第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁动势

电机与拖动基础第三版林瑞光答案【篇一：10《电机与电力拖动基础》教学大纲】txt>electric machinery and drive课程代码： d1081060总学时〔理论＋实践〕： 51+0 学分：3 课程性质：学科基础课课程类别：必修课先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》面向专业：电气工程及其自动化专业开课学科：检测技术及自动化装置开课二级学院：机电工程学院执笔：陈卫民审校：钱晓耀一、课程的地位与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课，其主要任务是学生通过本课程的学习获得电机与拖动的基本理论知识，使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构，工作原理和运行特性；电机拖动系统的静态、动态特性；初步掌握不同电动机的调速方法和技术指标；并能了解一些电机及拖动系统的发展方向。

二、课程主要内容与基本要求了解电力拖动系统的组成及发展过程；电力拖动系统的应用领域；电机、电机拖动的基本概念；了解本课程的专业地位和特点。

掌握直流电机的基本工作原理和结构；了解电枢绕组的最基本形式；理解直流电机的磁场及电枢反应；掌握直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率的三个基本方程式及他〔并〕励直流电动机的工作特性。

掌握电力拖动系统的运动方程式；掌握生产机械的转矩特性、他励直流电动机机械特性、电力拖动系统的稳定运行条件；理解他励直流电动机的起动方法、制动及制动方式的选择；掌握他励直流电动机的调速方法；了解评价调速方法的主要指标、调速方法与负载性质的配合；了解他励直流电动机过渡过程的一般分析方法。

了解变压器的应用、分类；掌握变压器的基本工作原理、额定值；掌握单相变压器的空载运行时的物理状况、变化、空载电流；掌握空载运行时的电势平衡方程、空载运行是的等效电路和向量图；掌握单相变压器负载运行时的物理状况、基本方程、折算法、等效电路和向量图；理解变压器参数的空载实验、短路实验；理解变压器的工作特性；理解三相变压器及其它用途的变压器。

1.交流绕组的磁动势图1图2 图3从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A 相的轴线位置，也就是0α︒=时，此时a F 在轴线+A 轴上，当转子逆时针转动1α角时，a F 也转动1α角，这样最大的磁动势线就对应在1α，1α也就是t ω。

值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是11cos cos cos cos k k k f N I t F t ωαωα==，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22k k k k k f F t F t f f αωαω=-++=+，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t αω-可以看成是振幅为112k F 的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为d d tdt dtαωω==，也就是说，这个行波是电角速度为ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。

另外，cos()t αω+部分可以看成振幅为112k F 的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。

这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势a F 的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了a F 逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着α而转动。

1cos()f F αα=-2.图示说明分布、短距绕组的物理意义两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，所以含有大量的谐波在里面，那么产生的电动势也就有大量的谐波。

图4 两槽单线圈磁力线分布6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，所以也含有大量的谐波。

电机学习题集第一章变压器基本工作原理和结构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？1-2 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？1-3 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？为什么？1-4 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？1-5变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？1-6变压器原、副方和额定电压的含义是什么？1-7 有一台D-50/10单相变压器，VUUkVASNNN230/10500/,5021==，试求变压器原、副线圈的额定电流？1-8 有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线，kVUUNN5.10/220/21=，求①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。

第二章单相变压器运行原理及特性2-1为什么要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通？它们之间有哪些主要区别？并指出空载和负载时激励各磁通的磁动势？2-2变压器的空载电流的性质和作用如何？它与哪些因素有关？2-3 变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？为什么小负荷用户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利？2-4为了得到正弦形的感应电动势，当铁芯饱和和不饱和时，空载电流各呈什么波形，为什么？2-5 一台220/110伏的单相变压器，试分析当高压侧加额定电压220伏时，空载电流I0呈什么波形？加110伏时载电流I0呈什么波形，若把110伏加在低压侧，I0又呈什么波形? 2-6 试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。

