异步发电机励磁原理(电机学简答题)

Posted 2023-05-25

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异步发电机励磁原理(电机学简答题)

1、铁磁材料之所以有高导磁性能，铁磁材料内部存在着很多很小的具有确定磁极性的自发磁化区域，并且有很强的磁化强度。就相当于一个个超微型小磁铁，称为磁畴。磁化前，这些磁畴随机排列，磁效应相互抵消，宏观上对外不显磁性。但在外界磁场作用下，这些磁畴将沿外磁场方向重新作有规则排列，被完全磁化，宏观上对外显磁性，从而使实际产生的磁场要比非铁磁材料中的磁场大很多。

2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。与磁场交变频率，磁通密度，材料，体积，厚度有关。涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。与磁场交变频率，磁通密度，材料，体积，厚度有关。

3、磁路的基本定律有哪些？当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时4，磁路计算能否用叠加原理？为什么？安培环路定律，磁路的欧姆定律，基尔霍夫第一定律，基尔霍夫第二定律。不能使用叠加原理，因为磁路是非线性的，存在饱和现象。

4、变压器中主磁通与漏磁通的作用有什么不同？在等效电路中是怎样反映它们的作用的？主磁通：同时交链一次，二次绕组,但是能量从一次侧传递到二侧的媒介,使

,实现变压功能。漏磁通:只交链自身绕组,作用是在绕组电路中产生电压降,负载时影响主磁通,

和二次电压

的变化,以及限制二次绕组短路时短路电流的大小,在等效电路中用

反应磁通的作用,用

反应漏磁通的作用

5、在分析变压器时，为何要进行折算？折算的条件是什么？如何进行具体折算？若用标么值时是否还需要折算？(1)∵变压器一，二次绕组无直接电联系，且一，二次绕组匝数不等，用设有经过折算的基本解公司无法画出等效电路，∴要折算。(2)如果将二次绕组折算到一次侧，因为二次绕组通过其磁动势

对一起绕组起作用，∴只要保持

不变，就不会影响一次绕组的各个量(3)具体方法是将二次绕组的匝数折合到与一次绕组相同的匝数，即

∴

，

(4)若用标么值时不需要折算，因为用标么值表示时折算前后数值相等例

6、如何确定联接组？试说明为什么三相变压器组不能采用Yy联接组，而三相心式变压器又可以呢？为什么三相变压器中常希望一次侧或者二次侧有一方的三相绕组接成三角形联接？为了区别不同的连接组，采用时钟表示法，将高压绕组电动势相量作为长指针指向0点，将低压绕组电动势作为短针。对于三相变压器，连接组号的规定与单相变压器相似。三相变压器中，三相磁路彼此无关，考虑三次谐波影响，因为中性点不接地，三次谐波电流无法流通，不能对回路中的三次谐波电动势起去磁作用，此时三次谐波电动势与基波叠加，会使基波电动势波形畸变，影响电能质量，可能造成过电压损坏绝缘，采用这种接法的变压器一般附加三角绕组，构成三次谐波电流通路。

7、并联运行的理想条件是什么？要达到理想情况，并联运行的各变压器需满足什么条件？

理想条件是：空载时并联的各变压器一次测间无环流，负载时各变压器所承担的负载电流按容量成比例分配。满足条件是（1）各变压器一、二次侧额定电压对应相等，电阻相等（2）连接组号相同（3）短路阻抗标幺值相等（4）短路电压的标幺值相等，及各台变压器所承担负荷与其额定容量比例分配。

