【正文】 答：同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時，三相電樞繞組流過三相對稱電流，產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁場，使氣隙合成磁場的大小和位置發(fā)生變化。若在軸上帶上機(jī)械負(fù)載，則同步電機(jī)可以拖動機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動，成為同步電動機(jī)正常運(yùn)行。兩種情況下，電樞反應(yīng)的性質(zhì)都是既有交軸電樞反應(yīng)也有直軸去磁電樞反應(yīng)。而由題已知：jN=arc =176。定子主要由主磁極、換向極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等組成，轉(zhuǎn)子則由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。勵磁If越大，產(chǎn)生的主磁通Φ越大，電磁轉(zhuǎn)矩T也越大。因此，簡單地說，電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響主要有：①使物理中性線偏離幾何物理中性線；②使氣隙總磁通減小。 5船用直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式一般采用何種方式？ 答：船用直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式常采用復(fù)勵方式，即可采用短復(fù)勵接線，也可采用長復(fù)勵接線。因此，當(dāng)直流伺服電動機(jī)電樞電壓，勵磁電壓不變時，如將負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，此時電動機(jī)的電樞電流將減小、轉(zhuǎn)速將升高、電磁轉(zhuǎn)矩也將減小。輪流通電的順序決定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，輪流通電的頻率決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。于是，結(jié)論為：輸出電壓幅值與轉(zhuǎn)速成正比，電壓的頻率為勵磁電源頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)。也可不改變接線，僅通過控制裝置，單使控制電壓相位變反來實(shí)現(xiàn)。 他勵：I=Ia，If由獨(dú)立電源提供，與外部電流I、電樞電流Ia沒有任何關(guān)系； 并勵：對于直流電動機(jī)，I=Ia+If，外部電流I是電樞電流Ia與勵磁電流If之和。 由于電樞磁場總是和主極磁場正交如下圖a)所示，電樞反應(yīng)將使氣隙磁場波形畸變。對于直流電動機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后也將在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，它是消耗電能用于將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的，它具有阻礙電流通過的特征，與電樞電流方向相反，因此直流電動機(jī)電樞繞組的電動勢是反電勢，是與電源電壓相平衡的電動勢。/17+110002[(1/9)(1/17)]sin133176。 解：IN=8759000/(11000)=(A) cosj N=，則sinjN=⑴、額定運(yùn)行情況下的功角qN及空載電勢： 。因此，在這兩種情況下，電樞反應(yīng)都是0＜y＜90176。若在此時將原動機(jī)與發(fā)電機(jī)脫開，在摩擦轉(zhuǎn)矩的作用下功角θ將變成負(fù)值，同步電機(jī)輸出的有功功率變成負(fù)值，即不但不輸出有功功率，反而從電網(wǎng)輸入有功電功率。 勵磁磁動勢是由直流勵磁電流產(chǎn)生的，與轉(zhuǎn)子沒有任何相對運(yùn)動，其磁通路徑與磁極的軸線重合，主要是鐵磁材料構(gòu)成，磁路的磁阻相對較小。對于某一同步發(fā)電機(jī)，由于其極對數(shù)p在電樞繞組繞制時已經(jīng)確定。m) ⑵額定轉(zhuǎn)差率sN及額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)子電流頻率f2：根據(jù)nN=1420r/min，f=50Hz，則可求出該電動機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速n0=1500r/min，極對數(shù)p=2（方法參見316題和317題）。根據(jù)f2=sf1，可以求出在n=0、n=2n0/s=：n=0時f2=50Hz、n=2n0/3時f2=50/3Hz、s==1Hz。（【注】：：當(dāng)f↑，n0也↑，整個機(jī)械特性向上平移；當(dāng)f↓，n0也↓，整個機(jī)械特性向下平移。這可從異步電動機(jī)的電流和起動轉(zhuǎn)矩計算公式得到驗(yàn)證。轉(zhuǎn)子電路中是機(jī)械功率的等效電阻。因此，從空載到滿載，若不考慮定子漏阻抗影響，異步電機(jī)的主磁通基本不變。此時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0方向相反，若以氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0方向?yàn)閰⒖颊较?，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0。對于Y/△連接的變壓器，原邊Y連接有： I1P=I1N=(A)副邊△連接有： I2P=I2N/=(A) (3)求副邊繞組匝數(shù)N2：因?yàn)镮2/I1=N1/N2，因此： N2=N1I1P/I2P=600≈173(匝) 答：(1)原；(2)在額定工作情況下，原、 A；(3) 原邊繞組匝數(shù)N1=600匝時，副邊繞組匝數(shù)N2約為173匝。2在使用電壓互感器及電流互感器時，各應(yīng)注意什么？為什么？ 答：⑴電壓互感器使用時應(yīng)注意：①副邊繞組不許短路。 簡單地說，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)。同時，變壓器副邊輸出電壓減小為12V，不能滿足原來負(fù)載的要求。由于主磁通的磁路是非線性的，故Xm不是常數(shù)，隨著鐵心飽和程度的提高而減小。若將其接到直流電路中，由于不能感應(yīng)出電勢，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。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)?！驯硎靖袘?yīng)大多數(shù)方向）。1標(biāo)出圖123中通電導(dǎo)體A、B和C所受電磁力的方向。