船舶电气设备及系统(1-5章)复习思考题作业
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《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
题图2-6 负载相量图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,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=400kVA,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: