第1章 电机学基础知识1-1 磁路的结构和尺寸一定，磁路的磁阻是否一定？答：磁路的磁阻，它除了与磁路的长度和面积A有关外，还与磁路的磁导率成反比。而铁磁材料的磁导率随磁路的饱和程度增加而减小。因此，在磁路的结构尺寸一定时，磁路的饱和程度越高，则磁阻越大。1-2 说明直流磁路和交流磁路的主要不同点。答：1） 直流磁路中磁通恒定，励磁绕组中无感应电动势，而交流磁路中磁通随时间交变，因而会在励磁绕组中产生感应电动势。2） 直流磁路中无铁心损耗，而交流磁路中有铁心损耗。3） 交流磁路中磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变；而直流磁路中不会。1-3 比较磁路与电路的主要不同点。答：1） 电流通过电阻时有功率损耗，而磁通通过磁阻时无功率损耗。2） 自然界中不存在绝对的磁绝缘材料，甚至连空气也是导磁的，因此磁路中存在漏磁现象；而电路则不然。3） 磁路的磁阻随通过的磁通变化而变化，而电路的电阻不随流过的电流变化而变化（不考虑电流引起的温度变化）。1-4 铁磁材料分成几类？各有什么特点？分别用在什么场合？答：铁磁材料根据磁滞回线形状不同，分为软磁材料、硬磁（永磁）材料两大类。软磁材料磁滞回线窄，剩磁和矫顽力都小且磁导率较高，一般用于制造电机、变压器的铁心。硬磁（永磁）材料磁滞回线宽，剩磁和矫顽力都大，可以制成永久磁铁。第2章 直流电机2-1 在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？答：在直流电机中，电枢电路是旋转的，依靠换向器和电刷的作用，使构成每条支路的元件不停地轮流变换，而每条支路的元件数、位置和感应电动势的方向不变，支路电流产生的磁动势的空间位置也始终不变。因此，直流发电机的换向器和电刷起了整流器的作用，将电枢绕组产生的交流感应电动势和电流变换成直流引到外电路；直流电动机的换向器和电刷起了逆变器的作用，将外部直流电流变换成交流电流引入电枢绕组。2-2 分析哪些因素影响直流电机的感应电动势；若一台直流发电机额定运行时的电动势为，那么当励磁电流、磁通分别减少10或者转速提高10时的电动势为多少？答：根据直流电机感应电动势的公式可知，电动势正比于磁通与转速的乘积，当磁通为常数时，电动势正比于转速，当转速为常数时，电动势正比于磁通。当励磁电流减少10时，磁通将相应减少，此时的感应电动势将减小，但由于磁路饱和的影响，磁通减少不到10，故。当磁通减少10时，感应电动势也将减小10，即。当转速提高10时，感应电动势也将提高10，即。2-3 把他励直流发电机转速升高20，此时空载端电压升高多少？如果是并励直流发电机，电压变化前者大还是后者大？答：根据可知，当他励直流发电机的转速升高20时，也将升高20。如果是并励直流发电机，的升高将大于20。因为并励直流发电机端电压的升高，使励磁电流增大，磁场增强，由此引起端电压进一步升高。2-4 简述并励直流发电机自励的条件；若正转时能自励，试问反转能否自励？若在额定转速时能自励，试问降低转速后能否自励？答：并励直流发电机自励有如下3个条件：要有剩磁；由剩磁感应产生的励磁电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致；励磁回路的总电阻要小于临界电阻值。若正转时能自励，在不改变任何接线的情况下，反转是不能自励的。因为，如果不改变任何接线，反转时将破坏上述自励的第二个条件。要使反转时也能自励，必须在反转时交换励磁绕组的两端。若在额定转速时能自励，降低转速后可能就不能自励了。因为不同的转速对应不同的空载特性，相应的临界电阻值也就不同。直流发电机转速降低后，临界电阻值减小，当临界电阻值小于励磁回路的总电阻时，并励直流发电机便不能自励。2-5 怎样改变并励、串励和积复励直流电动机的旋转方向？