船舶电气设备及系统(1-5章)复习思考题作业复习过程

《船舶电气设备及系统》课后习题答案第1章电与磁1-8、交流接触器接到相同电压的直流电源上会出现什么现象？答：交流接触器因其线圈工作时会感应电势，此电势正常工作时起限流作用，为了使其有足够的吸力，线圈的线阻应较小，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，在相同大小的电压下，将产生非常之大的电流（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：简单地说，交流接触器用短路环是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2-3、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，由于U≈E=4.44NfΦ∝Φ，就要求磁路的磁通也增加一倍。

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加一倍，则励磁电流（空载电流）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。

2-6、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相同负载时，变压器短路阻抗值越大，其输出电压变化越大。

③短路阻抗一定、负载的功率因数保持不变时，负载越大（负载阻抗值小、电流大），变压器的输出电压变化越大。

④负载的性质主要指负载是感性、容性和电阻性。

一般而言，若忽略变压器绕组的电阻压降，从变压器负载相量图（题图2-6）可见，电感性负载电流具有去磁性质，对变压器副边电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，题图2-6 负载相量图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可能使电压变化率为零。

简单地说，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。

2-10、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。

这是因为电压互感器正常运行时，负载接电压表，阻抗很大，接近于空载运行。

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。

这是因为电压互感器的原边所接电压都是高电压，为了避免由于绝缘老化或损坏造成漏电，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，负载电流引起的电压变化率将超过允许值，互感器的精度将受到影响。

⑵电流互感器使用时应注意：①副边绕组不许开路。

这是因为电流互感器正常运行时，相当于变压器工作在短路状态，原副边磁动势处于平衡状态，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的电压，将击穿绝缘，危及人身及设备安全。

即使不会损伤绝缘，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。

这是因为电流互感器的原边所接电路通常又是高电压的电路，为了避免由于绝缘老化或损坏造成漏电，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S N=400kV A，额定电压为U1/U2=36000/6000V，Y/△连接。

试求：(1)原、副边额定电流；(2)在额定工作情况下，原、副边绕组中的电流；(3)已知原边绕组匝数N1=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：I1N=S N/(3U1N)=400000/(3×36000)=6.415(A)I2N=S N/(3U2N)=400000/(3×6000)=38.49(A)(2)在额定工作情况下，原、副边绕组中的电流：设，I1P、I2P分别为额定工作情况下原、副边绕组中的电流。

对于Y/△连接的变压器，原边Y连接有：I1P=I1N=6.415(A)副边△连接有：I2P=I2N/3=38.49/3=22.22(A)(3)求副边绕组匝数N2：因为I2/I1=N1/N2，因此：N2=N1I1P/I2P=600×6.415/22.22≈173(匝)答：(1)原、副边额定电流分别为6.415A和38.49A；(2)在额定工作情况下，原、副边绕组中的电流分别为6.415A和22.22 A；(3) 原边绕组匝数N1=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S N=1800kV A，U1/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cosϕ=0.8时的效率。

解：(1)额定输出电流：I2 N=S N/(3U2N)=1800/(3×3.15)=329.9(A)(2)输出电流为额定值、负载功率因数cosϕ=0.8时，副边输出的有功功率P2N：P2N=S N×cosϕ=1800×0.8=1440kW(3)输出电流为额定值、负载功率因数cosϕ=0.8时的效率η：η=P2/P1×100%=P2/(P2+p Fe+p cu)×100%=1440/(1440+6.6+21.2)×100%=98.1﹪答：当输出电流为额定值、负载功率因数cosϕ=0.8时的效率约为98.1﹪。

第3章异步电动机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。

3-10、异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？试说明其原因。

如果电源电压下降20%，对异步电动机的最大转矩、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行时，若电源电压下降过多，将使定、转子电流都将增大较多，电机的铜损耗增加较多，可能使电机出现过热现象，从而加速绕组绝缘的老化，甚至烧毁。

这是因为异步电动机产生的电磁转矩与电源电压的平方成正比，电压下降电机产生的电磁转矩减小，在额定负载小运行时转子转速将明显下降，转差率将增加较多。

从转子电流计算公式看，转子电流增大较多，同时引起定子电流有较大的增加。

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%，即电源电压为原来的0.8，因此异步电动机的最大转矩和起动转矩都为额定电压时的0.64，即下降了36%。

⑶根据前面的分析，电压下降，转差率增加，转子回路的等效电阻r′2/s减小，转子电路的功率因数cosϕ2=(r′2/s)/[x′22+(r′2/s)2]将减小。

而带额定负载时定子电流主要成分是转子电流分量，励磁电流分量所占的比例较小，cosϕ2减小则定子电路的功率因数cosϕ1也将比额定电压时对应的数值有所减小。