磁路不饱和

同步电机原理简述(转载)结构模型◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。

一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。

◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。

这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。

◆转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。

◆气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。

◆除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。

图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。

工作原理◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。

通过引出线，即可提供交流电源。

◆感应电势有效值：由第11章可知，每相感应电势的有效值为(15.1)◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即(15.2)◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

同步转速◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。

第二篇直流电机一、填空题：1 .直流电机电枢导体中的电动势是电动势，电刷间的电动势是电动势。

交流；直流2 .直流电机电枢绕组中流过的电流方向是的，产生电磁转矩的方向是的（填变化或不变）。

变化；不变3 .直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在上。

气隙4 .直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为波。

平顶5 .直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时与之间的关系曲线。

每极气隙磁通60与励磁磁动势2Ff（F0）6 .一台6极他励直流发电机，额定电流为150A,若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为A,若采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为Ao25;757 .一直流电机，Q u=S=K=22,2P=4,右行单叠绕组，绕组节距y=y K=,y i=,y2=。

5;1;M或6;1;—58 .一台四极直流电机，元件数为21,换向片数为，构成左行单波绕组，则合成节距为,第一节距为,第二节距为,并联支路数为。

21;10;5;5;29 .直流电机电刷放置的原则是：。

10 .直流电机的励磁方式分为、、、。

他励；并励；串励；复励11 .直流电机负载运行时，又的影响称为电枢反应。

电枢磁动势；励磁磁场12 .直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。

制动；驱动（或拖动）13 .直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是的；若为电动机，则直轴电枢反应是的。

去磁；助磁（或增磁）14 .直流电机电刷在几何中性线上时，电枢反应的作用为：（1）;（2）使物理中性线;（3）当磁路饱和时起作用。

使气隙磁场发生畸变；；偏移几何中性线一个角度；；去磁作用15 .并励直流发电机自励建压的条件是：,,电机有剩磁；励磁绕组并联到电枢两端的极性正确；励磁回路的电阻小于与电机转速相应的临界电阻16 .他励直流发电机的外特性是一条下垂的曲线，其原因有：（1）;（2）。

对于并励直流发电机，还有第3个原因：。

所以并励直流发电机的电压调整率比他励时要大。

1.当变压器运行效率最高时，其不变损耗 可变损耗。

2.变压器负载运行时，铁心中的主磁通的大小取决于 。

4.两台并联运行的变压器，短路阻抗标么值小的变压器所分配的负载 。

7三相异步电动机等效电路中的参数12-'s sr 的物理意义是 。

9.同步发电机电枢反应性质取决于 。

10.同步发电机气隙增大，其同步电抗将 。

11.并联在无穷大容量电网运行的同步发电机要改变有功功率输出，只需调节其 15.直流电机电枢导体的电流是 流。

1. 当变压器的一次电源频率改变时，变压器的变比将______。

2. 一台单相变压器进行空载试验，在高压侧加额定电压测得的损耗和在低压侧加额定电压测得的损耗______。

3. 当变压器的负载是______时，电压变化率Δu 有可能是负值。

5. 60Hz 的鼠笼式异步电动机用在50Hz 同样电压的电源上时，会使电机中_______过饱和，使电机严重发热，所以一般不能使用。

6. 水轮发电机一般是______式同步发电机。

7. 凸极同步发电机的直轴同步电抗x d 的数值______交轴同步电抗x q 的数值。

8. 隐极同步发电机的功率角δ为______时，处于静态稳定运行极限。

9. 在无穷大电网上并联运行的三相同步发电机，调节______就可以改变无功功率输出。

《电机学》复习题 一： 填空题 1．一台变压器加额定电压时，主磁通为φ，空载电流为I 0，励磁阻抗为Z m ，现将电源的频率从50Hz 改变为60Hz ，其它情况不变，并假定磁路线性，则现在的磁通φ‘= φ，空载电流I ’0= I 0，励磁阻抗Z ’m = Z m 。

