第四章 交流繞組的共同問(wèn)題

1、第四章 交流繞組的共同問(wèn)題一、填空1. 一臺(tái)50Hz的三相電機(jī)通以60 Hz的三相對(duì)稱電流，并保持電流有效值不變，此時(shí)三相基波合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值大小 ，轉(zhuǎn)速 ，極數(shù) 。答：不變，變大，不變。2. 單相繞組的基波磁勢(shì)是 ，它可以分解成大小 ，轉(zhuǎn)向 ，轉(zhuǎn)速 的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。答：脈振磁勢(shì)，相等，相反，相等。3. 若消除相電勢(shì)中v次諧波，在采用短距方法中，節(jié)距y1= t。答：4. 三相對(duì)稱繞組通過(guò)三相對(duì)稱電流，順時(shí)針相序（a-b-c-a）,其中，當(dāng)Ia=10A時(shí)，三相基波合成磁勢(shì)的幅值應(yīng)位于；當(dāng)Ia =-5A時(shí)，其幅值位于。答：A相繞組軸線處，B相繞組軸線處。5. 將一臺(tái)三相交流電機(jī)的三相繞組串聯(lián)起來(lái)

2、，通交流電，則合成磁勢(shì)為 。答：脈振磁勢(shì)。6. 三相合成磁勢(shì)中的五次空間磁勢(shì)諧波，在氣隙空間以 基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向與基波轉(zhuǎn)向 ，在定子繞組中，感應(yīng)電勢(shì)的頻率為 ，要消除它定子繞組節(jié)距y1= 。答：1/5,相反，f1,二、選擇填空1. 當(dāng)采用繞組短距的方式同時(shí)削弱定子繞組中五次和七次諧波磁勢(shì)時(shí)，應(yīng)選繞組節(jié)距為 。A：t B：4t/5C：6t/7 D：5t/6答：D2. 三相對(duì)稱交流繞組的合成基波空間磁勢(shì)幅值為F1,繞組系數(shù)為 kw1，3次諧波繞組系數(shù)為kw3，則3次空間磁勢(shì)波的合成幅值為 。：； ：； ：答：A3. 交流繞組的繞組系數(shù)通常為 。：<1； ：>0； ：=1 答

3、：A4. 三相對(duì)稱交流繞組的基波電勢(shì)幅值為E1,繞組系數(shù)為 kw1，3次諧波繞組系數(shù)為kw3，則3次諧波電勢(shì)幅值為 。：； ：； ：答：A5. 一臺(tái)50Hz的三相電機(jī)通以60 Hz的三相對(duì)稱電流，并保持電流有效值不變，此時(shí)三相基波合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值大小 ，轉(zhuǎn)速 ，極數(shù) 。A：變大； B：減??； C：不變。答：C，A，C6. 單相繞組的基波磁勢(shì)是 。A：恒定磁勢(shì)； B：脈振磁勢(shì)； C：旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。答：B7. 交流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)要求 。A：不等； B：相等； C：不可確定。答：B8. 交流繞組采用短距與分布后，基波電勢(shì)與諧波電勢(shì) 。A：都減小； B：不變； C：基波電勢(shì)不變，諧波電勢(shì)減小。答：

4、A9. 三相合成磁勢(shì)中的五次空間磁勢(shì)諧波，在氣隙空間以 基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。A：5倍； B：相等； C：1/5倍。答：C三、判斷1. 采用分布短距的方法，可以削弱交流繞組中的次諧波電勢(shì)。 （ ）答：對(duì)2. 三相對(duì)稱交流繞組中無(wú)三及三的倍數(shù)次諧波電勢(shì)。 （ ）答：錯(cuò)3. 交流繞組的繞組系數(shù)均小于1。 （ ）答：對(duì)4. 五次諧波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向與基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)轉(zhuǎn)向相同。 （ ）答：錯(cuò)5. 單相繞組的脈振磁勢(shì)不可分解。 （ ）答：錯(cuò)10. 交流電機(jī)與變壓器一樣通以交流電，所以他們的感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算公式相同。 （ ）答：錯(cuò)11. 要想得到最理想的電勢(shì)，交流繞組應(yīng)采用整距繞組。 （ ）答：錯(cuò)12. 極相組A

