《《船舶電氣設備及系統(tǒng)》鄭華耀主編 課后習題參考答案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《船舶電氣設備及系統(tǒng)》鄭華耀主編 課后習題參考答案（81頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 《船舶電氣設備及系統(tǒng)》 鄭華耀主編?課后習題參考答案 第1章 電與  磁 1-1、鐵磁材料具有哪三種性質？ 答：鐵磁材料具有“高導磁率”、“磁飽和”以及“磁滯和剩磁”等三種性質。 1-2、為什么通電線圈套在鐵心上，它所產生的磁通會顯著增加？ 答：通電線圈未套在鐵心上時，?其產生的磁通所經過的磁路主要是空氣隙，磁阻很大， 因此磁通一般較小。當通電線圈套在鐵心上時，磁通所經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，所以它所產生的磁通會顯著增加。

2、 1-3、鐵磁材料在交變磁化時，為什么會產生磁滯和渦流損耗？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，需要一定的外界提供一定的能量來克服磁 滯和剩磁的作用實現(xiàn)交變磁化，因此交變磁化時會產生磁滯損耗。交變磁化的磁通將在鐵 心中感應電動勢，而由于鐵磁材料本身具有一定的導電能力，感應的電動勢將在鐵心中形 成渦流（以鐵心中心軸線為圓心的同心環(huán)形電流），渦流在導體上產生的損耗就是渦流損耗。 ②直流電磁鐵產生的磁通是大小和方向都恒定不變的直流磁通，直流磁通不會產生渦流損 耗，因此沒有必要象交流電磁鐵那樣采用硅鋼片制

3、造，為了使制造工藝簡化，直流電磁鐵 的鐵心就常常采用整塊鑄鐵制成。 1-4、標出圖?1-23?中通電導體?A、B?和?C?所受電磁力的方向。 答：參考書?P.17?頁，根據左手定則，通電導體?A?所受電磁力的方向為從右往左；通電 導體?B?所受電磁力的方向為從左往右；通電導體?C?有兩個導體，左下邊的導體所受電磁力 的方向為從左往右，右上邊導體所受電磁力的方向為從右往左，若兩個導體是一個線圈的 兩個邊，則這個線圈將受到逆時針的電磁轉矩。 1-5、應用右手定則，確定圖?1-24?中的感應電動勢方向或磁場方向（圖中箭頭表示導體運

4、 動方向，?⊙表示感應大多數方向）。 答：（參考書?P.17?頁）①在圖(a)中磁場為左?N?右?S，導體從上往下運動，根據右手定 則感應電動勢的方向應該為由紙面指向外，即用⊙表示；②在圖(b)中磁場為右?N?左?S，導 體從下往上運動，根據右手定則感應電動勢的方向應該為由紙面指向外，即也用⊙表示； ③圖(c)?感應電動勢的方向為?，是由外指向紙面，運動方向從下往上運動，根據右手定則， 作用兩邊的磁場應該是左?N?右?S；④圖(d)中磁場為右?N?左?S，感應電動勢為⊙，是由紙面 指向外，導體運動方向應該是從下往上。 1-6、

5、什么是自感？如何確定自感電動勢的方向？在圖?1-25?所示的電路中，繪出開關?SA?閉 合時自感電動勢的方向和開關打開時自感電動勢的方向。 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（反映線圈產 生自感電動勢的能力，即自感系數?L?的數值）。 ①當線圈通入變化的電流時，變化電流產生的磁通也是變化的，變化磁通在線圈本身 感應電動勢的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，即由于自身電流在自身感應電動勢的現(xiàn)象，簡稱自感。 ②線圈的匝數與磁路導磁能力不同時，即使電流的大小和變化率相同，感應的自感電動勢 將是不同的，反映線圈產生自感電動勢能力的參

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

7、電磁機構） 答：交、直流接觸器的不同點基本上體現(xiàn)在交、直流電磁鐵的不同點上，即，它們的 電磁機構的不同點上。交、直流接觸器電磁機構的主要不同點有：①鐵心構造不同，②線 圈結構不同，③工作原理方面存在差異。具體如下： 鐵心構造方面的不同：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，且不設短路環(huán)。交流電磁鐵為了減少渦流損耗，鐵心的 應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)銜鐵振動現(xiàn)象，交流電磁鐵的鐵心一般設有短路環(huán)。而直流電磁鐵因為

