船舶电气总问答题精简版Word格式.docx

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交流电磁铁励磁线圈通入交流恒压源时，线圈将感应电势与电源电压平衡；

感应电势与磁通成正比，略小于电源电压。

∵电源电压不变，磁通也近似不变（如若因某种原因使Φ减小，E也将随之减小；

从而使电流增大，以增大磁势，让Φ增加。

反之亦然）。

∴说它为恒磁通型。

励磁线圈通电初期，∵衔铁尚未闭合，磁路的磁阻较大，Φ较小，线圈感应的电势也较小；

从线圈回路看，此时∵U不变，电流较大，且超过额定值；

电流的增大，使磁势增加，以产生足够的磁通和电磁吸力。

等到衔铁吸合后，磁路的工作气隙较小，磁阻也较小，相同磁势产生的Φ和感应电势较大，使得励磁电流减小为额定值。

若通电后衔铁不能吸合，电流将不能减小。

这不但使设备不能工作，而且时间一长将会使线圈因过热而烧毁。

1-4-5、线圈额定电压相同的直流和交流接触器，可否互换替代使用？

为什么？

不行！

∵在交、直流接触器的电磁铁中，影响线圈电流的因素不同，若互换则要么不能正常工作；

要么立即烧毁线圈。

直流接触器工作时，线圈不感应电势，限制励磁电流主要采用增大线圈电阻实现，因而其线径细。

若将其接到交流电路，由于线圈本身将感应很大的电势，因而流过的电流很小，产生的电磁吸力将不足以使衔铁吸合，因而直流接触器用以交流电路中将不能正常工作。

相反，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，因而线径较细。

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。

第二章．变压器

2—1．变压器的应用与结构

2-1-1、什么是干式变压器？

什么是湿式变压器？

为什么船舶采用干式变压器？

使用空气作为冷却介质的变压器称为干式变压器；

使用变压器油作为冷却介质的变压器称为湿式变压器。

因为变压器油可以燃烧，有火灾隐患，威胁船舶安全。

所以我国《钢质海船入级及建造规范》规定，船上只能采用干式变压器。

2-1-2、一台15KVA、400V/230V、50HZ的三相变压器，其原副边的额定电流各为多少？

变压器原副边的额定电压和电流都是指“线量”，所以其额定电流为线电流，即：

原边额定电流为：

37.5A；

副边额定电流约为：

65.22A。

2—2．变压器的基本工作原理

2-2-1、变压器有哪些基本变换功能？

变压器所具有的基本功能主要有：

变压、变流、变阻和起隔离作用等功能。

2-2-2、变压器的空载电流的主要作用是什么？

什么是主磁通？

什么是漏磁通？

变压器的空载电流的主要作用是产生励磁磁势，从而在铁心中产生主磁通，使原副边绕组感生电势，实现“变压”功能。

所谓“主磁通”就是指由励磁电流产生的、与原副边绕组同时交链的磁通。

主磁通是工作磁通，它将原边送来的能量以交变磁能的形式送给副边。

而“漏磁通”则只与产生它本身的绕组交链，不介入工作，因而不起能量传递作用。

主磁通的经过路径是铁心，磁阻小；

漏磁通的路径则为空气，磁阻大，所以主磁通通常比漏磁通大很多。

2-2-4、为什么原边电流能随副边电流的增减而增减，并能保持主磁通基本不变？

副边电流增大时，副边磁势的去磁作用增大；

这势必使主磁通出现减少的趋势。

