船舶1091思考题

3-1、什么叫转差率？如何根据转差率判断异步电动机的运行状态？
答：所谓转差率，就是转差的比率，是转子转速与气隙旋转磁场之间的转差与气隙旋转磁场的相对比率。

其定义式为s=(n0-n)n0。

根据转差率可以判断异步电动机转子与气隙旋转磁场的关系，从而判断异步电动机的运行状态，具体如下：
当s＜0时，n＞n0，异步电动机处于发电（即第七章介绍的回馈或再生）制动状态；
当s=0时，n=n0，异步电动机处于理想空载运行状态；
当0＜s＜1时，n＜n0，异步电动机处于电动运行状态；
当s=1时，n=0，异步电动机处于堵转状态，或者电动机起动的瞬间；
当s＞1时，n＜0，异步电动机处于反接制动运行状态（参见第七章）。

【说明】：异步电动机的电磁制动有三种，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；反接制动则包括电源反接制动和倒拉反接制动。

书上P.37页说：“当s＞1时，n＜0，异步电动机处于电磁制动状态。

”不妥当，应当改为：“当s＞1时，n＜0，异步电动机处于反接制动状态（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？
答：若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电压合适的对称三相电源上，则绕线式异步电动机的转子仍然能够正常转动。

当此时转子转向与气隙旋转磁场转向相反，气隙旋转磁场相对于转子的速度为n0；气隙旋转磁场相对于定子的转速为sn0，转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，产生的旋转磁场以n0(相对于转子)或s n0 (相对于定子)的转速按照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3-3 b)所示。

根据左手定则，定子绕组受力F方向为：A↓、X↑，而由于定子固定不动，转子将受到相反方向力的作用，因此电磁转矩T和转子转速n的方向都为逆时针方向。

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，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。

从空载到满载电机主磁通有无变化？
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：当负载增加时，转子电流将增大。

而转子电流的去磁性质将使主磁通出现下降的趋势，定子绕组感应的电势也将出现减少的趋势。

当电源电压不变时，定子绕组的电流将自动增加，以补偿转子电流的去磁作用。

因此，负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加。

由于定子绕组的电阻和漏抗都较小，从异步电动机定子回路的电压平衡方程式可知，定子电压U1约等于定子绕组感应的电势U1≈E1=4.44kwfΦm。

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行时，如果转子突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。

3-12、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。

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。

4-4、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。

4-6、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。

4-9、增加或减少同步电动机的励磁电流时，电动机内部磁场产生什么效应？
答：增加（或减少）同步电动机的励磁电流时，电动机内部的磁通增加（或减少），感应的电动势增大（或减小），为了使电动机电枢绕组感应的电动势与电源电压相平衡，电枢绕组的电流相位将发生变化，因此可以改变电动机从电网吸收电流的性质和大小。

电动机电枢绕组的电流相位将发生变化后，将使电枢反应的去磁（或增磁）作用增加，从而使气隙合成的总磁通维持基本不变的状态。

7-1、电力拖动系统运行的稳定性是指什么？而拖动系统稳定运行的条件又是什么？
答：对于一个电力拖动系统，当T=T L时，拖动系统处于稳定运行状态。

当系统由于受到外界干扰时，系统转速发生变化而离开原来平衡状态；一旦干扰消失，系统能够自动回复到原来的工作点上，这样一种性质称为电力拖动系统的稳定性。

稳定性的判别：系统在电动机机械特性曲线和负载特性曲线的交点能够
）；如果在交点所对应的转速之上有T＜T L，而在交点所保持恒速运行（即T=T
L
对应的转速之下T＞T L，那么系统就具有恢复稳定工作的能力，满足稳定运行的条件。

用数学式表达为：T=T L，且在T=T L处，满足dT/d n＜dT L/d n。

简单地说，稳定性的判别为：①电机和负载机械特性曲线有交点，②在交点附近有dT/d n＜dT L/d n或△T/△n＜△T L/△n。

7-7、电源反接制动和倒拉反接制动的区别是什么？鼠笼式异步电动机能否实现倒拉反接制动？
答：电源反接制动和倒拉反接制动的主要区别有：①电源反接制动是一个过渡过程，制动后若不及时断电，电机将反向起动。

而倒拉反接制动则是一个稳定的工作过程，只有通过控制改变电机的机械特性，或将电源断开才能结束倒拉反接制动；②电源反接制动时负载转矩方向与电机转子的转动方向相反，而与电磁转矩方向一般是相同的。

