第1章电机与拖动

《电机与拖动》_刘锦波版清华出版社_课后答案课后答案网 //0>.第一章习题解答思考题1.1 电机中涉及到哪些基本电磁定律?试说明它们在电机中的主要作用。

答:电机与变压器中涉及到: (1)安培环路定律; (2)法拉第电磁感应定律;(3)电磁力定律;(4)磁路的欧姆定律。

其中,安培环路定律反映了一定磁势(或安匝数)所产生磁场的强弱。

在电机中,磁场在机电能量转换过程中起到了媒介的作用;法拉第电磁感应定律反映了交变的磁场所产生电势的情况。

在电机中,电磁感应定律体现了机电能量转换过程中所转换为电能的大小;电磁力定律反映了通电导体在磁场中的受力情况,它体现了机电能量转换过程中所转换为机械能的大小;磁路的欧姆定律类似于电路的欧姆定律,它体现了一定磁势作用到磁路中所产生的磁通大小,亦即耦合磁场的大小。

1.2 永久磁铁与软磁材料的磁滞回线有何不同?其相应的铁耗有何差异?答:永久磁铁又称为硬磁材料,其磁滞回线与软磁材料的不同主要体现在形状上。

硬磁材料的磁滞回线较“肥胖” ;而软磁材料则“瘦弱”。

硬磁材料的面积反映了铁磁材料磁滞损耗的大小,因而软磁材料的铁耗较小。

1.3 什么是磁路饱和现象?磁路饱和对磁路的等效电感有何影响?答:当励磁安匝(或磁势)较小时,随着磁势的增加,磁路中所产生的磁通也线性增加;当磁势增加到一定程度时,随着磁势的增加,磁路中所产生的磁通增加较小,甚至不再增加,这一现象称为磁路的饱和。

与磁路线性时相比,磁路饱和后的磁导率和等效电感有所减小。

1.4 铁心中的磁滞损耗与涡流损耗是如何产生的?它们与哪些因素有关答:铁心中的磁滞损耗是由铁磁材料在交变磁场作用下的磁化过程中,内部的磁畴相互摩擦所引起的铁心发热造成的;而涡流损耗则是由于交变的磁场在铁2心中感应电势并产生涡流,从而引起铁心发热。

由 p K f HdB C fB V 可h h h m∫见,磁滞损耗正比于磁场交变的频率、磁密的平方以及铁心的体积;由22 2pΔ Cf B V 可见,涡流损耗正比于磁场交变频率的平方、磁密的平方以及铁ee m磁材料的厚度。

第1章 思考题与习题答案1．图1-11所示为电机中的一个线圈，只考虑ab 、cd 有效边，在图1-11所示的磁场和线圈电流及旋转方向下，分析ab 、cd 导体的受力方向。

答：ab 导体受力方向向左；cd 导体受力方向向右。

图1-112．说明铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因，并思考如何减少铁耗。

答：铁磁材料周期性的正反向磁化会产生损耗，称为磁滞损耗。

这是因为磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。

涡流损耗是因为交变的磁通在铁芯中产生的感应电动势，形成的环流产生的损耗。

铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗总称为铁芯损耗，它正比于磁通密度B m 的平方及磁通交变频率f 的1.2~1.3次方。

P Fe = P h +P e ≈k Fe f 1.3B m 2G ；要减少铁耗，可以减小磁通密度B m 或减小磁通交变频率f 。

3．实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，能否用钢板或整块钢制作？为什么？ 答：实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，减小涡流，从而减少电能转化成铁芯的内能，提高效率.；如果用钢板或整块钢制作，会产生涡流，烧毁绕组，使变压器或电机无法正常工作。

4．什么是磁路饱和现象，铁芯的额定工作点应如何选择？答：如图1，开始磁化时，由于外磁场较弱，所以B 增加较慢，对应oa 段；随着外磁场增加，铁磁材料产生的附加磁场增加较快，B 值增加很快，如图ab 段；再增加磁场时，附加磁场的增加有限，B 增加越来越慢，最终趋于饱和，见图中bc 段；最后所有磁畴与外磁场方向一致后，外磁场增加，B 值也基本不变，出现深度饱和现象。

为了使铁芯得到充分利用而不进入饱和状态，电机和变压器的铁芯额定工作点设 图1 非铁磁材料的磁化曲线和 定在磁化曲线的微饱和区。

铁磁材料的初始磁化曲线5．如图1-12所示，匝数为N 的线圈与交变的磁通Φ交链，如果感应电动势的正方向如图1-12所示，写出e 和Φ之间的关系式？答： dt d Ne φ-=图1-12。

电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律:安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻Rm磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。

E=IR磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零（2）磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。

第二节 常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。

剩磁和矫顽力都小的材料。

软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。

2、硬磁材料：磁滞回线较宽。

剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。

二、铁心损耗NiHL1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗的能量。

2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。

3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。

第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。

二、一台直流电机作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。

三、直流电机的主要结构（定子、转子）定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率PN(kW)2、额定电压UN(V)3、额定电流IN(A)4、额定转速nN(r/min)5、额定励磁电压UfN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。

单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。

第一章直流电动机1.6 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数减少一半，电枢电流将减少一半。

