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《电机与电气控制技术》第2版习题解答第二章三相异步电动机2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。
当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。
2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。
对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。
2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。
答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。
所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且n<n1。
2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。
如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。
工厂电气控制设备第三版答案第二章1.1如何区分直流电磁系统和交流电磁系统？如何区分电压线圈和电流线圈?答：直流电磁铁铁心由整块铸铁铸成，而交流电磁铁的铁心则用硅钢片叠成，以减小铁损。
直流电磁铁仅有线圈发热，线圈匝数多、导线细，制成细长形，且不设线圈骨架，铁心与线圈直接接触，利于线圈的散热。
交流电磁铁由于铁心和线圈均发热，所以线圈匝数少，导线粗，制成短粗形，吸引线圈设有骨架，且铁心与线圈隔离，利于铁心与线圈的散热。
1.2交流电磁系统中短路环的作用是什么？三相交流电磁铁有无短路环？为什么?答：交流接触器线圈通过的是交变电流，电流正负半波要经过零点，在电流过零点时线圈电磁吸力接近于零，如此动铁芯会与静铁芯发生振动和噪声。
在铁心端面上开槽安放短路环后，交变的磁通使得短路环产生同频交变感应电流，该电流使短路环内产生与铁心磁通变化相反的逆磁通。
如此在铁心端面上，短路环内的磁通与环外磁通在时间上错开，避免了吸力过零产生噪声和振动现象。
没有短路环，因为短路环是在电流过零时产生感应电流维持铁芯吸合，三相交流电磁铁一相电流过零时其余两相不为零，铁芯还是吸合的，因此不再需要短路环。
1.3交流电磁线圈误接入直流电源、直流电磁线圈误接入交流电源，将发什么问题？为什么?答：交流电磁线圈误接入对应直流电源，时间长了有可能将线圈烧掉，因为交流线圈的电感一般很大，其电阻阻值较小，所以当通直流电源后，电流会很大，电磁阀不会动作。
直流电磁线圈误接入对应交流电源，不会有什么影响，因为直流电磁线圈的阻值大，相应的电感也大，一般比交流电磁线圈的大。
1.4电弧是如何产生的？有哪些危害?直流电弧与交流电弧各有什么特点？低压电器中常用的灭弧方式有哪些？答：开关触头在大气中断开电路时，如果电路的电流超过0.25~1A，电路断开后加在触头间的电压超过12~20V，则在触头间隙(又称弧隙）中便会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体。
1.1、何谓电磁机构的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？答：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称作吸力特性；电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度的关系曲线称作反力特性。
电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。
反映在特性图上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近。
1.3、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现什么现象？为什么？答：在工作中会出现衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散得到现象。
原因是：电磁机构在工作中，衔铁始终受到反力Fr的作用。
由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力Fr作用下被拉开。
磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又被吸合。
这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。
1.5、接触器的作用是什么？根据结构特征如何区分交、直流接触器？答：接触器的作用是控制电动机的启停、正反转、制动和调速等。
交流接触器的铁芯用硅钢片叠铆而成，而且它的激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁芯和线圈的散热。
直流接触器的铁芯通常使用整块钢材或工程纯铁制成，而且它的激磁线圈制成高而薄的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。
1.8、热继电器在电路中的作用是什么？带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？答：热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，可以实现三相电动机的过载保护。
三角形接法的电动机必须用带断相保护的三相式热继电器；Y形接法的电动机可用不带断相保护的三相式热继电器。
1.9、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。
答：热继电器在电路中起过载保护的作用，它利用的是双金属片的热膨胀原理，并且它的动作有一定的延迟性；熔断器在电路中起短路保护的作用，它利用的是熔丝的热熔断原理，它的动作具有瞬时性。
第二章习题与思考题参考答案1.电气图中，SB、SQ、FU、KM、KA、KT分别是什么电气元件的文字符号?答：SB-控制按钮；SQ-行程开关；FU-熔断器；KM-接触器；KA-中间继电器；KT-时间继电器。
2.说明“自锁”控制电路与“点动”控制电路的区别，“自锁”控制电路与“互锁”控制电路的区别。
答：依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁，起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。
“一按（点）就动，一松（放）就停”的电路称为点动控制电路。
点动电路为“一按（点）就动，一松（放）就停”，不需要自锁触点，因短时工作，电路中可不设热继电器作过载保护；而自锁电路需要在起动按钮的两端并联自锁触点，在按下起动按钮并松开后，依靠自锁触点（接触器自身的辅助常开触点）接通电路，因电路工作时间较长，需要设热继电器作过载保护。
自锁是接触器（或其他电磁式电器）把自身常开辅助触点并接在起动按钮的两端，其作用是松开起动按钮后通过该常开辅助触点保持线圈通电。
互锁是把两个接触器的常闭辅助触点分别串接在对方接触器线圈的电路中以达到相互制约的作用。
即其中任一接触器线圈先通电吸合，另一接触器线圈就无法得电吸合。
3.什么叫减压起动?常用的减压起动方法有哪几种?答：减压起动：利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机定子绕组上起动，以减小起动电流，待电机转速升高后再将电压恢复至额定值的起动方法称为降压起动。
笼型异步电动机常用的减压起动方法有：定子绕组串电阻减压起动、星-三角减压起动、自耦变压器减压起动、延边三角形减压起动和使用软起动器起动等方法。
绕线转子异步电动机减压起动方法主要有转子绕组串电阻减压起动方法。
4. 电动机在什么情况下应采用减压起动?定子绕组为星形联结的三相异步电动机能否用星-三角减压起动?为什么?答：当电动机容量大于10kW以上通常采用降压起动。
正常运行时定子绕组为三角形联结的笼型异步电动机，可采用星-三角减压起动方法来限制起动电流。
第2章 教学检测及答案一、填空题1.在电气原理图中，电器元件采用（展开）的形式绘制，如属于同一接触器的线圈和触点分开来画，但同一元件的各个部件必须标以（相同的文字符号）。
当使用多个相同类型的电器时，要在文字符号后面标注（不同的数字序号）。
2.气原理图中所有的电器设备的触点均在常态下绘出，所谓常态是指电器元件没有通电或没有外力作用时的状态，此时常开触点（断开），常闭触点（闭合）。
3.电气原理图采用垂直布局时，动力电路的电源线绘成（水平线），主电路应（垂直）于电源电路画出。
控制回路和信号回路应垂直地画在（两条电源线）之间，（耗能）元件应画在电路的最下面。
且交流电压线圈不能（串联）。
