接到對(duì)稱三相電源上，將 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 答：若將繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組短接，而把轉(zhuǎn) 子繞組連接到電壓合適的對(duì)稱三相電源上，則繞線式異步 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子仍然能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與氣隙 a)?三相電流????b)?方向 題圖?3-3?轉(zhuǎn)子接電源 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相反，氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的速度為?n?； 0 氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為?sn?，轉(zhuǎn)向也與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，如右圖(題圖?3-3)所示。 0

38、在題圖?3-3?中，轉(zhuǎn)子繞組通入三相交流電流，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以?n?(相對(duì)于轉(zhuǎn)子)或?s?n 0  0 (相對(duì)于定子)的轉(zhuǎn)速按照?a、b、c?的相序順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，切割定子繞組感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生電流 如圖?3-3?b)所示。根據(jù)左手定則，定子繞組受力?F?方向?yàn)椋篈↓、X↑，而由于定子固定不 動(dòng)，轉(zhuǎn)子將受到相反方向力的作用，因此電磁轉(zhuǎn)矩?T?和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?n?的方向都為逆時(shí)針方向。 3-4、與同容量的變壓器相比較，異步電動(dòng)機(jī)的空載電流大，還是變壓器的空載電流大？為 什么？ 答：異步電動(dòng)機(jī)的空載電流大，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)磁路中含有氣隙，氣隙磁

39、阻大，使得 產(chǎn)生額定磁通量的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)增大，相應(yīng)勵(lì)磁（空載）電流就大，約占額定電流的?20%～ 40%（早期電機(jī)為?20%～50%）；而變壓器主磁路是閉合的不含有氣隙，其勵(lì)磁電流也小的多， 約占額定電流的?3%～8%（早期變壓器為?5%～10%）。 3-5、一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，如果把轉(zhuǎn)子抽掉，而在定子繞組上加三相額定電壓，會(huì)產(chǎn)生什 么后果？ 答：三相異步電動(dòng)機(jī)抽掉轉(zhuǎn)子，磁路中氣隙將大大增加，即磁路的導(dǎo)磁率減小。當(dāng)定 子繞組施加三相額定電壓，由?4.44?公式知，磁通仍為額定值，在磁路的磁阻增大的情況下， 需要有很大的勵(lì)磁磁

40、動(dòng)勢(shì)，勵(lì)磁電流將大大超過額定電流，很快將使定子繞組燒毀。 3-6、異步電動(dòng)機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組沒有直接的電氣聯(lián)系，為什么負(fù)載增加時(shí)，定子電流 和輸入功率會(huì)自動(dòng)增加，試說(shuō)明其物理過程。從空載到滿載電機(jī)主磁通有無(wú)變化？ 答：異步電動(dòng)機(jī)的相量圖與變壓器相似，由相量圖可見，轉(zhuǎn)子電流具有去磁性質(zhì)。由 轉(zhuǎn)子電流公式或等效電路中轉(zhuǎn)子等效電阻?r??/s?可知：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)子電流將增大。 2 而轉(zhuǎn)子電流的去磁性質(zhì)將使主磁通出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，定子繞組感應(yīng)的電勢(shì)也將出現(xiàn)減少的 趨勢(shì)。當(dāng)電源電壓不變時(shí)，定子繞組的電流將自動(dòng)增加，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流的去磁作用。因

41、此，負(fù)載增加時(shí)，定子電流和輸入功率會(huì)自動(dòng)增加。 由于定子繞組的電阻和漏抗都較小，從異步電動(dòng)機(jī)定子回路的電壓平衡方程式可知， 定子電壓?U?約等于定子繞組感應(yīng)的電勢(shì)?U?≈E?=4.44kwfΦm。因此，從空載到滿載，若不考 1 1 1 慮定子漏阻抗影響，異步電機(jī)的主磁通基本不變。若考慮定子漏阻抗影響，則主磁通略有 減少。 3-7、三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，如果轉(zhuǎn)子突然被卡住而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，試問這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電 流有無(wú)變化？對(duì)電動(dòng)機(jī)有何影響？ 答：如果轉(zhuǎn)子突然卡住，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將突然增大，致使轉(zhuǎn)子電流突然增大，產(chǎn)生 較大的電流沖擊

