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1、电机学复习重点各章习题为作业题（答案全部要求手写）第一章绪论本章介绍了有关磁场、磁路的基本概念，磁路的基本定律和电机电磁基本关系。一、电机能量转换装置，电机的用途广泛，种类很多，按照电机在应用中的能量转换职能来分，电机可以分为下列各类。（1）将机械功率转换为电功率发电机。（2）将电功率转换为机械功率电动机。（3）将电功率转换为另一种形式的电功率，又可分为：输出和输入有不同的电压变压器；输出与输入有不同的波形，如将交流变为直流变流机；输出与输入有不同的频率变频机；输出与输入有不同的相位移相机。（4）不以功率传递为主要职能，而在电气机械系统中起调节、放大和控制作用的各种控制电机。按照所应用的电流种
2、类，电机可以分为直流电机和交流电机。电机还可以按原理和运动方式来分，同步速度决定于该电机的极数和频率，同步速度的确切意义将在后文说明。电机可分类如下。（1）没有固定的同步速度直流电机。（2）静止设备变压器。（3）作为电动机运行时，速度永远较同步速度为小，作为发电机运行时，速度永远较同步速度为大异步电机。（4）速度等于同步速度同步电机。（5）速度可以在宽广范围内随意调节，可以从同步速度以下调至同步速度以上交流换向器电机。二、磁场、磁路运动电荷（电流）的周围空间存在着一种特殊形态的物质，人们称之为磁场。在电机和变压器里，常把线圈套装在铁芯上，当线圈中流过电流，在线圈周围的空间就会形成磁场，如图1-
3、1所示，其中铁芯由铁磁材料构成，导磁性能比空气好得多，磁通几乎全部在铁芯中流通，而在空气中只存在少量分散的磁通。所以在一般工程计算中，电机中的磁场常简化为磁路来处理。三、磁感应强度（磁通密度）、磁通量磁场的大小和方向可用基本物理量磁感应强度来描述，用符号表示，单位是（特斯拉），是一个矢量。 通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通，用符号表示。在国际单位制中它的单位是 (韦伯)，它是一个标量。 (1-1）四、磁场强度、磁导率表征磁场性质的另一个基本物理量是磁场强度，它也是一个矢量，用符号表示，其单位为。磁场的两个基本物理量之间存在着下列关系（12）式中称为磁导率，由磁场该
4、点处的介质性质所决定，单位为 （每米亨）。在电机中应用的材料，一般按其导磁性能分为非铁磁材料和铁磁材料。（1） 非铁磁材料 如空气、铜、铝和绝缘材料等，它们的磁导率可认为等于真空磁导率，。（2） 铁磁材料 如铁、镍、钴及其合金，其磁导率远大于真空磁导率数千甚至上万倍。通常以表示铁磁物质的磁导率比真空磁导率增大的倍数，称为相对磁导率，即（13）存在磁绝缘而呈现的磁通扩散现象的影响是相当大的。五、铁芯损耗当导磁材料位于交变磁场中被反复磁化，其中BH关系便是磁滞回线。此时导磁材料中将引起能量损耗，称为铁芯损耗。铁芯损耗分为两部分：磁滞损耗和涡流损耗。铁芯损耗均转化为热能使铁芯温度升高，为防止电机过热
5、，一方面采用硅钢片以减小铁芯损耗，另一方面则应采取散热降温措施。六、安培环路定律（或称全电流定律）在磁场中，磁场强度矢量H 沿任一闭合路径的线积分等于穿过该闭合路径的限定面积 中流过电流的代数和。其数学表达式为 （14）磁场强度沿一条路径的线积分定义为该路径上的磁位差（又称磁压），以符号表示，其单位为。即有(1-5)七、磁路基本定律（1）磁路欧姆定律（16）（2）磁路基尔霍夫定律 八、磁场储能（17）九、电感（18） 对于磁路的磁导率为恒值时，或气隙磁路起主导作用时，该磁链与流过线圈的电流之间有正比关系，可写成（19（a） 或 （19（b）十、电磁感应定律若电动势、电流和磁通的正方向取得一致，
