【正文】 阻抗，否則也將影響互感器的測量精度。②鐵心和副邊繞組的一端必須可靠接地。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，危及人身及設備安全。 ⑵電流互感器使用時應注意：①副邊繞組不許開路。③副邊所帶的負載阻抗不能低于額定負載阻抗。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正常運行時，負載接電壓表，阻抗很大，接近于空載運行。若沒有短路保護措施，原邊繞組很快將被燒毀。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。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r1中電壓很小。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抗上產生負的壓降值（或者說，超前的電流具有增磁性質）。2+?1RK+j?1XK ②相量圖如右圖所示。2=?2RL+j?2XL ?1=?2 218。題圖27 感性及容性負載時的相量圖2根據圖24所示的簡化等效電路圖，列出電壓平衡方程式，并分別畫出感性及容性負載時的相量圖。②短路阻抗的大，負載的大，副邊電壓變化率就大。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。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產生了負的壓降值），其作用的體現(xiàn)是使副邊電壓升高。④負載的性質主要指負載是感性、容性和電阻性。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。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。2一臺額定電壓為220/110V的變壓器，原、副邊繞組匝數NN2分別為2000和1000，若為節(jié)省銅線，將匝數改為400和200，是否可以？ 答：不可以。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。2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。只是此時磁路完全不飽和，變壓器鐵心的利用率降低而已。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，使繞組的銅耗和鐵心損耗大大增加，變壓器將很快燒毀。當電源頻率、線圈匝數和鐵心尺寸一定時，Xm主要由繞組的磁導率成正比。③Xm是變壓器的勵磁電抗，反映了主磁通對電路的電磁效應。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。 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。在分析變壓器時，以漏抗Xσ反映漏磁通的作用。 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。在分析變壓器時常以勵磁電抗Xm反應主磁通的作用。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。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。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。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，且在短路環(huán)中感應電動勢，產生電流。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。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”。1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。1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。但是，銜鐵吸合前，磁路的磁阻大，磁勢不變，則產生的吸力??；銜鐵吸合后磁路的磁阻小，磁勢不變，則產生的吸力大。已經制好的線圈，電阻不變，線圈通過的電流也不變。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。對于交流電磁鐵，只要電源電壓和頻率不變，因為U≈E=，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。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。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。 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。而直流電磁鐵因為穩(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。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。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。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。 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。 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。1什么是自感？如何確定自感電動勢的方向？在圖125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：（）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196。1應用右手定則，確定圖124中的感應電動勢方向或磁場方向（圖中箭頭表示導體運動方向，196。1標出圖123中通電導體A、B和C所受電磁力的方向。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。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?！洞半姎庠O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。1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。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。 答：，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?！驯硎靖袘蠖鄶捣较颍?。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。 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）。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數為自感系數L，簡稱自感。根據右手螺旋定則，在圖125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。1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。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)。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)。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)。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。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。 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。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驗榇艅軮N=磁阻Φ，Φ不變而磁阻大，I就大；磁阻小，I就?。?。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。因此，不管銜鐵是否吸合，電磁鐵產生的磁勢保持不變。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。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），這將使接觸器的線圈立即燒毀。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“過零點”瞬間，鐵心產生的電磁吸力為零。短路環(huán)是用良導體焊接成的，將鐵心的一部分套住。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。1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。第2章 變壓器2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。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。由于主磁通的磁路是非線性的，故Xm不是常數，隨著鐵心飽和程度的提高而減小。由于漏磁通主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。由于磁路基本上是線性的，故Xσ壓基本上為常數。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“”（即E=），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交鏈磁通的幅值。其中，勵磁阻抗Zm=Rm+jXm，Rm是變壓器的勵磁電阻，反映變壓器鐵損大小的等效電阻，不能用伏安法測量。與Xm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面尺寸）以及電源頻率，因為，Xm=2πfLm，而Lm又與繞組匝數、磁路磁阻等有關。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=∝Φ，就要求磁路的磁通也增加一倍。 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。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。但頻率增加，根據U≈E=，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。因此，在50Hz和60Hz的變壓器還是可以通用的。根據U≈E=，當匝數減小而為了維持同樣電壓，必須導致磁通大大增加，必然使得磁路飽和，電流顯著增大。2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？題圖26