華南理工大學電機學第三章思考題

1、精選文檔第三章思考題3-3 什么叫相帶？相帶屬性如何確定？在三相電機繞組中為什么常采用60°相帶而不用120°相帶？【答】 相帶是指把每極下的電樞表面根據相數劃分，每相占一等分。我們稱每一等分為一相帶。由于60°相帶繞組的合成電動勢比120°相帶的大，故除了單繞組變極電機外，一般都用60°相帶繞組。3-6 為什么極相組A和極相組X串聯時必須反接？如果正接將引起什么后果？【答】 因極相組A的電勢與極相組X的電勢反相，反接后，兩者電勢相減，得到更高的電勢。若正接將引起電勢為0的后果。3-8 交流繞組的感應電動勢公式是如何導出的？它與變壓器的電動勢公

2、式有何類似和不同之處？【答】 設氣隙中的主極磁場為正弦分布，即，式中為氣隙密度的基波幅值；設時，導體位于極間、將要進入N極的位置，轉子旋轉的角頻率為，則導體中的感應電動勢為；p對極的電機一個極下的磁通量為，感應電動勢的頻率，轉子的線速度，故導體電動勢的有效值為；在考慮短距和分布后，整個線圈組的合成電動勢；對于雙層繞組，每相繞組有個極相組，設并聯支路數為，如果一相繞組的總串聯匝數表示為，則相電動勢為，對于單層繞組，每相繞組總共有個極相組，則每相繞組的總串聯匝數為。而變壓器一次繞組中感應電動勢的有效值，它們的區(qū)別主要在于，交流繞組通過短距和分布時，使合成磁動勢打了折扣，體現為繞組的基波繞組因數。3

3、-9 試述分布因數、節(jié)距因數和繞組因數的物理意義。它們是大于1、小于1，還是等于1，為什么？【答】 分布因數是衡量每極每相的導體分布在每個槽中與集中分布在一個槽電動勢或磁動勢所打的折扣。節(jié)距因數表示線圈短距后電動勢或磁動勢對比于整距時應打的折扣。繞組因數是既考慮短距又考慮分布時，整個線圈組的合成電動勢或磁動勢所打的折扣。因分布繞組所產生的電動勢或磁動勢不能超過集中繞組產生的電動勢或磁動勢，因此分布因數只能小于或等于1。節(jié)距因數是衡量當時，電動勢或磁動勢與時電動勢或磁動勢相比所打的折扣，由于時，繞組所產生的電動勢或磁動勢最大，因此節(jié)距因數也只能小于或等于1。繞組因數是分布因數與節(jié)距因數的乘積，所

4、以繞組因數也只能小于1或等于1。3-10 為什么用于計算交流繞組感應電動勢的繞組因數，亦適用于計算磁動勢？【答】 因為相鄰線圈電動勢的時間相位差與磁動勢的空間相位差相同，線圈組電動勢向量合成計算與磁動勢矢量的合成計算一樣，所以兩者的繞組因數相等。3-11 試述諧波電動勢和齒諧波電動勢產生的原因以及抑制方法，能采用分布和短距消除齒諧波嗎？【答】 諧波電動勢：由于主極表面造成的氣隙不均勻，鐵芯飽和，定子開槽等原因，使氣隙磁場在空間非正弦分布，從而可以分解出一系列高次諧波，這些高次諧波也將在繞組中感應出高次諧波電動勢。齒諧波電動勢：在現代交流電機中，定子鐵芯均開有帶槽口工槽，開槽結果使單位面積下的氣

5、隙磁導變?yōu)椴痪鶆?。對應于齒的位置的氣隙較小，單位面積下磁導較大；對應于槽的位置氣隙較大，單位面積下磁導較小。這將導致氣隙磁場的分布發(fā)生改變。因此開槽以后在原先不開槽的時氣隙磁導波上要疊加一個與定子齒數相對應的附加周期性磁導分量。對于凸極同步發(fā)電機，若轉子有效極弧的寬度等于定子齒距的整數倍，且主極磁場在定子開槽前為正弦分布，則在定子開槽以后，主極磁場雖然發(fā)生畸變，使槽部磁場減弱，但由于定子齒、槽不動，空間周期性的附加磁導不隨時間而變化，故定子繞組的感應電動勢將仍為正弦形而沒有其它諧波。但是若主極磁場中原先已經有齒諧波磁場，則在定子開槽以后，由于周期性空間附加磁導的“調制”和“放大”作用，在整數槽

6、繞組和氣隙較小的情況下，定子繞組中的齒諧波電動勢可能比不開槽時增大很多倍，從而使發(fā)電機的電動勢波出現明顯的齒諧波波段；若轉子有效極弧的寬度等于定子齒距的整數倍，則主極移動時，主極下所對著的齒數將不斷地發(fā)生變化，因此一個極下的總磁導將不斷地發(fā)生變化，從而引起主極磁通的縱向脈振，并使定子繞組中齒諧波電動勢進一步增大。 諧波電動勢的削弱方法a. 采用短距繞組，適當選擇線圈的節(jié)距可使某次諧波的節(jié)距因數等于或接近于零，為消除第次諧波，只要選用比整距繞組短的短距線圈即可。b. 采用分布繞組，分布繞組的每極每相槽數q越多，各次諧波因數越小，在極數越多，q達到2時，可用分數槽繞組來消除高次諧波。c. 改善主極