但主磁通的这一趋势，立即引起原边电势的减少，立即使其电流增加，从而使主磁通保持基本不变，反之亦然。

也就是说，只要原边电压不变，主磁通是基本不变的。

正是主磁通能保持基本不变，原边电流才能随副边电流的增减而增减。

2—3．三相电压的变换

2-3-2、为保证船舶照明电网供电的连续性，可采用哪两种措施？

可以有两种措施：

（1）、采用两台独立的三相变压器供电，一台工作；

一台备用。

一旦发生故障可通过转换开关进行切换。

（2）、采用三台单相变压器组成“Δ/Δ连接的三相变压器组”进行供电，一旦有一台单相变压器发生故障，另两台可构成“V/V”连接的三相变压器组工作型式，继续工作。

只不过，此时所能提供的容量应相对减小，但仍然能保证照明电网供电的连续性。

2-3-3、当三相变压器组因故V/V连接向三相负载供电时，能否按正常额定供电容量的2/3加负载？

按其容量计算公式（参见书P．17，式2-3-2），“V/V”连接时所能提供的最大容量只为“Δ/Δ”连接时的58%（小于2/3）容量。

所以不行。

2-3-4、变压器有哪些损耗？

这些损耗有什么不同？

变压器的损耗有两部分：

铁损耗和铜损耗。

其主要不同在于铜损耗和负载电流的平方成正比，称为“可变损耗”；

而铁损耗在一定的变压器来说，只与电源频率和磁通有关，只要电源固定不变，铁损耗大小不变，所以称为“不变损耗”。

2—4．特殊变压器

2-4-3、为什么电流互感器不能在副边开路的情况下运行？

电流互感器的原边绕组与被测主电路串联，其流过的电流由被测电路决定。

原绕组产生的磁势在铁心磁路中须靠副边绕组产生的磁势来平衡。

若副边绕组在开路的情况下工作，则原绕组磁势就的不到平衡。

于是，铁心磁路中将产生很大的磁通，这不仅会使磁路深度饱和，产生很大的剩磁，从而影响互感器的精度；

而且因为副绕组的匝数通常较多，可能感生出很高的电势，从而可能对人身或设备产生危害。

所以说：

电流互感器绝对不能在副边开路的状态下工作。

2-4-4、使用电压互感器和电流互感器时，从安全考虑应注意些什么？

电压互感器使用时应注意：

1、副边绕组不能短路；

2、所带负载不能太大（即，负载阻抗不能太小）；

3、副绕组和铁心应可靠接地。

电流互感器使用时应注意：

1、副边绕组绝对不能开路；

2、所接的负载阻抗不能太大；

除此外，接线时还须注意绕组的同极性端，保证接线的正确性。

第三章．异步电动机

3—1．三相异步电动机的结构

3-1-1、异步电机的定子和转子是由那些主要部件组成？

各起什么作用？

定子和转子的主要部件都有铁心和绕组。

铁心是其传导磁通的路径；

而绕组则起电磁转换的作用。

定子绕组通入交流电流产生磁势，并在气隙中产生旋转磁场；

旋转磁场通过定、转子铁心和气隙，同时与定、转子绕组铰链。

定子绕组感应电势，与电源电压平衡。

转子绕组感应电势，在转子回路中产生电流，并与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转动。

3-1-2、异步电机转子有哪两种类型？

结构上各有什么特点？

异步电机转子有“鼠笼式”和“绕线式”两种。

鼠笼式转子铁心槽内装有铜（或铝）导条，其端部有短路端环短接，构成多相对称绕组。

鼠笼式转子的相数等于导条数；

转子绕组的极对数自动与定子绕组的极对数相适应。

