《电机学》(华中科技大学出版社)课后答案

电机学第四版华中科技大学出版社课后答案第一章1.1 电机和变压器的磁路主要采用硅钢片制成。

硅钢片具有良好的导磁性能，其磁导率极高（可达到真空磁导率的数百乃至数千倍），能减小电机和变压器的体积。

同时由于硅钢片加入了半导体硅，增加了材料的电阻率，从而能有效降低材料在交变磁场作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。

1.2 铁磁材料在交变磁场的作用下，磁畴之间相互摩擦产生的能量损耗称为磁滞损耗。

当交变磁通穿过铁磁材料时，将在其中感应电动势和产生涡流,涡流产生的焦耳损耗称为涡流损耗。

磁滞损耗和涡流损耗合在一起称为铁耗。

在铁磁材料重量一定的情况下,铁耗P Fe的大小与磁场交变的频率f和最大磁通密度B m之间的关系为P Fe C ∝fβB2m 式中, β为频率指数，与材料性质有关,其值在1.2~1.6之间。

因此，铁耗与最大磁通密度的平方、磁通交变频率f的β次方成正比。

1.3 变压器电动势是线圈与磁场相对静止，单由磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势，与变压器工作时的情况一样，并由此而得名。

运动电动势是磁场恒定时，单由线圈(或导体)与磁场之间的相对运动所产生。

变压器电动势的大小与线圈匝数及与线圈交链的做通随时间的变化率成正比;运动电动势的大小与导体长度、导体与磁场间相对运动的速度以及磁通密度成正比。

1.4 当铁磁材料中的磁通密度B达到定的程度后.B的增加随着外加场H的增加而逐渐变慢，磁导率减小，这种现象称为磁饱和现象。

1.5 磁通、磁动势、磁阻分别和电路中的电流、电动势和电阻对应,磁路的基本定律分别和电路中的基本定律对应。

磁路的基本定律有磁路欧姆定律中Φ=F/R m=Λm F,磁路基尔霍夫第一定律中ΣΦ=0,磁路基尔霍夫第二定律ΣF= ΣHl= ΣΦR m。

当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算一般不能用叠加原理。

因为铁芯磁路存在饱和现象。

饱和时，磁阻不是一个常数,因此不能用叠加原理。

若铁芯中的磁通密度很小，没有饱和，则可以用叠加原理。

《电机学》习题三答案一、单项选择题（本大题共25小题，每小题2分，共50分）1、在电机和变压器铁心材料周围的气隙中（ A ）磁场。

A、存在；B、不存在；C、存在均匀； C、不好确定。

2、直流发电机的电刷逆转向移动一个小角度，电枢反应性质为（ B ）。

A、去磁与交磁；B、增磁与交磁；C、去磁；D、增磁。

3、直流电动机的基本结构主要由（ B ）两大部分构成。

A、静止的铁心，旋转的绕组；B、静止的磁极，旋转的电枢；C、静止的电枢，旋转的磁极；D、静止的绕组，旋转的铁心。

4、他励直流电机并联于220V电网上，已知支路对数为1，极对数为2，电枢总导体数为372，转速1500r/min，磁通0.011wb，该直流电机为（ B ）。

A、发电机状态；B、电动机状态；C、能耗制动状态；D、反接制动状态。

5、直流电动机的额定功率指（ B ）。

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。

6、原动机拖动直流并励发电机空载运行，正转时能够建立起稳定的端电压，则反转时（ C ）。

A、能够建立起与正转时极性相反的稳定端电压；B、能够建立起与正转时极性相同的稳定端电压C、不能建立起稳定的端电压D、无法确定将（ B ）。

7、若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的端电压UA、升高20％；B、升高大于20％；C、升高小于20％；D、不变。