而倒拉反接制动时负载转矩方向与电机转子的转动方向相同，而与电磁转矩方向相反。

鼠笼式异步电动机是不能实现倒拉反接制动的。

因为，要实现拉反接制动的条件有两个：①带足够大的位能性负载，②电机转子回路串足够大的电阻使电机的机械特性变得足够软，在位能性负载的拉动下才能进入倒拉反接制动。

而鼠笼式异步电动机的转子回路是一个独自形成闭合回路的电路，不能串接任何电阻或阻抗。

且由于鼠笼式异步电动机转子回路电阻通常较小，以满足其正常时工作在电动状态。

因此，鼠笼式异步电动机是不能实现倒拉反接制动的。

7-8、异步电动机带一位能性负载运行在电动状态，突然将其中两相电源反接，会出现什么情况，电动机最终稳定运行在何种状态？试予分析。

设：该异步电动机带一位能性负载T L以电动状态运行在如右图所示的正向机械特性的a点。

若突然将电机的两相电源反接，此时电机气隙旋转磁场的转向立即变反，电机立即工作在反向机械特性。

由于电机转子因惯性仍保持着原来的转向不变，于是工作点就从a点切换到b点。

电机产生的电磁转矩T方向亦变反，成为制动转矩。

再加上负载转矩为能性负载转矩，其方向是阻止转子转动的方向。

因此转子转速下降，迅速从b点下降到c点，转子转速为0，这个过程为电源反接制动过程。

电源反接制动过程结束时，电机的电磁转矩不为0，也不等于负载转矩。

因此，转子仍不能保持不动。

在电磁转矩（为反向驱动转矩）和负载转矩的共同作用下，转子开始反转，进入反向起动过程，由c点反向加速到反向理想空载转速-n0，反向起动过程结束。

到-n0时，电机产生的电磁转矩为0，转子在负载转矩的作用下进一步反向加速，开始进入反向回馈制动状态。

进入反向回馈制动状态后，电机产生的电磁转矩由负变成正，但此时转子处于反转状态。

因此，电磁转矩为制动转矩，开始与负载转矩平衡，直到d点，电磁转矩与制动转矩相等，电机转子稳定运行在反向回馈制动状态，将负载的位能变成电能回馈给电源。

7-10、对恒转矩及恒功率的变极调速，分别应配以何种负载特性比较合理？为什
么？
答：对恒转矩变极调速应配以恒转矩负载特性比较合理，对恒功率的变极调速应配以恒功率负载特性比较合理。

因为，对于恒转矩变极调速，调速前后电机产生的最大电磁转矩不变，配以恒转矩负载特性，既可以防止低速时负载转矩超过电机的额定转矩造成过载，又可避免高速时负载转矩大大小于额定电磁转矩，造成不必要的功率浪费。

而对于恒功率的变极调速，调速前后电机所允许输出的功率不变，配以恒功率负载特性，既可以防止高速时输出的负载功率超过电机所允许输出的功率，又可避免低速时负载转矩小于电机的额定转矩很多，输出的功率大大小于电机的额定功率，造成不必要的功率浪费。

8-4、两个同型号的交流接触器，吸引线圈额定电压为110V，能否将其串联后接到220V交流电源上？如果是直流接触器，情况如何？
答：两个同型号的交流接触器，吸引线圈额定电压为110V，一般不能否将其串联后接到220V交流电源上。

这是因为，两个交流接触器的线圈同时通电后，它们的电磁机构一般不能同时使其衔铁吸合，未吸合的交流接触器，线圈感应电动势较小，串联的线圈电路中的电流将增大，增大的电流不仅使两个线圈的铜损耗都增大，而且还会使已经吸合的接触器磁路饱和，损耗增加其铁心损耗。

此外若将两个线圈串联，则其中一个接触器出现故障，将引起另外一个接触器的线圈不能正常工作。

两个同型号的直流接触器，吸引线圈额定电压为110V，一般也不能否将其串联后接到220V交流电源上。

虽然两个直流接触器线圈同时通电，它们的电磁机构是否同时吸合，不会影响它们的正常工作，但与交流接触器相似，将两个线圈串联，则其中一个接触器出现故障，也将引起另外一个接触器的线圈不能正常工作。

