【正文】 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)。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。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。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??；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。 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)。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。 答：①電壓平衡方程式為： 218。1=218。 【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。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。因此，雖然r1很小，但空載電流并不大。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。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。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。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。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。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。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。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。 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=﹪。其定義式為s=(n0n)n0。 【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)。：“當(dāng)s＞1時(shí)，n＜0，異步電動(dòng)機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)。”下同。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。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)。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较颍瑒t轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0。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。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。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。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。由轉(zhuǎn)子電流公式或等效電路中轉(zhuǎn)子等效電阻r162。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)。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。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。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(wú)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。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。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。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。3異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與變壓器的等效電路有無(wú)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。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。轉(zhuǎn)子電路中是機(jī)械功率的等效電阻。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。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。 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。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)電流減小；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。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/△。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。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。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。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。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）。31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)。31單相分相式電動(dòng)機(jī)如何改變其旋轉(zhuǎn)方向？罩極式電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向能否改變？ 答：改變單相分相式電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，可單獨(dú)改變其任意一個(gè)繞組的接線（即，將其兩根引線脫開對(duì)調(diào)一下再接上。這是因?yàn)?，單?dú)改變其任意一個(gè)繞組的接線時(shí)，流過該繞組電流方向變反，兩個(gè)繞組流過的電流相位關(guān)系發(fā)生變化（原來(lái)電流相位比另一繞組電流超前的繞組，單獨(dú)改變?nèi)我庖粋€(gè)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(dòng)機(jī)兩個(gè)繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向總是從電流相位超前的繞組向電流相位滯后的繞組轉(zhuǎn)動(dòng)。31一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明f=50Hz，nN=960r/min，問該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是多少？ 解：由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率為1％～9％，即sN≈～，通過sN、nN和n0之間的關(guān)系，以及n0、f和p之間的關(guān)系可以求出該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，具體過程如下： n0=nN/(1sN)=960/(～)=～ p=60f/n0=3000/(～)=～，而p只能為整數(shù)，∴p=3(對(duì)極)。 答：該電動(dòng)機(jī)的極數(shù)是6極。（【注】：：當(dāng)f↑，n0也↑，整個(gè)機(jī)械特性向上平移；當(dāng)f↓，n0也↓，整個(gè)機(jī)械特性向下平移。：①由于負(fù)載增大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速略有下降，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電流增大。因此，當(dāng)電壓升高時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電流增大；②由于電壓升高時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流增大，且轉(zhuǎn)子電流由于電動(dòng)勢(shì)E20的增大也相應(yīng)增大。又由于頻率升高時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗X20=2pfL20增大，E20基本不變，則轉(zhuǎn)子電流減小。31有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，nN=1470r/min，f=50Hz。 答：計(jì)算交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)繞組本身轉(zhuǎn)速的公式為：n0=60f/p。根據(jù)nN=1470r/min，f=50Hz，則可求出該三相異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p=2（方法參見316題和317題）。 ⑵定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n12等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速n1減去轉(zhuǎn)子對(duì)定子的轉(zhuǎn)速n，因此，當(dāng)n=0、n=2n0/3[n=2n0/3=1000 r/min]、s=[n=n0(1s)=1500=1470 r/min]時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n12分別為：①n=0時(shí)，n12=n1n=n0n=1500r/min；②n=1000r/min時(shí)，n12=n1n=n0n=15001000=500r/min；③n=1470r/min時(shí)，n12=n1n=n0n =15001470=30r/min。根據(jù)f2=sf1，可以求出在n=0、n=2n0/s=：n=0時(shí)f2=50Hz、n=2n0/3時(shí)f2=50/3Hz、s==1Hz。 ⑷轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速n21等于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n2加上轉(zhuǎn)子（對(duì)定子的）轉(zhuǎn)速n。因此，在三種情況時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子的轉(zhuǎn)速n21=n2+n分別為：①n21=n2+n=1500+0=1500r/min、②n21=n2+n=1000+500=1500r/min、③n21=n2+n=1470+30=1500r/min。 ⑸比較⑴和⑷的計(jì)算結(jié)果可以得出：轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間相對(duì)靜止。3一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)PN=30kW，UN=380V，IN=，f=50Hz，sN=，h=90%，p=2，三角形接法，試求：(1)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(2)額定輸出轉(zhuǎn)矩及功率因數(shù)。m) ⑶求額定功率因數(shù)cosj為： cosj=P1N/(UNIN)=P2N/(hUNIN)=30000/(380)= 答：⑴定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是30r/min。m。試計(jì)算：(1)定子繞組中的相電流Ip，電動(dòng)機(jī)的額定電流IN及額定轉(zhuǎn)矩TN；(2)額定轉(zhuǎn)差率sN及額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流頻率f2。m) ⑵額定轉(zhuǎn)差率sN及額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流頻率f2：根據(jù)nN=1420r/min，f=50Hz，則可求出該電動(dòng)機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速n0=1500r/min，極對(duì)數(shù)p=2（方法參見316題和317題）。m；⑵。試計(jì)算：額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率sN、電流IN和轉(zhuǎn)矩TN，以及起動(dòng)電流Ist、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst、最大轉(zhuǎn)矩Tmax。n0=60f/p=3000/2 =1500r/min，所以： ①額定轉(zhuǎn)差率sN為：sN=(n0n)/n0=(15001440)/1500= ②額定電流IN為：IN=PN/(UNhcosj)=5500/(380)=(A) ③額定轉(zhuǎn)矩TN為：TN=PN/nN=5500/1440=(Nm) ⑥最大轉(zhuǎn)矩Tmax為：Tmax=lTN==(Nm， 【說明】：⑴由于題目看，該電機(jī)應(yīng)該是起重用電機(jī)（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，～）；⑵本題可能是作者筆誤或印刷錯(cuò)誤。因此，題