8、穩(wěn)定運行時不會產生渦流損耗，為了簡化工藝等，鐵心通常由整塊鑄鐵制成。直流電磁鐵 鐵心產生的吸力恒定不變，因此不需要設置短路環(huán)。 線圈結構方面的不同：交流電磁鐵線圈是帶骨架的“矮胖形”線圈，線徑粗，匝數少； 直流電磁鐵線圈是不帶骨架的“細長形”線圈，線徑細，匝數多。交流電磁鐵工作時鐵心 會產生磁滯損耗，線圈也會產生銅損耗，這些損耗都將轉換成熱量，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)定工作時不會產生鐵損耗，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 長形”，以利于與鐵心的接觸面積。此外，交流電磁鐵工作時感應電動勢平衡電源電壓，起 限流作用，為了使其有足夠的吸力，線圈的線阻應較小，因而線徑較粗，匝數少。而直流 電磁鐵工作時不感應電動勢，為了限制通過線圈的電流，線圈的線阻應較大，因而線徑較 細，匝數多。 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型的。對 于交流電磁鐵，只要電源電壓和頻率不變，因為?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驗榇艅?IN=磁阻× Φ，Φ不變而磁阻大，I?就大；磁阻小，I?就?。?。若工作時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 只與線圈的導線電阻有關。已經制好的線圈，電阻不變，線圈通過的電流也不變。因此， 不管銜鐵是否吸合，電磁鐵產生的磁勢保持不變。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大，磁 勢不變，則產生的吸力

11、??；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，磁勢不變，則產生的吸力大。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 濟電阻”限制電流，提高線圈的工作壽命，且可避免銜鐵因為剩磁而出現(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出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：交流接觸器因其線圈工作時會感應電勢，此電勢正常工作時起限流作用，為了使 其有足夠的吸力，線圈的線阻應較小，因而線徑較粗，匝數較少。若將其接到直流電路中， 由于不能感應出電勢，在相同大小的電壓下，將產生非常之大的電流（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：簡單地說，交流接觸器用短路環(huán)是為了避免銜鐵的振動。交流接觸器的線圈通過 的是交流電流，在鐵心中產生的是交變磁通。在一個周期內，交流電流和交變磁通都有兩 個瞬時值為零的“過零點”。在“過零點”瞬間，鐵心產生的電磁吸力為零。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”銜鐵就會出現(xiàn)振動。短路環(huán)是用良導體焊接成的，將鐵 心的一部分套住。接觸器工作時產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)中感應電動勢，產生電流。短路環(huán)中的電流也會產生磁通，而且，接觸器線圈產生的 磁通為零時（變化率最大），短路環(huán)感應的電動勢、產生的電流和磁通都達到最大，因此保 證接觸器線圈電流“過零點”時鐵心產生的磁通和吸力不圍零，從而避免銜鐵的振動。也 就是說，交流接觸器鐵心中的短路環(huán)是避免鐵心兩部分產生的磁通同時為零，從而避免銜 鐵的振動的。 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，線圈通入的是交流電流，在鐵心中產生的是交變磁通，交變 磁通會在鐵心中產生渦流損耗。為了減少渦流損耗，鐵心的應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燒毀線圈？（應該說是“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，因為?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 （因為磁勢?IN=磁阻×Φ，Φ不變而磁阻大，I?就大；磁阻小，I?就小）。若接觸器工作時 交流電磁鐵的銜鐵卡?。床荒芡耆希瑢⑹咕€圈一直保持較大的電流，產生的銅損耗 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，直流磁通不會在鐵心產生渦流損耗，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 于鐵心中產生的磁通直流磁通，沒有“過零點”，在工作時鐵心產生的吸力一直保持恒定， 因此沒有必要設置短路環(huán)來防止銜鐵的振動。 第?2?章?變壓器 2-1、變壓器中主磁通和漏磁通的性質和作用有什么不同？在分析變壓器時

16、是怎樣反映它們 的作用的？ 答：主磁通：沿鐵心閉合，同時與原、副邊繞組交鏈，并在所交鏈的繞組中感應電動 勢。它是實現(xiàn)能量轉換的媒介，是變壓器的工作磁通，占總磁通的絕大部分。無論空在還 是運行，只要變壓器的端電壓一定，主磁通都將不會改變，維持在一個恒定的值。在分析 變壓器時常以勵磁電抗?X?反應主磁通的作用。由于主磁通的磁路是非線性的，故?X?不是常 m m 數，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 中感應電動勢，起漏抗壓降的作用，在數量上遠小于主磁通。由于漏磁通主

