電機學期末復習

1、 電機學期末復習3-2. 為什么將變壓器的磁通分成主磁通和漏磁通？它們之間有哪些主要區(qū)別？答：在變壓器中，當一次繞組加交流電源時，將產(chǎn)生交變磁通，根據(jù)此磁通所通過的路徑不同，將其分成主磁通和漏磁通，以便于分別考慮它們各自的特性，從而把非線性問題和線性問題分別進行處理。主磁通和漏磁通的主要區(qū)別有：（1）在路徑上，主磁通經(jīng)過鐵心磁路閉合，而漏磁通經(jīng)過非鐵磁物質(zhì)磁路閉合；（2）在數(shù)量上，主磁通約占總磁通的99%以上，而漏磁通卻不足1%；（3）在性質(zhì)上，主磁通磁路會出現(xiàn)飽和，使磁通和產(chǎn)生它的勵磁電流呈非線性關系，而漏磁通磁路不會飽和，磁通與勵磁電流呈線性關系；（4）在作用上，主磁通同時交鏈一、二次繞組

2、，在一、二次繞組均感應電動勢，當在二次繞組接上負載就有電能輸出，起傳遞能量的作用；而漏磁通僅在本繞組感應電動勢，只起了漏抗壓降的作用。3-7.變壓器空載運行時，一次繞組加額定電壓，一次繞組電阻很小，為什么空載電流不大？如果給一次繞組加一樣大小的直流電壓，此時一次繞組電流如何變化?若二次繞組短路對一次電流大小有無影響？答：變壓器空載運行時，一次繞組加額定電壓，一次繞組將有交流電流流過，產(chǎn)生交變磁通，交變磁通在一次繞組產(chǎn)生感應電動勢，根據(jù)電動勢平衡方程： 可知，盡管很小，但由于勵磁阻抗很大，所以空載電流不大。如果變壓器接直流電源，由于產(chǎn)生的磁通恒定不變，將不在繞組中感應電動勢，即，因此全部電壓降在

3、電阻上，即有，因為很小，所以一次繞組將有很大的直流電流，可能燒壞變壓器。 當二次繞組短路時，對一次電流的大小會有影響，會使一次電流增大。3-15.變壓器負載運行時，引起二次電壓變化的原因是什么？答：變壓器帶上負載后，由于繞組存在電阻和漏抗，負載電流在變壓器部產(chǎn)生漏阻抗壓降，使二次電壓發(fā)生變化。3-21.有一臺單相變壓器其參數(shù)如下在額定電壓下鐵耗空載電流 假設（1）各參數(shù)的標幺值，并繪出T形和形等效電路；（2）假設二次電壓和電流均保持為額定值且功率因素（滯后）時，求一次電流、功率因素（用形等效電路解）。解：（1）一、二次阻抗分別為：則變壓器參數(shù)的標幺值分別為：變壓器的T形等效電路如圖a所示。變壓

4、器的形等效電路如圖b所示。（2）設，則所以則一次電流標幺值一次電流4-9.變壓器并聯(lián)運行的條件是什么？如果不滿足這些條件，將產(chǎn)生什么后果？答：并聯(lián)運行條件：（1）各變壓器額定電壓相等，即各變壓器電壓比相等；（2）各變壓器聯(lián)結(jié)組標號一樣；（3）各變壓器的短路阻抗標幺值相等。若不滿足條件，所產(chǎn)生的后果：（1）若各變壓器電壓比不等，將會在并聯(lián)變壓器之間產(chǎn)生環(huán)流；（2）若各變壓器聯(lián)結(jié)組標號不同，會使并聯(lián)變壓器之間有很大的環(huán)流，損壞變壓器；（3）若各變壓器短路阻抗標幺值不等，而電壓比和聯(lián)結(jié)組標號相等，則并聯(lián)變壓器之間不會有環(huán)流，但各并聯(lián)變壓器的負載分擔不合理，短路阻抗標幺值小的變壓器負載率大。5-1.什

