(3)n增加20%,E亦增加20%,为276V。
(4)①减少10%,n上升10%,
E(10.1)(10.1)230V228V。
12.直流电机的励磁方式有哪几种?
每种励磁
方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电
枢电压有怎样的关系?
答直流电机励磁方式四种:
①他励励磁
电流If由独立电源供给,与电枢电流Ia无关;②并励——励磁电流并在电枢两端,励磁电压Uf等于电枢电压U;③串励——励磁绕组与电枢串联,IfIa;④复励既有并励绕组又有串励绕组,
按两绕组磁动势方向的异同分成:
积复励串
励与并励磁动势同向,差复励——串励与并励磁动势反向。
13.直流电机空载和负载时有哪些损耗?
各由什么原因引起?
发生在哪里?
其大小与什么有关?
在什么条件下可以认为是不变的?
答电机空载运行时有机械损耗、铁耗和附加损耗。
机械损耗由转子旋转时轴承摩擦、电刷摩擦以及通风引起,其大小与转速有关。
铁耗是由转子旋转时主磁通在电枢铁心交变引起的,其大小与转速的次方(1<<2〉和铁心磁密的平方成正比。
空载时的附加损耗包括转子旋转时电枢齿槽引起气隙磁通脉动,从而在铁心中产生脉振损耗,以及转子上的拉紧螺杆等结构件中的铁耗。
以上三种损耗统称为空载损耗,其中附加损耗所占比例很小。
在转速和主磁通不变的情况下,可以认为空载损耗不变。
此外,在空载时还存在励磁功率,即励磁电路铜耗。
电机负载时除有机械损耗、铁耗、附加损耗和励磁损耗外,还存在电枢回路铜耗,它与电枢电流的平方成正比。
在附加损耗中,除了空载时的两项外,还包括电枢反应使磁场畸变引起的额外电枢铁耗以及由换向电流产生的损耗。
14.★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,哪个电压变化率大?
答他励直流发电机由空载到额定负载,电枢电流la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下降,
从而使感应电动势E下降。
由公式UEIaRa可知,端电压U随la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,使得下降和E下降,所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。
15.★★做直流发电机实验时,若并励直流发电机的端电压升不起来,应该如何处理?
答并励直流发电机的端电压升不起来,可按下述步骤进行处理,先检查一下线路和仪表接法是否正确,然后:
①检查电机转速是否达到额定转速;②调节励磁回路所串电阻,使励磁回路电阻小于临界电阻;③把励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端,使励磁磁通与剩磁磁通方向一致;④若以上三点都无效,则电机没有剩磁,应给电机充磁。
16.★并励发电机正转能自励,反转能否自励?
答发电机正转时能够自励,表明发电机正转时满足自励条件,即:
①有一定的剩磁;②励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻;③励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的。
这里的正确配合就是说当电机以某一方向旋转时,励磁绕组只有一个正确的接法与之相对应。
如果转向改变了,励磁绕组的接线也应随之改变,这样才能保证励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同,从而实现电机的自励。
当电机的转向改变了,而励绕组的接线未改变,这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变,励磁电流产生的磁场方向必将与剩磁的方向相反。
电机内磁场被削弱,电压不能建立,所以并励发电机正转时能自励;反转时,不改变励磁绕组的两个端头的接线,是不能自励的。
仃.★在励磁电流不变的情况下,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?
答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。
18.★一台并励发电机,在额定转速下,将磁场调节电阻放在某位置时,电机能自励。
后来原动机转速降低了磁场调节电阻不变,电机不能自励,为什么?
答对应于不同的转速有不同的空载曲线,因而临界电阻也不同。
电机转速降低,临界电阻减小,当临界电阻小于励磁回路电阻时,电机便不能自励。
19.★一台他励发电机和一台并励发电机,如果其它条件不变,将转速提高20%,问哪一台的空载电压提高得更高?
为什么?
答当转速提高时,两者的空载电压都会提
高。
两者相比较,并励发电机的空载电压会更高些,因为由ECen可知,并励发电机的电动势除与转速有关外,其磁场大小也与感应电动势有关。
当转速升高时,不仅有转速升高的原因导致电动势增加,还有因电枢电动势的增加而使励磁电流磁加,并导致磁通增加的原因。
这一因素半导致感应电动势进一步增加。
20.★一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行,当发电机的电枢电流增加时,电动机电枢电流有何变化?
分析原因。
答直流电动机的电枢电流也增加。
因为直流发电机电流增加时,则制动转矩即电磁转矩增大(磁通不变),要使电动机在额定转速下运行,则必须增大输入转矩即电动机的输出转矩,那么,电动机的电磁转矩增大,因此电枢电流也增大。
21.★★如何改变并励、串励、积复励电动机的
转向?