17、要沿非鐵磁物 質閉合，所經磁路是線性的，它與所交鏈繞組的電流成正比。在分析變壓器時，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。 σ 主磁通由原邊繞組和副邊繞組磁通勢共同產生，漏磁通僅由原邊或副邊繞組磁通勢單 獨產生。 2-2、感應電動勢的量值與哪些因素有關？勵磁阻抗?Zm?的物理意義如何？Xm?的大小與哪些 因素有關？ 答：①根據“4.44?公式”（即?E=4.44fNΦm），影響變壓器繞組感應的電動勢量值（即 幅值大?。┑囊蛩赜校豪@組的匝數、電源的頻率和與繞組

18、交鏈磁通的幅值。②勵磁阻抗?Zm 的物理意義是：阻抗的電阻部分用來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生主磁通時，對電路相電流產生相位的影響和對相電壓產 生電壓降落的影響。其中，勵磁阻抗?Z?=R?+jX?，R?是變壓器的勵磁電阻，反映變壓器鐵損 m m m m 大小的等效電阻，不能用伏安法測量。③?X?是變壓器的勵磁電抗，反映了主磁通對電路的 m 電磁效應。與?X?的大小有關的因素主要有：繞組匝數、磁路磁阻（材料的導磁率和磁路截 m 面尺寸）以及電源頻率，因為，X?=2πf×L?，而?L?又與繞組匝數、磁路磁阻等有

19、關。當電 m m m 源頻率、線圈匝數和鐵心尺寸一定時，X?主要由繞組的磁導率成正比。 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，其結果如何？若 將?220/24V?的變壓器接于?110V?交流電源上，其結果又將如何？ 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。但一般變壓器設計時都讓 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，對于變壓器運行沒有 什么不良影響。只是此時磁路完全不飽和，變壓器鐵心的利用率降低而已。同時，變壓器 副邊輸出電壓減小為?12V，不能滿足原來負載的要求。 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，將對變壓器運行帶來什么影響？50Hz?和?60Hz 的變壓器能通用嗎？ 答：鐵心損耗與頻率有關，頻率增加鐵心損耗也增加

21、。但頻率增加，根據?U≈E=4.44Nf Φ，若電源電壓不變，則磁路的磁通Φ減少，勵磁電流減小，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，而且一個增加另外一個就減少，同時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、一臺額定電壓為?220/110V?的變壓器，原、副邊繞組匝數?N?、N?分別為?2000?和?1

22、000， 1 2 若為節(jié)省銅線，將匝數改為?400?和?200，是否可以？ 答：不可以。根據?U≈E=4.44fNΦ?可知，當匝數減小而為了維持同樣電壓，必須導致 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，匝數減少為原來的?1/5， 為了平衡電源電壓，磁通需要增加到原來的?5?倍，磁路嚴重飽和，電流增加的倍數可達原 來的幾十倍，若沒有保護措施，線圈將瞬間燒毀。 2-6、變壓器負載運行時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 素有何關系？當副邊帶什么性質負載時有可能使電壓變化率為零？

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

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

25、出感性及容性負載時的 相量圖。 答：①電壓平衡方程式為：  題圖?2-7??感性及容性負載時的相 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。 【說明】：由題圖?2-7b)可見：當變壓器帶容性負載時，若保持變壓器副邊端電壓不變， 則其原邊電壓應該減小。這是因為容性負載使負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、抗上產生負的壓降值（或者說，超前的電流具有增磁性質）。 2-8、變壓器空載時，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：變壓器空載運行時，從電源輸入的電流主要在鐵心磁路中產生交變的主磁通，交 變的主磁通在原邊繞組將感應幅值接近電源電壓的反電勢，且與電源電壓的實際相位幾乎 相反。原邊繞組上的反電勢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?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，會發(fā)

