电机学考试必备简答题

1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。dLedtL对空心线圈：LLi所以dieLLdt自感：2LLNNmmiiiLNiNAml所以，L的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A、磁路平均长度l有关。闭合铁心µµ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。1.7在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u1、绕组电阻R1、电流i1时，问（1）绕组内为什么会感应出电动势？（2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向；（3）写出一次侧电压平衡方程式；（4）当电流i1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。解：(1)∵u1为正弦电压，∴电流i1也随时间变化，由i1产生的磁通随时间变化，由电磁感应定律知ddteN产生感应电动势.(2)磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。(3)1111dRNdtui(4)i1增加，如右图。i1减小1.10在图1.32所示的磁路中，两个线圈都接在直流电源上，已知1I、2I、1N、2N，回答下列问题：（1）总磁动势F是多少？（2）若2I反向，总磁动势F又是多少？（3）电流方向仍如图所示，若在a、b出切开形成一空气隙，总磁动势F是多少？此时铁心磁压降大还是空气隙磁压降大？（4）在铁心截面积均匀和不计漏磁的情况下，比较（3）中铁心和气隙中B、H的大小。（5）比较（1）和（3）中两种情况下铁心中的B、H的大小。解：(1)1122FNINI有右手螺旋定则判断可知，两个磁势产生的磁通方向相反。(2)1122FNINI(3)总的磁势不变仍为1122FNINI∵磁压降mk铁心lmAR空气隙00AmR虽然1但∵0∴0mmRR∴空气隙的磁压降大（4）∵忽略漏磁∴Fe而截面积相等∴FeBB∵0∴FeHH（5）∵第一种情况∵(1)大∴(1)(3)BB同理(1)(3)HH3．8试说明磁动势平衡的概念极其在分析变压器中的作用？解：一次电流1I产生的磁动势1F和二次电流2I产生的磁动势2F共同作用在磁路上，等于磁通乘磁组,即12mmFFR。其中是考虑铁心的磁滞和涡流损耗时磁动势超前磁通的一个小角度,实际铁心的mR很小，而0mR,则120FF,即12FF这就叫磁动势平衡,即一二次磁动势相量的大小相等，方向相反，二次电流增大时,一次电流随之增大.当仅考虑数量关系时,有1122NINI即12kII或21IkI∴利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器运行时,可立即得出结论,一,二次电流之比和他们的匝数成反比.3．9为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成是铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？解：0FePP∵空载损耗2001FePmIRP空载时0I很小，∴201mIR可忽略∴0FePP，kcuPP∵kcuFePPP∵短路试验时外施电压kU很小,∴很小,0I很小∴铁耗很小,可忽略铁耗,kcuPP。负载时FeP：与空载时无差别，这是因为当f不变时，2222FePBEU负载与空载时一次绕组侧施加的电压基本不变，∴FeP基本不变，则不变损耗，严格说，空载时，漏抗压降大∴磁密略低，铁耗略少些。cuP：如果是同一电流，则无差别。如果考虑到短路损耗包含少量的铁耗的话，负载真正的铜耗比短路时侧略小。3．12一台变压器，原设计的额定频率为50Hz，现将它接到60Hz的电网上运行，额定电压不变，试问对励磁电流、铁耗、漏抗、电压变化率等有何影响？解：f也50Hz变为60Hz，额定电压不变。①1114.44mUEfNf变为原来的65，则m变为原来的56∴励磁电流减小，即0I，0I为原来的56②15050()fFemPPB1.21.6，虽然频率变为原来的65倍，但频率的1.6次方与铁耗成正比，但m减小56倍，∴mB减小56倍，但mB的平方与FeP成正比∴最终仍是铁耗减小，即FeP③励磁电抗221122AmmlxfNfNf，饱和程度降低，∴mx④漏电抗：21112xfN1为漏磁路磁导可认为是常数∴1x随频率增大而增大。⑤电压变化率**0022(cossin)kkURx∵*kx，∴U增大4．5为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？解：绕组短距后，一个线圈的两个线圈边中的基波和谐波（奇次）电动势都不在相差180，因此，基波和谐波电动势都比整距时减小；对基波，同短距而减小的空间电角度较小，∴基波电动势减小得很少；但对V次谐波，短距减小的则是一个较大的角度（是基波的V倍），因此，总体而言，两个线圈中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因此谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度∴可改善电动势波形。绕组分布后，一个线圈组中相邻两个线圈的基波和次谐波电动势的相位差分别是1和1v（1槽距角），这时，线圈组的电动势为各串联线圈电动势的相量和，因此一相绕组的基波和谐波电动势都比集中绕组时的小，但由于谐波电动势的相位差较大，因此，总的来说，一相绕组的谐波电动势所减小的幅度要大于基波电动势减小的幅度，使电动势波形得到改善。要完全消除v次谐波，只要取1(1)vy即可。5次，415y，消除7次617y，要消除5次和7次取516y4．6为什么对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波？为什么同步发电机三相绕组多采用Y型接法而不采用Δ接法？解：∵三相电动势中的3次谐波在相位上彼此相差3120360。。，即同大小，同相位，故星形联结时，有3330ABABEEE，即线电势中的三次谐波被互相抵消，同理，接成形时，线电势中依然不会存在三次谐波，但却会在三角形回路中产生的3次谐波环境3I，在各绕组中产生短路压降，相当于短路，引起附加损耗。∴同发多采用Y形联接。4．8脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性？产生脉振磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同？解：脉振磁动势：在空间呈矩形波分布，矩形波的振幅随时间以正弦电流的频率按正弦规律变化。旋转磁动势：转速为同步速，方向从超前相电流绕组的轴线转向滞后相电流绕组的轴线，它的振幅稳定不变，等于一相磁势的32倍。条件：一相绕组通入正弦波电流时产生在空间分布的矩形脉振磁势波。三相对称绕组通入三相对称电流（正弦分布）时产生旋转磁动势（图形）。三相对称绕组通入三相不对称电流时，产生椭圆形旋转磁动势。序不变，∴转向不变6．4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？解：气轮发电机：转速高，一般为一对极，考虑到转子受离心力的作用，为很好的固定励磁绕组，转子作成细而长的圆柱形，且为隐极式结构。转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成，机械强度高，适合高速旋转。隐极转子结构使得汽轮发电机的气隙均匀。水轮发电机：转速低，直径大，扁平形，且为立式结构，为使转子结构和加工工艺简单，转子为凸极式，励磁绕组是集中绕组，套在磁极上。水轮发电机转子凸极结构使得电机的气隙不均匀，直轴气隙小，交轴气隙大。6．17为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？解：∵短路时，电极磁势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁势，即''fadFFF合成电动势EjIx所以起对应的气隙合成磁通很大，电机磁路不饱和，而'FEIadFI∴''fadFFFI∴()kfIfI是一条直线。6．21同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保持端电压不变？解：同步发电机带电阻负载时，电枢反应性质是直轴去磁兼交磁。当负载电流上升时，电枢反映的去磁作用加大，同时定子漏抗压降增大，使得端电压下降。为了保持端电压不变，必须增加励磁电流。6．24三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？解：1、波形相同2、频率相同3、幅值相同4、相位相同5、相序相同。如不满足条件，在发电机和电网间产生环流，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。若相序不同，则不允许合闸，因为仅一相符合条件，但另外两相之间巨大的电位差产生的巨大环流和机械冲击将严重危害电机安全，毁坏电机。