它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？当电源电压降到额定值的一半时，它们如何变化？我们希望这两个电抗大好还是小好，为什么？这两个电抗谁大谁小，为什么？2—7 变压器空载运行时，原线圈加额定电压，这时原线圈电阻r1很小，为什么空载电流I0不大？如将它接在同电压（仍为额定值）的直流电源上，会如何？2—8 一台380/220伏的单相变压器，如不慎将380伏加在二次线圈上，会产生什么现象？2—9一台220/110伏的变压器，变比221==NNk，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么？2-102-10变压器制造时：①迭片松散，片数不足；②接缝增大；③片间绝缘损伤，部对变压器性能有何影响？2-11变压器在制造时，一次侧线圈匝数较原设计时少，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁电抗、铁损、变比等有何影响？2—12 如将铭牌为60赫的变压器，接到50赫的电网上运行，试分析对主磁通、激磁电流、铁损、漏抗及电压变化率有何影响？2-13变压器运行时由于电源电压降低，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁阻抗、铁损和铜损有何影响？2-14两台单相变压器，V U U N N 110/220/21=，原方匝数相同，空载电流II I I I 00≠，今将两台变压器原线圈顺向串联接于440V 电源上，问两台变压器二次侧的空载电压是否相等，为什么？2-15变压器负载时，一、二次线圈中各有哪些电动势或电压降，它们产生的原因是什么？写出它们的表达式，并写出电动势平衡方程？2-16变压器铁心中的磁动势，在空载和负载时比较，有哪些不同？2-17试绘出变压器“T ”形、近似和简化等效电路，说明各参数的意义，并说明各等效电路的使用场合。

电机与拖动基础习题1（第3-6章）第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。

在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。

2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。

磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。

4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空载运行时的转向通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。

改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。

5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电枢铜损耗随负载变化吗直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。

铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。

这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。

当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。

它与负载的变化几乎没有关系。

电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。

电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。

6、他励直流电动机的电磁功率指什么在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。

《电机与拖动基础（第2版）》汤天浩（习题解答）电机与拖动基础第⼀章电机的基本原理 (1)第⼆章电⼒拖动系统的动⼒学基础 (7)第三章直流电机原理 (14)第四章直流电机拖动基础 (17)第五章变压器 (36)第六章交流电机的旋转磁场理论 (54)第七章异步电机原理 (55)第⼋章同步电机原理 (64)第九章交流电机拖动基础 (76)第⼗章电⼒拖动系统电动机的选择 (91)第⼀章电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。

1-2 答：1-3 电与磁存在三个基本关系，分别是1-4 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间⽽变化，那么将在线圈中感应出电动势。

感应电动势的⼤⼩与磁通的变化率成正⽐，即1-5 tΦN e d d -= 1-6 感应电动势的⽅向由右⼿螺旋定则确定，式中的负号表⽰感应电动势试图阻⽌闭合磁路中磁通的变化。

1-7 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，⽽让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产⽣感应电动势。

这种导体在磁场中运动产⽣的感应电动势的⼤⼩由下式给出1-8 Blv e =1-9 ⽽感应电动势的⽅向由右⼿定则确定。

1-10 （3）载流导体在磁场中的电磁⼒：如果在固定磁场中放置⼀个通有电流的导体，则会在载流导体上产⽣⼀个电磁⼒。

载流导体受⼒的⼤⼩与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁⼒线⽅向垂直时，所受的⼒最⼤，这时电磁⼒F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正⽐，即1-11 Bli F =1-12 电磁⼒的⽅向可由左⼿定则确定。

1-131-14 通过电路与磁路的⽐较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。

1-15答：1-16磁路是指在电⼯设备中，⽤磁性材料做成⼀定形状的铁⼼，铁⼼的磁导率⽐其他物质的磁导率⾼得多，铁⼼线圈中的电流所产⽣的磁通绝⼤部分将经过铁⼼闭合，这种⼈为造成的磁通闭合路径就称为磁路。

第三篇 交流绕组的电动势和磁动势一、填空题：1. 已知一台三相交流电机，Q =36，2p =4，采用双层短距叠绕组，y 1=5/6τ，则绕组的每极每相槽数q =__________，槽距角α=__________，基波节距因数K p 1=__________，基波分布因数K d 1=__________，绕组基波因数k dp 1=__________。