27、生什么現(xiàn)象？ 答：當原邊接到直流電源上時，主磁通是恒定直流磁通，原、副邊繞組中沒有感應電 動勢。沒有感應電動勢與電源電壓相平衡，直流電源電壓將全部降落在原邊繞組的電阻上， 產生巨大的短路電流。若沒有短路保護措施，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，各應注意什么？為什么？ 答：⑴電壓互感器使用時應注意：①副邊繞組不許短路。這是因為電壓互感器正常運 行時，負載接電壓表，阻抗很大，接近于空載運行。如果副邊繞組短路，則變成短路運行， 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。這是因為電壓互感器的原邊所接電壓都是 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備甚至人身安全。 ③副邊所帶的負載阻抗不能低于額定負載阻抗。否則，負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電流互感器使用時應注意：①副邊繞組不許開路。這是因為電流互感器正常運 行時，相當于變壓器工作在短路狀態(tài)，原副邊磁動勢處于平衡狀態(tài)，磁場很弱。若副邊開 路，原邊電流完全用于勵磁，磁場變得很強，將在副邊感應出很高的電壓，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) 危及人身及設備安全。即使不會損傷絕緣，強大的勵磁磁場也會使磁路嚴重飽和，鐵心嚴 重磁化，從而導致電流互感器報廢。②鐵心和副邊繞組的一端必須可靠接地。這是因為電 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備甚至人身安全。③副邊所帶的負載阻抗不能高于額定負載阻抗， 否則也將影響互

30、感器的測量精度。 2-11、一臺三相變壓器，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?N?=600，問副邊繞組匝數?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，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?N?：因為?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?N?=600?匝時，副邊繞組匝

32、數 1 N?約為?173?匝。 2 2-12、一臺三相變壓器，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：當輸出電流為額定值、負載功率因數?cos?=0.8 時的效率。 2?N N 2N (2)輸出電流為額定值、負載功率因數?cos?=0.8?時，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、負載功率因數?cos?=0.8?時的效率?： ?=P?/P?×100%=P?/(P?+p?+p?)×100%=1440/(1440+6.6+21.2)×100%=98.1﹪ 2 1 2 2 Fe cu 答：當輸出電流為額定值、負載功率因數?cos?=0.8?時的效率約為?98.1﹪。 第?3?章?異步電動機 3-1、什么叫轉差率？如何根據轉差率判斷異步電動機的運行狀態(tài)？ 答：所謂轉差率，就是轉差的比率，是轉子轉速與氣隙旋轉磁場之間的轉差與氣隙旋 轉磁場

34、的相對比率。其定義式為?s=(n?-n)n?。根據轉差率可以判斷異步電動機轉子與氣隙 0 0 旋轉磁場的關系，從而判斷異步電動機的運行狀態(tài)，具體如下： 當?s＜0?時，n＞n?，異步電動機處于發(fā)電（即第七章介紹的回饋或再生）制動狀態(tài)； 0 當?s=0?時，n=n?，異步電動機處于理想空載運行狀態(tài)； 0 當?0＜s＜1?時，n＜n?，異步電動機處于電動運行狀態(tài)； 0 當?s=1?時，n=0，異步電動機處于堵轉狀態(tài)，或者電動機起動的瞬間； 當?s＞1?時，n＜0，異步電動機處于反接制動運行狀態(tài)（參見第七章）。 【說明

35、】：異步電動機的電磁制動有三種，分別稱為：發(fā)電制動、反接制動和能耗制動。 其中，發(fā)電制動又稱為回饋制動或再生制動；反接制動則包括電源反接制動和倒拉反接制 動。書上?P.37?頁說：“當?s＞1?時，n＜0，異步電動機處于電磁制動狀態(tài)?！辈煌桩敚瑧? 改為：“當?s＞1?時，n＜0，異步電動機處于反接制動狀態(tài)（參見第七章）?！毕峦?。 3-2、異步電動機處于發(fā)電機運行狀態(tài)和處于電磁(反接)制動運行狀態(tài)時，電磁轉矩和轉子 轉向之間的關系是否一樣？應該怎樣分析，才能區(qū)分這兩種運行狀態(tài)？ 答：所謂制動，從字面上看就是“制止運動”，只有電磁轉矩與