绕线式转子铁心中则装有与定子相同磁极对数的三相交流绕组，绕组一般接成“星形”，三根引线与滑环相连，可通过电刷引出电机外，连接其他器件或短接成闭合绕组；

正常工作时，通常通过“举刷装置”在转子内部短接成闭合绕组。

3-1-3、异步电机的鼠笼式和绕线式转子的相数和极对数与定子绕组的是否相同？

绕线式转子绕组的相数和极对数和定子相同；

鼠笼式转子的相数为其导条数，通常比定子的相数多，但其极对数则能自动适应定子绕组的变化。

3-1-4、异步电动机的铭牌电压、电流和功率是指什么电压、电流和功率？

其铭牌电压、电流是指电动机的额定线电压和额定线电流；

而铭牌功率则是指电动机的额定输出功率，即轴上输出的额定机械功率。

3—2．异步电动机的转动原理

3-2-1、使异步电动机自己转动起来的基本条件是什么？

简述异步电动机的转动原理。

异步电动机自己转起来的基本条件是：

（1）、定子绕组通入三相交流电流，在气隙中产生旋转磁场；

（2）、转子绕组自成回路。

异步电动机的转动原理是：

定子三相对称绕组通入三相对称交流电流时，在气隙将产生圆形旋转磁场。

旋转磁场旋转时，与转子绕组有相对运动，因此将在转子绕组中产生感应电势。

由于转子绕组是闭合绕组，在感应电势的作用下将在绕组中流过三相短路电流。

此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而产生电磁转矩使转子转动起来。

这就是异步电动机的基本转动原理。

异步电动机只有当其转子转速低于气隙旋转磁场的转速（称为“同步转速”）才能产生电磁转矩；

也就是说，自己不能达到“同步转速”，所以称为“异步”电动机。

3-2-2、产生旋转磁场的基本条件是什么？

在什么条件下旋转磁场是磁通恒定的圆形磁场？

产生旋转磁场的基本条件有：

（1）至少两个定子绕组；

（2）绕组在空间有相位差；

（3）通入各个绕组的电流要有相位差。

一般而言：

在电机的铁心中，对多相对称绕组通入多相对称交流电流，将在气隙中产生圆形旋转磁势。

当多相对称绕组所连接的电源是多相对称恒压源时，而且电机的铁心磁路和气隙是对称均匀时，所产生的旋转磁场是磁通恒定的圆形磁场。

这是因为：

只有多相对称的绕组通入多相对称交流电流，才能在电机磁路中产生圆形旋转磁势；

而只有电机的铁心磁路和气隙是对称和均匀时，圆形旋转磁势才能产生圆形的旋转磁通；

还因为只有恒压交流电源，才能使磁通保持基本恒定。

3-2-3、三相异步电动机的转动方向决定于什么？

如何改变电动机的转向？

三相异步电动机的转动方向决定于电动机定子绕组所接电源的相序。

定子绕组产生的旋转磁场总是从超前相转向滞后相。

要改变电动机的转向就必须改变所接电源的相序。

通常可以将电动机定子绕组三根电源线中的任意两根接线端的位置对调，即可改变三相绕组的相序，从而改变旋转磁场和转子的转向。

3-2-4、如果船舶电网的频率变低，对异步电动机的转速有没有影响？

船舶电网的频率变低，对异步电动机的转速是有影响的。

因为，旋转磁场的“同步转速”ｎ０，与电源（电网）频率f1成正比，即：

ｎ０＝６０f1/ｐ；

而异步电动机在额定运行时，转速通常很接近于旋转磁场的同步转速。

因此，船舶电网的频率变低，异步电动机的转速也变低。

3-2-5、若某异步电动机的额定转速为1140ｒ／min，它的频率和同步转速应是多少？

因为异步电动机额定转差率ｓｎ=0.01～0.09,而从电动机的同步转速ｎ0与额定转速ｎｎ的关系可知:

ｎ0=ｎｎ／ｓｎ=1140/（0.01～0.09）=1151.5～1252.7（ｒ／min），即：

1151.5＜ｎ0＜1252.7（ｒ／min）。

异步电动机的工作频率通常有50Hz和60Hz两种。

当电源频率为50Hz时，对应于极对数p=2，ｎ0=1500ｒ/min；

p=3，ｎ0=1000ｒ／min；

当电源频率为60Hz时，对应于极对数p=2，ｎ0=1800ｒ/min；

p=3，ｎ0=1200ｒ／min。

为了满足1151.5＜ｎ0＜1252.7（ｒ／min）的条件，则可确定该异步电动机的频率为60Hz；

同步转速为ｎ0=1000ｒ／min。

3—3．定子和转子电路

3-3-2、转子电路的频率与转差率有什么关系？

转子不动时和空载时转子频率各为多少？

当电源电压频率不变时，转子电路的频率与转差率成正比，即：

f2=s·

f1。

转子不动时，由于转差率s=1，转子频率就等于定子（电源）的频率；

空载时，因转差率很小（可近似为零），因而转子频率也很小，接近于零。

3-3-5、三相异步电动机的定子电流是如何随机械负载的增加而增加的？

机械负载增加时，转速将随之下降，转子电势增大，转子电流增加，转子磁势也增加；

由于转子磁势具有去磁作用，气隙磁通出现下降趋势，定子绕组的感应电势也随之出现下降趋势；

但是电源电压不变，因此定子电流随之增大。

定子电流增大，定子磁势也就增大，可以补偿转子电流随机械负载的增加对磁通的影响，从而阻止定子电势的进一步下降的趋势，以达到新的平衡。

见而言之，机械负载的增加是通过转子电流、气隙磁通作用于异步电动机的定子绕组，而使定子电流随之增加的。

3—4．三相异步电动机的运行特性

3-4-1、为什么转子电流增大到一定程度后随电流的增加电磁转矩反而减少？

电磁转矩与电流的关系可表示为：

Ｔ＝ＫTΦI2Cosφ2由式可见电磁转矩不仅与转子电流成正比，且与其功率因数Cosφ2有关。

由Cosφ2和I2的表达式：

Cosφ2=

=

；

I2=

可见：

转子电流的增加，通常是由机械负载转矩的增大，使转速下降、转差率增加而引起的；

但转差率增加的同时也使功率因数减少。

为了综合分析，将Cosφ2和I2的表达式代入转矩表达式，得：

Ｔ＝ＫTΦｓR2E20/[（R2）2+（ｓX20）2]。

当ｓX20较小时，ｓ↑→Ｔ↑；

但当ｓ继续↑，（ｓX20）≈或＞R2时，ｓ↑将使Ｔ不但不增加反而减少。

可以证明，当R2≈ｓX20时，电磁转矩最大。

这就是说，随着转子电流增大到一定程度后，电流的增加不仅不能使电磁转矩增加，而且会使其减少。

（答毕#）

3-4-2、什么是电动机的机械特性？

为什么说异步电动机是硬特性电机？

电动机的转速（或转差率）与电磁转矩的关系曲线称为电动机的机械特性曲线。

由异步电动机的机械特性曲线可以看到：

在额定转矩范围内，机械特性比较平坦，转速随负载的变化不大，因此说异步电动机是硬特性电机。

3-4-3、为什么说异步电动机对电源电压的变化比较敏感？

由于异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压有较小的变化时，电动机的电磁转矩将有较大的变化；

