《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

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(guò)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(guò)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。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：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。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(méi)有必要象交流電磁鐵那樣采用硅鋼片制造，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(shū) 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?；通電?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螅魞蓚€(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)動(dòng)方向，?表示感應(yīng)大多數(shù)方向）。答：（參考書(shū) P.17 頁(yè)）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；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；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；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、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(kāi)關(guān) SA 閉合時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的方向和開(kāi)關(guān)打開(kāi)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）。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(chēng)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(chēng)自感。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)能力的參數(shù)為自感系數(shù) L，簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)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：鐵心構(gòu)造不同，線圈結(jié)構(gòu)不同，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(guò)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)榉€(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(zhuān)門(mén)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(guò)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(guò)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)?#160;UE=4.44Nf，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(guò)的電流大；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，線圈通過(guò)的電流小（因?yàn)榇艅?shì) IN=磁阻×，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(guò)熱而損壞。對(duì)于直流電磁鐵，要電源電壓不變，流過(guò)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(guò)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?。汇曡F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(guò)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(guò)零點(diǎn)”。在“過(guò)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(guò)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(guò)被短路環(huán)套住的部分鐵心，且在短路環(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(guò)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)?#160;UE=4.44Nf，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(guò)的電流大；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，線圈通過(guò)的電流?。ㄒ?yàn)榇艅?shì) IN=磁阻×，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?。床荒芡耆希?，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(guò)熱而燒毀。1-12、直流接觸器鐵心為什么是整塊鑄鐵？為什么沒(méi)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(méi)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(méi)有“過(guò)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(méi)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)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mm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)。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：根據(jù)“4.44 公式”（即 E=4.44fNm），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交鏈磁通的幅值。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mmmm大小的等效電阻，不能用伏安法測(cè)量。 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)椋琗 =2f×L ，而 L 又與繞組匝數(shù)、磁路磁阻等有關(guān)。當(dāng)電mmm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。m2-3、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 UE=4.44Nf，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(méi)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。但頻率增加，根據(jù) UE=4.44Nf，若電源電壓不變，則磁路的磁通減少，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(guò)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 1000，12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) UE=4.44fN 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(méi)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？答：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)。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。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。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(jiàn)，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??；若負(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)樨?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)，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)。短路阻抗的大，負(fù)載的大，副邊電壓變化率就大。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(huà)出感性及容性負(fù)載時(shí)的相量圖。答：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? X22L2L? =-?12ú =-ú +? R +j? X121K1K相量圖如右圖所示?！菊f(shuō)明】：由題圖 2-7b)可見(jiàn)：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。12-9、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)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(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。沒(méi)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(méi)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：電壓互感器使用時(shí)應(yīng)注意：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(guò)熱而燒毀。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与妷憾际歉唠妷?，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。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(guò)允許值，互感器的精度將受到影響。電流互感器使用時(shí)應(yīng)注意：副邊繞組不許開(kāi)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(kāi)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 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。鐵心和副邊繞組的一端必須可靠接地。這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯脑吽与娐吠ǔＳ质歉唠妷旱碾娐罚瑸榱吮苊庥捎诮^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。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N1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(wèn)副邊繞組匝數(shù) N 為多少？12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：1NN1N2NN2N(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1P2P下原、副邊繞組中的電流。對(duì)于 Y/連接的變壓器，原邊 Y 連接有：I =I =6.415(A)1P1N副邊連接有：2P2N(3)求副邊繞組匝數(shù) N ：因?yàn)?#160;I /I =N /N ，因此：22112N =N I /I =600×6.415/22.22173(匝)211P2P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)，副邊繞組匝數(shù)1N 約為 173 匝。22-12、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N1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 NN2N(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 ：2NP =S ×cos?=1800×0.8=1440kW2NN(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%=98.12122Fecu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)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00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) s0 時(shí)，nn ，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) 0s1 時(shí)，nn ，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) s1 時(shí)，n0，異步電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（參見(jiàn)第七章）。