36、轉子轉向相反才能制動。 因此，只要處于制動狀態(tài)，電磁轉矩的方向都是與轉子轉向相反。也就是說，異步電動機 處于發(fā)電機運行狀態(tài)和處于反接制動運行狀態(tài)時，電磁轉矩和轉子轉向之間的關系都是一 樣的。要區(qū)分這兩種運行狀態(tài)可以從異步電動機轉子與氣隙旋轉磁場的關系（即轉差率） 進行判斷：當?s＜0?時，異步電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)。此時轉子轉速n?高于氣隙旋轉磁場 的轉速?n?；當?s＞1?時，異步電動機處于反接制動運行狀態(tài)。此時，轉子轉速n?與氣隙旋轉 0 磁場的轉速?n?方向相反，若以氣隙旋轉磁場的轉速?n?方向為參考正方向，則轉子轉速?n?低 0 0 于氣隙旋轉磁場

37、的轉速?n?。 0 3-3、如果將繞線式異步電動機的定子繞組短接，而把轉子繞組連接到對稱三相電源上，將 會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 答：若將繞線式異步電動機的定子繞組短接，而把轉 子繞組連接到電壓合適的對稱三相電源上，則繞線式異步 電動機的轉子仍然能夠正常轉動。當此時轉子轉向與氣隙 a)?三相電流????b)?方向 題圖?3-3?轉子接電源 旋轉磁場轉向相反，氣隙旋轉磁場相對于轉子的速度為?n?； 0 氣隙旋轉磁場相對于定子的轉速為?sn?，轉向也與轉子轉向相反，如右圖(題圖?3-3)所示。 0

38、在題圖?3-3?中，轉子繞組通入三相交流電流，產生的旋轉磁場以?n?(相對于轉子)或?s?n 0  0 (相對于定子)的轉速按照?a、b、c?的相序順時針旋轉，切割定子繞組感應電勢，產生電流 如圖?3-3?b)所示。根據左手定則，定子繞組受力?F?方向為：A↓、X↑，而由于定子固定不 動，轉子將受到相反方向力的作用，因此電磁轉矩?T?和轉子轉速?n?的方向都為逆時針方向。 3-4、與同容量的變壓器相比較，異步電動機的空載電流大，還是變壓器的空載電流大？為 什么？ 答：異步電動機的空載電流大，因為異步電動機磁路中含有氣隙，氣隙磁

39、阻大，使得 產生額定磁通量的勵磁磁動勢增大，相應勵磁（空載）電流就大，約占額定電流的?20%～ 40%（早期電機為?20%～50%）；而變壓器主磁路是閉合的不含有氣隙，其勵磁電流也小的多， 約占額定電流的?3%～8%（早期變壓器為?5%～10%）。 3-5、一臺三相異步電動機，如果把轉子抽掉，而在定子繞組上加三相額定電壓，會產生什 么后果？ 答：三相異步電動機抽掉轉子，磁路中氣隙將大大增加，即磁路的導磁率減小。當定 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， 需要有很大的勵磁磁

40、動勢，勵磁電流將大大超過額定電流，很快將使定子繞組燒毀。 3-6、異步電動機定子繞組與轉子繞組沒有直接的電氣聯(lián)系，為什么負載增加時，定子電流 和輸入功率會自動增加，試說明其物理過程。從空載到滿載電機主磁通有無變化？ 答：異步電動機的相量圖與變壓器相似，由相量圖可見，轉子電流具有去磁性質。由 轉子電流公式或等效電路中轉子等效電阻?r??/s?可知：當負載增加時，轉子電流將增大。 2 而轉子電流的去磁性質將使主磁通出現(xiàn)下降的趨勢，定子繞組感應的電勢也將出現(xiàn)減少的 趨勢。當電源電壓不變時，定子繞組的電流將自動增加，以補償轉子電流的去磁作用。因

41、此，負載增加時，定子電流和輸入功率會自動增加。 由于定子繞組的電阻和漏抗都較小，從異步電動機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的電勢?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、三相異步電動機正常運行時，如果轉子突然被卡住而不能轉動，試問這時電動機的電 流有無變化？對電動機有何影響？ 答：如果轉子突然卡住，轉子感應電動勢將突然增大，致使轉子電流突然增大，產生 較大的電流沖擊

