船舶电气课后习题参考答案

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，它所产生的磁通会显著增加？答：通电线圈未套在铁心上时，其产生的磁通所经过的磁路主要是空气隙，磁阻很大，因此磁通一般较小。

当通电线圈套在铁心上时，磁通所经过的磁路有很大的一段是由铁磁材料组成的，磁路的磁阻显著下降，所以它所产生的磁通会显著增加。

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的？答：①由于铁磁材料有磁滞和剩磁的性质，需要一定的外界提供一定的能量来克服磁滞和剩磁的作用实现交变磁化，因此交变磁化时会产生磁滞损耗。

交变磁化的磁通将在铁心中感应电动势，而由于铁磁材料本身具有一定的导电能力，感应的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直流电磁铁产生的磁通是大小和方向都恒定不变的直流磁通，直流磁通不会产生涡流损耗，因此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，直流电磁铁的铁心就常常采用整块铸铁制成。

1-7、交、直流接触器有什么不同点？（注：本题主要指交、直流接触器的电磁机构）答：交、直流接触器的不同点基本上体现在交、直流电磁铁的不同点上，即，它们的电磁机构的不同点上。

交、直流接触器电磁机构的主要不同点有：①铁心构造不同，②线圈结构不同，③工作原理方面存在差异。

1-9、交流接触器为什么要用短路环？答：为了避免衔铁的振动。

交流接触器的线圈通过的是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通。

在一个周期内，交流电流和交变磁通都有两个瞬时值为零的“过零点”。

在“过零点”瞬间，铁心产生的电磁吸力为零。

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的，因此若不采用短路环，在“过零点”衔铁就会出现振动。

短路环是用良导体焊接成的，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，而且，接触器线圈产生的磁通为零时（变化率最大），短路环感应的电动势、产生的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，从而避免衔铁的振动。

也就是说，交流接触器铁心中的短路环是避免铁心两部分产生的磁通同时为零，从而避免衔铁的振动的。

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，线圈通入的是交流电流，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，铁心的应该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？（应该说是“衔铁卡住”较合适）答：交流电磁铁是恒磁通型的，只要电源电压和频率不变，因为U≈E=4.44NfΦ，其磁通基本不变，因此不管衔铁是否吸合，电磁铁产生的吸力基本保持不变。

但是，衔铁吸合前，磁路的磁阻大，线圈通过的电流大；衔铁吸合后磁路的磁阻小，线圈通过的电流小（因为磁势IN=磁阻×Φ，Φ不变而磁阻大，I就大；磁阻小，I就小）。

若接触器工作时交流电磁铁的衔铁卡住（即不能完全吸合），将使线圈一直保持较大的电流，产生的铜损耗增加，很容易使线圈因过热而烧毁。

第2章变压器2-1、变压器中主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？在分析变压器时是怎样反映它们的作用的？答：主磁通：沿铁心闭合，同时与原、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，是变压器的工作磁通，占总磁通的绝大部分。

变压器的端电压一定，主磁通维持在一个恒定的值。

在分析变压器时常以励磁电抗X m反应主磁通的作用。

漏磁通：主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。

在分析变压器时，以漏抗Xσ反映漏磁通的作用。

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的大小与哪些因素有关？答：①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物理意义是：电阻部分用来反映变压器磁路损耗在一相电路中的等效，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。

励磁阻抗Z m=R m+jX m，反映变压器铁损大小的等效电阻。

③绕组匝数、磁路磁阻以及电源频率2-3、额定电压为110/24V变压器，若将原边绕组接于220V交流电源上，其结果如何？若将220/24V的变压器接于110V交流电源上，其结果又将如何？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加一倍，就要求磁路的磁通也增加一倍。

在半饱和区再使磁通增加一倍，则励磁电流将大大增加，使绕组的铜耗和铁心损耗大大增加，变压器将很快烧毁。

若将220/24V的变压器接于110V交流电源上，磁路的磁通减少，对于变压器运行没有什么不良影响。

只是此时磁路完全不饱和，变压器铁心的利用率降低而已。

同时，变压器副边输出电压减小为12V，不能满足原来负载的要求。

2-4、额定频率为50Hz的变压器接于频率为60Hz的额定电压上，以及额定频率为60Hz的变压器接于频率为50Hz的额定电压上，将对变压器运行带来什么影响？50Hz和60Hz的变压器能通用吗？答：频率增加铁心损耗也增加。