8、双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？

双层绕组：

单层绕组：

9、为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数，试以三相绕组合成磁动势的基波来说明。

三相绕组合成磁动势的基波：

在某一瞬间，它在空间成正弦波分布，是空间的函数，随着时间的变化，该正弦波沿电流相序旋转，所以，它既是时间的函数，也是空间的函数。

10、什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？

转差率为转子转速

与同步转速

之差对同步转速

之比值

，

为发电机状态。

为电动机状态，

为电磁制动状态。

11、试说明转子绕组折算和频率折算的意义，折算是在什么条件下进行的？

绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为

，匝数为

，绕组系数为

的等效转子绕组来替代原来的转子绕组，保持极对数不变。频率折算：用一个等效的静止转子来代替原来的旋转的转子，在该静止转子回路中串入一个

的模拟电阻，而定子方各物理量不变。折算的条件：保持转子磁动势不变，及转子上有功率，无功功率不变。

12、异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的

代表什么意义？能否用电感或电容代替？等效电路：T形等效电路，

形等效电路。消耗在

上的电功率就是电动机所产生的机械功率

，它是有功功率，不能用电容或电感代替。

13、同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？

同步电机：转子直流励磁，产生主磁场，包括隐极和凸极

异步电机：转子隐极，是对称绕组，短路，绕组是闭合的，定子两者都一样。

14、三相同步发电机投入并联运行的条件是什么？如果不满足条件会产生什么后果？

波形相同,频率相同,幅值相同,相位相同,相序相同.如不满足条件，在发电机和电网间产生环流，导致发生电磁冲击和机械冲击。

15、同步电动机为什么没有起动转矩？其起动方法有哪些？

同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩，稳定的实现机电能量转换。如将静止的同步电动机通入励磁电流后直接投入电网，则定子旋转磁场将以同步转速相对于转子磁场运动，转子上承受的是交变的脉振转矩，平均值为零。因此，同步电动机不能自启动，没有起动转矩。起动方法有：辅助电动机启动，变频启动，异步启动。

1、
变压器并联运行的条件？

2、试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义；它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？

激磁电抗是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数；漏电抗是表征绕组漏磁效应的一个参数。

激磁电抗对应于主磁通，漏电抗对应于漏磁通，对于制成的变压器，励磁电抗不是常数，它随磁路的饱和程度而变化，漏电抗在频率一定时是常数。

3、变压器的额定电压为220/110V，若不慎将低压方误接到220V电源上，试问励磁电流将会发生什么变化？变压器将会出现什么现象？

误接后由

知，磁通增加近一倍，使激磁电流增加很多（饱和时大于一倍）。此时变压器处于过饱和状态，副边电压440V左右，绕组铜耗增加很多，使效率降低、过热，绝缘可能被击穿等现象发生。

4、变压器副方所带负载的性质对副方电压有什么影响？副方电压在什么情况下有可能高于空载值？

5、自耦变压器的容量是如何传递的？这种变压器最适合的变比范围是多大？

6、并励直流发电机自励电压建立应满足的条件是什么？

7、励磁电流不变的情况下，直流发电机负载时电枢绕组感应电动势与空载时电枢绕组感应电动势大小相同吗？为什么？

负载时电动势比空载时小，由于负载时有电枢反应去磁作用，使每极磁通减小。

8、他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个电压变化率大？

他励发电机由空载到额定负载，电枢电流Ia由0增加到额定值IaN，电枢回路电阻压降IaRa增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通Φ下降，从而使感应电动势E下降。由公式U=E-IaRa可知，端电压U随Ia的增加而下降。

对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流If下降，使得Φ下降和E下降，从而引起U进一步降低，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机的电压变化率要大些。

9、试述并励直流电动机的调速方法，并说明各种方法调速特点。

（1）改变励磁电流调速。这种调速方法方便，在端电压一定时，只要调节励磁回路中的调节电阻便可改变转速。由于通过调节电阻中的励磁电流不大，故消耗的功率不大，转速变化平滑，范围广。接入并励回路中的调节电阻为零时的转速为最低转速，故只能“调高”，不能“调低”。改变励磁电流，机械特性的斜率发生变化并上下移动。

（2）改变电枢端电压调速。当励磁电流不变时，只要改变电枢端电压，即可改变电动机的转速，提高电枢端电压，转速升高。改变电枢端电压，机械特性上下移动，但斜率不变，即其硬度不变。此种调速方法的最大缺点是需要专用电源。

（3）改变串入电枢回路的电阻调速。在端电压及励磁电流一定、接入电枢回路的电阻为零时，转速最高，增加电枢路电阻转速降低，故转速只能“调低”不能“调高”。增加电枢电阻，机械特性斜率增大，即硬度变软，此种调速方法功率损耗大，效率低。

10、感应电机转速变化时，转子磁势相对定子的转速是否改变？相对转子的转速是否改变？

转子磁势相对定子转速不变,相对转子转速改变。

11、三相感应电动机运行时，若负载转矩不变而电源电压下降10%，对电机的同步转速，转子转速，主磁通，功率因数，电磁转矩有何影响？

同步转速不变；转子转速下降；主磁通下降；功率因数下降；电磁转矩不变。

12、画出三相异步电动机等效电路图，并说明各参数代表的意义。

等效电路图略

分别代表定子绕组电阻；定子绕组漏抗，表征定子绕组漏磁效应；激磁电阻，表征铁心损耗；激磁电抗，表征铁心磁化性能；归算到定子侧的转子绕组电阻；归算到定子侧的转子绕组漏抗；