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

43、需要進行頻率折算，將轉子電量的頻率折算成與 定子電量頻率一致的等效電量，以便進行電氣分析。即用一個靜止不動的繞組代替實際轉 動的轉子繞組，而且兩個繞組對磁路的影響必須一樣。②通過頻率折算后的轉子繞組與變 壓器的情況相同，但頻率折算后的靜止繞組的匝數與定子繞組匝數不一樣，仍然不能進行 直接的電氣分析，因此還必須象變壓器一樣進行繞組折算，用一個匝數相同的等效繞組代 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進行頻率折算和繞組折算的條件是：折算前后等效繞組與實際繞組的①磁勢一 樣，②產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。兩者相同點主要是：形式一樣；變壓 器的原邊和三相異步電動機定子邊都采用每相參數的實際值，而變壓器的副邊和異步電動 機轉子都采用折合值。 ②但是，兩者卻有如下突出的不同點：變壓器中折合只是繞組匝數折合，而異步 電動機除了繞組匝數折合外，還有頻率、相數折合。變壓器負載運行時，變壓器的負載阻 抗只需要乘以變比的平方，便可以用等效電路計算，變壓器的輸出的電功率的性質及功率 因素完全取決于負載的性質，可以是電阻性、電感性或電容性的。而三相異步電動

45、機運行 時，實際輸出機械功率，但在等效電路上用一個等效電阻表示，其上消耗（電功率）代表 了電動機輸出的機械功率。也就是說，機械功率的大小與電動機轉差率有關，性質也是電 阻上的?有功功率，不可能有電感性或者電容性的。轉子電路中是機械功率的等效電阻。 3-10、異步電動機帶額定負載運行時，若電源電壓下降過多，會產生什么后果？試說明其 原因。如果電源電壓下降?20%，對異步電動機的最大轉矩、起動轉矩、功率因數等 各有何影響？ 答：⑴異步電動機帶額定負載運行時，若電源電壓下降過多，將使定、轉子電流都將 增大較多，電機的銅損耗增加較多，可能

46、使電機出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，從而加速繞組絕緣的老化， 甚至燒毀。這是因為異步電動機產生的電磁轉矩與電源電壓的平方成正比，電壓下降電機 產生的電磁轉矩減小，在額定負載小運行時轉子轉速將明顯下降，轉差率將增加較多。從 轉子電流計算公式看，轉子電流增大較多，同時引起定子電流有較大的增加。 ⑵由于異步電動機的最大轉矩和起動轉矩都與電源電壓的平方成正比，電源電壓 下降?20%，即電源電壓為原來的?0.8，因此異步電動機的最大轉矩和起動轉矩都為額定電壓 時的?0.64，即下降了?36%。 ⑶根據前面的分析，電壓下降，轉差率增加，轉子回路的等效電阻?r′

47、?/s?減小， 2 轉子電路的功率因數?cos??=(r′?/s)/[x′?2+(r′?/s)2]將減小。而帶額定負載時定子電流 2 2 2 2 主要成分是轉子電流分量，勵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?cos??也將比額定電壓時對應的數值有所減小。 1 3-11、漏抗大小對異步電動機的運行性能，包括起動電流、起動轉矩、最大轉矩、轉子電 路的功率因數等有何影響？ 答：漏抗大小對異步電動機的運行性能有影響，具體表現(xiàn)為：由于等效電路可知，漏 抗增大，起動電流減??；由于轉矩與功率因數表達式（式3-23、式?3-21

48、?和式?3-10）可知， 起動轉矩、最大轉矩、轉子電路的功率因數都減小。 3-12、有些三相異步電動機有?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：三相異步電動機有兩種額定電壓?380/220V?時，一般同時標注其連接形式為?Y/△。 因為對于已經出廠的異步電動機，其磁路的磁通與相繞組感應的電動勢基本確定，也就是 說定子一相繞組的耐壓已經確定。但三相繞組采用?Y?或△連接形式，電機線間電勢有不同 的數值。因此，當三相異步電動機標出的額定電壓380/220V?時，說

49、明其定子一相繞組的額 定電壓為?220V。當異步電動機定子三相繞組采用?Y?連接時，其額定電壓為?380V；當異步電 動機定子三相繞組采用△連接時，其額定電壓為?220V。 3-13、三相異步電動機在滿載和空載下起動時，起動電流和起動轉矩是否一樣？ 答：三相異步電動機的機械特性與其所帶負載沒有任何關系，因此在滿載和空載下起 動時，其起動電流和起動轉矩都是一樣的。這可從異步電動機的電流和起動轉矩計算公式 得到驗證。若忽略勵磁電流，起動電流可由?P.40?頁式?3-9?進行計算（令?s=1）；起動轉矩 則可由?P.44?頁式?3-23?

