《船舶电气设备及系统》郑华耀主编-课后习题参考答案

《船舶电气设备及系统》

郑华耀主编课后习题参照答案

第1章电与磁

1-1.铁磁材料具有哪三种性质？

答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。

1-2.为什么通电线圈套在铁心上，它所产生的磁通会明显增长？

答：通电线圈未套在铁心上时，其产生的磁通所通过口勺磁路重要是空气隙，磁阻很大，

因此磁通一般较小。当通电线圈套在铁心上时，磁通所通过的磁路有很大的一段是由铁磁材

料构成的I,磁路日勺磁阻明显下降，因此它所产生的磁通会明显增长。

1-3.铁磁材料在交变磁化时，为什么会产生磁滞和涡流损耗？直流电磁铁的铁心为什么是

由整块铸铁制成H勺？

答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定向外界提供一定的能量来克服磁滞

和剩磁日勺作用实现交变磁化，因此交变磁化时会产生磁滞损耗。交变磁化日勺磁通将在铁心中

感应电动势，而由于铁磁材料自身具有一定的导电能力，感应日勺电动势将在铁心中形成涡流

(以铁心中心轴线为圆心的同心环形电流)，涡流在导体上产生的损耗就是涡流损耗。②直

流电磁铁产生日勺磁通是大小和方向都恒定不变日勺直流磁通，直流磁通不会产生涡流损耗，因

比没有必要象交流电磁铁那样采用硅钢片制造，为了使制造工艺简化，直流电磁铁日勺铁心就

常常采用整块铸铁制成。

1-4.标出图1-23中通电导体A.B和C所受电磁力的方向。

答：参照书P.17页，根据左手定则，通电导体A所受电磁力的方向为从右往左；通电导

体B所受电磁力日勺方向为从左往右；通电导体C有两个导体，左下边日勺导体所受电磁力的方

向为从左往右，右上边导体所受电磁力H勺方向为从右往左，若两个导体是一种线圈的两个边,

则这个线圈将受到逆时针的电磁转矩。

1-5.应用右手定则，拟定图1-24中H'、J感应电动势方向或磁场方向(图中箭头表达导体运动方

向，(0表达感应大多数方向)。

答：(参照书P.17页)①在图(a)中磁场为左N右S,导体从上往下运动，根据右手定则

感应电动势的方向应当为由纸面指向外，即用。表达；②在图(b)中磁场为右N左S,导体从

下往上运动，根据右手定则感应电动势的方向应当为由纸面指向外，即也用。表达；③图(c)