8、直流电机的铁损、铜损分别( C )。

A、随负载变化，随负载变化；B、随负载变化，不随负载变化；C、不随负载变化，随负载变化；D、不随负载变化，不随负载变化。

9、一台变比为k＝5的变压器，从低压侧作空载实验，求得副边的励磁阻抗标幺值为10，那么原边的励磁阻抗标幺值是（ A ）。

Ａ、10； Ｂ、250； Ｃ、0.4； D 、2。

10、额定容量为N 100KVA S =,额定电压1N 2N /35000/400V U U =的三相变压器，其副边额定 电流为( A )。

导论1. 现代电机常用的E级和B级绝缘，分别对应的温度限值为（）。

和（）C。

A. 120，1302. 一个带有铁芯的电感，增加线圈的匝数，其电感大小会（）。

B. 变大1. 磁滞损耗和涡流损耗是是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？答案：铁磁材料在交变磁场的作用下，磁畴之间相互摩擦产生的能量损耗成为磁滞损耗。

当交变磁通穿过铁磁材料时，铁磁材料会感应出电动势，产生涡流，涡流产生的焦耳损耗称为涡流损耗。

磁滞损耗和涡流损耗合起来一起称为铁耗。

在铁磁材料重量一定的情况下，比号的大小与磁场交变的频率 f 3 （1.2小于3小于1.6 ）成正比，和最大磁通Bm2成正比。

2. 自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁芯上，一个绕在木质材料上，哪个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么变化？答案：自感系数L等于N2A m自感系数和线圈匝数N的平方及自感磁通所经过的磁路的磁导Am成正比。

由于铁磁性材料的磁导率远大于非铁磁性材料的磁导率，铁磁性材料存在饱和现象，其磁导率是非常数。

因此，在匝数相等的情况下，铁芯线圈的自感系数大于木芯线圈的自感系数。

木芯线圈的自感不变。

铁芯线圈的自感随铁芯饱和程度的提高而减小。

3. 电机运行时，热量主要来源于哪些部分？答案：电机运行时，热量主要来源于以下三个部分：（1）电路中的电阻损耗；（2）铁芯中的磁通密度交变产生的铁耗；（3）运动部件产生的摩擦、通风损耗（机械损耗）。

4. 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？答案：电机和变压器的磁路主要采用硅钢片制成。

硅钢片具有良好的导磁性能，其磁导率极高，能减小电机或变压器的体积。

同时由于硅钢片加入了半导体硅，增加了材料的电阻率，从而能够有效降低材料在交变磁通作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。

5. 什么是磁饱和现象？答案：当铁磁材料中的磁通密度B达到一定程度之后，随着外加磁场H的增加，B的增加逐渐变慢，磁导率逐渐减小，这种现象称为磁饱和现象。

一、填空题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，如果电源电压和励磁电流|f不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 ____________ 串入电阻后，电动机的输入功率P1将 _________ ，电枢电流l a ___________ ，转速n将____________ 电动机的效率n将____________ 。

答：不行，不变，不变，下降，下降。

3. 电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流l a增加时，转速n将 ___________ ，转矩T e将___________ 。

答：下降，增加。

4. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括____________________________ 损耗；对于直流电动机包括__________________________ 损耗。

答：空载损耗功率，绕组铜损耗。

5. 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）。

答：1.25倍。

二、选择题1. 把直流发电机的转速升高2 0 %，他励方式运行空载电压为U oi，并励方式空载电压为U 02，则______A:U01 = U02 , B：U01 < U02 , C：U01 > U02。

答: B2. 一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U降为0.5U N，忽略电枢反应和磁路饱和的影响，此时电机的转速__________ 。

A :不变，B :转速降低到原来转速的0.5倍，C :转速下降，D :无法判定。

答：C3. _________________________________________________________________ 在直流电机中，公式E a=C^n①和T =C/J I a中的①指的是 _______________________________ 。

第二章 直流电机 2．1 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。

2．2 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。

2．3 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 2．4 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2．5 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。

2．6 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，δΦ与饱和系数有关。

2．7 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：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 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0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。