50、或?P.43?頁式?3-18?進行計算（令?s=1）。而式?3-9、式?3-18?和式?3-23 都與其所帶負載的大小沒有任何關系。 3-14、如果電動機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如果電動機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的 1/?3?，主磁通將大大減小，若要使流過電動機繞組不超過額定電流，由于式?3-12?可知， 應該減小電動機所帶的負載轉矩。否則當接額定負載運行時，繞組中電流將增加，超過額 定值，致使保護器件動作或者燒毀繞組（因為?T?減小，轉速將下降，

51、轉差率?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載轉 2 2 矩平衡）。 ②如果電動機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，為了感應電動勢與電源電壓平衡，要求主磁通也要增加到為原來的?3?倍，磁 路將嚴重飽和，勵磁電流大大增加，也會致使保護器件動作或者燒毀繞組。 3-15、某三相異步電動機的額定轉速為?460r/min，當負載轉矩為額定轉矩的一半時，電動 機的轉速約為多少？ 解：①由于異步電動機的額定轉差率為?1％

52、～9％，即?s?≈0.01～0.09?可以推算出該電 N 機為?6?對極的異步電動機，其理想空載轉速?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，∴p=6(對極)； 0 n?=60f/p=3000/6=500(r/min)，s?=(n?-n)/n?=(500-460)/500=0.08 0 N 0 0 ②從機械特性看，由于異步電動機在額定工作范圍內，轉

53、差率?s?與負載轉矩?T?可 以用直線近似代替，即近似認為?s∝T(或?s=kT)。因此，負載轉矩為額定轉矩的一半（即 T=0.5?T?）時，電動機的轉差率?s?和轉速?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：該三相異步電動機負載轉矩為額定轉矩的一半時的轉速約為?480r/min。 3-16、單相分相式電動機如何改變其旋轉方向？罩極式電動機的旋轉方向能否改變？ 答：改變單相分相式電動機旋轉方向，可

54、單獨改變其任意一個繞組的接線（即，將其 兩根引線脫開對調一下再接上。注：若同時改變其兩個繞組的接線則電動機旋轉方向將不 會改變）。這是因為，單獨改變其任意一個繞組的接線時，流過該繞組電流方向變反，兩個 繞組流過的電流相位關系發(fā)生變化（原來電流相位比另一繞組電流超前的繞組，單獨改變 任意一個繞組的接線后，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 動機兩個繞組產生的旋轉磁場的轉向總是從電流相位超前的繞組向電流相位滯后的繞組轉 動。電流相位關系發(fā)生變化，電動機產生的旋轉磁場旋轉方向就與原來的旋轉方向相反， 電動機的轉向也就與原來的轉向相反，

55、即單相分相式電動機的旋轉方向得到改變。 3-17、一臺三相異步電動機銘牌上標明?f=50Hz，n?=960r/min，問該電動機的極數是多少？ N 解：由于異步電動機的額定轉差率為?1％～9％，即?s?≈0.01～0.09，通過?s?、n?和?n N N N 0 之間的關系，以及?n?、f?和?p?之間的關系可以求出該電動機的極對數，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，∴p=3(對極)。 0 即，該電動機的極數是?6（個）極。 答：該電動機的極數是?6?極。 3-18、三相鼠籠式異步電動機在額定狀態(tài)附近運行，當?(1)負載增大、?(2)電壓升高、?(3) 頻率升高時，其轉速和定子電流分別有何變化？ 答：⑴根據三相異步電動機的固有機械特性、調壓人工機械特性和調頻人工機械特性， 可以知道：①當負載增大時，三相異步電動機的轉速有所下降；②當電壓升高時，三相異 步電動機的轉速有所上升；③當頻率升高時，三相異步電動機的轉速也有所上升。（【注】： 調頻人工機械特性可以由于?P.36?頁式?3

57、-1?的理想空載轉速或磁場的同步轉速表達式推知： 當?f↑，n?也↑，整個機械特性向上平移；當?f↓，n?也↓，整個機械特性向下平移。） 0 0 ⑵由三相異步電動機的相量圖及磁勢平衡方程式可知，定子電流等于轉子電流與 勵磁電流的相量和，要分析定子電流可以先分析轉子電流的情況。由異步電動機的機械特 性及?P.40?頁式?3-9?的轉子電流表達式可知：①由于負載增大時，異步電動機的轉速略有下 降，轉差率增大，轉子電流增大。而電源電壓不變則主磁通不變，勵磁電流不變。因此， 當電壓升高時，三相異步電動機的定子電流增大；②由于電壓升高時，異步電動機的勵磁

