電機學思考題

1、第一篇 緒論1、 磁阻和磁導與哪些因素有關？鐵磁性材料中的磁通密度與磁場強度的關系是線性關系嗎？非鐵磁性材料又如何？答：磁阻和磁導與磁路的磁導率、長度和截面積有關，其中磁導率取決于磁路的飽和程度，即磁通密度的大小。鐵磁性材料中的磁通密度與磁場強度之間是非線性關系，非鐵磁性材料中的磁通密度與磁場強度之間是線性關系。2、 一個線圈纏繞在閉合鐵心上，線圈匝數(shù)為，線圈中通入電流大小為，此時這一線圈產(chǎn)生的磁動勢大小是多少？鐵心磁路的磁導為，則該線圈的電感大小為多少？如果線圈電流為正弦交流電流，其頻率為，則線圈的電抗大小是多少？答：線圈通入電流后磁動勢為；線圈電感為；線圈電抗為。第二篇 變壓器3、 變壓器

2、鐵心為什么要做成閉合的？如果在變壓器鐵心磁回路中出現(xiàn)較大的間隙，會對變壓器有什么影響？答：如果變壓器鐵心磁回路中出現(xiàn)間隙（空氣隙或變壓器油等非鐵磁性材料），則與鐵心閉合時相比，主磁通所經(jīng)過的鐵心磁回路的磁導減小。根據(jù)磁路歐姆定律，磁路中的磁通大小一定時，磁導?。创抛璐螅﹦t所需勵磁磁動勢大。鐵心磁回路中出現(xiàn)間隙，會使磁路的磁導大幅減小。因此，要產(chǎn)生同樣大小的主磁通，有間隙時所需的勵磁磁動勢和相應的勵磁電流比鐵心閉合時要增大很多。勵磁電流大，會使變壓器的功率因數(shù)降低，運行性能變差。所以，為了減小勵磁電流，變壓器鐵心都要做成閉合的。4、 對變壓器做短路試驗，操作步驟是先短路、后加電壓，且加電壓要從

3、零開始。這是為什么？答：短路阻抗的值很小。在做短路試驗時，為使短路電流不超過額定值，必須施加很低的電壓。因此，在做短路試驗時，應先短路，然后從零開始逐漸升高電壓，直到短路電流達到額定值為止。如果先加電壓后短路，則有可能產(chǎn)生過大的穩(wěn)態(tài)短路電流。5、 對變壓器做空載試驗為什么要加額定電壓？所加電壓不是額定值行不行？答：空載試驗的目的之一是測取勵磁阻抗。的大小是隨磁路飽和程度變化而變化的。變壓器正常運行時，一次繞組外施電壓是額定電壓，主磁通和磁路飽和程度由一次額定電壓決定，是基本不變的，因此有確定的值。若空載試驗時不加額定電壓，則測得的值就與正常運行時的值不同，也就不能用作等效電路中的參數(shù)。6、 三

4、相變壓器組和三相心式變壓器在磁路結構上有何區(qū)別？三相對稱的磁通和三相同相的磁通在這兩種磁路中遇到的磁阻有何不同？答：三相變壓器組的各相磁路是互相獨立的，因此三相對稱的磁通和三相同相的磁通所遇到的磁阻是一樣的，都是鐵心磁路的磁阻。三相心式變壓器的各相磁路是彼此相關的，因此，三相對稱的磁通和三相同相的磁通所遇到的磁阻是不一樣的。三相對稱磁通的大小相等，時間相位互差120度，即它們的和為零。因此一相磁通實際上需要經(jīng)過其他兩相的磁路而閉合；三相同相磁通的大小相等，時間上同相，三相之和為每相磁通的3倍，它們無法通過鐵心來閉合，而必須經(jīng)過鐵心之外的非鐵磁性材料*空氣或變壓器油等），因此遇到的磁阻主要是非鐵

5、磁性材料的磁阻，其值比鐵心磁路的磁阻要大很多。7、 三相心式變壓器加對稱電壓空載運行時，三相空載電流中哪個較大，哪個較小？為什么？答：變壓器繞組匝數(shù)一定時，空載電流大小與勵磁磁動勢大小成正比，而勵磁磁動勢大小取決于主磁通和磁導的大小。由于三相心式變壓器的三相主磁路不很對稱，中間一相的磁路比其他兩相要稍短一些，磁導要稍大一些，因此，在三相主磁通大小相同時，中間一相的空載電流較小，其他兩相的較大。8、 變壓器并聯(lián)運行的條件有哪些？哪一個條件是要嚴格保證的？為什么？變壓器并聯(lián)運行的條件有：（1）一、二次額定電壓分別相等（即額定電壓比相等）；（2）二次線電壓對一次線電壓的相位移相同（或者說連接組別相同

