发布时间 : 星期二 文章《船舶电气》 课后习题参考答案更新完毕开始阅读0cc58378bb68a98271fefaa9
答：如果转子突然卡住，转子感应电动势将突然增大，致使转子电流突然增大，产生较大的电流冲击和机械力矩的冲击。而根据磁势平衡关系知，转子电流增大定子电流也将增加，电机定、转子绕组的铜损耗增加，时间稍长绕组将过热，若保护装置不动作则可能烧毁绕组。
3-8、在分析异步电动机时，转子边要进行哪些折算？为什么要进行这些折算？折算的条件是
什么？
答：?有：①频率折算，②绕组折算。 ?折算的目的是：①由于转子电路的电灵频率随转子转速（或电机的转差率）变化而变化，难于直接进行电气分析。因此需要进行频率折算，将转子电量的频率折算成与定子电量频率一致的等效电量，以便进行电气分析。即用一个静止不动的绕组代替实际转动的转子绕组，而且两个绕组对磁路的影响必须一样。②通过频率折算后的转子绕组与变压器的情况相同，但频率折算后的静止绕组的匝数与定子绕组匝数不一样，仍然不能进行直接的电气分析，因此还必须象变压器一样进行绕组折算，用一个匝数相同的等效绕组代替频率折算后的静止绕组，从而消除磁路分析的麻烦得到与变压器相似的等效电路。
?进行频率折算和绕组折算的条件是：折算前后等效绕组与实际绕组的①磁势一样，②产生的电磁功率和损耗一样。
1?s3-9、异步电动机的等效电路与变压器的等效电路有无差别？等效电路中的r2′代表什么？
s能否用电感或电容代替？为什么？
答：①首先，两种等效电路是有相似的地方的。两者相同点主要是：形式一样；变压器的原边和三相异步电动机定子边都采用每相参数的实际值，而变压器的副边和异步电动机转子都采用折合值。
②但是，两者却有如下突出的不同点：变压器中折合只是绕组匝数折合，而异步电动机除了绕组匝数折合外，还有频率、相数折合。变压器负载运行时，变压器的负载阻抗只需要乘以变比的平方，便可以用等效电路计算，变压器的输出的电功率的性质及功率因素完全取决于负载的性质，可以是电阻性、电感性或电容性的。而三相异步电动机运行时，实际输出机械功率，但在等效电路上用一个等效电阻表示，其上消耗（电功率）代表了电动机输出的机械功率。也就是说，机械功率的大小与电动机转差率有关，性质也是电阻上的 有功功率，不可能有电感性或者电容性的。转子电路中是机械功率的等效电阻。
3-10、异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？试说明其原
因。如果电源电压下降20%，对异步电动机的最大转矩、起动转矩、功率因数等各有何影响？
答：?异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，将使定、转子电流都将增大较多，电机的铜损耗增加较多，可能使电机出现过热现象，从而加速绕组绝缘的老化，甚至烧毁。这是因为异步电动机产生的电磁转矩与电源电压的平方成正比，电压下降电机产生的电磁转矩减小，在额定负载小运行时转子转速将明显下降，转差率将增加较多。从转子电流计算公式看，转子电流增大较多，同时引起定子电流有较大的增加。
?由于异步电动机的最大转矩和起动转矩都与电源电压的平方成正比，电源电压下降20%，即电源电压为原来的0.8，因此异步电动机的最大转矩和起动转矩都为额定电压时的0.64，即下降了36%。
?根据前面的分析，电压下降，转差率增加，转子回路的等效电阻r′2/s减小，转子电路的功率因数cos?2=(r′2/s)/[x′22+(r′2/s)2]将减小。而带额定负载时定子电流主要成分是转子电流分量，励磁电流分量所占的比例较小，cos?2减小则定子电路的功率因数cos?1也将比额定电压时对应的数值有所减小。
