绪 论0.-1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、磁导率大、铁耗低的特征。0-3 感应电动势中的负号表示什么意思？ 答：是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应定律的数学描述可表示为；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有为常数，则可写成。 0-.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特点：1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗3）由于G导约为G绝的1020倍，而仅为的倍，故可认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；4）电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率随变化，即磁阻随磁路饱和度增大而增大。0-5 在图0-2中，已知磁力线的直径为10cm，电流I1 = 10A，I2 = 5A，I3 = 3A，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？答：平均磁场强度0.-6 在图0.8所示的磁路中，线圈中通入直流电流，试问：（1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？（2） 中电流反向，总磁动势又为多少？（3） 若在图中处切开，形成一空气隙，总磁动势又为多少？（4） 比较两种情况下铁心中的的相对大小，及中铁心和气隙中 的相对大小？图8解： （1） （2） （3）不变（4）由于，而， 所以，。 其中 和 分别 表示两种情况下的各物理量。 在（3）中，由于，所以 。0-7一个有铁心的线圈，线圈电阻为2。将其接入110V交流电源，测得输入功率为22W，电流为1A，试求铁心中的铁耗及输入端的功率因数。解： 第1章 直流电机的运行原理1-1 试述直流发电机工作原理，并说明换向器和电刷起什么作用？答 直流发电机的工作原理：当原动机拖动直流发电机的电枢以恒速沿着逆时针方向旋转时， 在线圈中会有感应电动势产生，其大小为：，由于线圈一会儿在极下，一会儿在极下，因此这个感应电动势的方向是变化的，即线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是在经过电刷和换向片的整流作用后，才使外电路得到方向不变的直流电。换向器电刷的作用：把线圈中的交变电动势及电流整流成外电路方向不变的直流电。2-2试判断下列情况下，电刷两端的电压是交流的还是直流。（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。答 由直流发电机原理可知，只有电刷和电枢保持相对运动时，在电刷两端的电压才为直流，由此： 交流：因为电刷与电枢相对静止。 直流：因为电刷与电枢相对运动。1-.3 什么是电机的可逆性？答 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。1-.4 直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用、结构答 直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。 主磁极铁心用11.5mm厚的低碳钢板叠压而成。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场；.换向极换向极铁心一般用整块钢或钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极的作用是用以改善换向。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。机座有两个作用，一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成，电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。 直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。 电枢铁心电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。是电机主磁路的一部分，且用来嵌放电枢绕组。电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。换向器也是直流电机的重要部件。换向器与电刷相配合，起到整流或逆变器的作用。 1-.5直流电机电枢铁心为什么必须用薄电工钢冲片叠成？磁极铁心何以不同？答 为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通交变而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。磁极铁心中的磁通本来是恒定的，但因电枢旋转时电枢铁心齿槽的影响，磁极铁心中的磁通会来回摆动，从而产生铁心损耗，所以常采用厚的低碳钢板冲制而成。1-6试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。答 直流发电机和直流电动机的主要额定参数值有： 1额定容量（功率）（）； 2额定电压（）； 3额定电流（）; 4额定转速（）； 5励磁方式和额定励磁电流（） 还有一些物理量的额定值，如额定效率,额定转矩，额定温升等。关于额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。所以，直流发电机的额定容量为，而直流电动机的额定功率为。1-7 某直流电机，、以及。若是直流发电机，试计算额定电流；如果是直流电动机，再计算。解：若是直流发电机如果是直流电动机，再计算 1-8耦合磁场是怎样产生的？它的作用是什么？没有它能否实现机电能量转换？答 耦合磁场是由励磁绕组电流所产生的磁场和电枢绕组电流所产生的磁场合成产生的，它是使电机感应电动势和产生电磁转矩所不可缺少的因素。没有它是不能实现机电能量转换的。1-9如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器和电刷应怎样装置才能作直流电机运行？答 由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，所以换向器应装在定子上，电刷应该放在转子上，再通过滑环和静止的电刷与外电路相连。1-10单叠绕组和单波绕组各有什么特点？其联接规律有何不同？答 单叠绕组的特点为：（1）并联支路数等于磁极数，即；（2）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数。单波绕组的特点为：（1）同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数1，与磁极对数无关；（2）从理论上讲，单波绕组只需安置一对正负电刷就够了。但为了减少电刷的电流密度与缩短换向器长度，节省用铜，一般仍采用电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。在联接方式上，叠绕组元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上；波绕组的特点是每个绕组元件的两端所接的换向片相隔较远，互相串联的两个元件相隔较远()。1-11一台四极，单叠绕组的直流电机，试问：（1）若分别取下一只刷杆，或相邻的两只刷杆，对电机的运行有什么影响？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化？（3）若有一主磁极失磁，将产生什么后果？答 （1）若取下一只或相邻两只电刷，使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。 对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。 （2）若一元件断线，则该元件所在的支路断开，其余三条支路不变。因此，电刷间的电压不变，电流减小，电机能带的额定负载，。（3）当一主磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。1-12 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答电机负载运行，电枢绕组中就有了电流，电枢电流也产生磁动势，叫电枢磁动势。电枢磁动势的出现，必然会影响空载时只有励磁磁动势单独作用的磁场，有可能改变气隙磁密分布情况及每极磁通量的大小。这种现象称为电枢反应。设电刷在几何中性线上，此时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应作用如下：（1）交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线；（2）不计饱和，交轴电枢反应既无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，呈一定的去磁作用。1-13 一台直流电机,单叠绕组,电枢绕组总导体数,一极下磁通,当（1）转速；（2）转速，求电枢绕组的感应电势。解 （1） （2）1-14一台直流发电机额定功率，额定电压，额定转速，极对数，电枢总导体数，气隙每极磁，单叠绕组。求：（1） 额定运行时的电枢感应电势;（2） 额定运行时的电磁转矩。解：（1） （2）1-15 并励直流发电机能自励的基本条件是什么？答 （1）电机必须有剩磁；（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；（3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。1-16 把他励直流发电机转速升高20%，此时无载端电压约升高多少？如果是并励直流发电机，电压升高比前者大还是小？答 已知：，所以： 他励发电机： , 即，故 ，空载电压增加1.2倍。 并励发电机：若转速升高情况同上，空载电压增加1.2倍，但由于增加的同时，也相应增加，从而导致也增大，所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。1-17 换向元件在换向过程中可能产生哪些电势？各是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？答 电抗电动势：它是由于换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。 电枢反应电动势：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。1-18 换向极的作用是什么？装在什么位置？绕组如何联接？答 装换向极的作用是在换向元件所在处建立一个磁动势，其一部分用来抵消电枢反应磁动势，剩下部分用来在换向元件所在气隙建立磁场，换向元件切割产生感应电动势，且让的方向与相反，使合成电动势，以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，即几何中性线处。换向极绕组与电枢绕组串联。1-19 一台直流电动机改成发电机运行时，是否需要改接换向极绕组？为什么？答 可以。因为换向极绕组与电枢绕组串联，当一台直流电动机改成发电机运行，电枢电流反向时，其产生的电枢磁势反向，但此时换向极的电流和他的极性亦反向，因此作发电机运行时，其换向极能起改善换向的作用，当作为电动机运行时，换向极也能起改善换向的作用。1-20 已知一台并励直流发电机，额定功率，额定电压，额定转速，电枢回路各绕组总电阻，励磁绕组电阻，一对电刷上压降为，额定负载时的电枢铁损耗