感应电动势的方向为(，是由外指向纸面，运动方向从下往上运动，根据右手定则，作用两

边的磁场应当是左N右S；④图(d)中磁场为右N左S,感应电动势为。，是由纸面指向外，导

体运动方向应当是从下往上。

b6.什么是自感？如何拟定自感电动势的方向？在图1-25所示的电路中，绘出开

关SA闭合时自感电动势日勺方向和开关打开时自感电动势日勺方向。

答：所谓自感，有两层意思：一是指线圈口勺自感现象；二是指自感系数（反映线圈产生

自感电动势的能力，即自感系数L的数值）。

①当线圈通入变化的电流时，变化电流产生欧I磁通也是变化的，变化磁通在线圈自身感

应电动势的现象称为自感现象，即由于自身电流在自身感应电动势H勺现象，简称自感。②线

圈的匝数与磁路导磁能力不同步，虽然电流的大小和变化率相似，感应的自感电动势将是不

同时，反映线圈产生自感电动势能力日勺参数为自感系数L,简称自感。

在自感现象中感应的自感电动势方向与阻碍磁通变化H勺方向符合右手螺旋定则，即感电

动势总是力图阻碍磁通和电流变化的。根据右手螺旋定则，在图1-25所示的电路中，当SA

闭合时，线圈中日勺电流i将按图中所示方向增长，产生的磁通在从下往上日勺方向上增长，因

比自感电动势的方向是线圈的）上端为正，下端为负。当SA打开时，线圈中日勺电流i将按图中

所示方向减少，产生口勺磁通在从下往上的方向上减少，因此自感电动势的方向是线圈的上端

为负，下端为正。

1-7、交、直流接触器有什么不同点？（注：本题重要指交、直流接触器口勺电磁机构）

答：交、直流接触器日勺不同点基本上体目前交、直流电磁铁日勺不同点上，即，它们日勺电

磁机构H勺不同点上。交、直流接触器电磁机构H勺重要不同点有：①铁心构造不同，②线圈构

造不同，③工作原理方面存在差别。具体如下：

铁心构造方面日勺不同：交流电磁铁日勺铁心由钢片叠压而成，且一般有短路环；直流电磁

铁的铁心一般由整块铸铁制成，且不设短路环。交流电磁铁为了减少涡流损耗，铁心的应当

由片间涂有绝缘材料的硅钢片叠压而成。此外为了避免铁心中因磁通过零而浮现的吸力为零,

从而浮现衔铁振动现象，交流电磁铁的铁心一般设有短路环。而直流电磁铁由于稳定运营时

不会产生涡流损耗，为了简化工艺等，铁心一般由整块铸铁制成。直流电磁铁铁心产生日勺吸

力恒定不变，因此不需要设立短路环。

线圈构造方面日勺不同：交流电磁铁线圈是带骨架的“矮胖形”线圈，线径粗，匝数少；

直流电磁铁线圈是不带骨架日勺“细长形”线圈，线径细，匝数多。交流电磁铁工作时铁心会

产生磁滞损耗，线圈也会产生铜损耗，这些损耗都将转换成热量，为了增长线圈与铁心日勺散

热效果，交电磁铁日勺线圈一般做成“矮胖形”，绕制在专门日勺骨架上，与铁心之间形成一定

内间隙以利于它们各自的散热。直流电磁铁稳定工作时不会产生铁损耗，温度一般较线圈低,

因此，直流电磁铁日勺线圈一般直接绕在与铁心紧密贴在一起日勺绝缘材料上，这样，线圈产生

的热量容易通过铁心散发，为了增长散热效果，直流电磁铁H勺线圈则一般做成“细长形”，以

利于与铁心的接触面积。此外，交流电磁铁工作时感应电动势平衡电源电压，起限流作用，

为了使其有足够的吸力，线圈的I线阻应较小，因而线径较粗，匝数少。而直流电磁铁工作时

不感应电动势，为了限制通过线圈H勺电流，线圈的线阻应较大，因而线径较细，匝数多。

工作原理方面存在的差别：交流电磁铁是恒磁通型的，直流电磁铁是恒磁势型的。对于

交流电磁铁，只要电源电压和频率不变，由于U^E=4.44Nf①，其磁通基本不变，因此不管

衔铁与否吸合，电磁铁产牛H勺吸力基本保持不变。但是，衔铁吸合前，磁路H勺磁阻大，线圈

通过的电流大；衔铁吸合后磁路的磁阻小，线圈通过的电流小（由于磁势IN二磁阻义中，中

不变而磁阻大，I就大；磁阻小，I就小）。若工作时交流电磁铁日勺衔铁不能完全吸合，将很

容易使线圈因过热而损坏。对于直流电磁铁，要电源电压不变，流过线圈H勺电流只与线圈的

导线电阻有关。已经制好的线圈，电阻不变，线圈通过的电流也不变。因此，不管衔铁与否

畋合，电磁铁产生日勺磁势保持不变。但是，衔铁吸合前，磁路的磁阻大，磁势不变，则产生

内吸力小；衔铁吸合后磁路口勺磁阻小，磁势不变，则产生的吸力大。因此直流电磁铁的线圈

一般在衔铁吸合前通以较大的I电流以增长其吸力，衔铁吸合后则串入“经济电阻”限制电流,

提高线圈H勺工作寿命，且可避免衔铁由于剩磁而浮现不能释放。

