电机学期末复习.doc

8四川大学水电学院热能与动力工程专业电机学期末复习3-2. 为什么将变压器的磁通分成主磁通和漏磁通？它们之间有哪些主要区别？答：在变压器中，当一次绕组加交流电源时，将产生交变磁通，根据此磁通所通过的路径不同，将其分成主磁通和漏磁通，以便于分别考虑它们各自的特性，从而把非线性问题和线性问题分别进行处理。主磁通和漏磁通的主要区别有：（1）在路径上，主磁通经过铁心磁路闭合，而漏磁通经过非铁磁物质磁路闭合；（2）在数量上，主磁通约占总磁通的99%以上，而漏磁通却不足1%；（3）在性质上，主磁通磁路会出现饱和，使磁通和产生它的励磁电流呈非线性关系，而漏磁通磁路不会饱和，磁通与励磁电流呈线性关系；（4）在作用上，主磁通同时交链一、二次绕组，在一、二次绕组均感应电动势，当在二次绕组接上负载就有电能输出，起传递能量的作用；而漏磁通仅在本绕组感应电动势，只起了漏抗压降的作用。3-7.变压器空载运行时，一次绕组加额定电压，一次绕组电阻很小，为什么空载电流不大？如果给一次绕组加相同大小的直流电压，此时一次绕组电流如何变化?若二次绕组短路对一次电流大小有无影响？答：变压器空载运行时，一次绕组加额定电压，一次绕组将有交流电流流过，产生交变磁通，交变磁通在一次绕组产生感应电动势，根据电动势平衡方程： 可知，尽管很小，但由于励磁阻抗很大，所以空载电流不大。如果变压器接直流电源，由于产生的磁通恒定不变，将不在绕组中感应电动势，即，因此全部电压降在电阻上，即有，因为很小，所以一次绕组将有很大的直流电流，可能烧坏变压器。 当二次绕组短路时，对一次电流的大小会有影响，会使一次电流增大。3-15.变压器负载运行时，引起二次电压变化的原因是什么？答：变压器带上负载后，由于绕组存在电阻和漏抗，负载电流在变压器内部产生漏阻抗压降，使二次电压发生变化。3-21.有一台单相变压器其参数如下在额定电压下铁耗空载电流 假设（1）各参数的标幺值，并绘出T形和形等效电路；（2）假设二次电压和电流均保持为额定值且功率因素（滞后）时，求一次电流、功率因素（用形等效电路解）。解：（1）一、二次阻抗分别为：则变压器参数的标幺值分别为：变压器的T形等效电路如图a所示。变压器的形等效电路如图b所示。（2）设，则所以 则一次电流标幺值一次电流4-9.变压器并联运行的条件是什么？如果不满足这些条件，将产生什么后果？答：并联运行条件：（1）各变压器额定电压相等，即各变压器电压比相等；（2）各变压器联结组标号相同；（3）各变压器的短路阻抗标幺值相等。若不满足条件，所产生的后果：（1）若各变压器电压比不等，将会在并联变压器之间产生环流；（2）若各变压器联结组标号不同，会使并联变压器之间有很大的环流，损坏变压器；（3）若各变压器短路阻抗标幺值不等，而电压比和联结组标号相等，则并联变压器之间不会有环流，但各并联变压器的负载分担不合理，短路阻抗标幺值小的变压器负载率大。5-1.什么是对称分量法？它的使用条件是什么？答：对称分量法：把一组不对称的三相系统分解为正序、负序和零序3组对称分量，3组对称分量的叠加等于原来那组不对称分量。 它的使用条件：利用对称分量法求解不对称问题的实质是把一组不对称问题的运算分解为3组对称量的运算，是一种线性变换，所以只能用于线性系统。5-2.变压器的正序、负序和零序阻抗是否相等？如果不相等，分别是多少？答：不全相等。三相变压器正序阻抗和负序阻抗相等，都等于短路阻抗，即。零序阻抗与磁路系统和绕组连接方式有关。6-5.电压互感器运行时为什么不允许二次绕组短路？电流互感器运行时为什么不允许二次绕组开路？答：电压互感器二次绕组如果短路，由于一次电压为线路电压不变，将造成一、二次电流急剧增加，引起绕组发热甚至烧坏绝缘，导致一次绕组的高压串入二次绕组低压回路，危及人身及设备安全。 如果二次绕组开路，由于其一次电流不变，二次电流为零，全部一次电流为励磁电流，造成铁心严重饱和，引起铁耗大大增加，铁心过热；同时，在二次绕组感应很高的过电压，危及设备和操作人员的人身安全。6-6.为了保证互感器的测量精度，在设计和制造时，主要应采取哪些措施？使用时有哪些注意事项？为什么？答：（1）电压互感器在设计和制造时，应减小励磁电流和一、二次绕组的漏阻抗。