船舶电气课后总思考题答案

1第一章磁路（15题）111、说明磁感应强度与磁通的关系和磁感应强度与磁密有什么区别。答磁通是穿过某一截面S的磁感应强度B的通量。截面一旦选定，磁感应强度越大，则磁通量越大。磁密是磁感应强度在与截面相垂直的方向上的分量。从磁场的角度看，通过某一截面的磁感应强度大于等于该截面的磁密。而从磁路的角度看，磁路中的磁感应强度方向与磁路方向相同，所以通过磁路截面（与磁路垂直）的磁感应强度就是该截面的磁密。（答毕）112、安培环路定律说明什么问题在什么条件下该定律可用代数式HLI表示。答安培环路定律LI表示，磁场中各点的磁场强度与产生磁场的电流大小及分H布情况有关。当磁介质均匀，且以磁力线作为积分回线时，则可用HLI表示。（答毕）113、说明B、H和三者的关系，物理意义和所用的国际单位。答B是磁感应强度，是用来表示磁场内某点的磁场强弱和方向的量，其国际单位为特斯拉T；H是磁场强度，是计算磁场所引用的物理量，单位是安/米A/M；是磁导率，表示介质导磁能力的强弱。单位为亨/米H/M。B、H和三者的关系为BH；相同磁介质下，磁场强度越大，磁感应强度B也越大；在磁路不饱和时，近似不变，则H越大，B也越大。但随着H的增大，磁介质逐渐饱和，将减小，B随H增大而增大的趋势逐渐减小。即因为不是常数所以BH关系为非线性关系。可以这么理解H是反应电流产生磁场的大小，B则是反应磁场中能够转化成电流的能力的强弱，即储存的磁场做功能力的强弱。（答毕）12铁磁材料及铁损（书P4，）121、铁磁材料的基本特性是什么答铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”的基本磁特性。（答毕）122、什么是剩磁哪些因素会引起剩磁的减弱甚至消失答在电流产生的磁场强度H的激励下，铁磁材料（如铁心）被磁化并以感应强度B描述磁化程度。磁化后的铁心，若去除电流激励，使H0，铁磁材料中的磁感应强度虽减小，但并不为零，即B0，这种现象称为铁磁材料具有剩磁特性。铁磁材料的剩磁可通过施加适当的反向磁场，或对其施加高温或振动而减弱或消失。（答毕）2123、什么是铁损一个电器的铁损与磁通及其变化频率大体上有怎样的关系答铁磁材料的铁损是指它传导变化的磁场所产生的损耗，因为这些损耗是由铁磁材料产生的，故称铁损。铁损包括“磁滞损耗”和“涡流损耗”一个电器的铁损（由书P4，式121可知），大体上与频率F的一点几次方成正比，且大体上与磁通的平方成正比。（答毕）13磁路（书P6，）131、什么是磁路为什么磁势激励的磁通绝大部分集中在铁心磁路中答工程上称由铁磁材料组成的、磁力线集中通过并构成的闭合路径为磁路。由于磁路主要由铁磁材料构成，其磁导率比非磁路（非铁磁材料的介质）磁导率高很多。所以磁通绝大部分集中在铁心磁路中。（答毕）132、为什么气隙磁阻比铁心磁阻大得多答气隙大磁导率为0，比铁磁材料的磁导率小得多。而磁阻的大小主要与磁导率有关，即与其成正比。气隙磁阻比铁心磁阻大得多。（答毕）133、若保持磁路的励磁电流不变，则磁路有无气隙对磁通有何影响答励磁电流不变，则磁路磁势不变，磁路中的磁通大小与磁路的总磁阻成反比。磁路有气隙时，气隙的导磁率为0，磁阻非常大，使磁路的总磁阻增大很多。因而，有气隙的磁路磁通比无气隙时小很多。（答毕）14电磁铁（书P8，）141、电磁铁的主要组成部件是什么答电磁铁主要由励磁线圈、铁心和衔铁及其他附件构成。其中铁心和衔铁构成磁路。（答毕）142、说明盘式电磁铁的基本工作原理答盘式电磁铁的励磁线圈通电后，盘式铁心和衔铁磁化，产生电磁吸力，克服弹簧的反作用力，使铁心和衔铁吸合。当励磁线圈断电时，铁心和衔铁间只有剩磁产生的很小的吸力，在弹簧的作用，衔铁与盘式铁心分开，呈释放状态。（参见书P6，图141，及其说明）（答毕）143、为什么说直流电压电磁铁是恒磁势型的当线圈通电后若衔铁不吸合会产生什么后果答直流电压电磁铁的励磁线圈由直流恒压3源（U不变）供电。工作时，励磁电流的大小仅受线圈电阻制约，线圈参数不变时（匝数及电阻不变），励磁电流和磁势都不变，是恒磁势型。线圈通电后若衔铁不吸合，则由衔铁所带动的工作部件不动作，这将影响设备的正常工作。但U不增加，励磁电流也不会增加，对电磁铁本身不产生任何影响。（答毕）144、为什么说交流电压电磁铁是恒磁通型的当线圈通电后若衔铁不吸合会产生什么后果答交流电磁铁励磁线圈通入交流恒压源时，线圈将感应电势与电源电压平衡；感应电势与磁通成正比，略小于电源电压。电源电压不变，磁通也近似不变（如若因某种原因使减小，E也将随之减小；从而使电流增大，以增大磁势，让增加。反之亦然）。说它为恒磁通型。励磁线圈通电初期，衔铁尚未闭合，磁路的磁阻较大，较小，线圈感应的电势也较小；从线圈回路看，此时U不变，电流较大，且超过额定值；电流的增大，使磁势增加，以产生足够的磁通和电磁吸力。等到衔铁吸合后，磁路的工作气隙较小，磁阻也较小，相同磁势产生的和感应电势较大，使得励磁电流减小为额定值。若通电后衔铁不能吸合，电流将不能减小。这不但使设备不能工作，而且时间一长将会使线圈因过热而烧毁。（答毕）145、线圈额定电压相同的直流和交流接触器，可否互换替代使用为什么答不行在交、直流接触器的电磁铁中，影响线圈电流的因素不同，若互换则要么不能正常工作；要么立即烧毁线圈。