3-11、漏抗大小对异步电动机的运行性能，包括起动电流、起动转矩、最大转矩、转子电路
的功率因数等有何影响？
答：漏抗大小对异步电动机的运行性能有影响，具体表现为：由于等效电路可知，漏抗增大，起动电流减小；由于转矩与功率因数表达式（式3-23、式3-21和式3-10）可知，起动转矩、最大转矩、转子电路的功率因数都减小。
3-12、有些三相异步电动机有380/220V两种额定电压，定子绕组可以连接成星形，也可连接
成三角形。试问在什么情况下采用何种连接方法？
答：三相异步电动机有两种额定电压380/220V时，一般同时标注其连接形式为Y/△。因为对于已经出厂的异步电动机，其磁路的磁通与相绕组感应的电动势基本确定，也就是说定子一相绕组的耐压已经确定。但三相绕组采用Y或△连接形式，电机线间电势有不同的数值。因此，当三相异步电动机标出的额定电压380/220V时，说明其定子一相绕组的额定电压为220V。当异步电动机定子三相绕组采用Y连接时，其额定电压为380V；当异步电动机定子三相绕组采用△连接时，其额定电压为220V。
3-13、三相异步电动机在满载和空载下起动时，起动电流和起动转矩是否一样？
答：三相异步电动机的机械特性与其所带负载没有任何关系，因此在满载和空载下起动时，其起动电流和起动转矩都是一样的。这可从异步电动机的电流和起动转矩计算公式得到验证。若忽略励磁电流，起动电流可由P.40页式3-9进行计算（令s=1）；起动转矩则可由P.44页式3-23或P.43页式3-18进行计算（令s=1）。而式3-9、式3-18和式3-23都与其所带负载的大小没有任何关系。
3-14、如果电动机的三角形连接误接成星形连接，或者星形连接误接成三角形连接，其后果
将如何？
答：①如果电动机的三角形连接误接成星形，则定子每相绕组的端电压下降为原来的1/3，主磁通将大大减小，若要使流过电动机绕组不超过额定电流，由于式3-12可知，应该减小电动机所带的负载转矩。否则当接额定负载运行时，绕组中电流将增加，超过额定值，致使保护器件动作或者烧毁绕组（因为T减小，转速将下降，转差率s将增加，由式3-9可知，I2将增大；由式3-12可知，Φ↓只有I2↑才能使T保持额定值与额定负载转矩平衡）。 ②如果电动机的星形连接被误接为三角形，则定子每相绕组的端电压将为原额定电压的3倍，为了感应电动势与电源电压平衡，要求主磁通也要增加到为原来的3倍，磁路将严重饱和，励磁电流大大增加，也会致使保护器件动作或者烧毁绕组。
3-16、单相分相式电动机如何改变其旋转方向？罩极式电动机的旋转方向能否改变？
答：改变单相分相式电动机旋转方向，可单独改变其任意一个绕组的接线（即，将其两根引线脱开对调一下再接上。注：若同时改变其两个绕组的接线则电动机旋转方向将不会改变）。这是因为，单独改变其任意一个绕组的接线时，流过该绕组电流方向变反，两个绕组流过的电流相位关系发生变化（原来电流相位比另一绕组电流超前的绕组，单独改变任意一个绕组的接线后，该绕组电流相位变成滞后流过另一绕组的电流），而单相分相式电动机两个绕组产生的旋转磁场的转向总是从电流相位超前的绕组向电流相位滞后的绕组转动。电流相位关系发生变化，电动机产生的旋转磁场旋转方向就与原来的旋转方向相反，电动机的转向也就与原来的转向相反，即单相分相式电动机的旋转方向得到改变。
3-18、三相鼠笼式异步电动机在额定状态附近运行，当(1)负载增大、(2)电压升高、(3)频率
升高时，其转速和定子电流分别有何变化？