因此，不管是交流接触器还是直流接触器，一般不是不能将两个线圈串联工作的。

8-5、在线圈额定电压相同的前提下，交流电器与直流电器能否相互代用？
答：在线圈额定电压相同的前提下，交流电器与直流电器不能相互代用。

因为交流电器工作在交流电时，其电抗较大。

为了保证有足够的励磁电流，交流电器线圈的匝数较少、线径较细。

若将其接到相同电压的直流电源上，则由于线圈的电抗在直流电作用下不复存在，只剩下较小的电阻。

因此，若将交流电器与直流电源连接，则交流电器的电流将大大地超过额定电流，使交流损坏。

而直流电器的线圈在直流电路中没有电抗，为了保证通过线圈的电流不会太大，直流电器线圈的匝数较多、线径较细。

若将其接到相同电压的交流电源上，则由于匝数较多的线圈在交流电源的作用下存在较大的电抗，再加上直流线圈线径较细、电阻较大则流过线圈的电流将比接交流电时小很多，线圈产生的电磁吸力将严重不足，不能克服反力弹簧的作用力使电器的传动机构正常工作。

因此，在线圈额定电压相同的前提下，交流电器与直流电器是不能相互代用的。

8-8、电动机的保护线路中已经设置熔断器，为什么还要装热继电器？而热继电器为什么至少要在电机定子的两相中安放，一相或三相都放行吗？
答：电动机的保护线路中熔断器主要是作为电动机短路保护用的，由于电动机起动电流是其额定电流的4～7(或5～8)倍，为了保证短路保护的可靠性，
熔断器的额定电流为电动机额定电流的1.5～2.5倍。

这样既可达到保护电动机的短路又可避开起动时的影响。

但若由于某种原因，电动机出现小于1.5倍额定电流的轻度过载，熔断器将长期不能熔断，而电动机则会因为过载使其绕组温度超过最高允许温度而损坏绝缘。

也就是说，电动机的保护线路中的熔断器只能起短路保护或程度较重的过载保护，而不能起轻度过载或过热保护。

因此，要保证电动机的可靠运行，还必须装热继电器进行过载保护。

在电机定子的至少两相中安放热继电器不仅可以达到过载保护的目的，同时还可作为电动机缺相运行的保护。

只有在至少两相中安放热继电器才能保证不管哪一相缺相，热继电器都能检测到过电流，从而实现缺相保护。

若只在一相装有热继电器，则在恰巧该相发生缺相，另外两相的电流增大，而缺相的电流为0，热继电器就不能检测的过载电流，也就不能达到缺相保护的目的。

在三相都装有热继电器，同样可以检测到电动机缺相的过载电流，因此是可以既达到过载保护还能够完成缺相保护的。

应该说明的是，早期的热继电器中双金属片的生产工艺等水平较为落后，双金属片的成本较高，因此早期的热继电器是单相式的，可以每相单独安装。

而随着生产工艺等水平的提高，目前双金属片的生产成本较低，现在的热继电器大多是三相式的，也就是说，现在的热继电器基本上是在每一相都装有作为检测元件的双金属片的。

8-9、交流磁力起动器中为什么要有“自锁”环节？“自锁”环节失灵将发生什么现象？
答：交流磁力起动器中“自锁”环节的功能有两个：①实现连续运行控制，②与接触器或电压继电器的线圈配合，完成失压或欠压保护功能。