【說(shuō)明】：異步電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)有三種，分別稱(chēng)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(chēng)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(shū)上 P.37 頁(yè)說(shuō)：“當(dāng) s1 時(shí)，n0，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) s1 時(shí)，n0，異步電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)（參見(jiàn)第七章）?！毕峦?-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) s0 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) s1 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较颍瑒t轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 低00于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n 。03-3、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(chēng)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(chēng)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 n00(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?lè)较颉?-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)磁磁動(dòng)勢(shì)，勵(lì)磁電流將大大超過(guò)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(méi)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(guò)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(jiàn)，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 =4.44kwfm。因此，從空載到滿載，若不考111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(wèn)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(guò)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：在分析異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子邊要進(jìn)行的折算有：頻率折算，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折算的目的是：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。通過(guò)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。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)際繞組的磁勢(shì)一樣，產(chǎn)生的電磁功率和損耗一樣。2么？能否用電感或電容代替？為什么？答：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。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)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(guò)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：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(guò)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，可能使電機(jī)出現(xiàn)過(guò)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。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%。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 /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2222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。13-11、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 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(wèn)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)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(méi)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 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(méi)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：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(guò)電動(dòng)機(jī)繞組不超過(guò)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(guò)額定值，致使保護(hù)器件動(dòng)作或者燒毀繞組（因?yàn)?#160;T 減小，轉(zhuǎn)速將下降，轉(zhuǎn)差率 s 將增加，由式 3-9 可知，I 將增大；由式 3-12 可知，只有 I 才能使 T 保持額定值與額定負(fù)載轉(zhuǎn)22矩平衡）。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：由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率為 19，即 s 0.010.09 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：0n =n /(1-s )=460/(0.910.99)=464.6505.5r/min0NNp=60f/n =3000/(464.6505.5)=5.9346.457，而 p 只能為整數(shù)，p=6(對(duì)極)；0n =60f/p=3000/6=500(r/min)，s =(n -n)/n =(500-460)/500=0.080N00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)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 sT(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：Nss T/T =0.08×0.5=0.04NNn=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(kāi)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粫?huì)改變）。這是因?yàn)?，單?dú)改變其任意一個(gè)繞組的接線時(shí)，流過(guò)該繞組電流方向變反，兩個(gè)繞組流過(guò)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?nèi)我庖粋€(gè)繞組的接線后，該繞組電流相位變成滯后流過(guò)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，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(wèn)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 19，即 s 0.010.09，通過(guò) s 、n 和 nNNN0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(guò)程如下：0n =n /(1-s )=960/(0.910.99)=969.71054.9r/min0NNp=60f/n =3000/(969.71054.9)=2.83.1，而 p 只能為整數(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：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：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；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；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 3-1 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。）00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：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；由于電壓升高時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流增大，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；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202020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N0種情況下，求：(1)定子旋轉(zhuǎn)磁場(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(jiàn) 3-16 題和 3-17 題）。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(guò)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121子的轉(zhuǎn)速 n ，因此，當(dāng) n=0 、n=2n /3n=2n /3=1000 r/min 、s=0.02n=n (1-s)=1500×0000.98=1470 r/min 時(shí) ， 定 子 旋 轉(zhuǎn) 磁 場(chǎng) 對(duì) 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 速 n12分 別 為 ：  n=0 時(shí) ，n =n -n=n -n=1500r/min ；  n=1000r/min 時(shí) ， n =n -n=n -n=1500-1000=500r/min ； 12101210n=1470r/min 時(shí)，n =n -n=n -n =1500-1470=30r/min。1210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、21n=2n /3、s=0.02 時(shí)轉(zhuǎn)子電流頻率分別為：n=0 時(shí) f =50Hz、n=2n /3 時(shí) f =50/3Hz、s=0.020202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2220旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速分別為：n =60f /p=1500r/min、n =500r/min、n =30r/min。2222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)212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：n =n +n=1500+0=1500r/min、212212n =n +n=1000+500=1500r/min、n =n +n=1470+30=1500r/min。由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁212212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。比較和的計(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) P =30kW，U =380V，I =57.5A，f=50Hz，s =0.02，?=90%，p=2，NNNN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：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=0.980NN0×1500=1470r/min，而定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 為：12n =n -n =1500-1470=30(r/min)12N0N求額定輸出轉(zhuǎn)矩 T 為：2Ncos?=P  /(   3 U I )=P  /(?   3 U I )=30000/(0.9×   3 ×380×57.5)=0.88I =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)2NNNNNNN求額定功率因數(shù) cos?為：1NNN2NNN答：定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是 30r/min。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 ，NNNcos?=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 ；pNN(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 。N2解：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 ：pNNS =P /(?×cos?)=2200/(0.81×0.82)3312(kVA)NNNNNpNT =P /? =(60×P )/(2?×n )9.55×P /n =9.55×2200/1420=14.79(N·m)NNNNNNN額定轉(zhuǎn)差率 s 及額定負(fù)