2． 某变压器带感性负载运行时，若负载电流相同，则cos φ2越小，副边电压变化率越 ，效率越 。

4．拖动恒转矩负载运行的并励直流电动机，若减弱磁通，电枢电流将 。

5．交流电机绕阻高次谐波电势，如5次和7次谐波，可以通过 的方法大大削弱。

6．三相同步电机，定子上A 、B 两导体空间相隔200机械角度，该电机接于50Hz 三相交流电源，同步转速为750r/min ，则A 、B 两导体的空间电角度为 。

1. 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？答：电机和变压器的磁路常采用硅钢片制成，它的导磁率高，损耗小，有饱和现象存在。

2. 什么是软磁材料？什么是硬磁材料？答：铁磁材料按其磁滞回线的宽窄可分为两大类:软磁材料和硬磁材料。

磁滞回线较宽，即矫顽力大、剩磁也大的铁磁材料称为硬磁材料，也称为永磁材料。

这类材料一经磁化就很难退磁，能长期保持磁性。

常用的硬磁材料有铁氧体、钕铁硼等，这些材料可用来制造永磁电机。

磁滞回线较窄，即矫顽力小、剩磁也小的铁磁材料称为软磁材料。

电机铁心常用的硅钢片、铸钢、铸铁等都是软磁材料。

3. 说明磁路和电路的不同点。

答：1）电流通过电阻时有功率损耗，磁通通过磁阻时无功率损耗；2）自然界中无对磁通绝缘的材料；3）空气也是导磁的，磁路中存在漏磁现象；4）含有铁磁材料的磁路几乎都是非线性的。

4．说明直流磁路和交流磁路的不同点。

答：1）直流磁路中磁通恒定，而交流磁路中磁通随时间交变进而会在激磁线圈内产生感应电动势；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。

5．基本磁化曲线与起始磁化曲线有何区别？磁路计算时用的是哪一种磁化曲线？答：起始磁化曲线是将一块从未磁化过的铁磁材料放入磁场中进行磁化，所得的B=f（H）曲线；基本磁化曲线是对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点连接所得的曲线。

二者区别不大。

磁路计算时用的是基本磁化曲线。

6.路的基本定律有哪几条？当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算能否用叠加原理，为什么？答：有：安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的串联定律和并联定律；不能，因为磁路是非线性的，存在饱和现象。

7. 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？答：变压器的铁心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。

第一章电机的基本原理习题解答：1、何为相对磁导率？答：材料的磁导率定义为该位置处的磁通密度与磁场强度之比，决定于磁场所在点的材料特性，单位为H/m。

根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材料。

非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率μ0相同，为4π⨯10-7H/m。

铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金，其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千倍。

由于材料的磁导率变化范围很大，常采用相对磁导率μr来表征材料的导磁性能，μr为材料的磁导率与真空磁导率的比值。

2、磁路的磁阻如何计算？答：磁路的磁阻可用公式R m=L/(μA)计算，其中L为磁路的长度，单位为m，μ为材料的磁导率，单位为H/m，A为磁路的截面积，单位为m2。

从公式可以看出，磁路的磁阻主要取决于磁路的几何尺寸和材料的磁导率，大小上与磁路长度成正比，与磁路的截面积和磁导率成反比。

3、叙述磁路与电路的类比关系。

答：从电路和磁场的方程上看，两者形式上非常相似。

电路和磁路的类比关系可用下表表示：4、为什么希望磁路中的空气隙部分尽可能小？答：与磁路中铁磁材料相比，空气的磁导率小得多，如果磁路中的气隙部分长度增加，使得磁路的总磁阻大大增大，要想产生同样大小的磁通，需要的磁动势大大增加。

5、何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？答：铁磁材料包括铁、镍、钴及它们的合金、某些稀土元素的合金和化合物、铬和锰的一些合金等。

根据铁磁材料的磁化过程可知，当铁磁材料放置到磁场中之后，磁场会显著增强，表现为铁磁材料的导磁能力更强，因此磁导率大。

6、何为铁磁材料的饱和现象和磁滞现象？答：将未磁化的铁磁材料置于外磁场中，当磁场强度很小时，外磁场只能使少量磁畴转向，磁通密度增加不快，此时磁导率 较小；随着外磁场的增强，大量磁畴开始转向，磁通密度增加很快，磁导率很大；当外磁场增大到一定程度时，大部分磁畴已经转向，未转向的磁畴较少，继续增大外磁场时，磁通密度增加缓慢，磁导率逐渐减小，这种现象称为饱和。