1-8,交流接触器接到相似电压H勺直流电源上会浮现什么现象？

答：交流接触器因其线圈」二作时会感应电势，此电势正常_E作时起限流作用，为了使其

有足够口勺吸力，线圈口勺线阻应较小，因而线径较粗，匝数较少。若将其接到直流电路中，由

于不能感应出电势，在相似大小的电压下，将产生非常之大日勺电流（十几甚或几十倍于额定

电流），这将使接触器的线圈立即烧毁。

1-9、交流接触器为什么要用短路环？

答：简朴地说，交流接触器用短路环是为了避免衔铁H勺振动。交流接触器的线圈通过的

是交流电流，在铁心中产生日勺是交变磁通。在一种周期内，交流电流和交变磁通均有两个瞬

时值为零日勺“过零点”。在“过零点”瞬间，铁心产生日勺电磁吸力为零。而交流接触器的衔铁

是靠反力弹簧释放的，工作时衔铁是靠电磁吸力克服反力弹簧作用力而吸合日勺，因此若不采

用短路环，在“过零点”他铁就会浮现振动。短路环是用良导体焊接成的J,将铁心的一部分

套住。接触器工作时产生的交变磁通也通过被短路环套住的部分铁心，且在短路环中感应电

动势，产生电流。短路环中的电流也会产生磁通，并且，接触器线圈产生H勺磁通为零时（变

化率最大），短路环感应的电动势、产生口勺电流和磁通都达到最大，因此保证接触器线圈电

流“过零点”时铁心产生的磁通和吸力不围零，从而避免衔铁日勺振动。也就是说，交流接触

器铁心中H勺短路环是避免铁心两部分产生H勺磁通同步为零，从而避免衔铁的振动H勺。

1-10＞交流接触器为什么要用钢片叠成？

答：交流电磁铁工作时，线圈通入H勺是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通，交变磁

通会在铁心中产生涡流损耗。为了减少涡流损耗，铁心［I勺应当由片间涂有绝缘材料的硅钢片

叠压而成。

1-11.交流接触器铁心卡住为什么会烧毁线圈？（应当说是“衔铁卡住”较合适）

答：交流电磁铁是恒磁通型日勺，只要电源电压和频率不变，由于U^E=4.44Nf①，其磁

通基本不变，因此不管衔铁与否吸合，电磁铁产生日勺吸力基本保持不变。但是，衔铁吸合前,

磁路的磁阻大，线圈通过的电流大；衔铁吸合后磁路H勺磁阻小，线圈通过H勺电流小（由于磁

势IN二磁阻X0）,中不变而磁阻大，1就大；磁阻小，I就小）。若接触器工作时交流电磁铁

内衔铁卡住（即不能完全吸合），将使线圈始终保持较大的电流，产生的铜损耗增长，很容

易使线圈因过热而烧毁。

1-12.直流接触器铁心为什么是整块铸铁？为什么没有短路环？

答：直流接触器线圈通入H勺是直流电源，在铁心中产生日勺磁通是大小和方向都恒定不变

内直流磁通，直流磁通不会在铁心产生涡流损耗，因此没有必要象交流接触器铁心那样采用

桂钢片制造，为了使制造工艺简化，直流接触器口勺铁心就常常采用整块铸铁制成。由于铁心

中产生日勺磁通直流磁通，没有“过零点”，在工作时铁心产生日勺吸力始终保持恒定，因此没

有必要设立短路环来避免衔铁H勺振动。

第2章变压器

2T.变压器中主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？在分析变压器时是如何反映它

们的作用日勺？

答：主磁通：沿铁心闭合，同步与原、副边绕组交链，并在所交链的绕组中感应电动势。

它是实现能量转换的媒介，是变压器H勺工作磁通，占总磁通的绝大部分。无论空在还是运营，

只要变压器日勺端电压一定，主磁通都将不会变化，维持在一种恒定日勺值。在分析变压器时常

以励磁电抗Xni反映主磁通口勺作用。由于主磁通口勺磁路是非线性的，故Xm不是常数，随着铁

心饱和限度的I提高而减小。

漏磁通：重要沿非铁磁材料闭合，仅与原边绕组或者副边绕组交链，在所交链的绕组中

感应电动势，起漏抗压降的作用，在数量上远小于主磁通。由于漏磁通重要沿非铁磁物质闭

合，所经磁路是线性的，它与所交链绕组日勺电流成正比。在分析变压器时，以漏抗X。反映

漏磁通的作用。由于磁路基本上是线性的，故X。压基本上为常数。

主磁通由原边绕组和副边绕组磁通势共同产生，漏磁通仅由原边或副边绕组磁通势单独

产生。

2-2.感应电动势的量值与哪些因素有关？励磁阻抗Zm的物理意义如何？Xm口勺大小与哪

些因素有关？

答：①根据“4.44公式"（即E=4.44fN①m）,影响变压器绕组感应的电动势量值（即幅

值大小）的因素有：绕组的匝数、电源的频率和与绕组交链磁通的幅值。②励磁阻抗Zm的物