5、么是對稱分量法？它的使用條件是什么？答：對稱分量法：把一組不對稱的三相系統(tǒng)分解為正序、負序和零序3組對稱分量，3組對稱分量的疊加等于原來那組不對稱分量。 它的使用條件：利用對稱分量法求解不對稱問題的實質(zhì)是把一組不對稱問題的運算分解為3組對稱量的運算，是一種線性變換，所以只能用于線性系統(tǒng)。5-2.變壓器的正序、負序和零序阻抗是否相等？如果不相等，分別是多少？答：不全相等。三相變壓器正序阻抗和負序阻抗相等，都等于短路阻抗，即。零序阻抗與磁路系統(tǒng)和繞組連接方式有關。6-5.電壓互感器運行時為什么不允許二次繞組短路？電流互感器運行時為什么不允許二次繞組開路？答：電壓互感器二次繞組如果短路，由于一次電壓

6、為線路電壓不變，將造成一、二次電流急劇增加，引起繞組發(fā)熱甚至燒壞絕緣，導致一次繞組的高壓串入二次繞組低壓回路，危與人身與設備安全。 如果二次繞組開路，由于其一次電流不變，二次電流為零，全部一次電流為勵磁電流，造成鐵心嚴重飽和，引起鐵耗大大增加，鐵心過熱；同時，在二次繞組感應很高的過電壓，危與設備和操作人員的人身安全。6-6.為了保證互感器的測量精度，在設計和制造時，主要應采取哪些措施？使用時有哪些注意事項？為什么？答：（1）電壓互感器在設計和制造時，應減小勵磁電流和一、二次繞組的漏阻抗。為此，鐵心采用導磁性能好，鐵耗小的硅鋼片，并使鐵心工作磁通密度選擇低一些，使磁路處于不飽和狀態(tài)。鐵心加工時，

7、盡可能減小磁路中鐵心疊片接縫處的氣隙，使勵磁電流減小。此外，還可以增大繞組導線截面積，改進線圈結(jié)構(gòu)和絕緣，盡量減小繞組漏阻抗。電壓互感器使用時，一定要注意：(a) 電壓互感器二次繞組絕對不允許短路；(b) 電壓互感器的二次繞組和鐵心必須可靠接地；(c) 二次繞組不能并聯(lián)過多的儀表，以免影響互感器測量精度。（2）電流互感器在設計和制造時，其鐵心一般采用磁導率高的冷軋（zhà）硅鋼片制成，磁通密度控制在較電壓互感器更低的水平，而互感器繞組的結(jié)構(gòu)設計也要盡可能減小電阻和漏抗。 電流互感器使用時，一定要注意：(a) 電流互感器二次繞組絕不允許開路；(b) 電流互感器鐵心和二次繞組需可靠接地；

8、(c) 二次繞組不宜接過多負載，以免影響測量精度。8-6.什么叫異步電動機的轉(zhuǎn)差率？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的不同來區(qū)別電動機的各種不同運行狀態(tài)？3種運行狀態(tài)下電動機機械功率的流向分別是怎樣的？答：異步電動機轉(zhuǎn)差率是指旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的比率，即。當時，為發(fā)電機運行狀態(tài)，此時，電動機向電網(wǎng)輸送出有功功率，將原動機的機械能通過電磁耦合磁場轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?當時，為電動機運行狀態(tài)，此時，電動機從電源吸收電能轉(zhuǎn)變?yōu)檩S上的機械能；當時，為電磁制動運行狀態(tài)，此時，電動機從電網(wǎng)吸收電功率，同時轉(zhuǎn)子從外部吸收機械功率，兩者都轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子部電阻上的損耗。例9-1.有一臺4極異步電動機，接到50H

