[工学]电机学课后答案

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1、第 1 章 导论1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小.电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体稀土钴钕铁硼变压器：冷轧硅钢片。1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率 f，磁通密度 B，材料，体积，厚度有关。涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损

2、耗。 与磁场交变频率 f，磁通密度，材料，体积，厚度有关 。1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 。4.mEfN运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的 eT 与磁密 B，运动速度 v，导体长度 l，匝数 N 有关。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，一个绕在木质材料上，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。 dLet对空心线圈： 所以LidieLt

3、自感： 2LNmmiiiNAl所以，L 的大小与匝数平方、磁导率 、磁路截面积 A、磁路平均长度 l 有关。闭合铁心 0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为 0 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) u 1 为正弦电压，电流 i1 也随时间变

4、化，由 i1 产生的磁通随时间变化，由电磁感应定律知 产生感应电动势 .dteN(2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺1e旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。(3) 11dRNtui(4) i1 增加，如右图。i 1 减小1.8 在图 1.30 中，如果电流 i1 在铁心中建立的磁通是 ，二次绕组的匝数是tmsin，试求二次绕组内感应电动势有效值的计算公式，并写出感应电动势与磁通量关系2的复数表示式。解：(1) 22mEf N(2) 290.790&1.9 有一单匝矩形线圈与一无限长导体在同一平面上，如图 1.31 所示，试分别求出下列条件下线

5、圈内的感应电动势：（1）导体中通以直流电流 I，线圈以线速度 从左向右移动；v（2）导体中通以电流 ，线圈不动；sinmt（3）导体中通以电流 ，线圈以线速度 从左向右移动。解：关键求磁通 BA(1) acvtxbd ()()vebBacvtBavt00()()2IBtHactt ()vIl t同理 a+vt 处的 B 值0()02()avtavtIat 0 01122()()IbbIvctcvtatte (2) 只有变压器电势dTtNN=1 acxBAbxHlNI2()xHaci0xH00122sinimaxt 0 0 012 2sinil()sinlmacIbIbbcacmxtdtIt 0

6、lcosaTet(3) 运动电势 ev 变为：（把（1）中的 I 用 代）0in2()()mbIvtvatcv sinmt变压器电势变为： 02sinlmacvtIbacvtxbBdt 02lncobdavtTte线圈中感应电势 vTe1.10 在图 1.32 所示的磁路中，两个线圈都接在直流电源上，已知 、 、 、 ，回1I21N2答下列问题：（1）总磁动势 F 是多少？（2）若 反向，总磁动势 F 又是多少？2I（3）电流方向仍如图所示，若在 、 出切开形成一空气隙 ，总磁动势 F 是多少？ab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

7、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。(1) 有右手螺旋定则判断可知，两个磁势产生的磁通方向相反。12FNI(2) 12I（3） 总的磁势不变仍为 12FNII磁压降 铁心 空气隙mklmAR0AmR虽然 但 10?=空气隙的磁压降大（4）忽略漏磁 而截面积相等Fe FeB0=FeH（5）第一种情况 大 (1)(1)(3)B同理 ()3H19 一个带有气隙的铁心线圈（参考图 ） ，若线圈电阻为 R，接到电压为 U 的直流4.电源上，如果改变气隙的大小，问铁心内的磁通 和线圈中的电流 I 将如何变化？若线圈电阻可忽略不计，但线圈接到电压有效值为

8、U 的工频交流电源上，如果改变气隙大小，问铁心内磁通和线圈中电流是否变化？如气隙 增大磁阻 增大，如磁势不变，则 减小mR dtuiei 在减小 增大0dti接在交流电源上，同上 直流电源： 不变0dti但 仍然减小。110 一个有铁心的线圈，电阻为 。当将其接入 110V 的交流电源时，测得输入功率2为 90W，电流为 ，试求此铁心的铁心损耗。A5.2电功率平衡可知（或能量守恒） ，输入的功率一部分消耗在线圈电阻上，一部分为铁耗 2290.57.FePIRw入111 对于图 ，如果铁心用 D23 硅钢片叠成，截面积 ，铁心的14. 24105.mA平均长度 ，空气隙 绕组的匝数为 600 匝

9、，试求产生磁通ml0m31.时所需的励磁磁动势和励磁电流。Wb9.磁密 410.925.8()ABT查磁化曲线 ()FeH气隙： 57.8.910()A磁动势: FelH= 532.480.1=473.9(A)F=NI I=FN=473.9600=0.79(A)112 设 111 题的励磁绕组的电阻为 ，接于 110V 的直流电源上，问铁心磁通是12多少？先求出磁势： 是直流电源 不变，0dte 102URI10265()FNIA然后根据误差进行迭代 设 则 4.Wb()AFeBT 38mH7140 7140 7 3140.55.3()FelA=551.3-550=1.3 很小，假设正确113

10、 设 112 题的励磁绕组的电阻可忽略不计，接于 50Hz 的正弦电压 110V（有效值）上，问铁心磁通最大值是多少？ E=110Veu4.mEfN 410.5608.21()Wb114 图 1-4 中直流磁路由 D23 硅钢片叠成，磁路各截面的净面积相等，为，磁路平均长 ， ， （包括气隙 ） ，235.Al5.1ml2.0l5.3。己知空气隙中的磁通量 ，又 ，求另 b16AIN1032外两支路中的 、 及 。12IN34.6035.8()ABT370 61. 490()Au mH (查表得到的)1460AmFeH由右侧回路可求：223)FelNIlH=10300(1460 00.5+1.

11、464968 0.2 )6102=10300-(7300+2929.94)=70A 7.5214()Am2.4()BT 30.3.5BWb132(.60)71() 1.43()ABT40)AmH =14200.5-1400.2=640(A)12NIl第二章 直流电机 21 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流， “换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。22 试判断下列情况下，电刷两端电压性质（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。(1)交流 电刷与电枢间相对静止，电刷两端的电

12、压性质与电枢的相同。（2）直流 电刷与磁极相对静止，电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 是直流。23 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到 N 极下，还是 S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩24 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有 7 个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记25 从原理上看，直流电机电枢绕

13、组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，线圈太多，无处嵌放。26 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换， 与饱和系数有关。27 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机

14、的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？ 磁化曲线： -主磁通， 励磁磁动势0()fF00F设计在低于“膝点” ，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通 ，0如交于“膝点” ，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的 ，若磁通 基本不变了，而00我的需要是 （根据 E 和 公式）选在膝点附近好处： 材料利用较充分可调性好0mT稳定性较好。电机额定点选在不饱和段有两个缺点：材料利用不充分磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。选在饱和点有三个缺点：励磁功率大增磁场调节困难电枢反应敏感28 为什么直流电机的电枢绕组必须是闭合绕组？直流电机电枢绕组是闭合的，为了换向的需要，如果不闭合，换向器旋转，电刷不动，无法保证正常换向。29 何谓电枢上的几何中性线？何谓换向器上的几何中性线？换向器上的几何中性线由什么决定？它在实际电机中的位置在何处？电枢上几何中性线：相临两点极间的中性线换向器上几何中性线：电动势为零的元件所接两换向片间的中心线由元件结构决定，不对称元件：与电枢上的几何中性线重合。对称元件：与极轴轴线重合。实际电机中。210 单叠绕组与单波绕组在绕法上、节距上、并联支路数上的主要区别是什么？绕法上： 单叠：任意两个串联元件都是后一个叠在前一个上面 1ky单波：相临两串联元件对应边的距离约为 形成波浪型2节距上： 12iZPy（单叠） 1iZkPpy