理意义是：阻抗的电阻部分用来反映变压器磁路损耗在一相电路中日勺等效，阻抗日勺电抗部分

则反映变压器在磁路中产生主磁通时，对电路相电流产生相位的影响和对相电压产生电压降

落的影响。其中，励磁阻抗ZuFRm+jXm,Rm是变压器口勺励磁电阻，反映变压器铁损大小的等

效电阻，不能用伏安法测量。③Xm是变压器的励磁电抗，反映了主磁通对电路的电磁效应。

与Xm口勺大小有关的因素重要有：绕组匝数、磁路磁阻（材料日勺导磁率和磁路截面尺寸）以及

电源频率，由于，Xm=2JifXLm,而Lm又与绕组匝数、磁路磁阻等有关。当电源频率、线圈

匝数和铁心尺寸一定期，Xm重要由绕组日勺磁导率成正比。

2-3.额定电压为110/24V变压器，若将原边绕组接于220V交流电源.匕其成果如何？若

将220/24V的变压器接于110V交流电源上，其成果又将如何？

答:若将110/24V变压器的原边绕组接于220V交流电源上，由于这时原边电压增长一倍，

由于U^E=4.44Nf①s①，就规定磁路日勺磁通也增长一倍。但一般变压器设计时都让其铁心

工作在半饱和区，在半饱和区再使磁通增长一倍，则励磁电流（空载电流）将大大增长，使

绕组口勺铜耗和铁心损耗大大增长，变压器将不久烧毁。

若将220/24V日勺变压器接于110V交流电源上，磁路的磁通减少，对于变压器运营没有什

么不良影响。只是此时磁路完全不饱和，变压器铁心H勺运用率减少而已。同步，变压器副边

输出电压减小为12V,不能满足本来负载的规定。

2-4.额定频率为50Hz口勺变压器接于频率为60Hz口勺额定电压上，以及额定频率为60Hz口勺变压

器接于频率为50HzH勺额定电压上，将对变压器运营带来什么影响？50Hz和6CHzH勺变压器

能通用吗？

答：铁心损耗与频率有关，频率增长铁心损耗也增长。但频率增长，根据U^EF.44Nf

①，若电源电压不变，则磁路H勺磁通①减少，励磁电流减小，绕组的铜损耗略有减少；同理，

60Hz日勺变压器接于频率为50Hz日勺额定电压上，铁耗有所减少，但磁路饱和限度增长，绕组

的铜耗有所增长.由干空载电流较小，频率在50Hz和60Hz之间变化，铜耗和铁耗的变化量

都不太不大，并且一种增长此外一种就减少，同步考虑变压器均有一定口勺过载能力。因此，

在50Hz和60Hz日勺变压器还是可以通用的。

2-5.一台额定电压为220/110V的变压器，原、副边绕组匝数NLN2分别为和1000,若为节

省铜线，将匝数改为400和200,与否可以？

答：不可以。根据U2E=4.44fN中m可知，当匝数减小而为了维持同样电压，必须导致磁

通大大增长，必然使得磁路饱和，电流明显增大。题中条件下，匝数减少为本来的1/5,为

了平衡电源电压，磁通需要增长到本来的5倍，磁路评重饱和，电流增长的倍数可达本来的

几十倍，若没有保护措施，线圈将瞬间烧毁。

答：①变压器负载运营，引起副边端电压变化的因素有:短路阻抗，负载口勺大小和性

质。②相似负载时，变压器短路阻抗值越大，其输出电压变化2-6.变压器负载运营时引

越大。③短路阻抗一定、负载日勺功率因数保持不变时，负载越起副边电压变化欧I因素是

大（负载阻抗值小、电流大），变压器的输出电压变化越大。什么？副边电压变化率日勺

④负载的性质重要指负载是感性、容性和电阻性。一般而言，大小与这些因素有何关

若忽视变压器绕组的电阻压降，从变压器负载相量图（题图系？当副边带什么性质负

2-6）可见，电感性负载电流具有去磁性质，对变压器副边电载时有也许使电压变化率

压变化率起增大的作用。电容性负载电流具有增磁作用（或者为零？

说容性负载电流在变压器的漏抗上产生了负的压降值），其作jiiZi

Ui

用的体现是使副边电压升高。若负载容抗大于变压器漏抗，容

性负载将使电压变化率减小；若负载容抗等于变压器漏抗，容

性负载将使电压变化率为零；若负载容抗小于变压器漏抗，容

性负载将使电压变化率变为负值。也就是说，当副边带电容性

负载时有也许使电压变化率为零0

1Eg

2-7.根据图2-4所示的简化等效电路图，列出电简朴地说,日房耍球器例点盘引

压平衡方程式，并分别画巴感性及容性负载时日勺

起副边端电压娈樱员滕用御旗做,

相量图。

负载日勺大小和施回短赞㈱腓陈，

答：①电压平衡方程式为：2@J

负载的大，副边电压变化率就大。③当

。2=izH+jiaXL

副边带电容性负载时有也许使电压变化

ii=-i2

率为零。

丘心川瓜+加功

Ui^iiXx