第三章变压器3． 1变压器有哪几个主要部件？各部件的功能是什么？变压器的主要部件:铁心 : 磁路 , 包括芯柱和铁轭两部分绕组:电路油箱 : 加强散热，提高绝缘强度套管 : 使高压引线和接地的油箱绝缘3．2变压器铁心的作用是什么？为什么要用厚0.35mm 、表面涂绝缘漆的硅钢片制造铁心？变压器铁心的作用是磁路. 铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁耗, 用涂绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心, 可以大大减小铁耗.3． 3为什么变压器的铁心和绕组通常浸在变压器油中？因变压器油绝缘性质比空气好，所以将铁心和绕组浸在变压器油中可加强散热和提高绝缘强度 .3． 4变压器有哪些主要额定值？一次、二次侧额定电压的含义是什么？额定值I1N, I 2N,U1N, U2N, S N, f NU U 1N :一次绕组端子间电压保证值2 N :空载时 ,一次侧加额定电压,二次侧测量得到的电压3． 5 变压器中主磁通与漏磁通的作用有什么不同？在等效电路中是怎样反映它们的作用的？主磁通:同时交链一次，二次绕组,但是能量从一次侧传递到二侧的媒介,使E1N1k ,实现变压功能E2N2漏磁通 :只交链自身绕组 , 作用是在绕组电路中产生电压降,负载时影响主磁通 ,E1和二次电压 U2的变化,以及限制二次绕组短路时短路电流的大小,在等效电路中用Z m反应磁通的作用,用x1, x2反应漏磁通的作用3． 6电抗X1、X k、X m的物理概念如何？它们的数据在空载试验、短路试验及正常负载运行时是否相等？为什么定量计算可认为Z k和 Z m是不变的？Z k的大小对变压器的运行性能有什么影响？在类变压器Z k的范围如何？x1:对应一次绕组的漏磁通,磁路的磁组很大，因此x1很小,因为空气的磁导率为常数,∴ x1为常数x k x1x2叫短路电抗x m:对应于主磁通,主磁通所走的磁路是闭合铁心,其磁阻很小 ,而电抗与磁阻成反比,因此x m很大.另外,铁心的磁导率不是常数,它随磁通密度的增加而变小，磁阻与磁导率成反比,所以励磁电抗和铁心磁导率成正比由于短路时电压低,主磁通小，而负载试验时加额定电压，主磁通大，所以短路试验时x m比空载试验时的 x m大.正常负载运行时加额定电压，所以主磁通和空载试验时基本相同,即负载运行时的励磁电抗与空载试验时基本相等，x1, x k在空载试验 ,断路试验和负载运行时 ,数值相等 ,ZK U K叫短路阻抗Z K R K j X K( 1R2R)( j1 x是常数∴不变 (R1,R2随温I K2x)度变化 )Z m E1 4.44 fN1 m 2 fN21(见背面 ) I02I 0N1R m3．7为了得到正弦感应电动势，当铁心不饱和与饱和时，空载电流应各呈何种波形？为什么？铁心不饱和时,空载电流与成正比,如感应电势成正弦,则也为正弦变化，∴i0也为正弦铁心饱和时 : i为尖顶波,见P图 3.801233． 8试说明磁动势平衡的概念极其在分析变压器中的作用？一次电流 I产生的磁动势 F和二次电流 I2产生的磁动势F共同作用在磁路上，等于磁通112乘磁组 ,即F1F2m R m其中是考虑铁心的磁滞和涡流损耗时磁动势超前磁通的一个小角度,实际铁心的R m很小，而 R m0,则F1F20,即F1F2这就叫磁动势平衡,即一二次磁动势相量的大小相等，方向相反，二次电流增大时,一次电流随之增大 .当仅考虑数量关系时 ,有N1I1N2I 2即kI1I2或I1I2∴利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器运行时,可立即得出结论,一 ,二次电流之比和他们的匝数成反比 .3．9为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成是铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？P02P Fe空载时I0很小，∴解：P Fe∵空载损耗 P0 mI 0 R1 mI02R1可忽略∴P0P FeP k P c u∵ P k Pcu P Fe∵短路试验时外施电压U k很小,∴很小 ,I 0很小∴铁耗很小 ,可忽略铁耗 ,P k Pcu负载时 P Fe：与空载时无差别，这是因为当f不变时， P Fe B22E2U 2负载与空载时一次绕组侧施加的电压基本不变，∴P Fe基本不变，则不变损耗，严格说，空载时，漏抗压降大∴磁密略低，铁耗略少些P cu：如果是同一电流，则无差别。