5、的電勢(shì)與極相組X的電勢(shì)方向相反，電流方向也相反。 （ ）答：對(duì)13. 交流電機(jī)勵(lì)磁繞組中的電流為交流量。 （ ）答：錯(cuò)14. 交流繞組采用短距與分布后，基波電勢(shì)與諧波電勢(shì)都減小了。 （ ）答：對(duì)15. 交流繞組連接時(shí)，應(yīng)使它所形成的定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極數(shù)相等。 （ ）答：對(duì)16. 電角度為p倍的機(jī)械角度。 （ ）答：對(duì)18. 交流繞組常用整距繞組。 （ ）四、簡(jiǎn)答1. 在交流發(fā)電機(jī)定子槽的導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)的頻率、波形、大小與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： (1) 頻率頻率f與磁極對(duì)數(shù)p和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，p是由構(gòu)造決定，n是由運(yùn)行條件決定。（2）波形與電機(jī)氣

6、隙磁通密度沿氣隙圓周分布的波形有關(guān)，它由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定。（3）大?。簩?dǎo)體電勢(shì)E1大小與頻率f及每極磁通1有關(guān)，f及1由電機(jī)的運(yùn)行條件決定。2. 總結(jié)交流發(fā)電機(jī)定子電樞繞組相電勢(shì)的頻率、波形和大小與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： (1)頻率 ：頻率頻率f與磁極對(duì)數(shù)p和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，p是由構(gòu)造決定，n是由運(yùn)行條件決定。(2)波形：波形與電機(jī)氣隙磁通密度沿氣隙圓周分布的波形有關(guān)，它由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定。(3)大?。?與繞組結(jié)構(gòu)（是短距還是整距繞組，是分布還是集中繞組）、繞組串聯(lián)匝數(shù)有關(guān)，由構(gòu)造決定；與頻率、每極下磁通量有關(guān)，由運(yùn)行條件決定。3. 試從物理和數(shù)學(xué)

7、意義上分析，為什么短距和分布繞組能削弱或消除高次諧波電勢(shì)？答： 因諧波電勢(shì)，欲要消除或削弱某次諧波電勢(shì)，只需使某次諧波的短距系數(shù)kyv或分布系數(shù)kqv為零（或很?。┘纯?。如短距繞組，欲消除次諧波，可令kyv=0，得,即其節(jié)距只需縮短次諧波的一個(gè)節(jié)距。用分布繞組，基波電勢(shì)也有所削弱，但諧波電勢(shì)削弱程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基波電勢(shì)。4. 同步發(fā)電機(jī)電樞繞組為什么一般不接成形，而變壓器卻希望有一側(cè)接成接線呢？答：同步發(fā)電機(jī)無(wú)論采用Y接線還是接線，都能改善線電勢(shì)波形，而問(wèn)題是接接線后，接的三相線圈中，會(huì)產(chǎn)生3次及3 的奇次倍諧波環(huán)流，引起附加損耗，使電機(jī)效率降低，溫升升高，所以同步發(fā)電機(jī)一般不采用接來(lái)改善電勢(shì)波形

8、。而變壓器無(wú)論在哪一側(cè)接成接，都可提供 3次諧波勵(lì)磁電流通路，使主磁通波形為正弦波，感應(yīng)的相電勢(shì)為正弦波，改善變壓器相電勢(shì)的波形。5. 總結(jié)交流電機(jī)單相磁勢(shì)的性質(zhì)、它的幅值大小、幅值位置、脈動(dòng)頻率各與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： 幅值 單相繞組基波磁勢(shì)幅值大?。?與一條支路匝數(shù)N、繞組系數(shù)kw1、磁極對(duì)數(shù)p及相電流I有關(guān)，其中N、kw1及p 由構(gòu)造決定，I由運(yùn)行條件決定。幅值位置： 恒于繞組軸線上，由繞組構(gòu)造決定。頻率： 即為電流頻率，由運(yùn)行條件決定。6. 總結(jié)交流電機(jī)三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的性質(zhì)、它的幅值大小、幅值空間位置、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速各與哪些因素