7、磁場分布，在凸極同步電機中，可設法改善主極極靴外形；在隱極機中，可通過改善勵磁磁動勢的分布使主極磁場在氣隙中接近正弦分布。 齒諧波的削弱方法a. 采用斜槽；在凸極同步電機中，可用斜極來削弱齒諧波。b. 采用分數槽。c. 采用半閉口槽，磁性槽楔，選擇阻尼節(jié)距等其他措施。 由于齒諧波的繞組因數恰好等于基波繞組因數，所以不能采用短距和分布繞組的方法來消弱。3-12 斜槽是怎樣消除諧波電動勢的？能消除所有的齒諧波嗎？應消除哪次？斜過多少距離？【答】 斜槽就是將導體斜過一定的距離，此時導體的各個小段在磁場內的位置不再相同。導體中的基波電動勢將比直槽時小，以斜槽因數計?？梢园研辈蹆鹊膶w看作為無限多根短小

8、直導體相串聯的分布線圈組，相鄰導體間的相位差為0，導體數為，整個導體斜過的電角度（弧度）為，因此斜槽因數可由分布因數導出，即，其中，次諧波的斜槽因數為，要消除第次諧波，只要使該次諧波的斜槽因數，即使或，可見只要使斜過的距離等于該次空間諧波的波長，導體內的次諧波電動勢便互相抵消。要消除齒諧波電動勢，則，為使這兩個一階諧波都能得到削弱，通常取，即斜過的距離恰好德育一個齒距。3-13 為什么交流發(fā)電機的定子繞組一般都采用星形連接，而不采用三角形連接？【答】 由于在三相對稱系統(tǒng)中，各相的三倍數次諧波在時間上均為同相，且幅值相等。當三相繞組采用星形聯法時，線電壓等于相電壓之差，相減時三倍數次諧波電動勢互

9、相抵消，所以發(fā)電機出線端不存在三倍數次諧波電動勢；而在三角形聯法中，三相的三倍數次諧波電動勢之和針在閉合的三角形回路中形成環(huán)流，電動勢全部降落在環(huán)路中，所以在出線端也不會出現三次諧波電壓，但三次諧波環(huán)流所產生的雜散損耗，會使電機的效率下降，溫度增高，所以現代的交流發(fā)電機多數采用星形而不采用三角形聯結。3-17 為什么說交流繞組的磁動勢既是時間函數又是空間函數？試寫出單相繞組磁動勢的表達式?！敬稹?在三相交流電機中，定子繞組一般都要是對稱放置的，即A、B、C三相繞組的軸線在空間相隔120°電角度，因此三相繞組各自產生的基波磁動勢在空間相隔120°電角度，此外，在對稱運行時，三

10、相電流亦是對稱的，即其幅值相等，在時間相位上互差120°電角度，因此A、B、C三相所產生的三個脈振磁動勢在時間相位上也互差120°電角度。因此可以說三相交流繞組的磁動勢即是時間函數又是空間函數，同理對其它各相交流繞組也可得出同樣結論。單相繞組的磁動勢，式中I為相電流，N為每相串聯匝數。3-19 單相繞組的磁動勢具有什么性質？單相電機為什么需要起動繞組，而三相電機不需要？【答】 單相繞組的磁動勢是脈振磁動勢，可以分解為兩個幅值相等、轉速相同、方向相反的圓形旋轉磁動勢。由于單相電機只通入一相電流，產生的磁動勢只向一個方向旋轉，不能產生兩個反向旋轉的磁動勢，所以單相電機需要起動繞

11、組，以產生兩個反向旋轉的磁動勢。而三相電機通入三相電流，產生的合成磁動勢能產生兩個反向旋轉的磁動勢。3-20 三相基波旋轉磁動勢的幅值、轉向和轉速各取決于什么？為什么？【答】 三相基波旋轉磁動勢的幅值為每相脈振磁動勢的倍，即；合成磁動勢基波轉向取決于三相電流的相序和三相繞組在空間上的排列次序，從電流超前相的繞組軸線轉向電流滯后相的繞組軸線；合成磁動勢基波轉速為同步轉速，即。3-21 圓形旋轉磁動勢與脈振磁動勢和橢圓形旋轉磁動勢之間有什么關系？【答】 單相繞組的基波合成磁動勢可以分解為兩個轉向相反的旋轉磁動勢，即，把正向和反向的旋轉磁動勢分別用兩個空間矢量和來表示，進行矢量合成。當或，合成磁動勢

12、為圓形旋轉磁動勢；當時，合成磁動勢為脈振磁動勢；當時，合成磁動勢為橢圓形旋轉磁動勢。同時，脈振磁動勢可以分解為兩個幅值相等、轉速相同、方向相反的圓形旋轉磁動勢；橢圓形旋轉磁動勢可以分解為兩個幅值不等、轉速相同、方向相反的圓形旋轉磁動勢。3-22 如何改變三相電機的轉向？【答】 任意調換兩相相序或通以負序電流，設，則，則合成磁動勢即形成反向推移的旋轉磁動勢，也就改變了電機的轉向。3-24 兩相對稱繞組通兩相對稱交流電產生的是脈振磁動勢，還是圓形旋轉磁動勢或橢圓形旋轉磁動勢？【答】 對稱兩相繞組在空間上互差90°電角度，繞組中通入在時間上互差90°的對稱兩相電流，合成基波磁動勢為，可見兩相對稱繞組通兩相對稱交流電產生的是脈振磁動勢。3-25 三相繞組的磁動勢為什么沒有3的倍數次諧波？哪些次諧波與基波同轉向？哪些次轉向相反？【答】 因為3的倍數次諧波磁動勢關于三相繞組對稱，即，則合成磁動勢。 當時，故三相繞組的磁動勢沒有3的倍數次諧波； 當，即時，與基波的情況相同，有，合成磁動勢是轉速為，幅值為的正