代表与转子所产生的机械功率相对应的等效电阻。

13、说明三相感应电动机转子绕组折算和频率折算的意义，折算是在什么条件下进行的？

转子绕组折算就是用新绕组替换原绕组。为了导出等效电路，用一个与定子绕组的相相数、匝数和绕组因数相同的等效绕组替换实际转子绕组，折算前后转子绕组的磁动势和各种功率及损耗不变，因而从定子边看转子，一切未变。频率折算即用静止的转子替换旋转的转子，折算条件也是磁动势和各种功率及损耗不变，为此，只要将转子电阻

换成

。

14、为什么相同容量的感应电机的空载电流比变压器的大很多？

变压器的主磁路全部用导磁性能良好的硅钢片构成，感应电机的主磁路除了用硅钢片构成的定、转子铁心外，还有空气隙。气隙的长度尽管很小，但磁阻很大，使得感应电机主磁路的磁阻比相应的变压器大。

15、当主磁通确定之后，异步电动机的励磁电流大小与什么有关? 根据任意两台同容量异步电动机励磁电流的大小可比较其主磁通的大小吗?为什么?

当主磁通确定之后，异步电动机的励磁电流大小与定、转子之间的气隙大小有密切关系，气隙大也就是磁阻大，根据磁路欧姆定律，在磁通确定时，磁组大则磁动势大，也就是励磁电流大，所以一般异步电动机气隙较小，以使励磁减小，在主磁通相同时，气隙大小不同，励磁电流大小就不同，即不同大小的励磁电流可产生相同的主磁通。所以，根据励磁电流的大小并不能比较其主磁通的大小。

16、什么是同步电机的功角特性？功角有什么意义？

当电网电压

和频率

恒定，参数

和

为常数、励磁电动势

不变时，同步电机的电磁功率只决定于

与

的夹角

，

称为功率角，

为同步电机的功角特性。

由于电机的漏阻抗远小于同步电抗，从空间上看，功率角

可近似认为时主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角；从时间上，功率角

励磁电动势

与电压

之间的夹角。

17、试述直轴和交轴同步电抗的意义。

直轴同步电抗是同步电机的定子漏抗与直轴电枢反应电抗之和，交轴同步电抗是同步电机的定子漏抗与交轴电枢反应电抗之和。

18、为什么Xd在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？

短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，此时对应的是Xd的不饱和值。额定负载运行时，气隙磁通较大，直轴磁路处于饱和状态，此时对应的是Xd的饱和值。

19、什么叫短路比?其大小与电机性能及成本关系怎样？

20、同步发电机并网运行的条件是什么？

21、同步电机的直轴电抗Xd＂、 Xd＇、Xd各对应突然短路的什么阶段，其值如何确定，三个参数的大小关系如何？

Xd＂是计及转子阻尼绕组和励磁绕组作用所对应的直轴同步电抗，对应短路初瞬间产生超瞬变短路电流的阶段；Xd′是忽略转子阻尼绕组作用而计及励磁绕组作用所对应的直轴同步电抗，对应短路初始时刻，阻尼绕组中的非周期电流分量衰减完毕后产生瞬变短路电流的阶段；Xd是定子漏抗和电枢直轴反应电抗之和，是忽略转子阻尼绕组和励磁绕组作用所对应的直轴同步电抗，对应稳态短路阶段。

Xd＂<Xd′<Xd

1.变压器空载运行时的磁通是由什么电流产生的？主磁通和一次漏磁通在磁通路径、数量和与二次绕组的关系上有何不同？由此说明主磁通与漏磁通在变压器中的不同作用。

答：磁通是由一次绕组电流产生的；主磁通在铁心中闭合，磁阻很小，漏磁通只连一次绕组，不连二次绕组，经过空气磁路闭合，磁阻很大，数量上的比值E1与Es1之比；主磁通起传递能量的作用，漏磁通在绕组电路中产生电压降。

2.为什么他励直流电动机中设置弱磁保护环节? 答：他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电.二者互不联接.所以当励磁绕组产生的磁场强度较小以至于电枢不能转动时不会影响电枢线圈电源对其供电.而当电枢停止运动时由于没有反电动式,电枢绕组电阻较小.这时就相当于电源和电枢绕组串联成通路.很容易烧坏电动机或电源.所以需要加入弱磁保护环节进行保护。

3.简述电气火车下坡时的限速过程，回馈制动

位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某原因使电机的转速达到某一数值时，电机的

，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。2)、改变电枢电压：电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,

来不及变化，使

,出现回馈制动。

4.自耦变压器优缺点

提高了变压器的极限制造容量消耗材料少成本低损耗少效益高便于运输和安装缺点使电力系统短路电流增加造成调压上的一些困难使绕组的过电压保护复杂使继电保护复杂

5.并励直流发电机自励的条件是？答1、气隙中必须有剩磁；2、励磁磁动势与剩磁两者方向必须相同；3、励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。