4.电阻测量法检查线路，若测得某两点间的电阻很大，说明（该触点接触不良或导线断开）。
5.电压测量法检查故障如图6-1所示。
将万用表调到交流500V 档，接通电源，按下起动按钮SB2，正常时，KM1吸合并自锁。
这时电路中1-2、2-3、3-4各段电压均为（0），4-5两点之间为线圈的工作电压（380）V 。
6.如果要在两个地点对同一台电动机进行控制，必须在两个地点分别装一组按钮，这两组按钮连接的方法是：常开的起动按钮要（并联），常闭的停止按钮要（串联）。
7.Y-△减压起动是起动时将定子绕组接成（星形），起动结束后，将定子绕组接成（三角形）运行。
这种方法只是用于正常运行时定子绕组为（三角形）连接的电动机。
由于起动转矩是直接起动时的（1/3），这种方法多用于（空载或轻载）起动。
8.异步电动机的调速可分（变极调速）（变频调速）（变转差率调速）三大类9.三角形改成双星形（△/YY ）变极调速时，电动机绕组构成构成三角形连接时，电动机（低速）运行。
双速电动机在变极的同时将改变（三相绕组的电源的相序），以保持电动机在低速和高速时的（转向）相同。
10.（电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电）的装置称作“变频器”11.变频器的控制方式可分为（开环控制和闭环控制)两种。
第2章教学检测及答案一、填空题1. 变压器的主要结构包括（器身、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置和变压器油）。
2. 铁心是变压器的磁路部分，为了提高磁路的导磁率和降低铁心的涡流损耗，铁心采用了（高导磁率的冷轧硅钢片），其厚度一般为（0.25~0.35）mm。
3. 绕组是变压器的电路部分，它一般用（绝缘的铜或铝导线）绕制。
4. 变压器（套管）是将线圈的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它起到引线对地（外壳）绝缘和固定引线的作用。
5. 当电源电压和负载的功率因数等于常数时，二次端电压随负载电流变化的规律为变压器的（外特性）。
6. 当电源电压不变时，变压器主磁通的幅值基本不变，因此当频率恒定时，变压器的铁损耗只和（外加电源电压的大小）有关。
当电源电压一定时，其铁损耗基本（不变）和（负载大小基本无关），故称之为“不变损耗”。
7. 变压器的铜损耗与（负载系数的平方）成正比。
8. 一般变压器的最大效率出现在负载系数为（0.5~0.6）时。
二、判断题（错的画×对的画√）1. 电力变压器是应用电磁感应原理，在频率不变的基础上将电压升高或降低，以利于电力的输送、分配和使用。
（√）2. 电力变压器的绕组采用同心式结构，同心式的高、低压绕组同心地套在铁心柱上，在一般情况下，总是将高压绕组放在靠近铁心处，将低压绕组放在外面。
（×）3. 变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。
（√）4. 储油柜的作用保证变压器油箱内充满油，减少了油与空气的接触面积，适应绝缘油在温度升高或降低时体积的变化，防止绝缘油的受潮和氧化。
（√）5. 气体继电器安装在储油柜与变压器的联管中间。
当变压器内部发生故障产生气体或油箱漏油使油面降低时，可使断路器自动跳闸，对变压器起保护作用。
（×）6. 压器的温度计直接监视着变压器的下层油温。
（×）7. 呼吸器内装有硅胶，硅胶受潮后会变成红色，应及时更换或干燥。
（√）8. 变压器调压的方法是在低绕组上设置分接开关，用以改变线圈匝数，从而改变变压器的变压比，进行电压调整。
第一章 常用低压电器作业P35 习题与思考题第1、2、3、4、5、6、8、9、12、13、16题1、何谓电磁式电器的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力特性。
近似地表示为：式中，F 为电磁吸力；B 为气隙磁感应强度；S为铁心截面积。
当S 为常数时， 式中，φ为气隙磁通（Wb ）对于交流电磁机构，当f 、N 和U 为常数时，φ为常数，则电磁吸力F 为常数，即F 与气隙δ大小无关。
实际上，考虑到漏磁通的影响，F 随气隙δ的减少略有增加。
其吸力特性如右图。
对于直流电磁机构，根据磁路欧姆定律得： 当外加电压U 和线圈电阻不变时，I 为常数，即电磁吸力F 与气隙δ的平方成反比。
其特性曲线如右图。
SB F 25104⨯=22φ∝⇒∝F B F fNUNf E U 44.444.4==≈φφδμμδφ))((00S IN SINR IN m ===211δδφ∝⇒∝F反力特性：电磁机构使衔铁释放的力一般有两种：一种是利用弹簧的反力；一种是利用衔铁的自身重力。