直流接触器工作时，线圈不感应电势，限制励磁电流主要采用增大线圈电阻实现，因而其线径细。若将其接到交流电路，由于线圈本身将感应很大的电势，因而流过的电流很小，产生的电磁吸力将不足以使衔铁吸合，因而直流接触器用以交流电路中将不能正常工作。相反，交流接触器因其线圈工作时会感应电势，此电势正常工作时起限流作用，为了使其有足够的吸力，线圈的线阻应较小，因而线径较细。若将其接到直流电路中，由于不能感应出电势，在相同大小的电压下，将产生非常之大的电流（十几甚或几十倍于额定电流），这将使接触器的线圈立即烧毁。（答毕）（第一章“解答”结束）第二章变压器（15题）21变压器的应用与结构（书P12，）211、什么是干式变压器什么是湿式变压器为什么船舶采用干式变压器答使用空气作为冷却介质的变压器称为干式变压器；使用变压器油作为冷却介质的变压器称为湿式变压器。因为变压器油可以燃烧，有火灾隐患，威胁船舶安全。所以我国钢质海船入级及建造规范规定，船上只能采用干式变压器。（答毕）212、一台15KVA、400V/230V、50HZ的三相变压器，其原副边的额定电流各为多少答变压器原副边的额定电压和电流都是指“线量”，所以其额定电流为线电流，即原边额定电流为375A；副边额定电流约为6522A。4（答毕）213、变压器的运行管理应注意哪些最基本的事项答首先，应该保证变压器在其额定参数规定的范围内运行。其次，运行管理最基本的注意事项主要有三点。简单地说，即1、注意其外部的清洁、干燥；2、注意检查、记录和监视其运行参数；3、使用前确保其具有正常良好的状态。（答毕）22变压器的基本工作原理（书P14，）221、变压器有哪些基本变换功能答变压器所具有的基本功能主要有变压、变流、变阻和起隔离作用等功能。（答毕）222、变压器的空载电流的主要作用是什么什么是主磁通什么是漏磁通答变压器的空载电流的主要作用是产生励磁磁势，从而在铁心中产生主磁通，使原副边绕组感生电势，实现“变压”功能。所谓“主磁通”就是指由励磁电流产生的、与原副边绕组同时交链的磁通。主磁通是工作磁通，它将原边送来的能量以交变磁能的形式送给副边。而“漏磁通”则只与产生它本身的绕组交链，不介入工作，因而不起能量传递作用。主磁通的经过路径是铁心，磁阻小；漏磁通的路径则为空气，磁阻大，所以主磁通通常比漏磁通大很多。（答毕）223、一台固定变比的变压器，能否将原副绕组的匝数按变比任意减小为什么答不行因为一定尺寸的变压器其铁心所能通过的磁通是有限的（否则磁路饱和，增加励磁电流也不能使磁通明显增加），因而一匝线圈所能感应的电势也是有限的，若按变比任意减少绕组的匝数，绕组所能承受的电压势必随之减小。设计时，通常一定尺寸的铁心，是按一定功率确定的，铁心尺寸确定后，绕组的线径和匝数则按变压器的容量和电压等级确定，是不能任意减少的。（答毕）224、为什么原边电流能随副边电流的增减而增减，并能保持主磁通基本不变答副边电流增大时，副边磁势的去磁作用增大；这势必使主磁通出现减少的趋势。但主磁通的这一趋势，立即引起原边电势的减少，立即使其电流增加，从而使主磁通保持基本不变，反之亦然。也就是说，只要原边电压不变，主磁通是基本不变的。正是主磁通能保持基本不变，原边电流才能随副边电流的增减而增减。（答毕）523三相电压的变换（书P18，）231、三相变压器若有一个绕组首尾端接反能否供电答不能可以通过相量图进行分析。除非三相变压器的副边绕组接成带中线的“Y”连接，且又作为三个单相单独供电。否则三相绕组，要么本身自成短路；要么绕组不能产生平衡电源电压的电势，从而造成电源短路。因而一个绕组的首尾端接错是不能供电的。（答毕）232、为保证船舶照明电网供电的连续性，可采用哪两种措施答可以有两种措施（1）、采用两台独立的三相变压器供电，一台工作；一台备用。一旦发生故障可通过转换开关进行切换。（2）、采用三台单相变压器组成“/连接的三相变压器组”进行供电，一旦有一台单相变压器发生故障，另两台可构成“V/V”连接的三相变压器组工作型式，继续工作。只不过，此时所能提供的容量应相对减小，但仍然能保证照明电网供电的连续性。（答毕）233、当三相变压器组因故V/V连接向三相负载供电时，能否按正常额定供电容量的2/3加负载答不行按其容量计算公式（参见书P17，式232），“V/V”连接时所能提供的最大容量只为“/”连接时的58（小于2/3）容量。所以不行。（答毕）234、变压器有哪些损耗这些损耗有什么不同答变压器的损耗有两部分铁损耗和铜损耗。其主要不同在于铜损耗和负载电流的平方成正比，称为“可变损耗”；而铁损耗在一定的变压器来说，只与电源频率和磁通有关，只要电源固定不变，铁损耗大小不变，所以称为“不变损耗”。（答毕）24特殊变压器（书P20，）241、电压为7200V/600V，60HZ的单相变压器，原绕组AX和的首端为同极性端。若将其改接成7800/7200的自耦变压器，请画图说明应如何正确连接6答设单相变压器如图1、所示；若将A和串接成如图2、所示的，即可达到题目的要求。将其整理后得如图3、所示的电路图。使用时，将X、A两端接7800V的交流电源；即可从A、X两端得到输出电压为7200V的交流电。将X和A连接后，由于A和A为同名端，两个绕组感应的电势相加；因而A、X两端的电势为原来两个绕组电势之和。而绕组A、X两端感应的电势则与原来相同。