42、和機(jī)械力矩的沖擊。而根據(jù)磁勢(shì)平衡關(guān)系知，轉(zhuǎn)子電流增大定子電流也將 增加，電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的銅損耗增加，時(shí)間稍長(zhǎng)繞組將過熱，若保護(hù)裝置不動(dòng)作則可能 燒毀繞組。 3-8、在分析異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子邊要進(jìn)行哪些折算？為什么要進(jìn)行這些折算？折算的條件 是什么？ 答：⑴在分析異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子邊要進(jìn)行的折算有：①頻率折算，②繞組折算。 3-9、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與變壓器的等效電路有無(wú)差別？等效電路中的?1???s?r?′代表什 s ⑵折算的目的是：①由于轉(zhuǎn)子電路的電靈頻率隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（或電機(jī)的轉(zhuǎn)差率）變 化而變化，難于直接進(jìn)行電氣分析。因此

43、需要進(jìn)行頻率折算，將轉(zhuǎn)子電量的頻率折算成與 定子電量頻率一致的等效電量，以便進(jìn)行電氣分析。即用一個(gè)靜止不動(dòng)的繞組代替實(shí)際轉(zhuǎn) 動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組，而且兩個(gè)繞組對(duì)磁路的影響必須一樣。②通過頻率折算后的轉(zhuǎn)子繞組與變 壓器的情況相同，但頻率折算后的靜止繞組的匝數(shù)與定子繞組匝數(shù)不一樣，仍然不能進(jìn)行 直接的電氣分析，因此還必須象變壓器一樣進(jìn)行繞組折算，用一個(gè)匝數(shù)相同的等效繞組代 替頻率折算后的靜止繞組，從而消除磁路分析的麻煩得到與變壓器相似的等效電路。 ⑶進(jìn)行頻率折算和繞組折算的條件是：折算前后等效繞組與實(shí)際繞組的①磁勢(shì)一 樣，②產(chǎn)生的電磁功率和損耗一樣。

44、 2 么？能否用電感或電容代替？為什么？ 答：①首先，兩種等效電路是有相似的地方的。兩者相同點(diǎn)主要是：形式一樣；變壓 器的原邊和三相異步電動(dòng)機(jī)定子邊都采用每相參數(shù)的實(shí)際值，而變壓器的副邊和異步電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)子都采用折合值。 ②但是，兩者卻有如下突出的不同點(diǎn)：變壓器中折合只是繞組匝數(shù)折合，而異步 電動(dòng)機(jī)除了繞組匝數(shù)折合外，還有頻率、相數(shù)折合。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，變壓器的負(fù)載阻 抗只需要乘以變比的平方，便可以用等效電路計(jì)算，變壓器的輸出的電功率的性質(zhì)及功率 因素完全取決于負(fù)載的性質(zhì)，可以是電阻性、電感性或電容性的。而三相異步電動(dòng)

45、機(jī)運(yùn)行 時(shí)，實(shí)際輸出機(jī)械功率，但在等效電路上用一個(gè)等效電阻表示，其上消耗（電功率）代表 了電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。也就是說(shuō)，機(jī)械功率的大小與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率有關(guān)，性質(zhì)也是電 阻上的?有功功率，不可能有電感性或者電容性的。轉(zhuǎn)子電路中是機(jī)械功率的等效電阻。 3-10、異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，若電源電壓下降過多，會(huì)產(chǎn)生什么后果？試說(shuō)明其 原因。如果電源電壓下降?20%，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)等 各有何影響？ 答：⑴異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，若電源電壓下降過多，將使定、轉(zhuǎn)子電流都將 增大較多，電機(jī)的銅損耗增加較多，可能