为此，铁心采用导磁性能好，铁耗小的硅钢片，并使铁心工作磁通密度选择低一些，使磁路处于不饱和状态。铁心加工时，尽可能减小磁路中铁心叠片接缝处的气隙，使励磁电流减小。此外，还可以增大绕组导线截面积，改进线圈结构和绝缘，尽量减小绕组漏阻抗。电压互感器使用时，一定要注意：(a) 电压互感器二次绕组绝对不允许短路；(b) 电压互感器的二次绕组和铁心必须可靠接地；(c) 二次绕组不能并联过多的仪表，以免影响互感器测量精度。（2）电流互感器在设计和制造时，其铁心一般采用磁导率高的冷轧（zh）硅钢片制成，磁通密度控制在较电压互感器更低的水平，而互感器绕组的结构设计也要尽可能减小电阻和漏抗。 电流互感器使用时，一定要注意：(a) 电流互感器二次绕组绝不允许开路；(b) 电流互感器铁心和二次绕组需可靠接地；(c) 二次绕组不宜接过多负载，以免影响测量精度。8-6.什么叫异步电动机的转差率？如何根据转差率的不同来区别电动机的各种不同运行状态？3种运行状态下电动机机械功率的流向分别是怎样的？答：异步电动机转差率是指旋转磁场转速与转子转速之间的转速差与旋转磁场转速的比率，即。当时，为发电机运行状态，此时，电动机向电网输送出有功功率，将原动机的机械能通过电磁耦合磁场转变为电能； 当时，为电动机运行状态，此时，电动机从电源吸收电能转变为轴上的机械能；当时，为电磁制动运行状态，此时，电动机从电网吸收电功率，同时转子从外部吸收机械功率，两者都转变为转子内部电阻上的损耗。例9-1. 有一台4极异步电动机，接到50Hz电源上，转差率，求：（1）转子电流的频率；（2）转子磁动势相对于转子的转速；（3）转子磁动势在空间的转速。解：（1）转子电流的频率为 （2）转子磁动势相对于转子的转速为 （3）转子的转速为 转子磁动势在空间的转速为 即为同步转速。例9-2. 一台在频率50Hz下运行的4极异步电动机，额定转速，转子电路的参数，电动势变比，当时，求：（1）电动机起动时，转子绕组每相的、及转子频率；（2）额定转速下转子绕组每相的、及转子频率。解：（1）起动瞬间，转子不动，。转子绕组电动势 转子绕组电流 转子侧功率因数 （2）4极异步电动机同步转速 ，所以： 额定转差率 额定转速时转子绕组电动势 转子绕组电流 转子侧功率因数 转子频率 计算结果表明，与转子起动状态比较，额定状态下运行的异步电动机，转差率较小，转子频率较低，转子电流较小，功率因数较高，具有较好的运行性能。例9-3.一台三相笼型异步电动机，额定功率，额定电压，额定转速，定子绕组接成星形。已知电动机参数如下：，；，。电动机运行时，机械损耗，求:电动机额定转速运行时的定子电流、转子电流、功率因素、输入功率及输出功率和效率。解：电动机额定转差率为定子绕组接成星形，则定子侧相电压为以为参考相量，则。定子绕组漏抗转子绕组漏抗励磁绕组励磁阻抗根据异步电动机T形等效电路，可知定子电流转子电流功率因素输入功率总机械功率电动机输出机械功率电动机效率9-5.电源频率一定，转子转速发生变化，转子电流产生的基波磁场在空间的转速有无变化？为什么？答：无变化。转子转速为，转子电流产生的基波旋转磁场相对于转子的速度为，转子电流产生的基波旋转磁场在空间的转速，可见转子电流产生的基波旋转磁场在空间的转速只与电源频率和极对数有关，与转速无关。9-9. 异步电动机等效电路中的物理意义是什么？能否不用电阻，而用电容或电感代替？答：代表与总机械功率相对应的电阻，消耗在此电阻上的功率代表总机械功率。机械功率为有功功率，模拟的电路元件应为有功元件，电容、电感均为无功元件，所以不能代替。10-2.异步电动机转子电阻或电抗增加对其起动电流、起动转矩、最大转矩、功率因素等有何影响？答：当电源电压和频率一定时，最大转矩近似与电阻无关，越大，起动电流越小、起动转矩越大，功率因素越高。当电源电压和频率一定时，最大转矩近似与电抗成反比，电抗越大，起动电流和起动转矩越小，功率因素越低。 10-6.三相异步电动机能否拖动超过额定电磁转矩的机械负载？能否在最大转矩下长期运行？为什么？ 答：三相异步电动机具有一定的过载能力，所以能够拖动超过额定电磁转矩的机械负载。三相异步电动机不可能在最大转矩下长期运行，因为此时电流过大，温升会超过允许值，有可能烧毁电机，同时在最大转矩处运行转速也不稳定。