9、z電源上，轉(zhuǎn)差率，求：（1）轉(zhuǎn)子電流的頻率；（2）轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；（3）轉(zhuǎn)子磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速。解：（1）轉(zhuǎn)子電流的頻率為（2）轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 （3）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速為即為同步轉(zhuǎn)速。例9-2.一臺在頻率50Hz下運行的4極異步電動機，額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電路的參數(shù)，電動勢變比，當時，求：（1）電動機起動時，轉(zhuǎn)子繞組每相的、與轉(zhuǎn)子頻率；（2）額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子繞組每相的、與轉(zhuǎn)子頻率。解：（1）起動瞬間，轉(zhuǎn)子不動，。轉(zhuǎn)子繞組電動勢轉(zhuǎn)子繞組電流 轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù)（2）4極異步電動機同步轉(zhuǎn)速，所以：額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子繞組電動勢轉(zhuǎn)子繞組電流轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù)轉(zhuǎn)子頻率 計

10、算結(jié)果表明，與轉(zhuǎn)子起動狀態(tài)比較，額定狀態(tài)下運行的異步電動機，轉(zhuǎn)差率較小，轉(zhuǎn)子頻率較低，轉(zhuǎn)子電流較小，功率因數(shù)較高，具有較好的運行性能。例9-3.一臺三相籠型異步電動機，額定功率，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，定子繞組接成星形。已知電動機參數(shù)如下：，；，。電動機運行時，機械損耗，求:電動機額定轉(zhuǎn)速運行時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、功率因素、輸入功率與輸出功率和效率。解：電動機額定轉(zhuǎn)差率為定子繞組接成星形，則定子側(cè)相電壓為以為參考相量，則。定子繞組漏抗轉(zhuǎn)子繞組漏抗勵磁繞組勵磁阻抗根據(jù)異步電動機T形等效電路，可知定子電流轉(zhuǎn)子電流功率因素輸入功率總機械功率電動機輸出機械功率電動機效率9-5.電源頻率一定，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生

11、變化，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波磁場在空間的轉(zhuǎn)速有無變化？為什么？答：無變化。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的速度為，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場在空間的轉(zhuǎn)速，可見轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場在空間的轉(zhuǎn)速只與電源頻率和極對數(shù)有關，與轉(zhuǎn)速無關。9-9. 異步電動機等效電路中的物理意義是什么？能否不用電阻，而用電容或電感代替？答：代表與總機械功率相對應的電阻，消耗在此電阻上的功率代表總機械功率。機械功率為有功功率，模擬的電路元件應為有功元件，電容、電感均為無功元件，所以不能代替。10-2.異步電動機轉(zhuǎn)子電阻或電抗增加對其起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因素等有何影響？答：當電源電壓和頻率一

12、定時，最大轉(zhuǎn)矩近似與電阻無關，越大，起動電流越小、起動轉(zhuǎn)矩越大，功率因素越高。當電源電壓和頻率一定時，最大轉(zhuǎn)矩近似與電抗成反比，電抗越大，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩越小，功率因素越低。10-6.三相異步電動機能否拖動超過額定電磁轉(zhuǎn)矩的機械負載？能否在最大轉(zhuǎn)矩下長期運行？為什么？ 答：三相異步電動機具有一定的過載能力，所以能夠拖動超過額定電磁轉(zhuǎn)矩的機械負載。三相異步電動機不可能在最大轉(zhuǎn)矩下長期運行，因為此時電流過大，溫升會超過允許值，有可能燒毀電機，同時在最大轉(zhuǎn)矩處運行轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定。例15-1.有一臺PN=25000kW，UN=10.5kV，星形聯(lián)結(jié)，cosjN=0.8（滯后）的汽輪發(fā)電機，電樞電阻略去

13、不計。試求額定負載下勵磁電勢與與的夾角。解：得例15-2. 有一臺，,星形聯(lián)結(jié)，（滯后）的水輪發(fā)電機，試求在額定負載下勵磁電勢與與的夾角。解：因，所以。以為參考相量，即設，則可知令，則又，則故答：在額定負載下勵磁電動勢為，與的夾角為。15-1.同步電機的氣隙磁場，在空載時是如何激勵的？在負載時是如何激勵的？答：空載時，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是轉(zhuǎn)子繞組中直流電流激勵的。負載以后，定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其基波以同步速度旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子相對靜止。氣隙磁場是由轉(zhuǎn)子繞組中直流電流和定子繞組中三相交流電流共同激勵的。15-2.同步發(fā)電機電樞反應性質(zhì)由什么決定？答：電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢同轉(zhuǎn)速