58、 電流增大，且轉子電流由于電動勢?E?的增大也相應增大。因此，當電壓升高時，三相異步 20 電動機的定子電流增大；③由于電源電壓不變，定、轉子繞組感應電動勢也基本不變，當 頻率升高時，由?4.44?公式可知，主磁通減小，勵磁電流減小。又由于頻率升高時轉子漏抗 X?=2?fL?增大，E?基本不變，則轉子電流減小。因此，當頻率升高時，三相異步電動機的 20 20 20 定子電流減小。 3-19、有一臺三相異步電動機，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)定子旋轉磁

59、場對定子的轉速； (2)定子旋轉磁場對轉子的轉速； (3)轉子旋轉磁場對轉子的轉速； (4)轉子旋轉磁場對定子的轉速； (5)轉子旋轉磁場對定子旋轉磁場的轉速。 答：計算交流繞組產生旋轉磁場相對繞組本身轉速的公式為：?n?=60f/p。為了計算旋 0 轉磁場的轉速，應該先求該三相異步電動機的極對數?p。根據?n?=1470r/min，f=50Hz，則 N 可求出該三相異步電動機的極對數?p=2（方法參見?3-16?題和?3-17?題）。 ⑴由于定子繞組產生的旋轉磁場的轉速與轉子是否轉動及轉速多少無關，且

60、定子 旋轉磁場是三相定子交流繞組產生的，三相交流繞組通過的是?f=50Hz?的三相交流電，因此 定子旋轉磁場對定子的轉速為：n?=60f/p=60×50/2=3000/2=1500r/min。 1 ⑵定子旋轉磁場對轉子的轉速?n?等于定子旋轉磁場對定子的轉速?n?減去轉子對定 12 1 子的轉速?n?，因此，當?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?，?定?子?旋?轉?磁?場?對?轉?子?的?轉?速?n  12 分?

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

62、?f?=50Hz、n=2n?/3?時?f?=50/3Hz、s=0.02 0 2 0 2 時?f?=1Hz。再根據公式?n?=60f?/p，就可分別求出在?n=0、n=2n?/3、s=0.02?三種情況下轉子 2 2 2 0 旋轉磁場對轉子的轉速分別為：①n?=60f?/p=1500r/min、②n?=500r/min、③n?=30r/min。 2 2 2 2 ⑷轉子旋轉磁場對定子的轉速?n?等于轉子旋轉磁場對轉子的轉速?n?加上轉子（對 21 2 定子的）轉速?n。對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、情況時轉子旋轉磁場對定子的轉速?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，轉子旋轉磁 21 2 21 2 場對定子的轉速?n?也與轉子是否轉動及轉速多少無關，即與定子旋轉磁場對定子的轉速相 21 等。 ⑸比較⑴和⑷的計算結果可以得出：轉子繞組產生的旋轉磁場與定子繞組產生的 旋轉磁場在空間相對靜止。即，轉子旋轉磁場對定子旋轉磁場的轉速都等于?0。 3-20、一臺三相異步電動機?

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)定子旋轉磁場對轉子的轉速； (2)額定輸出轉矩及功率因數。 解：⑴求定子旋轉磁場對轉子的轉速?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，而定子旋轉磁場對轉子的轉速?n?為： 12 n?=n?-n?=1500-1470=30(r/

65、min) 12N 0 N ⑵求額定輸出轉矩?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?cos?為： 1N N N 2N N N

66、 答：⑴定子旋轉磁場對轉子的轉速是?30r/min。⑵額定輸出轉矩為?194.88?N·m，功率 因數為?0.88。 3-21?、?一?臺?三?相?異?步?電?動?機?已?知?如?下?數?據?：?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。試計算： (1)定子繞組中的相電流?I?，電動機的額定電流?I?及額定轉矩?T?； p N N (2)額定轉差率?s?及額定負載時的轉子電流頻率?f?。 N 2 解：⑴定子繞組中的相電流?I?，電動機的額定電流?I?及額定轉矩?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額定轉差率?s?及額定負