若电源电压不变，则磁路的磁通Φ减少，励磁电流减小，绕组的铜损耗略有减少；同理，60Hz接于50Hz的额定电压上，铁耗有所减少，但磁路饱和程度增加，绕组的铜耗有所增加。

由于空载电流较小，频率在50Hz和60Hz之间变化，铜耗和铁耗的变化量都不太不大，而且一个增加另外一个就减少，同时考虑变压器都有一定的过载能力。

因此，在50Hz和60Hz 的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N1、N2分别为2000和1000，若为节省铜线，将匝数改为400和200，是否可以？答：不可以。

根据U≈E=4.44fNΦm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加，必然使得磁路饱和，电流显著增大。

题中条件下，匝数减少为原来的1/5，为了平衡电源电压，磁通需要增加到原来的5倍，磁路严重饱和，电流增加的倍数可达原来的几十倍，若没有保护措施，线圈将瞬间烧毁。

2-6、变压器负载运行时引起副边电压变化的原因是什么？副边电压变化率的大小与这些因素有何关系？当副边带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？答：①变压器负载运行，引起副边端电压变化的原因有：短路阻抗，负载的大小和性质。

②短路阻抗的大，负载的大，副边电压变化率就大。

③当副边带电容性负载时有可能使电压变化率为零。

2-7、根据图2-4所示的简化等效电路图，列出电压平衡方程式，并分别画出感性及容性负载时的相量图。

答：①电压平衡方程式为：Ú2=İ2R L +j İ2X Lİ1=-İ2Ú1=-Ú2+İ1R K +j İ1X K②相量图如右图所示。

2-8、变压器空载时，原边加额定电压，虽然原边电阻中r 1很小，可空载电流并不大，为什么？答：变压器空载运行时，从电源输入的电流主要在铁心磁路中产生交变的主磁通，交变的主磁通在原边绕组将感应幅值接近电源电压的反电势，且与电源电压的实际相位几乎相反。

原边绕组上的反电势作用是与电源电压相平衡，使加在原边绕组电阻r 1中电压很小。

因此，虽然r 1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同直流电源上，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，直流电源电压将全部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，原边绕组很快将被烧毁。

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：①副边绕组不许短路。

如果副边绕组短路，则变成短路运行，电流从空载电流变成短路电流，造成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铁心和副边绕组的一端必须可靠接地。

避免由于绝缘老化或损坏造成漏电，危及人身安全。

③副边所带的负载阻抗不能低于额定负载阻抗。

互感器的精度将受到影响。

⑵电流互感器意：①副边绕组不许开路。

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的电压，将击穿绝缘，危及人身及设备安全。

②铁心和副边绕组的一端必须可靠接地。

避免由于绝缘老化或损坏造成漏电，危及人身安全。

③副边所带的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。

第3章 异步电动机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=(n 0-n)n 0。

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 ＞n 0，发电制动状态；当s=0时，n=n 0，理想空载运行状态；当0＜s ＜1题图2-7 感性及容性负载时的相量图时，n ＜n 0，电动运行状态；当s=1时，n=0，堵转状态，或者电动机起动的瞬间；当s ＞1时，n ＜0，反接制动运行状态。

3-2、异步电动机处于发电机运行状态和处于电磁(反接)制动运行状态时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样？应该怎样分析，才能区分这两种运行状态？答：关系都是一样的，所谓制动，从字面上看就是“制止运动”，只有电磁转矩与转子转向相反才能制动。

要区分这两种运行状态可以从转差率进行判断：当s ＜0时，异步电动机处于发电制动状态。

此时转子转速n 高于气隙旋转磁场的转速n 0；当s ＞1时，异步电动机处于反接制动运行状态。

此时，转子转速n 与气隙旋转磁场的转速n 0方向相反，若以气隙旋转磁场的转速n 0方向为参考正方向，则转子转速n 低于气隙旋转磁场的转速n 0。

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：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n 0；气隙旋转磁场相对于定子的转速为sn 0，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n 0(相对于转子)或s n 0 (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。