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） d 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 即 （2）励磁电流减少10，如果饱和，则不变，E也不变，如没有饱和，则也减少10，=207(V) 207E230V