从而引起转速或转差率的较大变化。

因此说异步电动机对电源电压的变化比较敏感。

3-4-4、如果异步电动机长时间在不适当的低压下运行将导致什么后果？

电源电压太低时，异步机的电磁转矩将严重减少。

带动相同大小的负载运行时，转速下降很多，电流则增加很多。

在此情况下长时间运行将使电动机因严重发热而损坏。

3—5．三相异步电动机的起动

3-5-1、起动电流大有什么不好？

如果普通鼠笼机频繁起动对电动机有无影响？

起动电流大，对于不经常起动的电动机本身影响并不大，但起动电流大将引起大的线路压降，这将影响其它电气设备的正常工作。

普通鼠笼机若频繁起动，由于电动机产生的热量不能完全散发，将使电机温升超过额定值，出现过热，从而可能损坏电动机。

3-5-2、电动机起动时，是否负载越大起动电流越大？

负载大小对起动过程有无影响？

起动时异步电动机的电流主要与其转速有关，只要负载转矩小于电动机的起动转矩，则负载转矩的大小不影响起动电流。

负载的大小对起动过程是有影响的；

其影响主要表现在：

负载大，起动的加速过程长，电动机起动时总的发热量增加容易造成电动机因过热而烧毁，尤其是自扇式冷却的电动机，因起动时转速较低，自带风扇风力不足，更是容易损坏电机。

3-5-3、异步电动机的基本起动方式有几种？

鼠笼式电动机有几种起动方式？

异步电动机的基本起动方式有：

鼠笼机的直接起动和降压起动，以及绕线式机的转子电路串电阻起动等。

鼠笼机除直接起动外，降压起动的方式主要有：

（1）定子电路串电阻、电抗降压；

（2）星形——三角形降压；

（3）自耦变压器降压等起动方式。

3-5-4、常用的降压起动方法有几种？

为什么降压仅适用于空载或轻载起动？

常用降压起动方法（鼠笼式异步电动机）主要有：

（3）自耦变压器降压等起动方式；

由于降压起动时，不仅起动电流减小，起动转矩也减小，若不用于空、轻载起动，则可能发生“堵转”，出现“起而不动”的现象。

3—6．单相异步电动机

3-6-1、单相单绕组异步电动机或断相的三相异步电动机为什么没有自起动能力？

断相的三相异步电动机和单相单绕组异步电动机一样，通电后绕组流过的仅为单相交流电流，在气隙中只能产生“脉振磁场”，不能产生旋转磁场。

而通过原理分析可知，“脉振磁场”产生的起动力矩为零（或者说，只有旋转磁场才能产生起动力矩），所以说它们都没有自起动能力。

3-6-2、三相异步电动机运行中发生断相，还能继续运行？

若重载发生断相会有什么问题？

三相异步电动机运行中发生断相，电机定子绕组产生的磁场为脉振磁场，根据“双旋转”原理，脉振磁场可分解成“大小相等、转向相反、转速相同”的两个旋转磁场。

由于电机已在运行中，转子绕组相对于这两个旋转磁场的转差率完全不同。

总体而言，与转子转向相同的磁场对转子产生的电磁转矩较大，而反向磁场产生的转矩则较小，于是电动机产生的电磁转矩虽然大大减小，但仍不为零。

若电机所带负载较轻（或为空载），则电机仍将继续运行。

若负载转矩较大，则电机的转速明显下降，损耗明显增加，电动机很容易过热。

若电机原为重载运行，其产生的Tmax可能将小于负载（重载）转矩，电机减速可至堵转（停止不动），定子绕组流过的堵转电流（就是起动电流）将使电机过热。

（

3-6-3、为什么拨动一下转子，单相异步电动机就能继续转动？

单相异步电动机通电时，若转子不动，则由脉振磁场分解的正反向旋转磁场相对于转子的转速大小相等、方向相反，产生的电磁转矩也大小相等、方向相反。

若拨动一下转子，则转子相对这两个磁场的转差率不等，产生的电磁转矩也不等。

可以证明（通过式3-4-2、3-6-3、3-6-4以及式3-3-4的综合分析）转子转动方向上的电磁转矩较大，电机将继续运行下去。

因此波动以下转子，单相异步电动机就能继续转动（此时设，负载转矩很小或空载）。

3-6-4、什么是电容分相式和电阻分相式单相异步电动机？

如何改变它们的转向？

电容、电阻分相式单相异步电动机的基本原理是使定子两相绕组的阻抗不同，虽接于同一相电源，但流经两个绕组的电流相位不同。

起动时，能在气隙产生旋转磁场。