6.变压器一二次绕组在电路上并没有联系，但负载运行时，二次电流次电流大，则一次电流大为什么？由此说明磁动势平衡概念及其在定性分析变压器时的作用

变压器一二次绕组在电路上并没有联系但通过铁心磁路相互联系,,二次侧的能量是依靠这种电磁藕合实现传递,因此,当负载电流增大,一次电流也跟着变化增大。

7.变压器一二次侧间的功率传递靠什么作用实现在等效电路上可以用那些点亮的成绩来表示变压器能否直接传递直流电功率

答：变压器一、二次侧间的功率传递是靠电磁感应作用来实现的，一次侧传进给二次侧的有功功率可用和的点乘，即标量积来表示。传进给二次侧的有功功率为Pm=E1I2=E2I2=E2I2

因为通直流电时感应电动势E和E都等于零所以不能传递直流电功率

8.变压器做空载短路试验时从电源输入的有功功率主要消耗在什么地方？在一二次侧分别做同一实验测得的输入功率相同吗？为什么？答变压器空载试验时，从电源输入的有功功率主要消耗是铁损耗，变压器短路试验时,从电源输入的有功功率主要消耗在铜损耗，在一二次侧分别做同一试验，测得的输入功率是相同的，因为铁芯的状态、原副边绕组的状态没有差别，其发热状态就一样，能量损耗就一样，所以测量输入的有功功率应该是相同的。

9.变压器负载运行时引起二次电压变化的原因电压调整率的大小与这些因素的关系二次侧带什么性质负载时有可能电压调整率为0 答一是变压器本身的漏阻抗二是负载电流的大小和性质二次电压调整率的大小和这些因素的关系为

10.变压器带额定负载试其效率是否不变效率高低与负载性质有关吗

答不是常数而是随负载性质而变，效率高低与负载性质有关当cosfai=1时纯电阻负载是效率最高当等于0时纯电感或纯电容时效率最低

11.理想并联运行的变压器必须具备以下三个条件：一次与二次绕组额定电压彼此相等，即变比要相等、二次线电压对一次线电压的相位移应相等，即连接组号要相同、短路阻抗电压标么值应相等。

12.三绕组变压器一次绕组的额定容量与二三次绕组的额定总容量是相同的吗？为什么？

答：三绕组变压器的额定容量是按每个绕组分别计算的它等于绕组额定电流乘以额定电压，通常三个绕的容量按不同比列搭配，一次绕组的额定容量与二三次绕组的额定总容量是不相同的，绕组的额定容量仅反映绕组带负载的能力在具体运行时各绕组的负载分配应符合能量守恒定律即输入功率等于输出功率加上变压器本身消耗。

13.三绕组变压器一次绕组接额定电压运行时,二次绕组负载发生变化，是否会对三次绕组的端电压产生影响？为什么?

答：一次绕组接额定电压不变时，,二次绕组负载发生变化，即二次绕组电流发生变化，根据磁动势平衡关系一三次绕组电流会相应的变化所以一次绕组漏阻抗压降与三次绕组漏阻抗抗压降会发生应变化使三此绕组的端电压发生变化可根据三绕组变压器的等效电路对三次绕组端电压的变化值进行测定

14.自耦变压器的变化比k通常在什么范围内？太大太小有何优缺点？

答K通常大于1小于等于2 太大使绕组容量接近变压器容量优越性降低也使高低压相差悬殊太小可以直接传导就不需要变压器啦

15.既然直流电机磁路中的磁通一般保持不变,为什么电枢铁心要用薄的硅钢片叠成并且片间还要绝缘？答当电枢旋转式，电枢铁心就像电枢绕组中导体一样切割磁力线，产生电动势，如果电枢铁心不用薄的硅钢片叠成且片间还要绝缘，就会产生环流或涡流，用片间绝缘薄的硅钢片叠成铁心可以减小环流或涡流损耗提高电机效率

16.要改变下列电动机的转向时，应采取什么措施？

（1）串励直流电动机（2）并励直流电动机（3复励直流电动机

答根据公式T=Ct*Φ*Ia,其中Ct为转矩常数，Φ为每极主磁通，Ia为电枢电流可以改变Φ或Ia的方向不能同时改变对（1)可以改变电枢电流使磁通方向发生改变也可以用接触器把励磁绕组的两个端点对调一下只改变磁通方向对（2）改变电枢电流或把励磁绕组的两个接点对调一下对（3）改变电枢电流或把励磁绕组的两个接点对调一下励磁电流必须同时改变包括并励串励的最好改变磁通方向

17.如果电源电压不变三相异步电动机的主磁通大小与什么因素有关

答如果电源电压不变，则三相异步电动机的主磁通的大小就于定子电流有关，因为定子电流还与转速有关，所以主磁通的大小还与转子转速有关，或者和转差率有关.

