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电机学课后习题答案华中科技大学 辜承林 主编第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。 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。 对空心线圈: 所以 自感: 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) u1为正弦电压,电流i1也随时间变化,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.(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,符合右手螺旋定则:四指指向电势方向,拇指为磁通方向。(3) (4) i1增加,如右图。i1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,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的复数表示式。解:(1) (2)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; (2)导体中通以电流,线圈不动; (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(1) 同理a+vt处的B值 (2) 只有变压器电势 N=1 (3) 运动电势ev变为: (把(1)中的I用代)变压器电势变为: 线圈中感应电势1.10 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? (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?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。 (2) (3) 总的磁势不变仍为 磁压降 铁心 空气隙 虽然 但 空气隙的磁压降大 (4)忽略漏磁 而截面积相等 (5)第一种情况大 同理 19 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 在减小 增大 接在交流电源上,同上 直流电源: 不变 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,测得输入功率为90W,电流为,试求此铁心的铁心损耗。 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 111 对于图,如果铁心用D23硅钢片叠成,截面积,铁心的平均长度,空气隙绕组的匝数为600匝,试求产生磁通时所需的励磁磁动势和励磁电流。 磁密查磁化曲线 气隙: 磁动势: = =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,问铁心磁通是多少? 先求出磁势: 是直流电源 不变, 然后根据误差进行迭代 设则 =551.3-550=1.3 很小,假设正确113 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=110V 114 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),。己知空气隙中的磁通量,又,求另外两支路中的、及。 (查表得到的) 由右侧回路可求: =10300(146000.5+1.4649680.2)=10300-(7300+2929.94)=70A =14200.5-1400.2=640(A)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 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,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 单波:相临两串联元件对应边的距离约为形成波浪型 节距上: (单叠) 并联支路数 2a=2p(单叠) 2a=z(单波)211 直流发电机的感应电动势与哪些因素有关?若一台直流发电机的额定空载电动势是230V,试问在下列情况下电动势的变化如何? (1)磁通减少10%; (2)励磁电流减少10%; (3)磁通不变,速度增加20%;(4)磁通减少10%,同时速度增加20%。 直发: (1)减少10,则
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