因此，该变压器可用于7800V/7200V的变压。（答毕）242、三相四线系统能否用两个电流互感器测三相电流答三相三线系统使用两个电流互感器测三相电流如书P20，图244所示；其基本原理是基于任意时刻三相电流的瞬时值为零。只要测出其中两相的电流，则第三相的电流也就知道（应用“节点电流法”）。而三相四线系统因为有了“中线”；当三相不平衡时，中线的电流不为零。也就是说，三相电流的瞬时值不再为零。若此时仍然采用两个电流互感器如图244那样，则第三个（最下面）的电流表所测量的电流是前两相电流之差，已经不是第三相的电流了。因此三相四线系统不能用两个电流表测三相电流。（答毕）243、为什么电流互感器不能在副边开路的情况下运行答电流互感器的原边绕组与被测主电路串联，其流过的电流由被测电路决定。原绕组产生的磁势在铁心磁路中须靠副边绕组产生的磁势来平衡。若副边绕组在开路的情况下工作，则原绕组磁势就的不到平衡。于是，铁心磁路中将产生很大的磁通，这不仅会使磁路深度饱和，产生很大的剩磁，从而影响互感器的精度；而且因为副绕组的匝数通常较多，可能感生出很高的电势，从而可能对人身或设备产生危害。所以说电流互感器绝对不能在副边开路的状态下工作。（答毕）244、使用电压互感器和电流互感器时，从安全考虑应注意些什么答电压互感器使用时应注意1、副边绕组不能短路；2、负载阻抗不能太小；3、副绕组和铁心应可靠接地。电流互感器使用时应注意1、副边绕组绝对不能开路；2、所接的负载阻抗不能太大；3、副绕组和铁心应可靠接地。除此外，接线时还须注意绕组的同极性端，保证接线的正确性。（答毕）（第二章“解答”结束）第三章异步电动机（28题）31三相异步电动机的结构（书P26，）AAXXX图3、AAXX图2、AAXX图1、7311、异步电机的定子和转子是由那些主要部件组成各起什么作用答定子和转子的主要部件都有铁心和绕组。铁心是其传导磁通的路径；而绕组则起电磁转换的作用。定子绕组通入交流电流产生磁势，并在气隙中产生旋转磁场；旋转磁场通过定、转子铁心和气隙，同时与定、转子绕组铰链。定子绕组感应电势，与电源电压平衡。转子绕组感应电势，在转子回路中产生电流，并与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转动。（答毕）312、异步电机转子有哪两种类型结构上各有什么特点答异步电机转子有“鼠笼式”和“绕线式”两种。鼠笼式转子铁心槽内装有铜（或铝）导条，其端部有短路端环短接，构成多相对称绕组。鼠笼式转子的相数等于导条数；转子绕组的极对数自动与定子绕组的极对数相适应。绕线式转子铁心中则装有与定子相同磁极对数的三相交流绕组，绕组一般接成“星形”，三根引线与滑环相连，可通过电刷引出电机外，连接其他器件或短接成闭合绕组；正常工作时，通常通过“举刷装置”在转子内部短接成闭合绕组。（答毕）313、异步电机的鼠笼式和绕线式转子的相数和极对数与定子绕组的是否相同答绕线式转子绕组的相数和极对数和定子相同；鼠笼式转子的相数为其导条数，通常比定子的相数多，但其极对数则能自动适应定子绕组的变化。（答毕）314、异步电动机的铭牌电压、电流和功率是指什么电压、电流和功率答其铭牌电压、电流是指电动机的额定线电压和额定线电流；而铭牌功率则是指电动机的额定输出功率，即轴上输出的额定机械功率。（答毕）32异步电动机的转动原理（书P29，）321、使异步电动机自己转动起来的基本条件是什么简述异步电动机的转动原理。答异步电动机自己转起来的基本条件是（1）、定子绕组通入三相交流电流，在气隙中产生旋转磁场；（2）、转子绕组自成回路。异步电动机的转动原理是定子三相对称绕组通入三相对称交流电流时，在气隙将产生圆形旋转磁场。旋转磁场旋转时，与转子绕组有相对运动，因此将在转子绕组中产生感应电势。由于转子绕组是闭合绕组，在感应电势的作用下将在绕组中流过三相短路电流。此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而产生电磁转矩使转子转动起来。这就是异步电动机的基本转动原理。8异步电动机只有当其转子转速低于气隙旋转磁场的转速（称为“同步转速”）才能产生电磁转矩；也就是说，自己不能达到“同步转速”，所以称为“异步”电动机。（答毕）322、产生旋转磁场的基本条件是什么在什么条件下旋转磁场是磁通恒定的圆形磁场答产生旋转磁场的基本条件有（1）至少两个定子绕组；（2）绕组在空间有相位差；（3）通入各个绕组的电流要有相位差。一般而言在电机的铁心中，对多相对称绕组通入多相对称交流电流，将在气隙中产生圆形旋转磁势。当多相对称绕组所连接的电源是多相对称恒压源时，而且电机的铁心磁路和气隙是对称均匀时，所产生的旋转磁场是磁通恒定的圆形磁场。这是因为只有多相对称的绕组通入多相对称交流电流，才能在电机磁路中产生圆形旋转磁势；而只有电机的铁心磁路和气隙是对称和均匀时，圆形旋转磁势才能产生圆形的旋转磁通；还因为只有恒压交流电源，才能使磁通保持基本恒定。（答毕）323、三相异步电动机的转动方向决定于什么如何改变电动机的转向答三相异步电动机的转动方向决定于电动机定子绕组所接电源的相序。定子绕组产生的旋转磁场总是从超前相转向滞后相。要改变电动机的转向就必须改变所接电源的相序。