6、即电流的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则，正电动势倾向于产生正电流，则电磁感应定律用数学式表示时为（110）（111）十一、电磁力、电磁转矩设有一导体位于磁场中，用外力F加于导体使其以速度v运动，外力对导体作功。导体在磁场中截切磁力线，导体中便产生感应电动势。导体上所受到的电磁力,它的表达式为(1-12)位于磁场中的载流导体所受电磁力的方向可以很形象地按左手定则确定，若从外电源向位于磁场中的一导体送入电流，则该导体上也将受一电磁力，在电磁力作用下，导体将沿着电磁力的方向运动，这说明了电动机的基本作用原理。旋转电机的运动系旋转运动，设所研究的导体位于电机的转子上，如把导体上所受到的电磁力，乘
7、以从导体至旋转轴之间的距离，便得电磁转矩T，即 (1-13)十二、一台电机所用的各种材料的功用，不外乎下列五种：导电、导磁、绝缘、散热和机械支撑。1、导电材料 铜是最常用的导电材料，电机中的绕组一般都用铜线绕成。2、导磁材料 钢铁是良好的导磁材料。3、绝缘材料 国家标准根据绝缘的耐热能力分为七个标准等级，见表1-1 绝缘材料的等级绝缘级别YAEBFHC极限允许温度（）90105120130155180180以上习题1-1电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？ 答：电机和变压器的磁路常采用硅钢片制成，它的导磁率高，损耗小，有饱和现象存在。1-2磁滞损耗和涡流损耗是什幺原因
8、引起的？它们的大小与那些因素有关？ 答：磁滞损耗由于B交变时铁磁物质磁化不可逆，磁畴之间反复摩擦，消耗能量而产生的。它与交变频率f成正比，与磁密幅值的次方成正比。涡流损耗是由于通过铁心的磁通发生变化时，在铁心中产生感应电势，再由于这个感应电势引起电流（涡流）而产生的电损耗。它与交变频率f的平方和的平方成正比。1-3自感系数的大小与那些因素有关？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，哪一个的自感系数大？哪一个的自感系数是常数？哪一个是变数？随什么因素变化？ 答：因为L/iw/i/F/，从上式可以推出L与成正比，与磁阻成反比。又因两线圈W相同，铁的远小于木的，所以铁质上绕组
9、的自感系数大，另一个小。因木质是线性的，不变，铁的要变，所以木质上绕组L为常数，铁质上绕组L为变数。铁为变数是因为当H改变时变化而引起的，所以根本因素是H改变了。1-4对于下图，如果铁心用硅钢片迭成，截面积,铁心的平均长度0.4m，空气隙m，线圈的匝数为600匝，试求产生磁通 韦时所需的励磁磁势和励磁电流。解：在铁心迭片中的磁密为 11/12.250.9 (T)根据硅钢片磁化曲线查出306 (A/m)在铁心内部的磁位降 *306*0.4122.4（A）在空气隙处，当不考虑气隙的边缘效应时 （T） 所以 7.15 （A/m）故 357.5（A）则励磁磁势F+357.5+122.4479.9 安匝
10、 励磁电流 （A）1-5在图15中，当给线圈外加正弦电压u1时，线圈内为什么会感应出电势？当电流i1增加和减小时，分别算出感应电势的实际方向。答：在W1中外加u1时在 W1中产生交变电流i1，i1在W1中产生交变磁通，通过W2在W2中和W1中均产生感应电势2和e1，当i1增加时e1从b到a，2从d 到c，当i1减少时e1从a到b，2从c 到d。第一篇 变 压 器第二章变压器的基本作用原理与理论分析本章介绍了变压器的结构、原理、铭牌数据、空在运行、负载运行及运行特性。一、电力变压器的基本结构通常的电力变压器大部分为油浸式。电力变压器主要由五个部分组成：铁芯，带有绝缘的绕组，变压器油，油箱，绝缘套