吸力特性与反力特性间的配合关系：电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力；反之，则反力必须大于吸力。
2、单相交流电磁机构为什么要设置短路环，它的作用是什么？三相交流电磁铁是否装设短路环？单相交流电磁机构在工作中，衔铁始终受到反作用弹簧、触头弹簧等反作用力Fr 的作用。
尽管电磁吸力的平均值F 0大于Fr ，但在某些时候仍将出现Fat 小于Fr 。
当Fat 小于Fr 时，衔铁开始释放；当Fat 大于Fr 时，衔铁又被吸合，如此周而复始，从而使衔铁产生振动，发出噪声。
短路环把铁心中的磁通分为两部分，即不穿过短路环的φ1和穿过短路环的φ2，且φ2滞后φ1，使合成吸力大于反作用力，从而消除了振动和噪声。
三相交流电磁铁不需要装设短路环。
原因是三相交流电流之间的相位相差120°，其电流不会出现同时为0的情况，从而使合成的电磁吸力始终大于反作用力。
第二章
2.1 何谓高压电器？何谓低压电器？
解答: 高压电器是工作电压高于交流1200V 或直流1500V 的各种电器；低
压电器是工作电压在交流1200V 或直流1500V 以上的各种电器。
2.2 试述电磁式电器的工作原理。
解答：电磁式电器的主要由电磁机构和触头构成，电磁机构由铁心，衔铁和吸引线圈组成。
当在吸引线圈两端施加一定的电压或电流时，
在电磁机构的磁路产生磁场，通过气隙转换成机械能，当施加在衔铁上的电磁吸力大于电磁机构反力时，衔铁吸引触头，使其闭合。
当电磁吸力小于电磁机构反力时，触头断开，实现电路的通断。
2.3 电磁机构的吸力特性和反力特性要如何配合才能保证其可靠工作？解答：电磁机构在衔铁吸合过程中，吸力必须大于反力，但不宜过大，否则会影响电器的机械寿命；在衔铁释放过程中，其反力必须大于剩磁吸力才能保证可靠释放；因此电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间。
2.4 改变气隙的大小或改变释放弹簧的松紧，是否会影响电磁铁的工作？解答：改变气隙的大小或改变释放弹簧的松紧，都会影响电磁铁的工作。
改变气隙大小会改变电磁机构的吸力特性，改变弹簧的松紧会影响电气机构的反力特性，二者都可能造成吸力特性和反力特性的协调性，进而影响电磁机构的断开和闭合，影响器件的正常工作和寿命。
2.5 为什么可靠性高或频繁动作的控制系统常采用直流电磁机构？解答：电磁机构一般有直流和交流两类。
交流电磁机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚未动作时，其电流远大于额定电流。
若发生衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流线圈可能烧毁，而在直流电磁铁吸合过程中，电磁吸力逐渐增加，完全吸合时电磁吸力最大，所以在可靠性高或频繁动作的控制系统，一般采用直流电磁机构。
2.6 能否将交流电磁线圈接入对应直流电压源，将直流电磁机构接入对应的交流电压源？为什么？
解答：不能。
2.7 为什么单相交流电磁铁要加短路环？解答：交流电磁机构的电磁吸力随时间周期性变化。
在变化过程中，当电磁吸力小于衔铁上弹簧的反作用力时，衔铁从与铁心闭合处被拉开；当电磁吸力大于弹簧反作用力时，衔铁又被吸合。
如此周而复始，是衔铁产生振动，发出噪声，同时还会使铁心的结合处有磨损，降低电磁铁使用寿命。
为了消除衔铁振动，在地那次铁心的某一端添加短路环。
短路环将铁心中磁通分成两部分，产生两个有相位偏移的吸力，只要使二者的合成吸力大于弹簧反作用力，就能消除衔铁影响，进而消除噪声。
2.8 三相交流电磁铁有无短路环？为什么？解答：无短路环。
2.9什么是a斑点和接触斑点？解答：放置在空气中的金属导体表面会覆盖一层不导电的
金属膜或硫化膜，在实际的接触小面中，只有膜被压破裂的地方才能形成金属与金属的直接接触，实际上电流只能从这些更小的金属接触点通过，这些能导电的金属接触点为导电斑点，国际上通常称为a斑点。
把那些发生机械接触的笑面称为机械接触斑点，简称接触斑点。
2.10有一对线接触的铜触头，设表面未氧化，触头压力为10N,试求触头的接
触电阻。
解答：利用公式R j=K（0.102F）-m来计算。
由查表可知：K=（80~140）X10-6,
F=10N，m=0.7，带入公式即可。
2.11 接触电阻是怎样产生的？如何减小接触电阻？解答：接触电阻是收缩电阻与表面膜电
阻之和。