已知三相交流电机，Q =54，2p =6，绕组为三相双层叠绕组，其q = 槽，τ= 槽，若y 1=7/9τ，则k p 1= ，k d 1= ，k dp 1=__________。

3；20︒；0.9659；0.9659；0.9333；9；0.9397；0.9659；0.9082. 单相绕组通以正弦电流产生 磁动势，其基波磁动势最大幅值为F φ1= ，波幅位于 。

脉振；119.0dp k pI N ；该相绕组的轴线上 3. 单层分布绕组每相有 个线圈组，每个线圈组由 个线圈串联而成，最大并联支路数a max = ，每相串联匝数N 1= 。

双层分布绕组每相有 个线圈组，每个线圈组由 个线圈串联而成，最大并联支路数a max = ，每相串联匝数N 1= 。

p ； q ；p ；1k pqN N a= 2p ； q ；2p ；12k pqN N a =4. 一个整距线圈的两个有效边，在空间相距的电角度为_______，若电机的极对数为p ，则在空间相距的机械角度为_______。

180︒；180p︒ 5. 一个在空间作余弦分布的脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，两个磁动势的幅值为原脉振磁动势最大振幅的_________，转速相等，均为n 1=_________，转向_________。

一半；160f p；相反 6. 一个三相对称交流绕组，2p =2，通入f =50Hz 的三相对称交流电流，其合成基波磁动势为 ，其幅值 F 1= ，转速n 1= 。

圆形旋转磁动势；111.35dp N Ik ；3000/min r7. 若消除相电动势中的v 次谐波，在采用短距方法时，应使线圈节距y 1= τ。

交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波概述摘要：综合分析了交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波这两类谐波的原理和性质。

从谐波转矩、谐波漏抗和谐波损耗三个方面分析了谐波对交流电机性能的影响，阐述了谐波的抑制及用途。

关键词：谐波；磁动势；分数槽；电动势；齿谐波0.引言交流电机中的谐波与电机的损耗、噪声、转矩、绕组电抗等密切相关[1-5]。

现有的文章多数仅专注于某一种特定谐波，而对交流电机定子绕组内谐波的综合概述还比较少。

本文综合考虑交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波，对这两种谐波的产生机理、特性，以及对电机的影响等方面进行了分析和总结，并讨论了谐波的危害和谐波的一些有利的用途。

1.定子绕组磁动势谐波1.1 磁动势谐波的成因磁动势谐波是一种空间上的谐波，由于每相绕组都是由有限个产生方波的绕组线圈去逼近正弦分布，电机中不可避免地产生磁动势谐波。

整数槽绕组基波磁动势的极对数与电机的极对数相等，谐波磁动势的极对数则为基波极对数的整数倍。

分数槽绕组更复杂，绕组的特殊结构造成极数不明显，使绕组中明显包含多种极对数的谐波。

分数槽绕组磁动势中与电机转子极对数相同的谐波成分称为“基波”；多于转子极对数的谐波称为“高次谐波”；少于转子极对数的谐波称为“次谐波”；多于转子极对数但又不能被它整除的谐波叫做“分数次谐波”。

1.2磁动势谐波的性质定子绕组中的基波电流和谐波电流都会产生谐波磁动势，为得到普遍的多相绕组谐波合成磁动势表达式，需对文献[1]中通入正弦电流的三相绕组合成磁动势的公式加以修改。

2.定子绕组反电动势谐波2.1 反电动势谐波的成因反电动势谐波通常有两个成因：一方面，即使电机的气隙磁导均匀，气隙磁动势中的谐波成分仍会产生磁密谐波，感生出谐波电动势；另一方面，电机开有齿槽，导致磁导不均匀，磁动势与不均匀磁导作用，感应出齿谐波电动势。

2.2 反电动势谐波的性质γ次转子磁动势谐波感应出的谐波电动势的电角频率是γω；而无论的取值是多少，定子绕组次谐波磁动势感应出的谐波电动势的电角频率都为。