46、使電機(jī)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，從而加速繞組絕緣的老化， 甚至燒毀。這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，電壓下降電機(jī) 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減小，在額定負(fù)載小運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將明顯下降，轉(zhuǎn)差率將增加較多。從 轉(zhuǎn)子電流計(jì)算公式看，轉(zhuǎn)子電流增大較多，同時(shí)引起定子電流有較大的增加。 ⑵由于異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都與電源電壓的平方成正比，電源電壓 下降?20%，即電源電壓為原來(lái)的?0.8，因此異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都為額定電壓 時(shí)的?0.64，即下降了?36%。 ⑶根據(jù)前面的分析，電壓下降，轉(zhuǎn)差率增加，轉(zhuǎn)子回路的等效電阻?r′

47、?/s?減小， 2 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)?cos??=(r′?/s)/[x′?2+(r′?/s)2]將減小。而帶額定負(fù)載時(shí)定子電流 2 2 2 2 主要成分是轉(zhuǎn)子電流分量，勵(lì)磁電流分量所占的比例較小，cos??減小則定子電路的功率因 2 數(shù)?cos??也將比額定電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值有所減小。 1 3-11、漏抗大小對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，包括起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子電 路的功率因數(shù)等有何影響？ 答：漏抗大小對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能有影響，具體表現(xiàn)為：由于等效電路可知，漏 抗增大，起動(dòng)電流減??；由于轉(zhuǎn)矩與功率因數(shù)表達(dá)式（式3-23、式?3-21

48、?和式?3-10）可知， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)都減小。 3-12、有些三相異步電動(dòng)機(jī)有?380/220V?兩種額定電壓，定子繞組可以連接成星形，也可連 接成三角形。試問在什么情況下采用何種連接方法？ 答：三相異步電動(dòng)機(jī)有兩種額定電壓?380/220V?時(shí)，一般同時(shí)標(biāo)注其連接形式為?Y/△。 因?yàn)閷?duì)于已經(jīng)出廠的異步電動(dòng)機(jī)，其磁路的磁通與相繞組感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)基本確定，也就是 說(shuō)定子一相繞組的耐壓已經(jīng)確定。但三相繞組采用?Y?或△連接形式，電機(jī)線間電勢(shì)有不同 的數(shù)值。因此，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)標(biāo)出的額定電壓380/220V?時(shí)，說(shuō)

49、明其定子一相繞組的額 定電壓為?220V。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組采用?Y?連接時(shí)，其額定電壓為?380V；當(dāng)異步電 動(dòng)機(jī)定子三相繞組采用△連接時(shí)，其額定電壓為?220V。 3-13、三相異步電動(dòng)機(jī)在滿載和空載下起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否一樣？ 答：三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與其所帶負(fù)載沒有任何關(guān)系，因此在滿載和空載下起 動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都是一樣的。這可從異步電動(dòng)機(jī)的電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式 得到驗(yàn)證。若忽略勵(lì)磁電流，起動(dòng)電流可由?P.40?頁(yè)式?3-9?進(jìn)行計(jì)算（令?s=1）；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 則可由?P.44?頁(yè)式?3-23?

50、或?P.43?頁(yè)式?3-18?進(jìn)行計(jì)算（令?s=1）。而式?3-9、式?3-18?和式?3-23 都與其所帶負(fù)載的大小沒有任何關(guān)系。 3-14、如果電動(dòng)機(jī)的三角形連接誤接成星形連接，或者星形連接誤接成三角形連接，其后 果將如何？ 答：①如果電動(dòng)機(jī)的三角形連接誤接成星形，則定子每相繞組的端電壓下降為原來(lái)的 1/?3?，主磁通將大大減小，若要使流過電動(dòng)機(jī)繞組不超過額定電流，由于式?3-12?可知， 應(yīng)該減小電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。否則當(dāng)接額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，繞組中電流將增加，超過額 定值，致使保護(hù)器件動(dòng)作或者燒毀繞組（因?yàn)?T?減小，轉(zhuǎn)速將下降，