②相量图如右图所示。IIRK

/iiRx

【阐明】：由题图）可见：当变压器带容jiiXx-Ue

2-7b,L-Ua

性负载时，若保持变压器副边端电压不变，则其Ui

ii=-ie

原边电压应当减小。这是由于容性负载使负载电流

比副边电压的相位超前，超前的电流在变压器短

路阻抗上产生负口勺压降值（或者说，超前的电流具

有增磁性质）。

2-8＞变压器空载时，原边加额定电压，虽然原边

电阻中rl很小，可空载电流并不大，为什么？UeM-gfte

答：变压器空载运营时：从电源输入的电流重

a）感性负载b）容性负载

要在铁心磁路中产生交变的主磁通，交变口勺主磁

题图2-7感性及容性负载时日勺相量图

通在原边绕组将感应幅值接近电源电压日勺反电势，

日与电源电压H勺实际相位几乎相反.原边绕组卜上勺反电势作用是与电源电压相平衡，使加在

原边绕组电阻rl中电压很小。因此，虽然门很小，但空载电流并不大。

2-9,一台50Hz的单相变压器，若误把原边绕组接到与其额定电压相似直流电源上，会发生

什么现象？

答：当原边接到直流电源上时，主磁通是恒定直流磁通，原、副边绕组中没有感应电动

势。没有感应电动势与电源电压相平衡，直流电源电压将所TT降落在原边绕组的电阻上，产

生巨大的短路电流。若没有短路保护措施，原边绕组不久将被烧毁。

2-10,在使用电压互感器及电流互感器时，各应注意什么？为什么？

答：⑴电压互感器使用时应注意：①副边绕组不许短路。这是由于电压互感器正常运营

时，负载接电压表，阻抗很大，接近于空载运营。如果副边绕组短路，则变成短路运营，电

流从空载电流变成短路电流，导致原副边绕组电流均变得很大，会使互感器绕组过热而烧

毁。②铁心和副边绕组的I一端必须可靠接地。这是由于电压互感器日勺原边所接电压都是高电

压，为了避免由于绝缘老化或损坏导致漏电，危及副绕组所连接的设备甚至人身安全。③副

边所带的负载阻抗不能低于额定负载阻抗。否则，负载电流引起FI勺电压变化率将超过容许值,

互感器日勺精度将受到影响。

⑵电流互感器使庄时应注意：①副边绕组不许开路。这是由于电流互感器正常运营

时，相称于变压器工作在短路状态，原副边磁动势处在平衡状态，磁场很弱。若副边开路,

原边电流完全用于励磁，磁场变得很强，将在副边感应出很高日勺电压，将击穿绝缘，危及人

身及设备安全。虽然不会损伤绝缘，强大的励磁磁场也会使磁路严重饱和，铁心严重磁化,

从而导致电流互感器报废。②铁心和副边绕组的一端必须可靠接地。这是由于电流互感器的

原边所接电路一般又是高电压的电路，为了避免由于绝缘老化或损坏导致漏电，危及副绕组

所连接H勺设备甚至人身安全。③副边所带H勺负载阻抗不能高于额定负载阻抗，否则也将影响

互感器的测量精度。

2-11.一台三相变压器，额定容量为SNFOOkVA,额定电压为Ul/U2=36000/6000V,Y/△连接。

试求：(1)原、副边额定电流；(2)在额定工作状况下，原、副边绕组中的电流；(3)已知原边

绕组匝数Nl=600,问副边绕组匝数N2为多少？

解：(1)原、副边额定电流：由于额定电流、额定电压分别为线电流、线电压，因此：

TIN=SN/(V3UIN)=400000/(石X36000)=6.415(A)

I2N=SN/(拒U2N)=400000/(石X6000)=38.49(A)

(2)在额定工作状况下，原、副边绕组中的电流：设，IIP、12P分别为额定工作状

况下原、副边绕组中H勺电流。对于Y/△连接的变压器、原边Y连接有：

IIP=IIN=6.415(A)

副边△连接有：

I2P=I2N/6=38.49/6=22.22(A)

(3)求副边绕组匝数N2:由于12/11;N1/N2,因此：

电=NiI]p/12P=600X6.415/22.22gl73(匝)

答：(1)原、副边额定电流分别为6.415A和38.49A；(2)在额定工作状况下，原、副边

绕组中的电流分别为6.415A和22.22A；(3)原边绕组匝数Nl=600匝时，副边绕组匝数N2

约为173匝。

2-12.一台三相变压器，其额定值为SN=1800kVA,Ul/U2=6300/3150,Y/△连接，绕组铜损与

铁损之和为(6.6+21.2)kW,求：当输出电流为额定值、负载功率因数cos(=0.8时的I效率。

解：(1)额定输出电流：12N=SN/(U2N)=1800/(X3.15)=329.9(A)