6、）；（3）短路阻抗標幺值相等（即短路阻抗模及其阻抗角都相等）。其中，第二個條件是必須嚴格保證的，因為三相變壓器二次線電壓對一次線電壓的相位移最小是30度，此時二次電壓差就可達到額定電壓的51.8%，產(chǎn)生的環(huán)流可達額定電流的幾倍，有可能損壞變壓器。9、 對三相變壓器，若只將二次繞組標志a、b、c相應地改為c、a、b，則其連接組別標號中的時鐘點數(shù)將如何變化？答：將二次繞組標志a、b、c相應地改為c、a、b后，實際上是原來的，而滯后120度，相應的時鐘點數(shù)為4，所以，新的時鐘點數(shù)比原來增加4。10、 一個脈振基波磁動勢可以分解為兩個磁動勢行波，試說明這兩個行波在幅值、轉速和相互位置關系上的特點。答：

7、一個脈振基波磁動勢分解得到的兩個磁動勢行波的幅值相同，且都等于脈振磁動勢最大振幅的一半，二者轉速相同、轉向相反、位置關于脈振磁動勢幅值位置對稱。11、 三相對稱繞組中通以三相對稱的正弦電流，是否就不會產(chǎn)生諧波磁動勢了呢？答：一相繞組通入正弦電流時，產(chǎn)生在空間分布的矩形脈振磁動勢波，其中包含有一系列奇數(shù)次諧波磁動勢。因此，三相對稱繞組通以對稱的正弦電流時，仍然要產(chǎn)生諧波磁動勢。第三篇 同步電機12、 同步電抗與什么磁通對應？由哪兩部分組成？每相同步電抗與每相繞組自身的電抗有什么不同？為什么說同步電抗是與三相有關的電抗而數(shù)值又是每相的值？答：同步電抗對應于三相對稱電樞電流產(chǎn)生的電樞總磁通，包括電樞

8、反應磁通和漏磁通兩部分。每相同步電抗反映了三相繞組流過對稱三相電流形成的合成磁動勢所產(chǎn)生的磁通在一相繞組中感應電動勢與一相電流的比值，而每相繞組自身的電抗反映的是該相繞組通電產(chǎn)生的磁場在自身繞組中所產(chǎn)生感應電動勢與自身電流的比值。同步電抗反映的是一相繞組的電動勢與一相電流的比值，仍是一相的值，但是感應電動勢的磁場卻是三相繞組通電共同產(chǎn)生的，所以說同步電抗是與三相有關的電抗，而數(shù)值又是每相的值。13、 同步電機在對稱負載時電樞繞組產(chǎn)生的基波磁場是否交鏈與勵磁繞組？在勵磁繞組中感應電動勢嗎？為什么？答：負載對稱時，電樞繞組產(chǎn)生的基波磁場與勵磁繞組交鏈，但是其轉速為同步轉速，與轉子之間沒有相對運動，

9、故不會在勵磁繞組中感應電動勢。14、 同步發(fā)電機單機運行給負載供電時，功率因數(shù)由什么決定？發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，功率因數(shù)由什么決定？答：功率因數(shù)由電壓與電流之間的夾角決定。發(fā)電機單機運行時，功率因數(shù)由負載的性質決定。并聯(lián)運行時，當有功功率不變時，功率因數(shù)由發(fā)電機勵磁電流決定。15、 發(fā)電機并網(wǎng)合閘需要滿足那些條件？答：見教材215頁。16、 發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)穩(wěn)態(tài)運行時，發(fā)電機轉子的轉速由什么決定？加大汽輪機的汽門，是否能改變汽輪發(fā)電機的轉速？加大汽輪機的汽門后，發(fā)電機的運行狀況會發(fā)生什么變化？答：發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電網(wǎng)頻率不變，發(fā)電機定子電壓、頻率不變，定子電流產(chǎn)生的旋轉磁場保持同步轉

10、速不變，轉子轉速與定子旋轉磁場褒詞同步，因此轉子轉速由電網(wǎng)頻率決定。加大汽輪機的汽門，不會改變汽輪發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)轉速，轉子仍保持同步旋轉。只是代表轉子位置的轉子勵磁磁動勢超前氣隙合成磁動勢的角度增加，使發(fā)電機輸出的有功功率增加。17、 同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)后，有哪些量可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后發(fā)電機運行狀況會如何變化？答：同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)后，可以調(diào)節(jié)的量有原動機的拖動轉矩和發(fā)電機自身的勵磁電流。調(diào)節(jié)發(fā)電機的拖動轉矩，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率。調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，可以改變發(fā)電機發(fā)出的無功功率。18、 同步發(fā)電機并聯(lián)合閘時，通常使發(fā)電機頻率略高于電網(wǎng)頻率，為什么？答：同步發(fā)電機 并網(wǎng)合閘時，發(fā)電機的

