華南理工大學電機學第三章思考題

1、第二章思考題3-3什么叫相帶？相帶屬性如何確定？在三相電機繞組中為什么常采用60°相帶而不用120°相帶？【答】 相帶是指把每極下的電樞表面根據(jù)相數(shù)劃分，每相占一等分。我們稱每一等分 為一相帶。由于60°相帶繞組的合成電動勢比 120°相帶的大，故除了單繞組變極電機外， 一般都用60°相帶繞組。3-6為什么極相組 A和極相組X串聯(lián)時必須反接？如果正接將引起什么后果？【答】 因極相組A的電勢與極相組 X的電勢反相，反接后，兩者電勢相減，得到更高 的電勢。若正接將引起電勢為0的后果。3-8交流繞組的感應(yīng)電動勢公式是如何導出的？它與變壓器的電動勢公式

2、有何類似和不 同之處？【答】 設(shè)氣隙中的主極磁場為正弦分布，即b Bi sin ，式中B1為氣隙密度的基波幅值；設(shè)t 0時，導體位于極間、將要進入N極的位置，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角頻率為，則導體中的感應(yīng)電動勢為q blvBi Iv sin,2Ei sin t ；p對極的電機一個極下的磁通量為Di0 bld 機0 20 Bi sin(D d電IDIBisin2p 0DIB i 2 D2感d丄IBiBi I，感p2p2 p應(yīng)電動勢的頻率f pn，轉(zhuǎn)子的線速度vn D2 D pn2 f，故導體電動勢的有效60602p 60值為匚BiIEiv2BiIi 2f2- 2 fBi I2 2f 2BiI屁fT i2；在

3、考慮短距和分布后，整個線圈組的合成電動勢EqiqEdkdiq 2 fNckpi i kdi2 f qNck pikdii2f qNc kwi i ;對于雙層繞組，每相繞組有2p個極相組，設(shè)并聯(lián)支路數(shù)為a，如果一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)表示為，N 2PqNc，則相電動勢為Ephi空Kqi2 f 2PqNc kwi i 2 fNkwi i，對于單層aaa繞組，每相繞組總共有p個極相組，則每相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)為N EqNc。而變壓器一a次繞組中感應(yīng)電動勢的有效值Ei 2 fN m，它們的區(qū)別主要在于，交流繞組通過短距和分布時，使合成磁動勢打了折扣，體現(xiàn)為繞組的基波繞組因數(shù)kwi。3-9試述分布因數(shù)、節(jié)距因

4、數(shù)和繞組因數(shù)的物理意義。它們是大于i、小于i,還是等于i,為什么？【答】 分布因數(shù)是衡量每極每相的導體分布在每個槽中與集中分布在一個槽電動勢或 磁動勢所打的折扣。節(jié)距因數(shù)表示線圈短距后電動勢或磁動勢對比于整距時應(yīng)打的折扣。 繞組因數(shù)是既考慮短距又考慮分布時，整個線圈組的合成電動勢或磁動勢所打的折扣。因分布繞組所產(chǎn)生的電動勢或磁動勢不能超過集中繞組產(chǎn)生的電動勢或磁動勢，因此分布因數(shù)只能小于或等于 1。節(jié)距因數(shù)是衡量當yi 時，電動勢或磁動勢與 yi 時電動勢或磁 動勢相比所打的折扣，由于 yi 時，繞組所產(chǎn)生的電動勢或磁動勢最大，因此節(jié)距因數(shù)也 只能小于或等于1。繞組因數(shù)是分布因數(shù)與節(jié)距因數(shù)的乘

5、積，所以繞組因數(shù)也只能小于1或等于1。3-10為什么用于計算交流繞組感應(yīng)電動勢的繞組因數(shù)，亦適用于計算磁動勢？【答】 因為相鄰線圈電動勢的時間相位差與磁動勢的空間相位差相同，線圈組電動勢向 量合成計算與磁動勢矢量的合成計算一樣，所以兩者的繞組因數(shù)相等。3-11試述諧波電動勢和齒諧波電動勢產(chǎn)生的原因以及抑制方法，能采用分布和短距消除 齒諧波嗎？【答】 諧波電動勢：由于主極表面造成的氣隙不均勻，鐵芯飽和，定子開槽等原因， 使氣隙磁場在空間非正弦分布，從而可以分解出一系列高次諧波，這些高次諧波也將在繞組中感應(yīng)出高次諧波電動勢。 齒諧波電動勢：在現(xiàn)代交流電機中， 定子鐵芯均開有帶槽口工槽， 開槽結(jié)果使

