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船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)1-4課后習(xí)題答案-文庫(kù)吧資料

2025-07-01 11:59本頁面
  

【正文】 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%~9%,即sN≈~,其理想空載轉(zhuǎn)速n0為500r/min: ∵n0=nN/(1sN)=460/(~)=~ p=60f/n0=3000/(~)=~,而p只能為整數(shù),∴p=6(對(duì)極); n0=60f/p=3000/6=500(r/min),sN=(n0n)/n0=(500460)/500= 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)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)。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)門減小,轉(zhuǎn)速將下降,轉(zhuǎn)差率s將增加,由式39可知,I2將增大;由式312可知,Φ↓只有I2↑才能使T保持額定值與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡)。而式3式318和式323都與其所帶負(fù)載的大小沒有任何關(guān)系。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。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。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。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/△。31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32式321和式310)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。 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′2/s減小,轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosj2=(r′2/s)/[x′22+(r′2/s)2]將減小。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。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。轉(zhuǎn)子電路中是機(jī)械功率的等效電阻。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。 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。3異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與變壓器的等效電路有無差別?等效電路中的r2′代表什么?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。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。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。3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。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。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。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)。由轉(zhuǎn)子電流公式或等效電路中轉(zhuǎn)子等效電阻r162。3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,試說明其物理過程。3一臺(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。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。當(dāng)此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與氣隙旋轉(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n0;氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為sn0,轉(zhuǎn)向也與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反,如右圖(題圖33)所示。此時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0方向相反,若以氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0。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)。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?!毕峦#骸爱?dāng)s>1時(shí),n<0,異步電動(dòng)機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)。 【說明】: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)。其定義式為s=(n0n)n0。 解:(1)額定輸出電流:I2 N=SN/(U2N)=1800/()=(A) (2)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)cosj=,副邊輸出的有功功率P2N: P2N=SNcosj=1800=1440kW (3)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)cosj=: h=P2/P1100%=P2/(P2+pFe+pcu)100%=1440/(1440++)100%=﹪ 答:當(dāng)輸出電流為額定值、負(fù)載功率因數(shù)cosj=﹪。對(duì)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(shí),副邊繞組匝數(shù)N2約為173匝。21一臺(tái)三相變壓器,額定容量為SN=400kVA,額定電壓為U1/U2=36000/6000V,Y/△連接。這是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯脑吽与娐吠ǔS质歉唠妷旱碾娐?,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。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。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。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。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。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)使互感器繞組過熱而燒毀。2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。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。因此,雖然r1很小,但空載電流并不大。2變壓器空載時(shí),原邊加額定電壓,雖然原邊電阻中r1很小,可空載電流并不大,為什么? 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。 【說明】:由題圖27b)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。1=218。 答:①電壓平衡方程式為: 218。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。 簡(jiǎn)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)。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小;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。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26)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。③短路阻抗一定、負(fù)載的功率因數(shù)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。2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?題圖26 負(fù)載相量圖 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)。根據(jù)U≈E=,當(dāng)匝數(shù)減小而為了維持同樣電壓,必須導(dǎo)致磁通大大增加,必然使得磁路飽和,電流顯著增大。因此,在50Hz和60Hz的變壓器還是可以通用的。但頻率增加,根據(jù)U≈E=,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。同時(shí),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。 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。2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=∝Φ,就要求磁路的磁通也增加一倍。與Xm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)磁率和磁路截面尺寸)以及電源頻率,因?yàn)?,Xm=2πfLm,而Lm又與繞組匝數(shù)、磁路磁阻等有關(guān)。其中,勵(lì)磁阻抗Zm=Rm+jXm,Rm是變壓器的勵(lì)磁電阻,反映變壓器鐵損大小的等效電阻,不能用伏安法測(cè)量。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)“”(即E=),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。由于磁路基本上是線性的,故Xσ壓基本上為常數(shù)。由于
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