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。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大，磁勢不變，則產(chǎn)生的吸力??；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，磁勢不變，則產(chǎn)生的吸力大。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。但一般變壓器設(shè)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，使繞組的銅耗和鐵心損耗大大增加，變壓器將很快燒毀。電容性負(fù)載電流具有增磁作用（或者說容性負(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。2一臺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)生什么現(xiàn)象？ 答：當(dāng)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(yīng)電動勢。③副邊所帶的負(fù)載阻抗不能高于額定負(fù)載阻抗，否則也將影響互感器的測量精度。也就是說，異步電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和處于反接制動運(yùn)行狀態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向之間的關(guān)系都是一樣的。當(dāng)電源電壓不變時，定子繞組的電流將自動增加，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流的去磁作用。變壓器負(fù)載運(yùn)行時，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。因此，當(dāng)三相異步電動機(jī)標(biāo)出的額定電壓380/220V時，說明其定子一相繞組的額定電壓為220V。即，該電動機(jī)的極數(shù)是6（個）極。 ⑴由于定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速多少無關(guān)，且定子旋轉(zhuǎn)磁場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)磁場對定子的轉(zhuǎn)速為：n1=60f/p=6050/2=3000/2=1500r/min。32一臺三相異步電動機(jī)已知如下數(shù)據(jù)：PN=，UN=380V，nN=1420r/min，cosj=，h=81%，電源頻率f=50Hz，星形接法。一般起重用三相交流異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩較大，但也不會與其最大轉(zhuǎn)矩一樣大。4同步發(fā)電機(jī)在三相對稱負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時，電樞電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場是否與勵磁繞組交鏈？它會在勵磁繞組中感應(yīng)電動勢嗎？ 答：同步發(fā)電機(jī)電樞電流產(chǎn)生的磁場是與勵磁繞組交鏈的。4怎樣使同步發(fā)電機(jī)從發(fā)電狀態(tài)過渡到電動狀態(tài)？其功角、電流、電磁轉(zhuǎn)矩如何變化？ 答：當(dāng)同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，電樞繞組流過的電流有功分量與轉(zhuǎn)子勵磁繞組之間將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，其大小可由功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系得到：T=PM/Ω=mE0Usinθ/(ΩXS)。41有一臺三相同步發(fā)電機(jī)，PN=500kW，UN=400V，Y形接法，cosj=(滯后)，單機(jī)運(yùn)行，電樞電阻不計，每相勵磁電動勢E0=410V，求下列幾種負(fù)載下的電樞電流，并說明電樞反應(yīng)的性質(zhì)：(1)；(2)每相負(fù)載阻抗ZL=+。所以發(fā)電機(jī)輸出有功功率P不變，仍為：P=(W) 由于P不變，根據(jù)功角特性有E0sinθ不變，因此： sinθ2=XsP/(3E0U)=(3250) = cosθ2= 再由右圖所示的同步發(fā)電機(jī)相量圖，利用余弦定理有： (XsI)2=(E0)2+(U)22E0Ucosθ=(250)2+()22250 =(V 2) 電樞電流I=(XsI)/Xs=(A) 功率因數(shù)cosj=P/(UI)=(380)= ，則sinj= 無功功率Q=UIsinj=380=(Var) 答：⑴。最大電磁功率時的功角為： q=176。所謂“正電勢”，就是電源的電動勢，是表現(xiàn)將其它能量轉(zhuǎn)換為電能具體的物理量。因此可以這么說，電源向直流電動機(jī)提供直流電功率UIa，扣除電樞繞組等產(chǎn)生的損耗外，剩下的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，即電磁功率：EaIa=TΩ，轉(zhuǎn)換成的機(jī)械功率還要克服轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸等消耗的摩擦損耗，然后才從軸上輸出機(jī)械功率P2=T2Ω/這就是直流電動機(jī)中由電能（電功率）轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（機(jī)械功率）的過程。直流發(fā)電機(jī)自勵起壓的條件是：①發(fā)電機(jī)要有剩磁；②勵磁電流磁場與剩磁場方向相同（或者說，電樞繞組與勵磁繞組接線正確）；③勵磁電路的電阻要小于建壓臨界電阻（或者說，勵磁電路的電阻足夠?。?。轉(zhuǎn)動時測速發(fā)電機(jī)（杯形）轉(zhuǎn)子切割勵磁繞組產(chǎn)生的脈振磁通，將在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢、產(chǎn)生電流；此電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁通與輸出繞組軸線方向基本一致，輸出繞組與轉(zhuǎn)子這部分導(dǎo)體的關(guān)系就如變壓器原副繞組的關(guān)系一樣，因而輸出繞組將有電壓輸出。