船舶1091思考题

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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=TL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保持恒速运行(即T=TL);如果在交点所对应的转速之上有T<TL,而在交点所对应的转速之下T>TL,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=TL,且在T=TL处,满足dT/dn<dTL/dn。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/dn<dTL/dn或△T/△n<△TL/△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TL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