6、單位面積下的氣隙磁導變?yōu)椴痪鶆颉?對應(yīng)于齒的位置的氣隙較小，單位面積下磁導較大； 對應(yīng)于槽的位置氣隙較大，單位面積下磁導較小。這將導致氣隙磁場的分布發(fā)生改變。因此開槽以后在原先不開槽的時氣隙磁導波上要疊加一個與定子齒數(shù)相對應(yīng)的附加周期性磁導分量。對于凸極同步發(fā)電機，若轉(zhuǎn)子有效極弧的寬度等于定子齒距的整數(shù)倍，且主極磁場在定子開槽前為正弦分布，則在定子開槽以后，主極磁場雖然發(fā)生畸變，使槽部磁場減弱，但由于定子齒、槽不動，空間周期性的附加磁導不隨時間而變化，故定子繞組的感應(yīng)電動勢將仍為正弦形而沒有其它諧波。但是若主極磁場中原先已經(jīng)有齒諧波磁場，則在定子開槽以后，由于周期性空間附加磁導的“調(diào)制”和“放

7、大”作用，在整數(shù)槽繞組和氣隙較小的情況下，定子繞組中 的齒諧波電動勢可能比不開槽時增大很多倍，從而使發(fā)電機的電動勢波出現(xiàn)明顯的齒諧波波段；若轉(zhuǎn)子有效極弧的寬度等于定子齒距的整數(shù)倍，則主極移動時，主極下所對著的齒數(shù)將不斷地發(fā)生變化，因此一個極下的總磁導將不斷地發(fā)生變化，從而引起主極磁通的縱向脈振，并使定子繞組中齒諧波電動勢進一步增大。 諧波電動勢的削弱方法a. 采用短距繞組，適當選擇線圈的節(jié)距可使某次諧波的節(jié)距因數(shù)等于或接近于零，為 消除第 次諧波，只要選用比整距繞組短 1的短距線圈即可。b. 采用分布繞組，分布繞組的每極每相槽數(shù) q越多，各次諧波因數(shù)越小，在極數(shù)越多， q達到2時，可用分數(shù)槽繞

8、組來消除高次諧波。c. 改善主極磁場分布，在凸極同步電機中，可設(shè)法改善主極極靴外形；在隱極機中， 可通過改善勵磁磁動勢的分布使主極磁場在氣隙中接近正弦分布。 齒諧波的削弱方法a. 采用斜槽；在凸極同步電機中，可用斜極來削弱齒諧波。b. 采用分數(shù)槽。c. 采用半閉口槽，磁性槽楔，選擇阻尼節(jié)距等其他措施。 由于齒諧波的繞組因數(shù)恰好等于基波繞組因數(shù)，所以不能采用短距和分布繞組的方法 來消弱。3-12斜槽是怎樣消除諧波電動勢的？能消除所有的齒諧波嗎？應(yīng)消除哪次？斜過多少距離？【答】斜槽就是將導體斜過一定的距離C,此時導體的各個小段在磁場內(nèi)的位置不再相同。導體中的基波電動勢將比直槽時小, 限多根短小直導

9、體相串聯(lián)的分布線圈組， 整個導體斜過的電角度（弧度）為以斜槽因數(shù)計?？梢园研辈蹆?nèi)的導體看作為無相鄰導體間的相位差為t 0，導體數(shù)為q t ,ksk1sin，2sin 2ksksinq sin2sinc二， c2.Csin2c2要消除第次諧波,c ， 次諧波的只要使該次諧波的斜槽因數(shù)斜槽因數(shù)為ksk0，即使L 2，可見只要使斜過的距離等于該次空間諧波的波長,導體內(nèi)的次諧波電動勢便互相抵消。要消除齒諧波電動勢，則c -2 ，為使 2mq 1這2mqk 1兩個一階諧波都能得到削弱，通常取c 2mqtz，即斜過的距離恰好德育一個齒距tz。，因此斜槽因數(shù)可由分布因數(shù)導出，即3-13為什么交流發(fā)電機的定子

10、繞組一般都采用星形連接，而不采用三角形連接？【答】由于在三相對稱系統(tǒng)中，各相的三倍數(shù)次諧波在時間上均為同相，且幅值相等。當三相繞組采用星形聯(lián)法時，線電壓等于相電壓之差， 相減時三倍數(shù)次諧波電動勢互相抵消，所以發(fā)電機出線端不存在三倍數(shù)次諧波電動勢；而在三角形聯(lián)法中， 三相的三倍數(shù)次諧波電動勢之和針在閉合的三角形回路中形成環(huán)流，電動勢全部降落在環(huán)路中， 所以在出線端也不會出現(xiàn)三次諧波電壓，但三次諧波環(huán)流所產(chǎn)生的雜散損耗，會使電機的效率下降，溫度增高，所以現(xiàn)代的交流發(fā)電機多數(shù)采用星形而不采用三角形聯(lián)結(jié)。3-17為什么說交流繞組的磁動勢既是時間函數(shù)又是空間函數(shù)？試寫出單相繞組磁動勢的 表達式。【答】