通常可以将电动机定子绕组三根电源线中的任意两根接线端的位置对调，即可改变三相绕组的相序，从而改变旋转磁场和转子的转向。（答毕）324、如果船舶电网的频率变低，对异步电动机的转速有没有影响答船舶电网的频率变低，对异步电动机的转速是有影响的。因为，旋转磁场的“同步转速”，与电源（电网）频率F1成正比，即F1/；而异步电动机在额定运行时，转速通常很接近于旋转磁场的同步转速。因此，船舶电网的频率变低，异步电动机的转速也变低。（答毕）325、若某异步电动机的额定转速为1140MIN，它的频率和同步转速应是多少答因为异步电动机额定转差率001009,而从电动机的同步转速0与额定转速的关系可知01140/（001009）1151512527（MIN），即11515012527（MIN）。异步电动机的工作频率通常有50HZ和60HZ两种。当电源频率为50HZ时，对应于极对数P2，01500/MIN；P3，01000MIN；当电源频率为60HZ时，对应于极对数P2，01800/MIN；P3，01200MIN。为了满足11515012527（MIN）的条件，则可确定该异步电动机的频率为60HZ；同步转速为01000MIN。（答毕）33定子和转子电路（书P31）9331、为什么说三相异步电动机的主磁通基本保持不变是否在任何情况下都保持不变答在正常负载范围内，异步电动机定子绕组的漏阻抗压降较小，绕组感应的电势约等于电源电压；而异步电动机的主磁通与绕组电势成正比，因而也就与电源电压成正比。所以说三相异步电动机的主磁通基本不变。若电动机起动或所带负载超过额定值较大时，由于电动机绕组流过的电流较大，绕组的漏阻抗压降较大，绕组电势就比电源电压小很多此时的主磁通就不能保持不变。此外，当电动机的电源不为恒定值时，其主磁通也当然不能保持不变。因而并非在任何情况下主磁通都保持不变。（答毕）332、转子电路的频率与转差率有什么关系转子不动时和空载时转子频率各为多少答当电源电压频率不变时，转子电路的频率与转差率成正比，即F2SF1。转子不动时，由于转差率S1，转子频率就等于定子（电源）的频率；空载时，因转差率很小（可近似为零），因而转子频率也很小，接近于零。（答毕）333、转子电路的感应电势E2如何随转子的转速而变答异步电动机的转速升高，转子绕组切割旋转磁场的速度减小，转子电路的感应电势E2随之减小。若设转子不动时转子电路感应电势为E2O，则E2SE2OE2ON0N/N0E201N/N0；由此可见，NE2。若N0，则E2SE2O（此时转子电势最大）；当NN0时；则E20。（答毕）334、转子漏抗X2与转差率有什么关系在什么情况下X2R2，使转子电路接近于电阻电路答若设转子不动时转子漏抗X2O为常数，则转子漏抗与转差率成正比，即X2SX2O。当异步电动机空载时，转差率很小（可近似为零），则X2SX2O0。此时就有X2R2，使转子电路接近于电阻电路。（答毕）335、三相异步电动机的定子电流是如何随机械负载的增加而增加的答机械负载增加时，转速将随之下降，转子电势增大，转子电流增加，转子磁势也增加；由于转子磁势具有去磁作用，气隙磁通出现下降趋势，定子绕组的感应电势也随之出现下降趋势；但是电源电压不变，因此定子电流随之增大。定子电流增大，定子磁势也就增大，可以补偿转子电流随机械负载的增加对磁通的影响，从而阻止定子电势的进一步下降的趋势，以达到新的平衡。见而言之，机械负载的增加是通过转子电流、气隙磁通作用于异步电动机的定子绕组，而使定子电流随之增加的。（答毕）34三相异步电动机的运行特性（书P35）10341、为什么转子电流增大到一定程度后随电流的增加电磁转矩反而减少答电磁转矩与电流的关系可表示为TI2COS2（见书P32式341）；由式可见电磁转矩不仅与转子电流成正比，且与其功率因数COS2有关。由COS2和I2的表达式COS2；I2XR22SXR02SSE00（见书P30和P31），可见转子电流的增加，通常是由机械负载转矩的增大，使转速下降、转差率增加而引起的；但转差率增加的同时也使功率因数减少。为了综合分析，将COS2和I2的表达式代入转矩表达式，得TR2E20/R22X202。当X20较小时，；但当继续，X20或R2时，将使不但不增加反而减少。可以证明，当R2X20时，电磁转矩最大（见书P33式343、式344）。这就是说，随着转子电流增大到一定程度后，电流的增加不仅不能使电磁转矩增加，而且会使其减少。（答毕）342、什么是电动机的机械特性为什么说异步电动机是硬特性电机答电动机的转速（或转差率）与电磁转矩的关系曲线称为电动机的机械特性曲线。由异步电动机的机械特性曲线可以看到在额定转矩范围内，机械特性比较平坦，转速随负载的变化不大，因此说异步电动机是硬特性电机。（答毕）343、为什么说异步电动机对电源电压的变化比较敏感答由于异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压有较小的变化时，电动机的电磁转矩将有较大的变化；从而引起转速或转差率的较大变化。因此说异步电动机对电源电压的变化比较敏感。（答毕）344、如果异步电动机长时间在不适当的低压下运行将导致什么后果答电源电压太低时，异步机的电磁转矩将严重减少。带动相同大小的负载运行时，转速下降很多，电流则增加很多。在此情况下长时间运行将使电动机因严重发热而损坏。