9、有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答：幅值 三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)幅值大小，其決定因素與單相基波磁勢(shì)同?？臻g位置：沿氣隙圓周旋轉(zhuǎn)。當(dāng)哪相電流最大，三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)就轉(zhuǎn)至哪相繞組軸線上，繞組由構(gòu)造決定，電流由運(yùn)行條件決定。轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速與電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p 有關(guān)，p由構(gòu)造決定，f由運(yùn)行條件決定。轉(zhuǎn)向： 與電流相序有關(guān)（與電流相序一致），由運(yùn)行條件決定。7. 一臺(tái)50Hz的交流電機(jī)，今通入60Hz的三相對(duì)稱交流電流，設(shè)電流大小不變，問(wèn)此時(shí)基波合成磁勢(shì)的幅值大小、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)⑷绾巫兓?？答?本題題意為頻率增加（增加倍）由和知，基波合成磁勢(shì)幅值大小及轉(zhuǎn)向與頻率無(wú)關(guān)

10、 。而轉(zhuǎn)速n1與頻率成正比，故轉(zhuǎn)速增加1.2倍。8. 一個(gè)整距線圈的兩個(gè)邊，在空間上相距的電角度是多少?如果電機(jī)有p對(duì)極，那么它們?cè)诳臻g上相距的機(jī)械角度是多少?答：整距線圈兩個(gè)邊在空間上相距的電角度為1800；電機(jī)為p對(duì)極時(shí)，在空間上相距的機(jī)械角度為1800/p。9. 定子表面在空間相距a電角度的兩根導(dǎo)體，它們的感應(yīng)電勢(shì)大小與相位有何關(guān)系? 答；定子表面在空間相距a電角度的兩根導(dǎo)體，它們的感應(yīng)電勢(shì)的波形相同，其基波和各次諧波電勢(shì)的大小分別相等?；妱?shì)的相位差為a電角度，且空間上超前(沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向空間位置在前)的導(dǎo)體，其基波電勢(shì)的相位是滯后的。10. 為了得到三相對(duì)稱的基波感應(yīng)電勢(shì)，對(duì)三相繞組安

11、排有什么要求? 答：三相繞組的構(gòu)成(包括串聯(lián)匝數(shù)、節(jié)距、分布等)應(yīng)相同，且三相繞組軸線在空間應(yīng)分別相差1200電角度11. 繞組分布與短距為什么能改善電勢(shì)波形?若希望完全消除電勢(shì)中的第v次諧波，在采用短距方法時(shí)，y1應(yīng)取多少? 答：繞組分布后，一個(gè)線圈組中相鄰兩個(gè)線圈的基波和v次諧波電勢(shì)的相位差分別是a和va電角度(a為槽距角)，這時(shí)，線圈組的電勢(shì)為各串聯(lián)線圈的電勢(shì)的相量和，因此一相繞組的基波和諧被電勢(shì)都比集中繞組時(shí)的小。但由于諧波電勢(shì)的相位差較大，因此，總的來(lái)說(shuō)，一相繞組的諧波電勢(shì)所減小的幅度要大于基波電勢(shì)減小的幅度，諧波電勢(shì)相對(duì)減少，使電勢(shì)波形得到改善。 繞組短距時(shí)，個(gè)線圈的兩個(gè)線圈邊中的