轉(zhuǎn)動時測速發(fā)電機(jī)（杯形）轉(zhuǎn)子切割勵磁繞組產(chǎn)生的脈振磁通，將在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢、產(chǎn)生電流；此電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁通與輸出繞組基本一致，輸出繞組與轉(zhuǎn)子這部分導(dǎo)體的關(guān)系就如變壓器原副繞組的關(guān)系一樣，因而輸出繞組將有電壓輸出。主要不同點(diǎn)是：①無刷直流電動機(jī)定子電樞繞組通入的是經(jīng)過控制的脈沖電流，而永磁式同步電動機(jī)定子電樞繞組通入的則是多相對稱交流電流；②無刷直流電動機(jī)具有直接起動的能力，而永磁式同步電動機(jī)則無直接起動的能力；③無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由其結(jié)構(gòu)（定子的相數(shù)和齒數(shù)等）決定，一般較難進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，而改變通入同步電動機(jī)電樞繞組電流的頻率，就可方便地對其進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。這是因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩T2減小，T＞T2，轉(zhuǎn)速n將增大，電樞電勢E隨之增大，而電壓不變，I2減小，T也減小。 5某直流電動機(jī)銘牌的參數(shù)為：UN=220V, nN=1000r/min ,IN=40A, 電樞電路電阻Ra=。不考慮磁路飽和時，這個磁通就是勵磁繞組產(chǎn)生的每極主磁通，考慮飽和時，則這個磁通小于勵磁繞組產(chǎn)生的每極主磁通。 5直流電機(jī)的電磁功率是指什么？如何說明在直流電動機(jī)中由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能？ 答：直流電機(jī)是將直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電氣裝置，其電磁功率就是指通過氣隙進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功率。 轉(zhuǎn)子的電樞鐵心與主磁極鐵心、機(jī)座等組成直流電機(jī)的磁路，且用于嵌放電樞繞組；電樞繞組的作用是用以感應(yīng)電動勢和通過電流，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件；換向器是直流電機(jī)的一個典型部件，與電刷裝置配合起“機(jī)械整流器”的作用，可將電樞繞組中的交流電量（感應(yīng)電動勢、電流）變換為電刷兩端的直流電量（電壓、電流），或者將電刷兩端的直流電量變換為電樞繞組中的交流電量。=176。因?yàn)?，不考慮電樞電阻時，E0=[(UN+XsIsinj)2+(XsIcosj)2]≈，而不是270V。4增加或減少同步電動機(jī)的勵磁電流時，電動機(jī)內(nèi)部磁場產(chǎn)生什么效應(yīng)？ 答：增加（或減少）同步電動機(jī)的勵磁電流時，電動機(jī)內(nèi)部的磁通增加（或減少），感應(yīng)的電動勢增大（或減?。?，為了使電動機(jī)電樞繞組感應(yīng)的電動勢與電源電壓相平衡，電樞繞組的電流相位將發(fā)生變化，因此可以改變電動機(jī)從電網(wǎng)吸收電流的性質(zhì)和大小。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁反應(yīng)、直軸增磁反應(yīng)或直軸去磁反應(yīng)）與這兩個磁場在空間的相對位置有關(guān)，也就是與負(fù)載電動勢和電樞電流間的夾角（內(nèi)功角）有關(guān)，其實(shí)質(zhì)是與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。在磁路上的特點(diǎn)是其氣隙均勻。m) ④起動電流Ist為：Ist=7IN=(A) ⑤起動轉(zhuǎn)矩Tst為：Tst=kTTN==(N即，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場對定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速都等于0。因此，當(dāng)頻率升高時，三相異步電動機(jī)的定子電流減小。因此，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半（即T= TN）時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率s和轉(zhuǎn)速n分別為： s≈sNT/TN== n=n0(1s)=500()=500=480(r/min) 答：該三相異步電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半時的轉(zhuǎn)速約為480r/min。而帶額定負(fù)載時定子電流主要成分是轉(zhuǎn)子電流分量，勵磁電流分量所占的比例較小，cosj2減小則定子電路的功率因數(shù)cosj1也將比額定電壓時對應(yīng)的數(shù)值有所減小。即用一個靜止不動的繞組代替實(shí)際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子繞組，而且兩個繞組對磁路的影響必須一樣。當(dāng)定子繞組施加三相額定電壓，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。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。 ⑵電流互感器使用時應(yīng)注意：①副邊繞組不許開路。2+?1RK+j?1XK ②相量圖如右圖所示。題中條件下，匝數(shù)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(yán)重飽和，電流增加的倍數(shù)可達(dá)原來的幾十倍，若沒有保護(hù)措施，線圈將瞬間燒毀。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(chǎn)生主磁通時，對電路相電流產(chǎn)生相位的影響和對相電壓產(chǎn)生電壓降落的影響。接觸器工作時產(chǎn)生的交變磁通也通過被短路環(huán)套住的部分鐵心，且在短路環(huán)中感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電流。對于交流電磁鐵，只要電源電壓和頻率不變，因?yàn)閁≈E=，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。 在自感現(xiàn)象中感應(yīng)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?！洞半姎庠O(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)。②線圈的匝數(shù)與磁路導(dǎo)