（答毕）345、在什么条件下电磁转矩近似与转差率成正比答在额定负载范围内，转差率很小，转子漏抗的影响很小。此时，电动机的机械特性曲线近似为直线，电磁转矩近似与转差率成正比。（答毕）35三相异步电动机的起动（书11P38）351、起动电流大有什么不好如果普通鼠笼机频繁起动对电动机有无影响答起动电流大，对于不经常起动的电动机本身影响并不大，但起动电流大将引起大的线路压降，这将影响其它电气设备的正常工作。普通鼠笼机若频繁起动，由于电动机产生的热量不能完全散发，将使电机温升超过额定值，出现过热，从而可能损坏电动机。（答毕）352、电动机起动时，是否负载越大起动电流越大负载大小对起动过程有无影响答起动时异步电动机的电流主要与其转速有关，只要负载转矩小于电动机的起动转矩，则负载转矩的大小不影响起动电流。负载的大小对起动过程是有影响的；其影响主要表现在负载大，起动的加速过程长，电动机起动时总的发热量增加容易造成电动机因过热而烧毁，尤其是自扇式冷却的电动机，因起动时转速较低，自带风扇风力不足，更是容易损坏电机。（答毕）353、异步电动机的基本起动方式有几种鼠笼式电动机有几种起动方式答异步电动机的基本起动方式有鼠笼机的直接起动和降压起动，以及绕线式机的转子电路串电阻起动等。鼠笼机除直接起动外，降压起动的方式主要有（1）定子电路串电阻、电抗降压；（2）星形三角形降压；（3）自耦变压器降压等起动方式。（答毕）354、常用的降压起动方法有几种为什么降压仅适用于空载或轻载起动答常用降压起动方法（鼠笼式异步电动机）主要有（1）定子电路串电阻、电抗降压；（2）星形三角形降压；（3）自耦变压器降压等起动方式；由于降压起动时，不仅起动电流减小，起动转矩也减小，若不用于空、轻载起动，则可能发生“堵转”，出现“起而不动”的现象。（答毕）355、特殊鼠笼式电动机的突出特点是什么答特殊鼠笼式电动机的突出特点是起动电流相对较小，而起动转矩却较大。但是它们的额定转差率通常相对较大，效率也相对较低。（答毕）36单相异步电动机（书P41）361、单相单绕组异步电动机或断相的三相异步电动机为什么没有自起动能力答断相的三相异步电动机和单相单绕组异12步电动机一样，通电后绕组流过的仅为单相交流电流，在气隙中只能产生“脉振磁场”，不能产生旋转磁场。而通过原理分析可知，“脉振磁场”产生的起动力矩为零（或者说，只有旋转磁场才能产生起动力矩），所以说它们都没有自起动能力。（答毕）362、三相异步电动机运行中发生断相，还能继续运行若重载发生断相会有什么问题答三相异步电动机运行中发生断相，电机定子绕组产生的磁场为脉振磁场，根据“双旋转”原理，脉振磁场可分解成“大小相等、转向相反、转速相同”的两个旋转磁场。由于电机已在运行中，转子绕组相对于这两个旋转磁场的转差率完全不同。总体而言，与转子转向相同的磁场对转子产生的电磁转矩较大，而反向磁场产生的转矩则较小，于是电动机产生的电磁转矩虽然大大减小，但仍不为零。若电机所带负载较轻（或为空载），则电机仍将继续运行。若负载转矩较大，则电机的转速明显下降，损耗明显增加，电动机很容易过热。若电机原为重载运行，其产生的TMAX可能将小于负载（重载）转矩，电机减速可至堵转（停止不动），定子绕组流过的堵转电流（就是起动电流）将使电机过热。（答毕）363、为什么拨动一下转子，单相异步电动机就能继续转动答单相异步电动机通电时，若转子不动，则由脉振磁场分解的正反向旋转磁场相对于转子的转速大小相等、方向相反，产生的电磁转矩也大小相等、方向相反。若拨动一下转子，则转子相对这两个磁场的转差率不等，产生的电磁转矩也不等。可以证明（通过式342、363、364以及式334的综合分析）转子转动方向上的电磁转矩较大，电机将继续运行下去。因此波动以下转子，单相异步电动机就能继续转动（此时设，负载转矩很小或空载）。（答毕）364、什么是电容分相式和电阻分相式单相异步电动机如何改变它们的转向答电容、电阻分相式单相异步电动机的基本原理是使定子两相绕组的阻抗不同，虽接于同一相电源，但流经两个绕组的电流相位不同。起动时，能在气隙产生旋转磁场。通常这种电机所带的负载较小，起动后可将其一相绕组断开，使电机工作在真正的“单相”状态下（这可以减小起动绕组的线径，从而减小体积）。若要改变它们的转向，则应将其任一绕组接线脱开，对调一下其连接方向后接好，使流经该绕组的电流相位相差180（此时，另一绕组的接线保持不变）。因而，原来两个绕组中的电流的超前和滞后关系正好相反；气隙旋转磁场的转向变反，电机的转向得到改变。（答毕）（第三章“解答”结束）第四章同步电机（28题）41同步电机的结构（书P46，）411、凸极和隐极同步发电机各有什么特点应用上有什么不同答凸极式的特点是励磁绕组为集中绕组，气隙不均匀。由于其离心力较大，主要应用在中、低速原动机拖动的场合。而且，由于凸极式的励磁绕组为集中绕组，使其可安装的极对数13多，要产生50HZ交流电，则必须由中、低速原动机拖动。隐极式的特点是气隙均匀，为了保证气隙磁通近似为正弦，则应采用分布式励磁绕组。隐极式的抗离心能力强，主要用于高速机。而且，由于隐极式的励磁绕组为分布绕组，使其可安装的极对数少，要产生50HZ交流电，则必须由高速原动机拖动。（答毕）412、同步发电机电枢绕组Y连接有什么优点答同步发电机的主极磁场和电枢磁场由于原理和工艺等方面的原因，将会使其电枢绕组的感应电势为非正旋波。