(2)输出电流为额定值、负载功率因数cos(=。.8时，副边输出日勺有功功率P2N：

P2N=SNXCOS(P=1800X0.8=1440kW

(3)输出电流为额定值、负载功率因数cos(=0.8时日勺效率(：

n=P2/PiX100%=P2/(P2+PFe+Pcu)X100%=1440/(1440+6.6+21.2)X100*二98.1%

答：当输出电流为额定值、负载功率因数cos(=0.8时的效率约为98.1%。

第3章异步电动机

3T.什么叫转差率？如何根据转差率判断异步甩动机的运营状态？

答：所谓转差率，就是转差日勺比率，是转子转速与气隙旋转磁场之间H勺转差与气隙旋转

磁场H勺相对比率。具定义式为s=（nO-n）nO。根据转差率可以判断异步电动机转子与气隙旋转

磁场口勺关系，从而判断异步电动机的运营状态，具体如下：

当sVO时，n>nO,异步电动机处在发电（即第七章简介欧I回馈或再生）制动状态；

当s=0时，n=nO,异步电动机处在抱负空载运营状态；

当OVsVl时，n<nO,异步电动机处在电动运营状态；

当s=l时，n=0,异步电动机处在堵转状态，或者电动机起动日勺瞬间；

当s>l时，n<0,异步电动机处在反接制动运营状态（参见第七章）。

【阐明】：异步电动机日勺电磁制动有三种，分别称为：发电制动、反接制动和能耗制动。

其中，发电制动又称为回馈制动或再生制动；反接制动则涉及电源反接制动和倒拉反接制动。

书上P.37页说：“当s>l时，n<0,异步电动机处在电磁制动状态。”不当当：应当改为:

“当s>l时，n<0,异步电动机处在反接制动状态（参见第七章）。”下同。

3-3.如果将绕线式异步电动机的定子绕组短接，而把转子绕组连接到对称三相电源上，将会

发生什么现象？

3-2.异步电动机处在发电机运营

答：若将绕线式异步电动机H勺定子绕组短接，而把状态和处在电磁（反接）制动运营

转子绕组连接到电压合适的对称三相电源上，则绕线式

状态时，电磁转矩和转子转向之

导步电动机的转子仍然可以正常转动。当此时转子转向

间日勺关系与否同样？应当如何

与气隙旋转磁场转向相反，气隙旋转磁场相对于转子的

分析，才干辨别这两种运营状

速度为nO；气隙旋转磁场相对于定子的转速为snO,转态？

向也与转子转向相反，如右图（题图3-3）所示。

在题图3-3中，转子绕组通入三相交流电流，产生答：所谓制动，从字面上看

就是“制止运动”，只有电磁转

的旋转磁场以nO（相对于转子）或snO（相对于定子）的I

矩与转子转向相反才干制动。因

转速按照a、b、c的相序顺时针旋转，切割定子绕组感

应电势，产生电流如图3-3b）所示。根据左手定则，定此，只要处在制动状态，电磁转

子绕组受力F方向为：AI、Xf,而由于定子固定不动,矩日勺方向都是与转子转向相反。

转子将受到相反方向力的作用，因此电磁转矩T和转子也就是说，异步电动机处在发电

转速n的I方向都为逆时针方向。机运营状态和处在反接制动运营

状态时，电磁转矩和转子转向之

3-4.与同容量日勺变压器相比较，异步电动机H勺空载电流间时关系都是同样的J。要辨别这

大，还是变压器的空载电流大？为什么？两种运营状态可以从异步电动机

答：异步电动机的空载电流大，由于异步电动机磁转子与气隙旋转磁场的关系（即

路中具有气隙，气隙磁阻大，使得产生额定磁通量的励转差率）进行判断：当sVO时，异

磁磁动势增大，相应励磁［空载）电流就大，约占额定步电动机处在发电制动状态。此

电流日勺20%〜40%（初期电机为20%〜50%）；而变压器主时转子转速n高于气隙旋转磁场

磁路是闭合的不具有气隙，其励磁电流也小时多，约占的I转速nO；当s>l时，异步电动

额定电流的3%〜8舟（初期变压器为5%〜10%）。机处在反接制动运营状态。此时,

转子转速n与气隙旋转磁场口勺转

3-5.一台三相异步电动机，如果把转子抽掉，而在定子速nO方向相反，若以气隙旋转磁

绕组上加三相额定电压，会产生什么后果？场H勺转速nO方向为参照正方向，

答：三相异步电动机抽掉转子，磁路中气隙将大大则转子转速n低于气隙旋转磁场

增长，即磁路的导磁率减小。当定子绕组施加三相额定日勺转速n0o

电压，由4.44公式知，磁通仍为额定值，在磁路日勺磁阻

增大的状况下，需要有很大的励磁磁动势，励磁电流将

大大超过额定电流，不久将使定子绕组烧毁。

3-6.异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接的电气联

系，为什么位载增长时，定子电流和输入功率会自动增

长，试阐明其物理过程。从空载到满载电机主磁通有无

题图3-3转子接电源

变化？

答：异步电动机的相量图与变压器相似，由相量图可见，转子电流具有去磁性质。由转

子电流公式或等效电路中转子等效电阻r（2/s可知：当负载增长时，转子电流将增大。而转

子电流H勺去磁性质将使主磁通浮现下降H勺趋势，定子绕组感应H勺电势也将浮现减少H勺趋势。

当电源电压不变时，定子绕组的电流将自动增长，以补偿转子电流的去磁作用。因此，负载

增长时，定子电流和输入功率会自动增长。

由于定子绕组口勺电阻和漏抗都较小，从异步电动机定子回路日勺电压平衡方程式可知，定

子电压U1约等于定子绕组感应口勺电势U1"El=4.4妹因此，从空载到满载，若不考虑

定子漏阻抗影响，异步电机的主磁通基本不变。若考虑定子漏阻抗影响，则主磁通略有减少。

3-7、三相异步电动机正常运营时，如果转子忽然被卡住而不能转动，试问这时电动机的电流

有无变化？对电动机有何影响？

答：如果转子忽然卡住，转子感应电动势将忽然增大，致使转子电流忽然增大，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长,

电机定、转子绕组日勺铜损耗增长，时间稍长绕组将过热，若保护装置不动作则也许烧毁绕组。

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

内条件是什么？

答：⑴在分析异步电动机时，转子边要进行的折算有：①频率折算，②绕组折算。

⑵折算的目的J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H勺等效电量，以便进行电气分析。即用一种静止不动日勺绕组替代实际转动的转

子绕组，并且两个绕组对磁路的影响必须同样。②通过频率折算后的转子绕组与变压器的状

况相似，但频率折算后的静止绕组日勺匝数与定子绕组匝数不同样，仍然不能进行直接的电气

分析，因此还必须象变压器同样进行绕组折算，用一种匝数相似日勺等效绕组替代频率折算后

内静止绕组，从而消除磁路分析的麻烦得到与变压器相似的等效电路。

⑶进行频率折算和绕组折算H勺条件是：折算前后等效绕组与实际绕组H勺①磁势同样,

②产生日勺电磁功率和损耗同样。

3-9、异步电动机的等效电路与变压器的等效电路有无差别？等效电路中日勺r2,代表什

么？能否用电感或电容替代？为什么？

答：①一方面，两种等效电路是有相似的地方日勺。两者相似点重要是：形式同样；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，而变压器日勺副边和异步

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，尚有频率、相数折合。变压器负载运营时，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欧I性质，可以是电阻性、电感性或电容性日勺。而三相异步

电动机运营时，实际输出机械功率，但在等效电路上用一种等效电阻表达，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，性质也是电阻上日勺有功功率，不也许有电感性或者电容性的。转子电路中是

机械功率日勺等效电阻。

3-10,异步电动机带额定负载运营时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？试阐明

其因素°如果电源电压下降20%,对异步电动机的J最大转矩、起动转矩、功率因数等各有何

影响？

答：⑴异步电动机带额定负载运营时，若电源电压下降过多，将使定、转子电流都将增

大较多，电机H勺铜损耗增长较多，也许使电机浮现过热现象，从而加速绕组绝缘H勺老化，甚

至烧毁。这是由于异步电动机产生H勺电磁转矩与电源电压的平方成正比，电压下降电机产生

内电磁转矩减小，在额定负载小运营时转子转速将明显下降，转差率将增长较多。从转子电

流计算公式看，转子电流增大较多，同步引起定子电流有较大口勺增长。

⑵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%,即电源电压为本来日勺0.8,因此异步电动机H勺最大转矩和起动转矩都为额定电压时

内0.64,即下降了36%o

⑶根据前面的分析，电压下降，转差率增长，转子回路时等效电阻r12/s减小,

转子电路的功率因数cos(2=(r'2/s)/[xf22+(12八)2]将减小。而带额定负载时定子电流

重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(l也将比额定电压时相应的I数值有所减小。

3-11.漏抗大小对异步电动机的运营性能，涉及起动电流、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H勺运营性能有影响，具体体现为：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体现式(式3-23、式3-21和式370)可知，起

动转矩、最大转矩、转子电路的功率因数都减小。

3T2.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。试问在什么状况下采用何种连接措施？

答：三相异步电动机有两种额定电压380/220V时，一般同步标注其连接形式为Y/Ao

由于对于已经出厂的异步电动机，其磁路的磁通与相绕组感应日勺电动势基本拟定，也就是说

定子一相绕组的耐压已经拟定。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日勺额定电压380/220V时，阐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与否同样？

答：三相异步电动机H勺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同样的。这可从异步电动机的电流和起动转矩计算公式得到

验证。若忽视励磁电流，起动电流可由P.40页式3-9进行计算(令s=l)；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=l)。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H勺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如果电动机日勺三角形连接误接成星形，则定子每相绕组日勺端电压下降为本来的