答：?根据三相异步电动机的固有机械特性、调压人工机械特性和调频人工机械特性，可以知道：①当负载增大时，三相异步电动机的转速有所下降；②当电压升高时，三相异步电动机的转速有所上升；③当频率升高时，三相异步电动机的转速也有所上升。（【注】：调频人工机械特性可以由于P.36页式3-1的理想空载转速或磁场的同步转速表达式推知：当f↑，n0也↑，整个机械特性向上平移；当f↓，n0也↓，整个机械特性向下平移。）
?由三相异步电动机的相量图及磁势平衡方程式可知，定子电流等于转子电流与励磁电流的相量和，要分析定子电流可以先分析转子电流的情况。由异步电动机的机械特性及P.40页式3-9的转子电流表达式可知：①由于负载增大时，异步电动机的转速略有下降，转差率增大，转子电流增大。而电源电压不变则主磁通不变，励磁电流不变。因此，当电压升高时，三相异步电动机的定子电流增大；②由于电压升高时，异步电动机的励磁电流增大，且转子电流由于电动势E20的增大也相应增大。因此，当电压升高时，三相异步电动机的定子电流增大；③由于电源电压不变，定、转子绕组感应电动势也基本不变，当频率升高时，由4.44公式可知，主磁通减小，励磁电流减小。又由于频率升高时转子漏抗X20=2?fL20增大，E20基本不变，则转子电流减小。因此，当频率升高时，三相异步电动机的定子电流减小。
第4章 同步电机
4-1、同步发电机的转速为什么必须是常数？频率为50Hz的柴油发电机应该为多少极？ 答：同步发电机输出的交流电的频率f与转子转速n存在如下关系：n=60f/p。对于某一同步发电机，由于其极对数p在电枢绕组绕制时已经确定。因此为了保持发电机输出电压的频率一定，发电机的转速n就是必须是常数。
柴油发电机组的柴油机，一般属于中、低速柴油机。根据公式n=60f/p，若柴油机的转速n为750r/min时，发电机的极对数p为4；当n为600r/min时，发电机的极对数p为5；当n为500r/min时，发电机的极对数p为6；当n为428.6r/min时，发电机的极对数p为7；当n为375r/min时，发电机的极对数p为8；当n为333r/min时，发电机的极对数p为9；当n为300r/min时，发电机的极对数p为10。
4-2、同步电机和异步电机在结构上有哪些不同之处？
答：常用的旋转磁极式同步电机与异步电动机的定子基本结构完全相同，转子结构却区别较大。同步电机转子有隐极式和凸极式两种，转子励磁绕组通过电刷和滑环加直流电流励磁；异步电动机转子有鼠笼式和绕线式两种，自成回路的转子导体感应电势产生电流。
4-3、隐极式和凸极式同步发电机各有什么特点，各适用于哪些场合？
答：一般隐极式转子极对数少，结构细长，能够承受较大的离心力。在磁路上的特点是其气隙均匀。常适用于高速运行同步电机，如气轮发电机和高速柴油机。
凸极式转子有凸出的磁极，磁极的极性沿着转子圆周按N、S相间的规律分布，磁极对数多、转子的外径大，产生的离心力大。在磁路上特点是气隙不均匀，对着极弧（直轴方向）气隙小，极间（交轴方向）气隙大，也就是在磁极轴线位置（直轴）的磁路磁阻小，而在两磁极中间位置（交轴）的磁路磁阻最大。一般适用于中、低速运行。如船舶柴油发电机、水轮发电机。
4-4、同步发电机在三相对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的旋转磁场是否与励磁绕组交
链？它会在励磁绕组中感应电动势吗？
答：同步发电机电枢电流产生的磁场是与励磁绕组交链的。由于发电机稳定运行时，两
个磁场的转速相同，虽然电枢磁场与励磁绕组交链，但交链的磁通不变化，所以不会在励磁绕组产生感应电动势。