非正旋波的电枢电势（根据富氏级数展开原理），是由基波及奇数高次谐波组成。谐波的存在对电网将产生“谐波污染”，导致一系列不良的影响。三相电势中的3（或3的整数倍）次谐波，大小相等，相位相同。若接成连接，将会在连接的三相绕组内部产生环流，增加绕组的铜耗等不良后果。而采用Y连接则不但不会构成环流，而且输出的线电压中不含3（或3的整数倍）次谐波，从而减少了谐波的影响。因此同步发电机电枢绕组常接成Y连接。（答毕）413、什么是自励和他励发电机什么样的他励发电机可以成为无刷同步发电机答凡以发电机本身的电枢绕组（或辅助绕组）为励磁电源的发电机称为自励发电机，自励发电机通常是靠磁极的剩磁进行初始起励建压的。凡设有专用励磁电源的发电机称为他励发电机。他励发电机的专用励磁电源通常是由与发电机同轴的小容量发电机提供。若采用转枢式小型同步发电机作为励磁机，则由于提供给主发电机转子励磁电源的励磁用发电机（转枢式）电枢也在转子，且两机同轴。这样就可在两机的共同转动部分（转子上）装设整流装置，直接在转子提供励磁电流，从而实现“无刷”同步发电机的工作。（答毕）414、船用三相同步发电机铭牌额定容量250KVA，额定电压400V，试问额定电流是多少答SNUNIN，INSN/UN3608（A）334025额定电流约为361安。（答毕）42同步发电机的基本特性（书P50，）421、什么是剩磁电压如何用实验方法测剩磁电压答同步发电机的剩磁电压是指同步发电机在额定转速下运行，不加励磁时，主磁极的剩磁在电枢绕组上感生的空载相电压。用实验方法测量剩磁电压做法是先断开发电机的励磁电源接线，同时断开其负载，让原动机带动同步发电机在额定转速下运转；然后测量电枢一相绕组的电压，即得同步发电机的剩磁电压。（答毕）422、什么是电枢反应有几种典型的电枢反应效应，都在什么条件下发生答同步发电机的电枢反应是指当同步发14电机接通负载时，三相电枢绕组流经的电流产生的电枢旋转磁场对主磁极磁场产生的某种确定性的影响。典型的电枢反应效应主要有如下三种，即、交轴电枢反应，在E0与IA同相位时产生（若忽略电枢绕组电抗的影响，发电机相当于带纯阻性负载）；、直轴去磁电枢反应，在IA滞后于E090时产生（此时发电机带纯感性负载）；、直轴增磁电枢反应，在IA超前于E090时产生（此时发电机带纯容性负载）。（答毕）423、起动大容量异步电动机时对同步发电机的电压有何影响为什么答起动大容量的异步电动机时，将使同步发电机的电压下降。这是因为，异步机起动电流大，且功率因数低（消耗大量感性无功）。因此大容量异步电动机起动时，同步发电机电枢绕组流过的大电流滞后于空载电势的电角度较大，同步发电机的电枢反应去磁分量较大，从而使发电机气隙的（合成）磁通减小，发电机的端电压下降。此外，电枢电流大，使发电机电枢绕组的漏阻抗产生的压降也大，将近一步使同步发电机的电压下降。（答毕）424、同步发电机的电压变化率的大小、正负与什么有关为什么答同步发电机的电压变化率的大小、正负与发电机所带的负载的大小和性质有关。因为负载大小影响了电枢反应作用的大小，负载的性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。电枢反应是去磁的话，电压变化率为正；电枢反应是增磁的话，电压变化率为负，电枢反应越强，电压变化率的值就越大（反之亦然）。（答毕）425、如何根据不同性质的负载调节励磁电流，才能保持同步发电机的电压不随负载而变答根据对同步发电机的电枢反应的分析（参见424“答”），或根据同步发电机的调节特性可知同步发电机的电压的变化受其所带负载的大小和性质影响。因此若要保持同步发电机的电压不随负载而变，则应使励磁电流随负载的大小和性质而得到相应的控制或调节。若能按同步发电机的调节特性，对励磁电流进行控制，则同步发电机的电压将能保持恒定而不随负载而变。（答毕）43同步发电机的电压、转矩和功率的平衡（书P52，）431、同步电抗在电枢电路中的作用有什么物理意义答同步发电机同步电抗的物理意义就是电枢绕组的自感电抗。它由两部分组成，即、磁路以空气隙为主的漏感电抗；和，、磁路穿过转子铁心（对气隙磁场产生影响）的电枢反应电抗。由于电枢反应磁通路径的磁阻比漏磁路径的磁阻小，所以同步电抗的大小主要由电枢反应电抗决定。在电枢电路中，同步电抗可用来表示和分析电枢反应作用对同步发电机端电压的影响。（答毕）U432、画同步发电机有电感性负载时的简化相量图。JIAXL答参见书P51图433（A）。若将负载也标出，则如右图所示。IARL（答毕）I15433、同步发电机的电磁阻转矩的大小是与电枢电流成正比还是与有功功率成正比答根据书P52式439和式4310，T3E0ICOS/3UICOS/，同步发电机的电磁转矩（即，阻转矩）的大小与电枢电流的有功分量成正比。也即，与有功功率成正比。这是因为电磁阻转矩反映的是原动机施加在发电机轴上用于产生电磁功率的转矩，也就是原动机对同步发电机做功所施加的转矩。因而该转矩就应与有功功率成正比（无功功率不产生转矩）。而电枢电流不仅包含有功分量，而且包含（能量反复储存释放或变换存储方式所需的）无功分量。因此，同步发电机的电磁阻转矩的大小与电枢电流的有功分量成正比，或有功功率成正比（包含着电枢电流的有功分量）；而不是与电枢电流成正比。（答毕）434、同步发电机在不对称的负载下运行时对电机有什么影响答同步发电机在不对称的负载下运行时，流经三相电枢绕组的电流是不对称电流，在气隙产生的旋转磁场为“椭圆形旋转磁场”。虽然稳定运行时此磁场相对转子无移动，但由于其幅值是变化的，在转子的“阻尼绕组”和“励磁绕组”将感应电势和楞茨电流；从而产生额外损耗，使电机过热。此外，椭圆形磁场还将使电磁转矩出现波动，从而引起转子的振动。这就是同步发电机在不对称的负载下运行时对电机的影响。这些影响都会缩短电机的寿命，因而应尽量避免同步发电机在不对称的负载下运行。（答毕）435、同步发电机单机独立运行时，它输出的有功功率和无功功率决定于什么答同步发电机单机独立运行时，它输出的有功功率和无功功率都决定于它所带的负载的大小和性质。负载的大小和性质变化时，发电机的频率和电压将分别受到影响而变化。原动机的调速机构和发电机的励磁装置将自动根据频率和电压的变化分别调节原动机的油门和发电机的励磁电流，使频率和电压维持不变。所以说，同步发电机单机独立运行时，输出的有、无功功率决定于负载。（答毕）44同步发电机的并联运行（书P55，）441、所谓无穷大电网的两个基本特点是什么答无穷大电网的两个基本特点是、电网上并联运行的发电机总容量比任意一台发电机的容量大得多；、任意一台发电机有、无功功率的变化对电网的电压和频率影响甚微，也就是说电网的频率和电压是不变的恒值。（答毕）442、如何改变与无穷大电网并联的同步发电机的有功功率和无功功率答改变拖动同步发电机的原动机的油门，可以改变发电机的输入功率，从而可以改变它向无穷大电网输出的有功功率。改变发电机的励磁电流可以改变发电机的空载电势E0，由于电网电压不变，可以改变它向无穷大电网输出的电枢电流的相位，从而它向无穷大电网输出的无功功率。（答毕）16443、单独改变两并联同步发电机之一的励磁电流，将会引起什么变化答改变一台的励磁电流，其空载电势增加，输出电流的无功分量增大。由于两机并联运行，若负载不改变，则另一台输出的无功电流分量减小，电枢电流相应减小，同步电抗的压降减小，而其空载电势不变。最终结果将使两机并联供电的电压相应增加。（答毕）444、单独改变两并联同步发电机组之一的原动机油门，将会引起什么变化答改变一台原动机的油门，该发电机的输入转矩增加，电机转子加速，电磁功率增大，输出有功增大。若负载不改变，则另一台输出的有功减小，电磁转矩减小。但因原动机油门未变，输入转矩未变，因而未调油门的发电机也将加速。最终结果将使两发电机输出电压的频率增大。（答毕）45同步发电机的短路与振荡（书P57，）451、同步发电机突然三相短路是否都经历三个阶段突然短路电流与稳态短路电流是否一样答只有转子装设阻尼绕组的同步发电机，突然三相短路才会经历三个阶段，即、超瞬变（阻尼、励磁绕组都有楞茨电流）阶段；、瞬变（阻尼绕组无、励磁绕组有楞茨电流）阶段；、稳态短路（阻尼绕组和励磁绕组都无楞茨电流）阶段。若转子无阻尼绕组，突然三相短路只经历瞬变和稳态短路两个阶段。由于超瞬变和瞬变阶段电枢磁通被挤向磁阻很大的转子漏磁路径，电枢磁通和电枢反应电势远小于其稳态值，突然短路电流比稳态短路电流大很多。（答毕）452、同步发电机突然三相短路对发电机本身有什么影响答同步发电机突然三相短路对发电机本身的影响较大、大的冲击电流可能使电枢绕组端部变形或绝缘损坏；、对转子产生冲击力矩，使发电机遭受机械破坏。（答毕）453、引起并联运行同步发电机自由振荡的外因和内因是什么引起强迫振荡的原因是什么答引起并联运行同步发电机，自由振荡的外因是发电机输入转矩或电磁转矩突然发生变化，平衡出现破坏，从而引起转子的加、减速；自由振荡的内因是发电机转动部分存在着惯性。当平衡被破坏，转子出现加、减速且达到新的平衡点时，由于存在惯性，加减速不能立即停止，平衡从新被破坏，于是进入自由振荡。引起强迫振荡的原因是活塞式原动机存在着瞬时力矩的周期性波动变化，强迫发电机的转子也随之而波动振荡。（答毕）454、并联运行发电机功率表指针摆幅越来越大并导致跳闸，试分析故障的可能原因是什么答并联运行发电机功率表“指针摆动”说17明其输出有功功率出现波动，原因很可能是发电机的转子出现振荡。指针“摆幅越来越大”说明振荡出现共振。“导致跳闸”是由于输出有功功率变为负值，即逆功率保护跳闸。根据上述分析，很可能是原动机存在者某些故障（调速器故障、柴油机个别缸不工作等）使原动机的最低或有效谐波转矩的频率接近于自由振荡频率而共振。因而可适当调高少许电网的频率使其避开谐振。（答毕）455、单机运行的柴油发电机组能否产生自由振荡能否产生强迫振荡能否产生共振答单机运行的柴油发电机组，由于发电机的电势和电压的频率同时随转子的转速而变化，不出现振荡式的功角变化，因而不会产生自由振荡。虽然柴油机的瞬时力矩的周期性变化能产生强迫振荡，但由于无自由振荡，因而不会产生自由振荡和强迫振荡之间的共振。（答毕）46同步电动机（书P59，）461、为什么说同步电动机有绝对硬的机械特性它的转速决定于什么答由于同步电动机的转速总是等于同步转速，不随负载转矩的变化而变化，因此说它有“绝对硬的机械特性”。由于“同步转速”决定于电源电压的频率，所以同步电动机的转速也就决定于电源电压的频率。（答毕）462、为什么同步电动机要借助于外力起动说明异步起动的原理及操作方法和步骤。