答：直流电动机的旋转方向由电磁转矩的方向决定，而电磁转矩的方向由磁通的方向和电枢电流的方向共同决定。改变磁通或者电枢电流的方向就可以改变电磁转矩的方向，从而改变电动机的旋转方向。因此，交换并励直流电动机励磁绕组的两端，或者对调电枢绕组的两端就可以改变其转向；串励直流电动机改变转向的方法与并励直流电动机相同；积复励直流电动机只要对调电枢绕组的两端，既改变了转向又保证了仍然为积复励。2-6 试比较串励直流电动机的机械特性与并励直流电动机有何不同；为什么传统电力机车大都采用串励直流电动机？答：并励直流电动机的机械特性是一条略向右下倾斜的直线，随着电磁转矩的增加，转速略有下降，其特性较硬；而串励直流电动机的机械特性是一条像双曲线一样的曲线，随着电磁转矩的增加，转速下降很快，其特性很软。当电力机车重载或上坡时，转矩加大，转速自动降低，既保证了安全，又使其输入、输出功率增加较少，电机不易过载。因此，电力机车均采用串励直流电动机。2-7 将一台额定功率为的直流发电机改为电动机运行，其额定功率怎样变化？如果是将额定功率为的电动机改为发电机运行，其额定功率又将怎样变化？答：将额定功率为的直流发电机改为电动机运行时，原发电机的额定功率 (输出功率) 即为该电动机的额定输入功率，故其额定功率 () 将小于。如果将额定功率为电动机改为发电机运行，原电动机的额定输入功率（）即为该发电机的额定功率，故其额定功率将大于。2-8 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？对电机运行有何影响？答：直流电机励磁后，由励磁磁动势产生气隙磁场，电枢绕组内通有电流产生的电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应使气隙磁场波形畸变，并呈去磁性。电枢反应对直流发电机影响其端电压，对直流电动机影响其电磁转矩和转速。 2-9 直流电动机有哪几种励磁方式？在不同的励磁方式下，线路电流、电枢电流、励磁电流三者之间关系如何？ 答：直流电动机的励磁方式一般有四种： （1）他励 励磁电流与电枢电流、线路电流无关，且。 （2）并励 线路电流与电枢电流、励磁电流的关系为。 （3）串励 线路电流与电枢电流、励磁电流为同一个电流，即 （4）复励 励磁绕组有两个部分，一个绕组与电枢绕组并联，另一个绕组与电枢绕组串联。以“先并后串”为例，线路电流就是串励绕组中的电流，且等于电枢电流与并励绕组中电流之和，即2-10 指出直流电机中以下哪些量方向不变，哪些量是交变的： （1） 励磁电流； （2） 电枢电流； （3） 电枢感应电动势； （4） 电枢元件感应电动势； （5） 电枢导条中的电流； （6） 主磁极中的磁通； （7） 电枢铁心中的磁通。 答：（1） 励磁电流是直流电流，不交变； （2） 电枢电流指的是电刷端口处的总电流，为直流电流，不交变； （3） 电枢感应电动势指的是电刷端口处的总感应电动势，为直流电动势，不交变；（4） 电枢元件有效导体不断交替切割N极磁力线和S极磁力线，产生感应电动势为交流电动势；（5）电枢导条中的电流为交变电流，对发电机而言，导条中的交变感应电动势经换向器、电刷、外电路构成闭合电路，形成电枢导条交流电流；对电动机而言，电枢端电流经电刷、换向器进入电枢导条，形成交变电流；（6）励磁绕组通入直流励磁电流形成主磁通，显然主磁极中的磁通不交变；（7） 主磁通本身不交变，但电枢铁心的旋转使得电枢铁心中的任意一点都经历着交变的磁通，所以电枢铁心中的磁通为交变磁通。2-11 改变并励直流电动机电源的极性能否改变它的转向？为什么？ 答 根据并励直流电动机电枢与励磁绕组的连接特点，改变电源的极性使电枢电流反方向，同时也使励磁电流反方向，使主磁场极性改变。根据电磁转矩与主磁通和电枢电流关系为，当和同时改变方向时，电磁转矩仍维持原来的方向不变。因此，改变并励直流电动机电源的极性不能改变电机的旋转方向。