51、轉(zhuǎn)差率?s?將增加，由 式?3-9?可知，I?將增大；由式?3-12?可知，Φ↓只有?I?↑才能使?T?保持額定值與額定負(fù)載轉(zhuǎn) 2 2 矩平衡）。 ②如果電動(dòng)機(jī)的星形連接被誤接為三角形，則定子每相繞組的端電壓將為原額定 電壓的?3?倍，為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電源電壓平衡，要求主磁通也要增加到為原來(lái)的?3?倍，磁 路將嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流大大增加，也會(huì)致使保護(hù)器件動(dòng)作或者燒毀繞組。 3-15、某三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為?460r/min，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速約為多少？ 解：①由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率為?1％

52、～9％，即?s?≈0.01～0.09?可以推算出該電 N 機(jī)為?6?對(duì)極的異步電動(dòng)機(jī)，其理想空載轉(zhuǎn)速?n?為?500r/min： 0 ∵n?=n?/(1-s?)=460/(0.91～0.99)=464.6～505.5r/min 0 N N p=60f/n?=3000/(464.6～505.5)=5.934～6.457，而?p?只能為整數(shù)，∴p=6(對(duì)極)； 0 n?=60f/p=3000/6=500(r/min)，s?=(n?-n)/n?=(500-460)/500=0.08 0 N 0 0 ②從機(jī)械特性看，由于異步電動(dòng)機(jī)在額定工作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)

53、差率?s?與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?T?可 以用直線近似代替，即近似認(rèn)為?s∝T(或?s=kT)。因此，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半（即 T=0.5?T?）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率?s?和轉(zhuǎn)速?n?分別為： N s≈s?T/T?=0.08×0.5=0.04 N N n=n?(1-s)=500(1-0.04)=500×0.96=480(r/min) 0 答：該三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)的轉(zhuǎn)速約為?480r/min。 3-16、單相分相式電動(dòng)機(jī)如何改變其旋轉(zhuǎn)方向？罩極式電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向能否改變？ 答：改變單相分相式電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，可

54、單獨(dú)改變其任意一個(gè)繞組的接線（即，將其 兩根引線脫開對(duì)調(diào)一下再接上。注：若同時(shí)改變其兩個(gè)繞組的接線則電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒉? 會(huì)改變）。這是因?yàn)椋瑔为?dú)改變其任意一個(gè)繞組的接線時(shí)，流過該繞組電流方向變反，兩個(gè) 繞組流過的電流相位關(guān)系發(fā)生變化（原來(lái)電流相位比另一繞組電流超前的繞組，單獨(dú)改變 任意一個(gè)繞組的接線后，該繞組電流相位變成滯后流過另一繞組的電流），而單相分相式電 動(dòng)機(jī)兩個(gè)繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向總是從電流相位超前的繞組向電流相位滯后的繞組轉(zhuǎn) 動(dòng)。電流相位關(guān)系發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向就與原來(lái)的旋轉(zhuǎn)方向相反， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也就與原來(lái)的轉(zhuǎn)向相反，

55、即單相分相式電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向得到改變。 3-17、一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明?f=50Hz，n?=960r/min，問該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是多少？ N 解：由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率為?1％～9％，即?s?≈0.01～0.09，通過?s?、n?和?n N N N 0 之間的關(guān)系，以及?n?、f?和?p?之間的關(guān)系可以求出該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，具體過程如下： 0 n?=n?/(1-s?)=960/(0.91～0.99)=969.7～1054.9r/min 0 N N p=60f/n?=3000/(969.7～1054.9)=2.8～3.1，而?p?只