1/,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

当减小电动机所带的负载转矩。否则当接额定负载运营时，绕组中电流将增长，超过额定值,

致使保护器件动作或者烧毁绕组(由于T减小，转速将下降，转差率s将增长，由式3-9可

知，12将增大；由式3T2可知，①(只有12t才干使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

压时倍，为了感应电动势与电源电压平衡，规定主磁通也要增长到为本来日勺倍，磁路将

严重饱和，励磁电流大大增长，也会致使保护器件动作或者烧毁绕组°

3T5.某三相异步电动机的额定转速为460r/min,当负载转矩为额定转矩日勺一半时，电动机

内转速约为多少？

解：①由于异步电动机的额定转差率为1%〜9%,即sN^O.01〜0.09可以推算出该电

机为6对极日勺异步电动机，其抱负空载转速n0为500r/min：

Vn0=nN/(l-sN)=460/(0.91-0.99)=464.6〜505.5r/min

p=60f/n0=3000/(464.6-505.5)=5.934-6.457,而p只能为整数,*6(对

极)；

n0=60f/p=3000/6=500(r/rnin),sN=(nO-n)/n0=(500-460)/500=0.08

②从机械特性看，由于异步电动机在额定工作范畴内，转差率s与负载转矩T可以

用直线近似替代，即近似觉得S8T（或s=kT）。因此，负载转矩为额定转矩日勺一半（即T=O.b

TN）时，电动机口勺转差率s和转速n分别为：

S^SNT/TN=O.06X0.5=0.04

n=no（l-s）=500（l-0.04）=500X0.96=480（r/min）

答：该三相异步电动机负载转矩为额定转矩的一半时的转速约为480r/mino

3-16.单相分相式电动机如何变化其旋转方向？罩极式电动机的旋转方向能否变化？

答：变化单相分相式电动机旋转方向，可单独变化其任意一种绕组FI勺接线（即，将其两

根引线脱开对调一下再接上。注：若同步变化其两个绕组的接线则电动机旋转方向将不会变

化）。这是由于，单独变化其任意一种绕组的接线时，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（本来电流相位比另一绕组电流超前的绕组，单独变化任意一种

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H勺转向总是从电流相位超前H勺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本来口勺旋转方向相反，电动机的转向

也就与本来日勺转向相反，即单相分相式电动机日勺旋转方向得到变化。

3-17.一台三相异步电动机铭牌上标明f=50Hz,nN=960r/min,问该电动机Fl勺极数是多少？

解：由于异步电动机的额定转差率为1%~9%,即sNgO.Ol〜0.09,通过sN、nN和n0

之间的关系，以及n0、f和p之间的关系可以求出该电动机H勺极对数，具体过程如下：

HO-ON/（1-SN）-960/（0.91〜0.99）=969.7〜1054.9r/min

p=60f/n0=3000/（969.7-1054.9）=2.8-3.1,而p只能为整数，・・.p=3（对极）。即,

该电动机的极数是6（个）极。

答：该电动机的极数是6极。

378、三相鼠笼式异步电动机在额定状态附近运营，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：⑴根据三相异步电动机H勺固有机械特性、调压人工机械特性和调频人工机械特性，

可以懂得：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

电动机日勺转速有所上升；③当频率升高时，三相异步电动机日勺转速也有所上升。（【注】：调

频人工机械特性可以由于P.36页式3-1H勺抱负空载转速或磁场的同步转速体现式推知：当f

t,n0也t,整个机械特性向上平移；当fl,n0也I,整个机械特性向下平移。）

⑵由三相异步电动机日勺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H勺相量和，要分析定子电流可以先分析转子电流的状况。由异步电动机H勺机械特性及

P.40页式3-9的转子电流体现式可知：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H勺定子电流增大：②由于电压升高时，异步电动机H勺励磁电流增大，

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。

3-19、有一台三相异步电动机,nN=1470r/min,f=50Hz,>分别在n=0、n=2n0/3.s=0.02

三种状况下，求：

（1）定子旋转磁场对定子日勺转速；

（2）定子旋转磁场对转子口勺转速；

（3）转子旋转磁场对转子日勺转速；

(4)转子旋转磁场对定子H勺转速；

(5)转子旋转磁场对定子旋转磁场口勺转速。

答：计算交流绕组产生旋转磁场相对绕组自身转速的I公式为：n0=60f/p。为了计算旋转

磁场H勺转速，应当先求该三相异步电动机欧I极对数P。根据nN=1470r/min,f=50Hz,则可求

出该三相异步电动机的极对数p=2(措施参见3-16题和3-17题)。

⑴由于定子绕组产生日勺旋转磁场的转速与转子与否转动及转速多少无关，且定子旋

转磁场是三相定子交流绕组产生的，三相交流绕组通过的是f=5