收缩电阻电阻是由于电阻线
在导电斑点附近发生收缩，会增加电流流通路径，从而在接触内表面形成。
表面膜电阻是当电流通过导电斑点时以准金属接触导电斑点间薄膜，使电流受到阻碍而产生。
一般通过减小接触面粗糙度和增大接触面压力来减小接触电阻。
2.12 什么叫热熔焊？什么叫冷焊？
解答：触头工作时因温度升高而熔化，以致焊在一起无法正常分开的现象称为触头的熔焊或热熔。
它分为动熔焊和静熔焊。
所谓冷焊是指闭合触头未通电时在室温或冷态下出现的粘结现象。
冷焊通常在贵金属材料之间，如金和合金等制成的小型或高灵敏继电器触点中。
2.13 如何减低触头的机械振动？
解答：通过力学分析可知，适当减小动触头的质量和运动速度，增大触头初压力或运用K 值接近1 的触头材料，可实现触头的无害振动，但要完全消除触头接通时的振动式不可能的。
2.14 什么是触头的电磨损？它有哪几种形式？如何降低桥磨损？解答：将触头在分段过程
中，由于存在触头间金属的转移、液态金属的溅射
及金属间的扩散，会使触点表面凹凸不平或出现深坑、凸起、龟裂等触头材料转移或损失称为触头电磨损。
主要有桥磨损和电弧磨损两种。
可通过如下措施降低桥磨损：
（1 ）在触头回路中附加电流回路使触头工作中零转移电流下；（2）触头采用高温时易氧化的金属或合金，当桥折断后残桩氧化，触头下次闭合时残桩绝缘，迫使电流由其他接触点通过；（3）在触头基底金属表面镀一层贵金属，以限制针刺的高度；（4）用两种金属的触头组成“补偿触头对” ，使桥液稳度分布接近对称，减小桥体积。
2.15 试述电弧对电器的利与弊。
解答：利:可以给电路中磁能的释放提供场所，从而降低电路开断时产生的过电压。
弊：电弧会延长电路的切断时间，电弧的高温还会烧坏触头，严重时甚至引起开馆电器着火和爆炸，形成火灾，影响电力系统安全运行。
2.16 何为电离与消电离？他们各有哪几种形式？解答：原子被撞击分裂成带负电的电子和
带正电的离子的过程称为电离，主
要有撞击电离和热电离两种形式。
电离气体中带电粒子自身消失或失去电荷转变成中性粒子的现象称为消电离，主要有复合和扩散两种形式。
2.17 电弧的本质是什么？
解答：电弧放电实际上是自持放电的最终形式。
其物理过程可归纳为：在外加电压作用下，由阴极区连续提供电子流，在弧柱区产生高温热电离，最后电子进入阳极区被阳极所吸引。
因此电弧可以说是产生于气体中的炽热电流、是高温气体中的离子化放电通道，是充满电离和消电离过程的热电统一体。
2.18 试分析直流灭弧的条件和交流灭弧的条件。
解答：直流电弧灭弧条件：U h>E-iR。
u h为电弧电压，i为电弧电流，E为外加直流电源电压，R外加可调电阻。
交流电弧灭弧条件：交流电弧电流过零后，弧隙介质强度恢复的速度大于弧隙电压恢复的速度。
2.19 什么是近阴极效应？它有利于熄灭哪一种电弧？解答：在电流过零后很短时间内，
近阴极区获得一定值击穿电压（弧隙的介
质强度，一般为150~250V）的现象称为近阴极效应。
且电流越小，起始介质强度值越高。
近阴极效应有利于熄灭交流电弧。
2.20 根据电弧的电压方程，试述交流灭弧的灭弧方法。
解答：根据电弧的电压方程可知，
交流灭弧主要有减小恢复电压增长速度和
增加介质强度恢复速度这两种方法。
增加介质强度恢速度方法是通过金属栅片将电弧分割成许多短弧，这样每一个短弧相当于处于一对电极之中，电流过零后就产生近阴极效应。
此时介质强度之和比一对极下产生的扩大了许多倍。
当外界加在电弧两端的电压小于此值时，电弧在过零后就不在重燃。
减小恢复电压增长速度的方法是在弧隙两端并联一电阻，在弧电流过零时，线路电流通过并联电阻分流，则弧隙电流减小，弧隙两端电压增长速度变慢，一直恢复电压增长速度。
从分流角度考虑，并联电阻值不需太大，但电阻小时损耗较大，因此一般采用非线性电阻。
2.21 把触头设计成双断开桥式结构有什么好处？解答;触头设计成桥式双断开结构一方面
有利于电弧拉长，另一方面使电弧
温度降低，有助于熄灭电弧。
两处断开点相当于两队电极，若要使该处电弧熄灭后重燃需要达到两倍的击穿电压（150~250V），一般难以达到，因此可起到灭弧效果。
一般根据需要可将两个或三个极串联当一个出点使用，这组出点则变成多断点，加强了灭弧效果。
2.22 怎样才能实现无弧通断？
解答：实现无弧通断的方式一般有两种。
一种是在交流电流自然过零时，以极快的速度使动静触头分离，使触头分段过程中电弧能量最小，致使电弧很弱或根本无法产生电弧，以达到无弧分断电路的目的。
二是采用电子灭弧装置，在弧头两端并联晶闸管，让晶闸管承担电路通断，在触头断开时将其电压控制在极低范围，从而避免电弧产生。