11、頻率略高于電網(wǎng)頻率，可以使發(fā)電機在并網(wǎng)后向電網(wǎng)輸出一些有功功率，減輕其他發(fā)電機的負擔。反之，則發(fā)電機會從電網(wǎng)吸收有功功率，是電網(wǎng)負擔增加。19、 一臺并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機，其電流滯后于電壓。若逐漸減小其勵磁電流，試問電樞電流如何變化？答：電流滯后電壓，發(fā)電機發(fā)出滯后的無功功率，勵磁處于過勵狀態(tài)。逐漸減小勵磁電流，發(fā)出的滯后性質的無功功率逐漸減小，有功功率不變，因此電樞電流逐漸減小，功率因數(shù)逐漸升高到1.進一步減小勵磁電流，則發(fā)電機發(fā)出超前性質的無功功率，電樞電流開始增大，功率因數(shù)逐漸降低。第四篇 異步電機20、 異步電動機的氣隙比同容量的同步電動機的大還是?。繛槭裁?？答：異步電動機的氣

12、隙比同容量的同步電動機的要小。因為異步電動機的勵磁電流由三相交流電源（或電網(wǎng)）提供，如果氣隙大，則磁導小，產(chǎn)生一定的氣隙磁通所需的勵磁電流就大。由于勵磁電流基本上是無功電流，因此，勵磁電流大就使電動機的功率因數(shù)降低，使電源或電網(wǎng)的無功功率負擔增加。為了減小勵磁電流、提高功率因數(shù)，異步電動機應采用較小的氣隙。異步電動機的功率因數(shù)總是滯后的，而同步電動機的勵磁電流由獨立的直流電源提供，可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流改變其功率因數(shù)的大小和性質。21、 三相異步電動機的主磁通指什么磁通？它是由各相電流分別產(chǎn)生的各相磁通還是由三相電流產(chǎn)生共同產(chǎn)生的？等效電路中的哪個電抗參數(shù)與之對應？該參數(shù)本身是一相的還是三相的值

13、？它與同步電動機的哪個參數(shù)相對應？它與變壓器的勵磁電抗是完全相同的概念嗎？答：三相異步電動機的主磁通是指合成基波旋轉磁動勢產(chǎn)生的、通過氣隙的基波磁通。空載時，轉子電流近似為零，主磁通基本上是由定子三相電流共同產(chǎn)生；負載時，主磁通是由定子三相合成基波磁動勢和轉子合成基本磁動勢共同產(chǎn)生的。等效電路中的勵磁電抗與主磁通相對應。本身是一相的值，它與同步電動機的電樞反應電抗相對應，與變壓器中勵磁電抗的概念不完全相同。變壓器中勵磁電抗對應于一相勵磁電流所產(chǎn)生的一相主磁通。22、 異步電動機運行時，為什么總要從電源吸收滯后性質的無功電流，或者說定子功率因數(shù)總小于1？為什么異步電機的氣隙很小？答：這是因為，一

14、方面，異步電機需要勵磁電流來產(chǎn)生主磁通，相應的參數(shù)為勵磁電抗，因此要從電源吸收滯后的無功電流；另一方面，與定、轉子漏磁通相對應的參數(shù)是定、轉子漏電抗、，它們也要從電源吸收滯后的無功電流。所以，異步電機運行時總要從電源吸收滯后性質的無功電流，以滿足這三個電抗的需要。由于異步電機的勵磁電流基本上是滯后性的無功電流，因此，為了提高功率因數(shù)，勵磁電流應盡可能小。為此，應盡量減小氣隙，以增加主磁路的磁導，從而減小產(chǎn)生一定主磁通所需的勵磁電流。所以，異步電機的氣隙通常很小。23、 三相異步電動機運行時，內(nèi)部有那些損耗？當電動機從空載到額定負載運行時，這些損耗中哪些基本不變？哪些隨負載變化？答：一般的三相異

15、步電動機正常運行時，內(nèi)部損耗有：定子繞組銅耗、轉子繞組銅耗、定子鐵耗、機械損耗和附加損耗。當電動機東空載到額定負載運行時，由于主磁通大小基本不變，因此鐵耗基本不變；由于轉速變化很小，因此，機械損耗基本不變；其它損耗則隨負載變化而變化。24、 三相籠型異步電動機全壓起動時，為什么堵轉電流很大，而堵轉轉矩卻不大？答：在額定電壓下堵轉時，氣隙旋轉磁場相對轉子以同步轉速旋轉，在轉子繞組中感應較大的電動勢，由于此時轉子回路阻抗值很小，因此產(chǎn)生的轉子電流很大，相應地，定子電流即堵轉電流也很大。此時，主磁通為額定時的一半左右，轉子功率因數(shù)也很低，因此，盡管電流很大，但產(chǎn)生的堵轉轉矩并不很大。25、 一臺三相籠型異步電動機，轉子繞組是插銅條的，損壞后