56、能為整數(shù)，∴p=3(對(duì)極)。 0 即，該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是?6（個(gè)）極。 答：該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是?6?極。 3-18、三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)附近運(yùn)行，當(dāng)?(1)負(fù)載增大、?(2)電壓升高、?(3) 頻率升高時(shí)，其轉(zhuǎn)速和定子電流分別有何變化？ 答：⑴根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性、調(diào)壓人工機(jī)械特性和調(diào)頻人工機(jī)械特性， 可以知道：①當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有所下降；②當(dāng)電壓升高時(shí)，三相異 步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有所上升；③當(dāng)頻率升高時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也有所上升。（【注】： 調(diào)頻人工機(jī)械特性可以由于?P.36?頁(yè)式?3

57、-1?的理想空載轉(zhuǎn)速或磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式推知： 當(dāng)?f↑，n?也↑，整個(gè)機(jī)械特性向上平移；當(dāng)?f↓，n?也↓，整個(gè)機(jī)械特性向下平移。） 0 0 ⑵由三相異步電動(dòng)機(jī)的相量圖及磁勢(shì)平衡方程式可知，定子電流等于轉(zhuǎn)子電流與 勵(lì)磁電流的相量和，要分析定子電流可以先分析轉(zhuǎn)子電流的情況。由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特 性及?P.40?頁(yè)式?3-9?的轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式可知：①由于負(fù)載增大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速略有下 降，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電流增大。而電源電壓不變則主磁通不變，勵(lì)磁電流不變。因此， 當(dāng)電壓升高時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電流增大；②由于電壓升高時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁

58、 電流增大，且轉(zhuǎn)子電流由于電動(dòng)勢(shì)?E?的增大也相應(yīng)增大。因此，當(dāng)電壓升高時(shí)，三相異步 20 電動(dòng)機(jī)的定子電流增大；③由于電源電壓不變，定、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也基本不變，當(dāng) 頻率升高時(shí)，由?4.44?公式可知，主磁通減小，勵(lì)磁電流減小。又由于頻率升高時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗 X?=2?fL?增大，E?基本不變，則轉(zhuǎn)子電流減小。因此，當(dāng)頻率升高時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的 20 20 20 定子電流減小。 3-19、有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，n?=1470r/min，f=50Hz。分別在?n=0、n=2n?/3、s=0.02?三 N 0 種情況下，求： (1)定子旋轉(zhuǎn)磁

59、場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速； (2)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； (3)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； (4)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速； (5)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。 答：計(jì)算交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)繞組本身轉(zhuǎn)速的公式為：?n?=60f/p。為了計(jì)算旋 0 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)該先求該三相異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)?p。根據(jù)?n?=1470r/min，f=50Hz，則 N 可求出該三相異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)?p=2（方法參見?3-16?題和?3-17?題）。 ⑴由于定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速多少無(wú)關(guān)，且

60、定子 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是三相定子交流繞組產(chǎn)生的，三相交流繞組通過的是?f=50Hz?的三相交流電，因此 定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速為：n?=60f/p=60×50/2=3000/2=1500r/min。 1 ⑵定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?n?等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速?n?減去轉(zhuǎn)子對(duì)定 12 1 子的轉(zhuǎn)速?n?，因此，當(dāng)?n=0?、n=2n?/3[n=2n?/3=1000?r/min]?、s=0.02[n=n?(1-s)=1500× 0 0 0 0.98=1470?r/min]?時(shí)?，?定?子?旋?轉(zhuǎn)?磁?場(chǎng)?對(duì)?轉(zhuǎn)?子?的?轉(zhuǎn)?速?n  12 分?