通常这种电机所带的负载较小，起动后可将其一相绕组断开，使电机工作在真正的“单相”状态下（这可以减小起动绕组的线径，从而减小体积）。

若要改变它们的转向，则应将其任一绕组接线脱开，对调一下其连接方向后接好，使流经该绕组的电流相位相差180°

（此时，另一绕组的接线保持不变）。

因而，原来两个绕组中的电流的超前和滞后关系正好相反；

气隙旋转磁场的转向变反，电机的转向得到改变。

第四章．同步电机

4—1．同步电机的结构

4-1-1、凸极和隐极同步发电机各有什么特点？

应用上有什么不同？

凸极式的特点是：

励磁绕组为集中绕组，气隙不均匀。

由于其离心力较大，主要应用在中、低速原动机拖动的场合。

而且，由于凸极式的励磁绕组为集中绕组，使其可安装的极对数多，要产生50Hz交流电，则必须由中、低速原动机拖动。

隐极式的特点是：

气隙均匀，为了保证气隙磁通近似为正弦，则应采用分布式励磁绕组。

隐极式的抗离心能力强，主要用于高速机。

而且，由于隐极式的励磁绕组为分布绕组，使其可安装的极对数少，要产生50Hz交流电，则必须由高速原动机拖动。

4-1-3、什么是自励和他励发电机？

什么样的他励发电机可以成为无刷同步发电机？

凡以发电机本身的电枢绕组（或辅助绕组）为励磁电源的发电机称为自励发电机，自励发电机通常是靠磁极的剩磁进行初始起励建压的。

凡设有专用励磁电源的发电机称为他励发电机。

他励发电机的专用励磁电源通常是由与发电机同轴的小容量发电机提供。

若采用转枢式小型同步发电机作为励磁机，则由于提供给主发电机转子励磁电源的励磁用发电机（转枢式）电枢也在转子，且两机同轴。

这样就可在两机的共同转动部分（转子上）装设整流装置，直接在转子提供励磁电流，从而实现“无刷”同步发电机的工作。

4-1-4、船用三相同步发电机铭牌额定容量250kVA，额定电压400V，试问额定电流是多少？

∵Sn=

UnIn，∴In=Sn/（

Un）=

≈360.8（A）

额定电流约为361安。

4—2．同步发电机的基本特性

4-2-1、什么是剩磁电压？

如何用实验方法测剩磁电压？

同步发电机的剩磁电压是指：

同步发电机在额定转速下运行，不加励磁时，主磁极的剩磁在电枢绕组上感生的空载相电压。

用实验方法测量剩磁电压做法是：

先断开发电机的励磁电源接线，同时断开其负载，让原动机带动同步发电机在额定转速下运转；

然后测量电枢一相绕组的电压，即得同步发电机的剩磁电压。

4-2-2、什么是电枢反应？

有几种典型的电枢反应效应，都在什么条件下发生？

同步发电机的电枢反应是指：

当同步发电机接通负载时，三相电枢绕组流经的电流产生的电枢旋转磁场对主磁极磁场产生的某种确定性的影响。

典型的电枢反应效应主要有如下三种，即：

①、交轴电枢反应，在E0与Ia同相位时产生（若忽略电枢绕组电抗的影响，发电机相当于带纯阻性负载）；

②、直轴去磁电枢反应，在Ia滞后于E090°

时产生（此时发电机带纯感性负载）；

③、直轴增磁电枢反应，在Ia超前于E090°

时产生（此时发电机带纯容性负载）。

4-2-3、起动大容量异步电动机时对同步发电机的电压有何影响？

起动大容量的异步电动机时，将使同步发电机的电压下降。

这是因为，异步机起动电流大，且功率因数低（消耗大量感性无功）。

因此大容量异步电动机起动时，同步发电机电枢绕组流过的大电流滞后于空载电势的电角度较大，同步发电机的电枢反应去磁分量较大，从而使发电机气隙的（合成）磁通减小，发电机的端电压下降。

此外，电枢电流大，使发电机电枢绕组的漏阻抗产生的压降也大，将近一步使同步发电机的电压下降。

4-2-4、同步发电机的电压变化率的大小、正负与什么有关？

同步发电机的电压变化率的大小、正负与发电机所带的负载的大小和性质有关。

因为负载大小影响了电枢反应作用的大小，负载的性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。

电枢反应是去磁的话，电压变化率为正；

电枢反应是增磁的话，电压变化率为负，电枢反应越强，电压变化