11、在三相交流電機中，定子繞組一般都要是對稱放置的，即A、B、C三相繞組的軸線在空間相隔120 °電角度，因此三相繞組各自產(chǎn)生的基波磁動勢在空間相隔120°電角度，此外，在對稱運行時，三相電流亦是對稱的，即其幅值相等，在時間相位上互差 120°電角度，因此 A、B、C三相所產(chǎn)生的三個脈振磁動勢在時間相位上也互差120°電角度。因此可以說三相交流繞組的磁動勢即是時間函數(shù)又是空間函數(shù)，同理對其它各相交流繞組也可得出同樣結(jié)論。單相繞組的磁動勢 f ,t-IN kw1 cos - kw3 cos3 kw coscos t，p3式中I為相電流，N為每相串聯(lián)匝數(shù)。3-1

12、9單相繞組的磁動勢具有什么性質(zhì)？單相電機為什么需要起動繞組，而三相電機不需 要？【答】 單相繞組的磁動勢是脈振磁動勢，可以分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、方向 相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于單相電機只通入一相電流，產(chǎn)生的磁動勢只向一個方向旋轉(zhuǎn)，不能產(chǎn)生兩個反向旋轉(zhuǎn)的磁動勢，所以單相電機需要起動繞組，以產(chǎn)生兩個反向旋轉(zhuǎn)的磁動勢。而三相電機通入三相電流，產(chǎn)生的合成磁動勢能產(chǎn)生兩個反向旋轉(zhuǎn)的磁動勢。3-20三相基波旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速各取決于什么？為什么?【答】三相基波旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值為每相脈振磁動勢的3倍，即Fl23Fphi23 2 IN kwi ；P ；合成磁動勢基波轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序和

13、三相繞組在空間上的排列次序， 的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后相的繞組軸線；合成磁動勢基波轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，即從電流超前相60 fp3-21圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢與脈振磁動勢和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢之間有什么關(guān)系？【答】 單相繞組的基波合成磁動勢可以分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢，即f1 ,tfi ,t fi ,t Fi cos t Fi cos t，把正向和反向的旋轉(zhuǎn)磁動勢分別用兩個空間矢量Fi和Fi來表示，進行矢量合成。當Fi0或Fi 0,合成磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；當FiFi時，合成磁動勢為脈振磁動勢；當 Fi Fi時，合成磁動勢為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。同時，脈振磁動勢可以分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、方向相反的圓形

14、旋轉(zhuǎn)磁動勢；橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢可以分解為兩個幅值不等、轉(zhuǎn)速相同、方向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。3-22如何改變?nèi)嚯姍C的轉(zhuǎn)向?【答】任意調(diào)換兩相相序或通以負序電流，設(shè)iAI m cost ，則 iB Im cos t 120，i C Im cost 240，則合成磁動勢fAC Fm cos cos t F m cosi20 cost-i20Fm cos240 cos t -240Fm t丘t2即形成反向推移的旋轉(zhuǎn)磁動勢，也就改變了電機的轉(zhuǎn)向。Fm23-24兩相對稱繞組通兩相對稱交流電產(chǎn)生的是脈振磁動勢，還是圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢或橢圓 形旋轉(zhuǎn)磁動勢？【答】對稱兩相繞組在空間上互差90°電角度，繞組

15、中通入在時間上互差90°的對稱兩相電流，合成基波磁動勢為fiA1b i F ph cos cos t F ph cos90cos t - 90F ph丄bicos t2F phcos t2F phcos t2F phcos2180Fph cos t，可見兩相對稱繞組通兩相對稱交流電產(chǎn)生的是脈振磁動勢。3-25三相繞組的磁動勢為什么沒有3的倍數(shù)次諧波？哪些次諧波與基波同轉(zhuǎn)向？哪些次轉(zhuǎn)向相反？【答】 因為3的倍數(shù)次諧波磁動勢關(guān)于三相繞組對稱，即Fph cos cos t，B Fph cos 120 cos t-120 , fCFph cos 240 cos t-240 ，則合成磁動ffA

16、fBf CF phcoscost FphcosF phF phF phcostcos tcos t222F phF phcost1240-cos t22勢時120 cos t-120F phcos240cos t -240F ph1 120-cost112021 240。 當6k33 2k 1fF phcos3 2k1 cos tF phcos3 2k1120 cost-120F phcos3 2k 1240fF phcos3 2k1 cos tF phcos3 2k1cos t -120F phcos3 2k1 cos t - 240cos t - 2400時，與基，故三相繞組的磁動勢沒有3的倍數(shù)次諧波；當 6k 1，即波的情況相同，有3f2ph cos7、13、19、t-，合成磁動勢是轉(zhuǎn)速為 21，幅值為3 f2ph的正向旋轉(zhuǎn)磁動勢； 當 6k 1，即5、11、7、時，有 f-Fph cos t2 p，合成磁動勢是轉(zhuǎn)速為上，幅值為？Fph的反向旋轉(zhuǎn)磁動勢。3-27 一相繞組的電動勢是由支路中各個極相組的電