答由于同步电动机的转子存在着惯性，若直接接通电源，在电磁转矩为驱动转矩的半个周期内不可能使转子加速到同步转速，而另半个周期的电磁转矩又变为制动转矩，且一个周期内平均电磁转矩为零，因而同步电动机要借助于外力起动。“异步起动”的操作方法和步骤为将电动机的负载脱开，转子励磁绕组通过（约为绕组本身电阻值510倍的）一个外接电阻短接；然后接通电源。三相交流电源在气隙中产生圆形旋转磁场，装设在电动机转子铁心的起动绕组（也叫“阻尼绕组”）将如异步电动机鼠笼绕组一样，切割磁场、感应电势、流过电流，并产生电磁转矩使电动机的转子空载加速到接近同步转速。然后断开外接电阻立即接通转子励磁电源，同步电动机在正常励磁情况下，将转子“拉入同步”。最后使电动机带上负载运行。（答毕）463、为什么同步电动机在异步起动时，励磁绕组既不加励磁电流又不直接短路也不能开路答同步电动机异步起动时，励磁绕组将切割气隙磁场，感应很高的交流电势。若将励磁绕组直接短路，会产生很大的短路电流损坏励磁绕组；若励磁绕组加入励磁电流，由于励磁电流由直流电源提供，而直流电源对交流感应电势来说相当于直接短接，也将产生很大的电流损坏绕组；若励磁绕组开路，则感应的交流电势幅值很高，很容易对励磁绕组的绝缘及其它设备造成损坏。因此，同步电动机在异步起动时，励磁绕组既不加励磁电流又不直接短路也不能开路。（答毕）18464、在什么励磁状态下同步电动机输入超前电流答在过励状态下同步电动机相当于容性负载，输入的电流为超前电流。（答毕）465、什么是同步补偿机主要用途是什么答轴上不带任何负载，专门用于改善功率因数的同步电机称为同步补偿机。同步补偿机工作时，励磁绕组处于“过励”状态，因而它相当于电容性负载可以改善电网的功率因数；由于其轴上不带任何负载，所以不消耗有功功率。（答毕）（第四章“解答”结束）第五章直流电机（20题）51直流电机的构造及励磁方式（书P64，）511、说明直流电机定子的主要部件及其作用。答定子主要部件有、主磁极；、换向极；、机座；电刷装置等四部分。它们的主要作用分别为、主磁极铁心构成磁路的一部分；铁心上的励磁绕组产生主磁场。、换向极产生换向极磁场，用于抵消电枢反应磁场和使换向元件产生有利于换向的感应电势，从而改善换向。、机座是整个电机的支撑和防护部件，同时也构成磁路的一部分。电刷装置是直流电机转子电枢与外电路联系的关键部件。（答毕）512、直流电机转子的主要部件及其作用是什么答转子主要部件有、电枢铁心；、电枢绕组；、换向器等三部分。它们的主要作用分别为、电枢铁心是磁路的一部分，铁心上的电枢绕组。、电枢绕组用于感应电势与电机端电压相平衡和流过电流产生电磁转矩与机械转矩相平衡，是实现机电能量转换的重要部件。、换向器将电枢绕组内的交流电与电刷间的直流电进行转换的部件；是直流电机的特征部件，有“机械整流器”之称。（答毕）513、换向极的励磁电流由哪里来其作用是什么答换向极绕组与电枢绕组串联连接，换向极的励磁电流就是从电枢绕组来。由于换向极的主要作用是产生换向极磁场，用于抵消电枢反应磁场和使换向元件产生有利于换向的感应电势。因而换向极的励磁电流就是电枢电流。（答毕）514、正负电刷的组数与磁极对数有什么联系多组电刷应如何连接答正负电刷的组数通常等于磁极的对数。多组电刷的连接一般是正、负电刷分别并联在19一起，然后只引出两个接线端。（答毕）515、直流电机有哪几种励磁方式并画连接电路表示。答直流电机的励磁方式总的来说有、他励；、自励。自励方式还可分为、并励；、串励；和、复励三种。其中复励还可再分为、积复励；、差复励。对于发电机积复励还可再分为、平复励；、过复励；和、欠复励。从接线位置区分，“复励”接线还可分为“长复励”和“短复励”两种接线方式。但是应该注意直流电动机不能接成“差复励”；直流发电机不能接成“串励”。“他励”、“并励”、“串励”和“复励”的连接电路图参见书P、69、图533和P、71、图541。（答毕）52直流电机的基本工作原理（书P67，）521、在直流电机中换向器起什么作用有哪些机械原因使换向器与电刷间产生火花答换向器的作用是将电枢绕组内的交流电与电刷间的直流电进行转换的部件；是直流电机的特征部件，有“机械整流器”之称。使换向器与电刷间产生火花的机械原因有电刷压紧弹簧压力不足；电刷与换向器接触面不平；换向器表面不圆或有污物；换向片磨损严重使换向片之间的绝缘云母片突出等。（答毕）522、直流发电机和直流电动机运行时都产生电动势和电磁转矩，它们有什么相同和不同答相同之处是电动势都是由于电枢绕组切割主磁通感应出来的；而电磁转矩也都是流经电枢绕组的电流与主磁通相互作用产生的。不同之处在于发电机的电动势与电枢电流同方向；电磁转矩与转子转向相反，即为“阻转矩”。而电动机的电动势于电枢电流方向相反，常称“反电势”，电磁转矩与转子转向相同，即为“驱动转矩”。（答毕）523、电刷不在正确位置对电机将产生什么影响在日常管理中如何检查电刷的正确位置答若电刷不在正确位置则电刷所短接的换向元件感应电势不等于零电刷下将产生较大的“换向火花”，火花过大将会烧坏换向器。此外，由于电刷位置不正确，由电刷均分的每条电枢绕组支路中，串联在一起的元件感应的电势方向就不在是全部一致的，因而电刷间的感应电势将减小，这将严重影响电机的正常工作（发电机电压减小，电动机电流增大）。在日常管理中应注