直流电机一、填空1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。

答：交流的。

2.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。

T em=φIa答：倍。

3.并励直流电动机，当电源反接时，其中I a的方向，转速方向。

答：反向，不变。

4.直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。

答：制动，驱动。

5.：6.直流电动机电刷放置的原则是：。

答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。

7.直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速。

答：升高，降低。

8.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。

答：绕组铜损耗。

9.串励直流电动机在负载较小时，I；当负载增加时，aT e，I；负载增加时，n下降的程度比并励电a动机要。

答：小，增加，增加，严重。

10.并励直流电动机改变转向的方法有，。

答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。

11./12.串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向，磁通方向，转速n的方向。

答：反向，反向，不变。

13.当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将。

答：14.直流电机单叠绕组的并联支路数为答：2p。

13．直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是；若为电动机，则直轴电枢反应是。

答：去磁的，增磁的。

二、选择填空1.]2.一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机转速。

A：降低B：保持不变，C：升高。

答：C3.一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。

A：E a下降30℅，B：Tem下降30℅，C：E a和Tem都下降30℅，D：端电压下降30℅。

电机学第三版课后习题答案变压器1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 产生励磁磁动势F 0， 在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 1和e 2, 且有 dtd Ne 011φ-=, dtd Ne 022φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。

1-2 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？答：不会。

因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。

1-3变压器的空载电流的性质和作用如何？答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。

性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。

1-4一台220/110伏的变压器，变比221==N N k ，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么答：不能。

由m fN E U Φ=≈11144.4可知，由于匝数太少，主磁通m Φ将剧增，磁密m B 过大,磁路过于饱和，磁导率μ降低，磁阻m R 增大。

于是，根据磁路欧姆定律m m R N I Φ=10可知, 产生该磁通的激磁电流0I 必将大增。

再由3.12f B p m Fe ∝可知，磁密m B 过大, 导致铁耗Fe p 大增， 铜损耗120r I 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。

西南交10秋学期《电机与拖动I》离线作业答案电机与拖动I第1次作业一、单项选择题(只有一个选项正确，共2道小题)1．电机和变压器运行时，在铁芯材料周围的气隙中（）磁场(A) 不存在(B) 存在(C) 不好确定正确答案：B2. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，（）可应用叠加原理进行计算。

(A) 线性磁路(B) 非线性磁路(C) 任何磁路正确答案：A二、判断题(判断正误，共4道小题)3. 电机和变压器常用硅钢片做铁芯材料，是因为它们是软磁材料。

正确答案：说法正确4. 铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。

正确答案：说法错误5. 铁芯叠片越厚，铁耗越小。

正确答案：说法错误6. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理进行计算。

正确答案：说法错误三、主观题(共2道小题)7. 何谓饱和现象？电机的磁路为什么会出现饱和现象?饱和对电机运行性能有何影响？参考答案：答：电机磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的B达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态。

由于饱和现象的存在，使电机设计时对H和B的值不能取得过高，材料利用率受到限制，激磁电流需要增大。

8. 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？试比较交流磁路和直流磁路的异同点。

参考答案：答：电机和变压器的磁路常用导磁性能好的铁磁材料制成。

直流磁路磁通不随时间变化，无磁滞、涡流损耗，也不会在无相对运动的导体中感应电势；而交流磁路磁通随时间变化，会在铁心中产生磁滞、涡流损耗，并在其交链的导体中感应电势电机与拖动I第2次作业一、单项选择题(只有一个选项正确，共2道小题)1. 直流电动机的额定功率指（）(A) 转轴上吸收的机械功率(B) 转轴上输出的机械功率(C) 电枢端口吸收的电功率(D) 电枢端口输出的电功率正确答案：B2. 一台四极直流发电机，单迭绕组，额定功率为20kW，现将其改接为单波绕组，则电机的额定功率为（）(A) 减少一半(B) 保持不变(C) 增大一倍(D) 增大二倍正确答案：B二、判断题(判断正误，共1道小题)3. 直流电机工作在任何运行状态下，感应电动势总是反电动势。