答改变直流电动机转向就是要改变电磁转矩的方向,电磁转矩是电枢电流和气隙磁场相互作用产生的,因此改变电枢电流的方向或改变励磁磁场的方向就可以达到改变电动机转向的目的。
①并励电动机:
将电枢绕组的两个接线端对调或将并励绕组的两个接线端对调,但两者不能同时改变;②串励电动机:
方法与并励电动机相同;③积复励电动机:
要保持是积复励,最简单的方法是将电枢绕组的两个接线端对调。
22.★★—台并励直流电动机原运行于某一la、n、E和Te值下,设负载转矩T2增大,试分析电机将发生怎样的过渡过程,并将最后稳定的
1八n、E和Te的数值和原值进行比较。
答直流电动机稳定运行时,TeT2To,T2增大后,TeT2To,从而使得n下降。
由ECen知,E下降,而laU—,因此,la上升。
TeCtla,故Te上升。
Ra
这个过程一直持续到TeT2To为止,电动机在新的状态下稳定运行。
与原值相比,la增大,n减小,E减小,Te增大。
23.★★对于一台并励直流电动机,如果电源电压和励磁电流保持不变,制动转矩为恒定值。
试分析在电枢回路串入电阻Ri后,对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响?
为什么?
答由转矩平衡方程式TeToT2可知,制动转矩不变时电磁转矩是不变的。
当电动机的励磁电流保持不变,在不考虑电枢反应的影响或电枢反应
保持不变时,气隙磁通=常数,因而电枢电流Ia是不变的。
又由于电压U不变,所以输入功率
PUIaIf不变。
从nURj)可知,当U、I,、不
变时,转速将随着R1的增大而减小。
而P2T2n,所以输出功率随n下降而下降,因此电机的效率将降低。
铜耗PcuaIa2(RaRl)随R,增大而增大,铁耗随n下降而减少。
因此电枢回路串电阻后,电机的转速下降,电枢电流不变,输入功率不变,输出功率减少,铁耗减少,铜耗增加,效率降低。
24.★★并励电动机在运行中励磁回路断线,将会发生什么现象?
为什么?
答励磁回路断线时,只剩下剩磁。
在断线初瞬,由于机械惯性,电机转速来不及改变。
电枢电势ECEn与磁通成比例减小。
由la晋可知,
Ra
la将急剧增加到最大值,当la增加的比率大于磁通下降的比率时,电磁转矩也迅速增加,负载转矩不变时,由于电磁转矩大于负载转矩,电动机转速明显提高。
随着转速的升高,电枢电动势增加,la从最大值开始下降,可能在很高的转速下实现电磁转矩与负载转矩的新的平衡,电动机进入新的稳态。
由于这时转速和电枢电流都远远超过额定值,这是不允许的。
从理论上讲,当励回路断线时,若是电动机的剩磁非常小,而电枢电流的增大受到电枢回路电阻的限制,可能出现电枢电流增大的比率小于磁通下降的比率,在负载力矩一定时,电枢的电磁力矩小于制动力矩,因而转速下降。
但在这种情况下,电枢电流仍然是远远地超过了额定电流值。
可见,并励电动机在运行中励磁回路断线可产生两个方面的影响:
一方面引起电枢电流的大幅度增加,使电动机烧毁;另一方面,可能引起转速急剧升高。
过高的转速造成换相不良。
到使电动机转子遭到破坏。
因此,并励电动机在运行中应绝对避免励磁回路断线。
针对励磁回路断线的故障,应采取必要的保护措施。
25.★★试述并励直流电动机的调速方法,并说明各种方法的特点。
答并励直流电动机的调速方法有以下三
种:
(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,转速变化平滑均匀,且范围宽广。
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。
为使电机在调速过程中得到充分利用,在不同转速下都能保持额定负载电流,此法适用于恒功率负载的调速。
(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。
此种调速方法的最在缺点是需要专用电源。
在保持电枢电流为额定值时,可保持转矩不变,故此法适用于恒转矩的负载调速。
(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,如果串入电枢回路的调节电阻是分级的,则为有级调速,平滑性不高,此法适用于恒转矩的负载调速。
27、★★简述并励发电机的自励条件,条件不
满足时,应米取的措施
变压器
1.★从物理意义上说明变压器为什么能变压,
而不能变频率?
答:
变压器原副绕组套在同一个铁芯上,
原边接上电源后,流过激磁电流im,产生励磁磁动势fm,在铁芯中产生交变主磁通©m,其频率与电源电压的频率相同,根据电磁感应定律,原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应
电动势ei和e2,且有6N1ddtm、e2N2今显然,
7dtdt7
由于原副边匝数不等,即Ni半N2,原副边的感应电动势也就不等,即ei工e2,而绕组的电压近似等于绕组电动势,即Ui〜Ei、U2〜E2,故原副边电压不等,即Ui丰U2,但频率相等。
2.★试从物理意义上分析,若减少变压器一次侧线圈匝数(二次线圈匝数不变)二次线圈的电压将如何变化?