18. 当主磁通确定之后，异步电机的励磁电流大小与什么有关?有人说，根据任意两台同容量异步电机励磁电流的大小．便可比较其主磁通的大小，此话对吗7为什么

答当主磁通确定之后，异步电动机的励磁电流大小与定、转子之间的气隙大小有关。气隙大也就是磁阻大，在磁通确定时磁阻大则磁动势大，也就是励磁电流大，所以一般异步电动机气隙较小，以使励磁减小，在主磁通相同时，气隙大小不同，励磁电流大小也就不同，即不同大小的励磁电流可产生相同大小的主磁通。所以，根据励磁电流的大小便可以比较其主磁通的大小，此话是不对的。

19.三相异步电动机铭牌上的额定功率指的是什么功率？额定运行时的电磁功率、机械功率和转子铜损耗之间有何数量关系？当电机定子接电源而转子短路且不转时，这台电机是否还有电磁功率、机械功率或电磁转矩?

答：异步电动机铭牌上的额定功率指的是输出的机械功率。额定运行时电磁功率PM、机械功率Pm和转子铜损耗Pcu2之间的数量关系与转差率sN有关：Pcu2=SNPM Pm=(1-sN)PM 当转子不转时，这台电机有电磁功率，由于s=1，电磁功率等于转子铜损耗。因转速为零，故机械功率为零。电磁转矩还存在T=PM/Ω1,这就是堵转转矩。

20.三相异步电动机的负载转矩是否任何时候都绝对不可超过额定转矩？为什么

答异步电动机的负载转矩不是任何时候都绝对不可超过额定转矩的，额定转矩时根据电动机长期连续运行温升的限制所确定的，只要电动机温升不超过气温升限制，负载转矩短时超过额定转矩是可以的

21.三相异步电动机外加电压的大小与堵转电流的关系，与堵转转矩又有什么关系，为什么电磁转矩随外加电压的平方变化？

答堵转电流与外加电压成正比，堵转转矩与外加电压平方成正比，这是因为电磁转矩等于电磁功率除以电磁功率与电压平方成正比。另一方面电磁转矩与气隙每极磁通量，转子相电流以及转子功率因数成正比，气隙每极磁通量与电压成正比，转子相电流也与与电压成正比所以电磁转矩随外加电压的平方变化

22.三相异步电机的堵转电流与外加电压，电机所带负载是否有关？关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大？负载转矩的大小只会对启动时间的长短产生什么影响？

答堵转电流与外加电压成正比关系，与所带负载无关。若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。负载转矩的大小只会对启动时间的长短产生影响。

1.试简述抑制谐波电动势中一般高次谐波的方法。

答：主要采用短距绕组、分布绕组和改善主极磁场分布的方法，其他有采用斜槽、采用分数槽绕组等方法。

2.结合特性曲线，说明并励直流发电机的外特性具有哪三个特点？

答：三个特点：

（1）负载增大时，端电压下降较快；

（2）外特性有拐弯现象；

（3）发电机稳态短路（端电压等于零）时，

短路电流不大。

3.试简述增大绕线式感应电机转子电阻对下列参数的影响：起动电流，起动转矩，最大转矩，额定转速，额定效率。

答：起动电流减小、起动转矩增大、最大转矩不变、额定转速下降、额定效率降低。

4.电力变压器的主要功能是什么？它是通过什么作用来实现其功能的？

答：电力变压器的主要功能是把一种电压等级的交流电能转换为同频率的另一种电压等级的交流电能。它是通过电磁感应原理来实现其功能的。

5.三相异步电机运行状态的判别依据是什么？

答：0<s<1，电动机状态；s<0，发电机状态；s>1，电磁制动状态。（4分）

6.画出变压器的“T”形等效电路图，并标明变压器的参数、电压和电流。

答：

7.直流发电机按励磁方式。

答：（1）他励发电机；（2）自励发电机：a.并励发电机，b.串励发电机，c.复励发电机。

8.同步发电机的基本特性。

答：空载特性、短路特性、负载特性、外特性、调整特性；

9.三相异步电动机的性能指标。

答：效率、功率因数、堵转转矩、堵转电流、过载能力；

10.三相异步电动机的调速方法。

答：改变定子电压调速；

转子回路串接电阻调速；

变极调速；

变频调速。