4-5、同步发电机在对称负载下运行时，气隙磁场由哪些磁势建立，它们各有什么特点？ 答：转子直流励磁磁动势（机械旋转磁场磁动势）和电枢磁动势（电气旋转磁场磁动势），两个磁动势在气隙中叠加，形成新的气隙磁动势（合成磁动势）。
励磁磁动势是由直流励磁电流产生的，与转子没有任何相对运动，其磁通路径与磁极的轴线重合，主要是铁磁材料构成，磁路的磁阻相对较小。
电枢磁动势是由发电机负载后电枢绕组的交流电流产生的，虽然稳定运行时与转子也没有相对运动，但一般磁通路径不能保证与磁极的轴线重合，即存在一定的夹角。而且随着负载性质的不同，这个夹角也会发生变化。因此，分析电枢磁动势的作用时，不能简单地以其磁路参数进行分析，而应该将其分解成直轴和交轴两个方向上的磁通分量，然后再分别进行分析。
4-6、什么是同步发电机电枢反应？电枢反应的效应由什么决定？
答：同步发电机负载时，三相电枢绕组流过三相对称电流，产生电枢旋转磁场，使气隙合成磁场的大小和位置发生变化。电枢绕组产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。有了电枢反应，同步发电机气隙中的磁场就由转子磁场和电枢磁场共同产生。电枢反应的性质（交磁反应、直轴增磁反应或直轴去磁反应）与这两个磁场在空间的相对位置有关，也就是与负载电动势和电枢电流间的夹角（内功角）有关，其实质是与负载的性质有关。
4-7、功角?在时间上及空间上各表示什么含义？功角?改变时，有功功率如何改变？无功功率
会不会变化？为什么？
答：在时间上，功角是空载电势与电压之间的夹角；在空间上，功角是指主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角。
当电网电压U、频率f恒定（即，参数Xd, Xq为常数），励磁电流产生的空载电动势E0不变时，由同步电机的功角特性可知，在稳定运行区内，功角越大，输出的有功功率也将越大；功角减小，则输出的有功功率减小。有功功率与功角的章县成正比。
由于同步发电机输出的有功功率还可用公式P=3UIcos?表示，而若改变有功输出时保持励磁电流不变，则发电机的端电压不变，P改变则Icos?，Isin?和无功功率Q=3UIsin?也将同时改变。也就是说，功角?改变时有功功率将会改变，同时无功功率也将改变。
4-8、怎样使同步发电机从发电状态过渡到电动状态？其功角、电流、电磁转矩如何变化？ 答：当同步电机作为发电机运行时，电枢绕组流过的电流有功分量与转子励磁绕组之间将产生电磁转矩T，其大小可由功率与转矩的关系得到：T=PM/Ω=mE0Usinθ/(ΩXS)。若逐渐减小的原动机提供的机械转矩，则功角θ减小，发电机所产生的电磁转矩也减少。当θ减小到0时，原动机提供的机械转矩正好克服发电机维持转动所必须克服的摩擦转矩，发电机处于空载运行状态，输出电流的有功分量为0。若在此时将原动机与发电机脱开，在摩擦转矩的作用下功角θ将变成负值，同步电机输出的有功功率变成负值，即不但不输出有功功率，反而从电网输入有功电功率。也就是说同步电机从发电机变成了电动机，此时同步电机工作在电动机空载状态。工作在电动机状态的同步电机，从电网输入有功电功率，则电枢电流有功分量的方向变反。产生的电磁转矩的方向也变反。若在轴上带上机械负载，则同步电机可以拖动机械负载转动，成为同步电动机正常运行。
综上所述，要使同步发电机从发电状态过渡到电动状态，可以将其轴上的驱动转矩变成负载阻转矩，同步电机就能够自动从发电机状态过渡到电动机状态。处于电动机状态运行的同步电机，与处于发电机状态时相比较，功角变成负值，电流的有功分量方向和产生的电磁