例15-1. 有一台PN=25000kW，UN=10.5kV，星形联结，cosjN=0.8（滞后）的汽轮发电机，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电势及与的夹角。解： 得 例15-2. 有一台，,星形联结，（滞后）的水轮发电机，试求在额定负载下励磁电势及与的夹角。解：因，所以。以为参考相量，即设，则可知令，则又，则故答：在额定负载下励磁电动势为，与的夹角为。15-1.同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？答：空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是转子绕组中直流电流激励的。负载以后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励的。15-2.同步发电机电枢反应性质由什么决定？答：电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向，在空间上始终保持相对静止的关系，但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电动势和电枢电流之间的相位差，即角度有关，角决定于负载的性质。当与同相时，电枢反应为交轴电枢反应，交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。当滞后时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质是完全去磁的。当超前时，也为直轴电枢反应，其性质是完全助磁的。一般情况下，此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。16-1.为什么同步发电机的短路特性为一直线，设，且当短路电流时，已等于额定电压，此时的短路特性仍为直线吗？为什么？答：因为短路时，短路电流仅受电机本身阻抗的限制，由于电阻比电抗小得多，短路电流可认为纯电感电流，电枢反应为纯去磁作用，此时的气隙合成磁动势很小，处于不饱和状态，磁路不饱和时：，而，即，所以短路特性为一直线。 当短路电流，此时等于额定电压，此时的短路特性仍为直线，因为短路时，电枢反应为纯去磁作用，气隙合成磁动势，越大，也大且仍去磁，仍很小，处于不饱和状态，所以仍为一直线。16-2.什么叫短路比？它与哪些量有关？为什么汽轮发电机的短路比可以比水轮发电机的短路比小？为什么说短路比过大电机制造成本会增加？答：空载电动势等于额定电压时的励磁电流称为空载额定励磁电流，在励磁电流为时做三相稳定短路试验测得的短路电流，与额定电流之比叫短路比，；短路比又可定义为空载时使空载电压为额定值的励磁电流与短路时使短路电流为额定值的励磁电流的比值。（不饱和值），即短路比与电机的饱和系数和直轴同步电抗不饱和值有关。水轮发电机经过升压变压器和很长的输电线与电网并联，发电机的最大电磁功率，输电线电抗较大，显然过载能力降低，对稳定运行不利，为了提高远距离输电的静态稳定，希望发电机有较小的，即要较大的短路比。短路比大，（不饱和值）小，气隙大，磁阻大，需要的励磁磁动势大，则增加，或增大，导体截面积增大，都使得用铜量增大，所以制造成本增加。16-6.同步发电机发生三相稳态短路时，它的短路电流为何不大？答：稳态短路时，由于同步电抗较大，因而其稳态短路电流并不大。17-2.功角的时间、空间物理意义是什么？答：功角从时间上看是励磁电动势与电压之间的夹角，从空间上看是转子磁极轴线与气隙磁极轴线的夹角。17-4.试分析V形曲线上的连线为什么随着负载有功功率的增加而向励磁电流增大的方向偏移？答：V形曲线上时，定子电流最小且与定子电压同相。，当为常数、时，根据电动势平衡方程式，所需的励磁电流增加，故的连线随着负载有功功率的增加而向励磁电流增大的方向偏移。17-8.什么是V形曲线？什么是正常励磁、过励磁和欠励磁？一般情况下发电机在什么状态下运行？答：V形曲线：与无穷大电网并联运行的同步发电机，在