11、管，以下将对每一部分分别加以叙述。二、变压器的额定值在变压器铭牌上常标注有它的额定值。计有额定容量、额定电压、额定电流和额定频率。额定容量SN是制造厂所规定的在额定条件下使用时输出能力的保证值。单位为VA或kVA。对于三相变压器而言是指三相的总容量。额定电压是由制造厂所规定的变压器在空载时额定分接头上的电压保证值。单位为V或kV。对于三相变压器而言，铭牌上的额定电压是指线电压。额定电流是额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值。单位用A或kA。对于单相变压器初级额定电流 （21）次级额定电流 （22）对于三相变压器，如不作特殊说明，铭牌上所标注的额定电流是指线电流。即有初级额定线电流（
12、23）次级额定线电流 （24）我国的标准工业频率为50Hz，故电力变压器的额定频率是50Hz。此外，在变压器的铭牌上还标注有相数、接线图、额定运行效率、阻抗压降和温升。对于特大型变压器还标注有变压器的总质量、铁芯和绕组的质量以及储油量，供安装和检修时参考。三、 变 压 器 空 载 运 行1、空载是指它的一个绕组接到电源，另一个绕组开路。2、正方向的规定因为变压器中的电压、电流、电动势、磁动势和磁通都是时间函数，是正负交替变化的量。在列电路方程时，需给它们分别规定参考正方向，否则所列出的电路方程，其物理意义便含混不清。所以在电路图中，都需用箭头方向来表示其正方向。图26 变压器空载运行示意图3、
13、感应电动势、电压变化(25）(26)4、电路方程(2-7)四、变 压 器 负 载 运 行1、变压器负载运行是指一个绕组接至电源，另一绕组接负载时的运行方式。线路示意图如图214所示，各物理量均按习惯标注。2、基本方程式由以上电磁物理分析得到一组表示式，即 (28）3、归算常用一假想的绕组替代其中一个绕组使之成为k1的变压器，这种方法称之为绕组归算或称为绕组折算。归算后的量在原来的符号加上一个上标号“”以示区别，归算后的值称为归算值或折算值。归算的目的纯粹是为了计算方便。因此，归算不应改变实际变压器内部的电磁平衡关系。4、归算后的基本方程、等效电路和相量图归算后，基本方程组可写成（2-9）五、标
14、么值定义：就是对各个物理量选一个固定的数值作为基值，取实际值与基值之比称为该物理量的标么值。即六、参 数 测 定 方 法1、空载试验可以测定励磁电阻rm和励磁电抗xm2、短路试验用来求参数rk和xk【例21】三相变压器额定容量为2500kVA，额定电压为60/6.3kV,联接（即联接），室温为时测得试验数据如表21所示。试求：（1）高压和低压测的额定电压和电流。（2）等效电路参数的欧姆值和标么值,画出近似等效电路图。（3）励磁支路用导纳表示的数值和标么值。表21 试验数据试验类型电 压（V）电 流（A）功 率（W）备 注短 路480020.4626500在高压侧测量空 载630011.467700在低压侧测量解 （1）高压绕组Y联接，额定线电压60kV额定相电压 额定相电流等于额定线电流低压绕组三角联接，相电压和线电压相等，即额定线电流 额定相电流 （2）空载试验在低压方测量，线电流为11.46A相电流 励磁电阻 励磁阻抗 励磁电抗 对于归算至高压测的值为低压测阻抗基值 高压测阻抗基值 励磁阻抗标么值 励磁电阻标么值 励磁电抗标么值 短路试验在高压测测量，高压测Y接，相电流等于线电流为24.06A，线电压为4800V。短路阻抗 短路电