2-12 改变串励直流电动机电源的极性能否改变它的转向？为什么？答 串励直流电动机的电枢与励磁绕组串联。改变电源极性将使电枢电流和励磁电路同时改变方向，主磁通也改变方向。根据，当和同时改变方向时，的方向仍保持不变。所以改变串励直流电动机电源的极性不能改变电机的旋转方向。第3章 变压器3-1 变压器的主磁通和漏磁通的性质有什么不同？在等效电路中怎样反映它们的作用？答：主磁通是由一、二次绕组的磁动势共同产生，沿铁心闭合，是变压器的工作磁通，占总磁通的绝大部分。主磁通同时与一、二次绕组相交链，并在所交链的绕组中产生感应电动势，是实现能量传递的耦合场。变压器工作时，主磁通与绕组电流无关，幅值基本不变。一次绕组磁动势还产生仅与一次绕组相交链的漏磁通，并在一次绕组中产生感应电动势；二次绕组磁动势也产生仅与二次绕组相交链的漏磁通，并在二次绕组中产生感应电动势。漏磁通主要沿空气和变压器油等非铁磁材料闭合，在量值上远远小于主磁通，漏磁通与能量传递无关。变压器工作时，漏磁通和是随着一、二次侧电流的变化而变化，因为。在等效电路中，用励磁电抗表征主磁通对电路的作用，用漏电抗和表征漏磁通和分别对一、二次侧电路的作用。由于铁磁物质的磁饱和特性，励磁电抗不是常数，而是随铁心饱和程度的加深而减小。由于变压器工作时，基本不变，故可以当作常数使用；而漏磁通磁路是线性的，故漏电抗和是常数。 3-2 变压器的一、二次绕组之间并无电的联系，为什么一次侧的电流会随二次侧电流的变化而变化？ 答：虽然一、二次绕组之间没有电路上的直接连接，但有磁的耦合，即它们交链着同一个主磁通。负载运行时，主磁通是由一、二次绕组磁动势共同激励的。当变压器一次侧电压和频率不变时，主磁通幅值基本不变，因此，负载与空载时磁路中的总励磁磁动势不变，即遵循磁动势平衡关系：。因此，当二次侧电流变化时，其磁动势也随之改变。由磁动势平衡关系可知，一次侧电流会产生一个增量，与此相应的磁动势与二次电流产生的磁动势大小相等、方向相反，以维持主磁通幅值基本不变。故将随的增减而增减，也说明变压器二次侧的输出能量是从一次侧传递过来的。3-3 短路阻抗的标幺值对变压器运行性能有什么影响？答：变压器短路阻抗的标幺值与短路电压的标幺值相等，是变压器的重要参数。的大小直接影响变压器的电压调整率和短路电流的大小。若小，则电压调整率小，负载变化时，变压器二次侧电压变化较小，供电比较稳定，但短路电流较大；反之，则变压器的供电不稳定，但短路电流较小。因此，设计时，要折中考虑两方面的影响。3-4 某单相变压器一、二次侧各有两个相同的绕组，每个一次绕组的额定电压为110V，每个二次绕组的额定电压为12V。用这台变压器进行不同的连接，能得到几种不同的电压比？电压比分别为多少？答：这台变压器可以有4种不同的联结方式，如图3-2所示。当电源电压为220V时，应该采用图3-2a或b的联结方式；当电源电压为110V时，应该采用图3-2c或d的联结方式图3-1 题3-4图上述4种不同的联结方式只能得到3种不同的电压比，其值分别为3-5 电压互感器二次侧为什么不允许短路？电流互感器二次侧为什么不允许开路？答：由于电压表的阻抗很大，使正常运行的电压互感器相当于一台空载运行的降压变压器，即 （很小）。如果二次侧短路，一、二次侧的电流都将变得很大，易烧毁互感器。故电压互感器二次侧不允许短路。 由于电流表的阻抗很小，使正常运行的电流互感器相当于一台短路运行的升压变压器，一次侧的电流为被测电路的电流 （不受二次侧电流大小的影响） ，一、二次侧的磁动势处T平衡状态，磁路中的磁通很小。如果二次侧开路，即，而不变，再没有与相于衡的磁动势，完全变成了励磁电流，使磁路严重饱和，二次侧可能感应出很高的感应电动势，危及操作人员和设备的安全。因此，使用时，若要拆除仪表，应当先将二次侧短接，再移走仪表。3-6 在Yd联结的三相变压器一次侧施加