答:
由eNid_、eN2%可知讣子,所以变dtdtNiN27
压器原、副两边每匝感应电动势相等。
又UiEi,U2疋E2,因此牛牛,当Ui不变时,若Ni减少,
NiN2
则每匝电压牛增大,所以U22茅将增大。
或者根据UiEi4.44fNim,若Ni减小,贝Vm增大,又U24.44fN2m,故U2增大。
3.变压器铁芯的作用是什么,为什么它要用
0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成?
答:
变压器的铁心构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
为了减少铁心损耗,采用0.35mm厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
4.变压器有哪些主要部件,它们的主要作用是什么?
答:
铁心:
构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
绕组:
构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。
分接开关:
变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。
油箱和冷却装置:
油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。
绝缘套管:
变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接,使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。
5.变压器原、副方额定电压的含义是什么?
答:
变压器一次额定电压UlN是指规定加到一次侧的电压,二次额定电压U2N是指变压器一次侧加额定电压,二次侧空载时的端电压。
6.★为什么要把变压器的磁通分成主磁通和
漏磁通?
它们之间有哪些主要区别?
并指出
空载和负载时激励各磁通的磁动势?
答:
由于磁通所经路径不同,把磁通分成主磁通和漏磁通,便于分别考虑它们各自的特性,从而把非线性问题和线性问题分别予以处理
区别:
1.在路径上,主磁通经过铁心磁路闭合,而漏磁通经过非铁磁性物质磁路闭合。
2.在数量上,主磁通约占总磁通的99%以上,而漏磁通却不足1%。
3.在性质上,主磁通磁路饱和,$m与im呈非线性关系,而漏磁通磁路不饱和,
$i。
与ii呈线性关系。
4.在作用上,主磁通在二次绕组感应电动势,接上负载就有电能输出,起传递能量的媒介作用,而漏磁通仅在本绕组感应电动势,只起了漏抗压降的作用。
空载时,有主磁通m和一次绕组漏磁通1,它们均由一次侧磁动势Fio激励。
负载时有主磁通m,一次绕组漏磁通1,二次绕组漏磁通2。
主磁通m由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即FmFiF2激励,一次绕组漏磁通
i由一次绕组磁动势Fi激励,二次绕组漏磁通2由二次绕组磁动势F2激励。
7.★变压器的空载电流的性质和作用如何?
它与哪些因素有关?
答:
作用:
变压器空载电流的绝大部分用来供励磁,即产生主磁通,另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗,前者属无功性质,称为空载电流的无功分量,后者属有功性质,称为空载电流的有功分量。
性质:
由于变压器空载电流的无功分量总是
远远大于有功分量,故空载电流属感性无功性
质,它使电网的功率因数降低,输送有功功率减
和磁化曲线
N及磁根据m由电
Z来决
I0N1
m
m
4.44fN1
小。
大小:
由磁路欧姆定律…
Rm
可知,Io的大小与主磁通0m绕组匝数路磁阻Rm有关。
就变压器来说,
U1E14.44fN1m,可知,m,因此,
源电压U的大小和频率f以及绕组匝数
^定。
根据磁阻表达式Rm4可知,Rm与磁路结构尺
A
寸l,A有关,还与导磁材料的磁导率有关。
变压器铁芯是铁磁材料,随磁路饱和程度的增加而减小,因此Rm随磁路饱和程度的增加而增大。
综上,变压器空载电流的大小与电源电压的大小和频率,绕组匝数,铁心尺寸及磁路的饱和程度有关。
8.★变压器空载运行时,是否要从电网取得功
率?
这些功率属于什么性质?
起什么作用?
为什么小负荷用户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利?
答:
要从电网取得功率,有功功率供给变压器本身功率损耗,即铁心损耗和绕组铜耗,它转化成热能散发到周围介质中;无功功率为主磁场和漏磁场储能。
小负荷用户使用大容量变压器时,在经济技术两方面都不合理。
对电网来说,由于变压器容量大,励磁电流较大,而负荷小,电流负载分量小,使电网功率因数降低,输送有功功率能力下降,对用户来说,投资增大,空载损耗也较大,变压器效率低。
9.为了得到正弦形的感应电动势,当铁芯饱和和不饱和时,空载电流各呈什么波形,为什么?
答:
铁心不饱和时,空载电流、电动势和主磁通均成正比,若想得到正弦波电动势,空载电流应为正弦波;铁心饱和时,空载电流与主磁通成非线性关系(见磁化曲线),电动势和主磁通成正比关系,若想得到正弦波电动势,空载电流应为尖顶波。
10.★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?
答:
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