61、別?為?：?①?n=0?時(shí)?， n?=n?-n=n?-n=1500r/min?；?②?n=1000r/min?時(shí)?，?n?=n?-n=n?-n=1500-1000=500r/min?；?③ 12 1 0 12 1 0 n=1470r/min?時(shí)，n?=n?-n=n?-n?=1500-1470=30r/min。 12 1 0 ⑶轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是轉(zhuǎn)子繞組的交流電流產(chǎn)生的，由于轉(zhuǎn)子電流的頻率隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速不同而不同，因此應(yīng)先求出不同轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子電流頻率。根據(jù)?f?=sf?，可以求出在?n=0、 2 1 n=2n?/3、s=0.02?時(shí)轉(zhuǎn)子電流頻率分別為：n=0?時(shí)

62、?f?=50Hz、n=2n?/3?時(shí)?f?=50/3Hz、s=0.02 0 2 0 2 時(shí)?f?=1Hz。再根據(jù)公式?n?=60f?/p，就可分別求出在?n=0、n=2n?/3、s=0.02?三種情況下轉(zhuǎn)子 2 2 2 0 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速分別為：①n?=60f?/p=1500r/min、②n?=500r/min、③n?=30r/min。 2 2 2 2 ⑷轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速?n?等于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?n?加上轉(zhuǎn)子（對(duì) 21 2 定子的）轉(zhuǎn)速?n。對(duì)于題目給出的三種情況，n?分別為?0、1000r/min?和?1470?r/min。因此， 在三種

63、情況時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速?n?=n?+n?分別為：①n?=n?+n=1500+0=1500r/min、 21 2 21 2 ②n?=n?+n=1000+500=1500r/min、③n?=n?+n=1470+30=1500r/min。由此可見，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁 21 2 21 2 場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速?n?也與轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速多少無(wú)關(guān)，即與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速相 21 等。 ⑸比較⑴和⑷的計(jì)算結(jié)果可以得出：轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子繞組產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間相對(duì)靜止。即，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速都等于?0。 3-20、一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)?

64、P?=30kW，U?=380V，I?=57.5A，f=50Hz，s?=0.02，?=90%，p=2， N N N N 三角形接法，試求： (1)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； (2)額定輸出轉(zhuǎn)矩及功率因數(shù)。 解：⑴求定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?n?： 12 由于?n?=60f/p=60×50/2=3000/2=1500r/min，n?=(1-s?)n?=(1-0.02)1500=0.98 0 N N 0 ×1500=1470r/min，而定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?n?為： 12 n?=n?-n?=1500-1470=30(r/

65、min) 12N 0 N ⑵求額定輸出轉(zhuǎn)矩?T?為： 2N cos?=P??/(???3?U?I?)=P??/(????3?U?I?)=30000/(0.9×???3?×380×57.5)=0.88 I?=S?/(???3?U?)=3312/(???3?×380)=5(A)；∵星形接法，∴I?=I?=5(A) T?=P?/??=(60×P?)/(2?×n?)≈9.55×P?/n?=9.55×30000/1470=194.88(N·m) 2N N N N N N N ⑶求額定功率因數(shù)?cos?為： 1N N N 2N N N

66、 答：⑴定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是?30r/min。⑵額定輸出轉(zhuǎn)矩為?194.88?N·m，功率 因數(shù)為?0.88。 3-21?、?一?臺(tái)?三?相?異?步?電?動(dòng)?機(jī)?已?知?如?下?數(shù)?據(jù)?：?P?=2.2kW?，?U?=380V?，?n?=1420r/min?， N N N cos?=0.82，?=81%，電源頻率?f=50Hz，星形接法。試計(jì)算： (1)定子繞組中的相電流?I?，電動(dòng)機(jī)的額定電流?I?及額定轉(zhuǎn)矩?T?； p N N (2)額定轉(zhuǎn)差率?s?及額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流頻率?f?。 N 2 解：⑴定子繞組中的相電流?I?，電動(dòng)機(jī)的額定電流?I?及額定轉(zhuǎn)矩?T?： p N N S?=P?/(?×cos?)=2200/(0.81×0.82)≈3312(kVA) N N N N N p N T?=P?/??=(60×P?)/(2?×n?)≈9.55×P?/n?=9.55×2200/1420=14.79(N·m) N N N N N N N ⑵額定轉(zhuǎn)差率?s?及額定負(fù)