12、基波和諧波(奇數(shù)次)電勢(shì)都不再相差，因此，基波電勢(shì)和諧波電勢(shì)也都比整距時(shí)減小。合理短距時(shí)，對(duì)基波，因短距而減小的空間電角度是較小的，因此基波電勢(shì)減小得很少；但對(duì)v次諧波，短距減小的則是一個(gè)較大的角度(是基波的v倍)，因此，總體而言，兩個(gè)線圈邊中諧波電勢(shì)相量和的大小就比整距時(shí)的要小得多，因?yàn)橹C波電勢(shì)減小的幅度大于基波電勢(shì)減小的幅度，所以可使電勢(shì)波形得到改善。 若要完全消除第v次諧波，y1應(yīng)取為(t為極距)。12. 采用繞組分布短距改善電勢(shì)波形時(shí)，每根導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)是否也相應(yīng)得到改善?答：采用繞組分布短距改善電勢(shì)波形，是通過(guò)使線圈間或線圈邊間的電勢(shì)相位差發(fā)生變化而實(shí)現(xiàn)的，每根導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)波形

13、并沒(méi)有改善。13. 試述雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)，為什么現(xiàn)代交流電機(jī)大多采用雙層繞組(小型電機(jī)除外)？答：采用雙層繞組時(shí)，可以通過(guò)短距節(jié)省端部用銅量(疊繞組時(shí))，或者減少線圈組之間的聯(lián)線(波繞組時(shí))。更重要的是，可以同時(shí)采用分布和短距來(lái)改善繞組電勢(shì)和磁勢(shì)的波形。因此，現(xiàn)代交流電機(jī)大多采用雙層繞組。17. 試說(shuō)明一個(gè)脈振磁場(chǎng)可以分解成兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。答：因?yàn)榈仁接疫厼閮蓚€(gè)大小相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，且轉(zhuǎn)速相同。18. 試說(shuō)明一個(gè)圓形磁場(chǎng)可以用兩個(gè)在時(shí)間上和在空間上相差90度的等幅脈振磁場(chǎng)來(lái)表示。答：因?yàn)轱@然上式第一項(xiàng)和第二項(xiàng)均為脈振磁勢(shì)，且在空間上和時(shí)間上均相差。五、計(jì)算1.

14、 額定轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)，若將轉(zhuǎn)速調(diào)整到3060轉(zhuǎn)/分運(yùn)行，其它情況不變，問(wèn)定子繞組三相電勢(shì)大小、波形、頻率及各相電勢(shì)相位差有何改變？答：本題題意為轉(zhuǎn)速升高(升高倍)（1）頻率 , 故頻率增加1.02倍。(2) 大小 (W、kw1、1=C),電勢(shì)增加1.02倍。（3）       波形和各相電勢(shì)相位差不變，因它們與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。2. 若在對(duì)稱的兩相繞組中通入對(duì)稱的兩相交流電流iA=Imsinwt，iB=Imcoswt，試分析其合成磁勢(shì)的性質(zhì)？答：由數(shù)學(xué)分析：（以基波合成磁勢(shì)為例）由單相繞組磁勢(shì)幅值知：由于兩相繞組匝數(shù)相同，兩相電流大小相等，故兩相繞組磁勢(shì)幅值相等，其表達(dá)式分別為：所以： 故為旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 3.有一三相對(duì)稱交流繞組，通入下列三相交流電流：（1）（2）（3）定性分析其合成磁勢(shì)的性質(zhì)（包括轉(zhuǎn)向）。答： （1）iA、iB、iC為三相對(duì)稱電流，則三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，轉(zhuǎn)向與相序一致（A-B-C）。（2）原三相電流正方向如圖（a）所設(shè)：  （a） （b） 因iC=0, C相相當(dāng)于開(kāi)路，則A、B兩相繞組串聯(lián)，又iA= -iB，則A、B兩相電流方向如圖（b）所示。它相當(dāng)于一相繞組通入一相正弦交流電流，故其合成磁勢(shì)為脈動(dòng)磁勢(shì)。 (3) iA、iB、iC為三相不對(duì)稱電流，