14、、同轉(zhuǎn)向，在空間上始終保持相對靜止的關系，但電樞反應的性質(zhì)取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置，而這一位置與勵磁電動勢和電樞電流之間的相位差，即角度有關，角決定于負載的性質(zhì)。當與同相時，電樞反應為交軸電樞反應，交軸電樞反應使氣隙合成磁場幅值增加，而其軸線從主極軸線逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角。當滯后時，電樞反應為直軸電樞反應，其性質(zhì)是完全去磁的。當超前時，也為直軸電樞反應，其性質(zhì)是完全助磁的。一般情況下，此時的電樞反應兼有直軸去磁作用和交磁作用。16-1.為什么同步發(fā)電機的短路特性為一直線，設，且當短路電流時，已等于額定電壓，此時的短路特性仍為直線嗎？為什么？答：因為短路時，短路電流僅受電機本身阻抗的限

15、制，由于電阻比電抗小得多，短路電流可認為純電感電流，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，此時的氣隙合成磁動勢很小，處于不飽和狀態(tài)，磁路不飽和時：，而，即，所以短路特性為一直線。 當短路電流，此時等于額定電壓，此時的短路特性仍為直線，因為短路時，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，氣隙合成磁動勢，越大，也大且仍去磁，仍很小，處于不飽和狀態(tài)，所以仍為一直線。16-2.什么叫短路比？它與哪些量有關？為什么汽輪發(fā)電機的短路比可以比水輪發(fā)電機的短路比??？為什么說短路比過大電機制造成本會增加？答：空載電動勢等于額定電壓時的勵磁電流稱為空載額定勵磁電流，在勵磁電流為時做三相穩(wěn)定短路試驗測得的短路電流，與額定電流之比叫短路比，；短路比又

16、可定義為空載時使空載電壓為額定值的勵磁電流與短路時使短路電流為額定值的勵磁電流的比值。（不飽和值），即短路比與電機的飽和系數(shù)和直軸同步電抗不飽和值有關。水輪發(fā)電機經(jīng)過升壓變壓器和很長的輸電線與電網(wǎng)并聯(lián)，發(fā)電機的最大電磁功率，輸電線電抗較大，顯然過載能力降低，對穩(wěn)定運行不利，為了提高遠距離輸電的靜態(tài)穩(wěn)定，希望發(fā)電機有較小的，即要較大的短路比。短路比大，（不飽和值）小，氣隙大，磁阻大，需要的勵磁磁動勢大，則增加，或增大，導體截面積增大，都使得用銅量增大，所以制造成本增加。16-6.同步發(fā)電機發(fā)生三相穩(wěn)態(tài)短路時，它的短路電流為何不大？答：穩(wěn)態(tài)短路時，由于同步電抗較大，因而其穩(wěn)態(tài)短路電流并不大。17-2.功角的時間、空間物理意義是什么？答：功角從時間上看是勵磁電動勢與電壓之間的夾角，從空間上看是轉(zhuǎn)子磁極軸線與氣隙磁極軸線的夾角。17-4.試分析V形曲線上的連線為什么隨著負載有功功率的增加而向勵磁電流增大的方向偏移？答：V形曲線上時，定子電流最小且與定子電壓同相。，當為常數(shù)、時，根據(jù)電動勢平衡方程式，所需的勵磁電流增加，故的連線隨著負載有功功率的增加而向勵磁電流增大的方向偏移。17-8.什么是V形曲線？什么是正常勵磁、過勵磁和欠勵磁？一般情況下發(fā)電機在什么狀態(tài)下運行？答：V形曲線：與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)