“自锁”环节失灵时，若“自锁”触头不能闭合，交流磁力起动器就不能实现连续运行控制，而变成只能实现点动控制了。

若出现由于主触头发生粘连，而使“自锁”触头不能断开的失灵，则交流磁力起动器不能使电动机停止，也不能完成失压或欠压保护功能。

-13、图8-17所示的交流磁力起动器在检修后试车，发现下列故障现象，分别分析其原因。

(1) 合上开关QS后，电机立即自动起动，但随即反复出现停车、起动、又停车的振荡现象。

(2) 按SB1，电动机正常起动运行，但按SB2，无法停机。

(3) 按SB1，电动机起动，松开SB1电动机立即停车。

答：图8-17交流磁力起动器如右图所示。

⑴合上开关QS后，电机立即自动起动，但随即反复出现停车、起动、又停车的振荡现象。

通过对故障现象的分析可以知道：之所以会出现该现象是因为接触器KM的线圈反复通电断电，而且合上开关QS后，线圈支路处于接通状态，即起动按钮被短接。

而起动按钮被短接后要出现KM线圈反复通电的故障现象，则短接器件为接触器的常闭辅触头。

也就是说，交流磁力起动器控制线路接线时，与起动按钮并联的自锁触头应该为接触器的常开辅触头KM2，而出现故障现象时却误用常闭辅触头代替常开辅触头了。

这样一来，合上开关QS 后，KM线圈立即通电动作，主触头使电动机起动。

由于KM线圈得电，其常闭辅触头断开，又使KM线圈失电复位，主触头断开，电动机停车。

KM线圈失电复位后，其常闭辅触头再次接通KM线圈，使KM线圈再次通电动作，……，如此就出现反复停车、起动、又停车振荡的故障现象。

⑵按 SB1，电动机正常起动运行，但按SB2，无法停机的故障现象是因为停止按钮SB2失去作用，可能原因为：①SB2的两端被短接。

②自锁触头KM2不是接在SB2的右边而是接到SB2的左边。

当SB2的两端被短接后，按停止按钮SB2不能使KM线圈失电复位，因此造成无法停机的故障现象。

若自锁触头KM2 跨接到SB2的左边，则停止按钮SB2的功能失效，按停止按钮SB2也不能使KM线圈失电复位，因此造成无法停机的故障现象。

⑶按 SB1，电动机起动，松开SB1电动机立即停车的故障现象是因为控制线路失去自锁功能，可能原因为：①作为自锁触头的接触器常开辅触头KM2未接上或出现断线及触头接触不良等故障。

②KM2触头接错地方，如与停止按钮SB2并联等。

KM2未接上或出现断线及触头接触不良及接错地方都会出现自锁功能失效、控制电路呈现题目所说的点动控制现象。

船舶电力系统概述
1船舶电力系统的基本组成及其作用
答：船舶电力系统的基本组成有四部分，其作用分别为：①、电源：将其它能源转换成电能，供系统用；②、配电装置：接受和分配电能，并对电源、电力网和负载进行保护、监视、测量和控制；③、船舶电力网：是电力系统的中间环节，起连接电源和负载的作用，即将电能传送给负载；④、负载：将电能转换成其它形式的能量。

2、船舶电力系统与陆地上相比有何特点？
答：船舶电力系统与陆地上相比，其特点有：①、是一独立的电力系统，系统的容量小，负载的变化对电网的频率和电压的变化影响较大；②、输电网络距离短，线路阻抗小，短路电流的破坏作用大；③、运行环境恶劣，因此要求船舶电气设备具有抵抗湿热、盐雾、霉菌、油气的能力，且能在倾斜、摇摆、振动和冲击的条件下可靠工作的能力。

3 船舶同步发电机设有哪些保护，是如何实现的？
答：船舶同步发电机所设的保护主要有：①、外部短路；②、过载；③、欠压；④、逆功率等保护。

这些保护都可由“综合保护装置”或由自动空气断路器的“过电流脱扣器”、“失压脱扣器”及“逆功率继电器”等元器件来实现。

4 欠压对船舶电气设备的影响？欠压保护整定值？
答：欠压对船舶电气设备的影响主要是：使负载不能正常工作；电动机出现过流过热甚至堵转；并可能由此引发发电机的过载。

按《规范》要求，欠压保护整定值为：电压降到额定电压的70～80% 时，延时1.5～3秒动作；电压降到额定电压的40～70% 时，瞬时动作。

5 发电机短路保护应遵循的总体原则？
答：发电机短路保护应遵循的总体原则是：“既要保护发电机，又要尽可能保证不中断供电”。

具体动作则采用“时间原则”和“电流原则”相结合的方法来实现。

6、负荷分配的原理：操作发电柴油机调速器开关，调节油门杆，油门杆带到高压油泵齿条，
改变喷油量，从而改变发电机速度，达到功率分配目的
7、为什么要将两台发电机功率调到一样：一是功率相差太大，若有大负荷设备突然起、停
操作时，可能引起发电机逆功率和过载，导致跳闸，甚至全船失电。

二是发电机长时间在低负荷下运行不经济，且对发电柴油机本身不好（如结碳等）。

8、发电机解列操作的要求（或注意事项）：一是总功率高于单机额定功率80%时，不能进行解列操作；二是功率太高时操作分闸按钮会对电网造成较大冲击，会对发电机主开关主触头造成损伤，一般要求功率降低到发电机额定功率的5～10%以下方能进行分闸操作；三是负荷转移操作时，不要将待解列发电机功率降到0以下，注意避免产生逆功率
9、手动准同步并车的条件：相序要一致；电压差不大于10%（调压器基本能满足要求，无
需调整）；频率差不大于0.5Hz（实际操作中，一般取0.25%，即4秒转一圈）；相位角差不大于150（实际操作中，在11点处按合闸按钮，考虑主开关动作时间，基本能满足在12点处即相位差为0时合闸）。

若选择相位差太时合闸，则可能对电网造成冲击，引起逆功率跳闸，同时在两发电机间形成较大的无功环流，引起发电机主开关过电流跳闸，甚至烧毁发电机的严重后果。