电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难1.7 答：感应电动势〔参见图1.3〕。

电刷两端得到总的感应电动势为零。

1.8 答：由Tem=CTΦIa知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气隙磁通的乘积成正比。

可用左手定那么判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。

对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向一样。

1.14 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时那么不能自励。

如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，此时能自励。

1.15 答：换向元件里合成电动势∑e为零时, 换向元件里的换向电流随时间线性变化，这种换向称为直线换向。

直线换向时不产生火花。

换向过程中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。

延迟换向时电刷下产生电火花。

1.16 解：额定电流：AAUPINNN48.4323010103=⨯==额定负载时的输入功率：kWkWNNPP76.1185.0101===η1.17解：额定负载时的输入功率：k Wk WNNPP48.2083.171===η图1.3 题1.7图额定电流：1.18 解：〔1〕绕组节距计算41515424222121=-=-====-=±=y y p Z y y y ykε〔2〕绕组展开图如图1.4所示〔采用右行短距绕组〕〔3〕并联支路数如下：422===a ，p a54141921=+=±=εp Z y1.19解：〔1〕绕组节距计算54141921=+=±=εp Z y45992119112=-=-==-=-==y y yy p K y k图1.4 题1.18图〔2〕绕组展开图如图1.5所示〔采用左行长距绕组〕 〔3〕并联支路数如下：22=a1.20 解：〔1〕n=1500r/min 时V V a pN nn e aC E20915001.2360398360102=⨯⨯⨯⨯⨯===-ΦΦ〔2〕n=500r/min 时V V a pN nn e aC E65.695001.2360398360102=⨯⨯⨯⨯⨯===-ΦΦ1.21 解：〔1〕电枢绕组为单叠绕组 a=3m N m N a pN I I C T a a T em ⋅=⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ=-31.13101.2314.3239832102π〔2〕电枢绕组为单波绕组 a=1m N m N a pN I I C T a a T em ⋅=⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ=-93.39101.2114.3239832102π1.22 解：〔1〕额定电流A A U P I N NN 91.7323017103=⨯==-图1.5 题1.19图〔2〕电枢电动势V V a pN n n C EN N e a241150003.1160468260102=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ=-1.23 解：〔1〕发电机运行时电枢电动势: ()VV IR U E aNaNa7.2457.151230=⨯+=+=又nC E NeaΦ=所以20007.245==ΦnE C Na F e励磁电流:A R U IfN fN610230==〔2〕电动机运行时电枢电动势：A V ，U II aNa 7.15220===又()V V U I R E aNaa3.2047.151220=⨯-=-=所以nn E C DDa D e V 3.204==Φ励磁电流:A URIffD610220==因为()IIC C fDfNDeFe//=ΦΦ所以得6102206102303.20420007.245=nDm in /1738r n D=1.24 解：〔1〕额定负载时电枢电动势：()V V U I R E aNaa5.2007526.0220=⨯-=-=因为额定负载时电磁功率：W W I E P aNaem5.15037755.200=⨯==所以额定负载时输出功率：()()WW PP P P P P m ecFeemem5.1244825895.1503702=-=+-=-=所以额定负载时输出转矩为mN m N PT ⋅=⋅⨯=Ω=93.11860/210005.1244822π〔2〕励磁电流A A RU IfN fN42.291220===所以输入功率：()()KW KW I I U P fNaNN03.1742.2752201=+⨯=+=所以额定效率：73.003.1745.1212===P P η1.25 解：〔1〕额定负载时电枢电动势：()V V U I R E aNaa75.1904565.0220=⨯-=-=额定负载时电磁转矩：W W IE P aNaem75.85834575.190=⨯==额定负载时电磁功率：N m N n P PTNem Nemem⋅=⋅⨯==Ω=82.7860/1040275.858360/2ππ额定励磁电流：A A RU IfN fN1.1200220===〔2〕电源电压降为U=160V 时的励磁电流AA URIff8.0200160===所以10401580==ΦnEC Ne电枢电动势：n neC E a 1040158=Φ='电枢电磁功率：I IEP aaan 1040158='=对应电磁转矩：Am ，N n n P T I T I a em a33.5482.786021040158=⋅==⨯=Ω=得π()V V U R I Eaaa68.12465.033.54160=⨯-=-='()m in /820m in /104015868.124r r n CEea =⎪⎭⎫ ⎝⎛=Φ'=1.26 解：〔1〕 电枢电动势：()V V U R I ENNN aN200405.0220=⨯-=-= 2.01000200===Φn EC NaNNe电枢电流Ia=20A 时，()V V U R I E aaNa210205.0220=⨯-=-=所以n n EC ae210==Φ由磁路不饱合，所以()IICC aNeNe=ΦΦ所以m in/210020402102.0r n ，n ==〔2〕电枢电流Ia=20A 时，电磁功率W W P I E aa420020210=⨯==电磁转矩：mN m N P T ⋅=⋅⨯=Ω=1.1960221004200π。

《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（×）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（√）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。

（×）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。

（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。

（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。

（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。

（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

升高（）。

（2）3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。

三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、简答题1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励））2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。

对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。

换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。