电机学第四版华中科技大学出版社课后答案第一章1.1 电机和变压器的磁路主要采用硅钢片制成。

硅钢片具有良好的导磁性能，其磁导率极高（可达到真空磁导率的数百乃至数千倍），能减小电机和变压器的体积。

同时由于硅钢片加入了半导体硅，增加了材料的电阻率，从而能有效降低材料在交变磁场作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。

1.2 铁磁材料在交变磁场的作用下，磁畴之间相互摩擦产生的能量损耗称为磁滞损耗。

当交变磁通穿过铁磁材料时，将在其中感应电动势和产生涡流,涡流产生的焦耳损耗称为涡流损耗。

磁滞损耗和涡流损耗合在一起称为铁耗。

在铁磁材料重量一定的情况下,铁耗P Fe的大小与磁场交变的频率f和最大磁通密度B m之间的关系为P Fe C ∝fβB2m式中, β为频率指数，与材料性质有关,其值在1.2~1.6之间。

因此，铁耗与最大磁通密度的平方、磁通交变频率f的β次方成正比。

1.3 变压器电动势是线圈与磁场相对静止，单由磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势，与变压器工作时的情况一样，并由此而得名。

运动电动势是磁场恒定时，单由线圈(或导体)与磁场之间的相对运动所产生。

变压器电动势的大小与线圈匝数及与线圈交链的做通随时间的变化率成正比;运动电动势的大小与导体长度、导体与磁场间相对运动的速度以及磁通密度成正比。

1.4 当铁磁材料中的磁通密度B达到定的程度后.B的增加随着外加场H的增加而逐渐变慢，磁导率减小，这种现象称为磁饱和现象。

1.5 磁通、磁动势、磁阻分别和电路中的电流、电动势和电阻对应,磁路的基本定律分别和电路中的基本定律对应。

磁路的基本定律有磁路欧姆定律中Φ=F/R m=Λm F,磁路基尔霍夫第一定律中ΣΦ=0,磁路基尔霍夫第二定律ΣF= ΣHl= ΣΦR m。

当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算一般不能用叠加原理。

因为铁芯磁路存在饱和现象。

饱和时，磁阻不是一个常数,因此不能用叠加原理。

若铁芯中的磁通密度很小，没有饱和，则可以用叠加原理。

6.2答：转子的转速与电源的频率之间保持严格的pf n n 1160==关系的交流电机称为同步电机。

其转速与它的极数成反比。

75r/min 、50Hz 的电机其极数为80。

（注意：p 为极对数，而不是极数）6.4答：汽轮发电机的主要结构特点是，外形细长。

由于汽轮机等热力机械只有在高转速下才有较高的效率，因此汽轮发电机的一般做成转速最高的两极式。

由于转速较高，不允许转子表面有凸起的磁极，因此做成隐极式。

由于转速较高，离心力大，转子的直径较小。

由Φ=11144.4n k fN E 知，当电枢匝数一定时，为了产生一定的电动势，电机必须有一定的磁通。

为了满足对磁通的要求，电机转子的直径又比较小，只有增加电机转子的长度（τBl BA ==Φ），故隐极发电机外形细长。

而水轮发电机由于转速较低，其转子为凸极式，外形短粗。

6.7 答：电枢反应以同步转速相对于电枢顺时针旋转，相对于定子静止不动。

6.8答：电枢反应与负载的关系为：当负载为纯电阻性时（此处的负载指的是包括电枢绕组的同步阻抗在内的总负载阻抗），电枢反应为纯交轴电枢反应；当负载为纯电感性负载时电枢反应为直轴去磁电枢反应；当负载为纯电容性时电枢反应为直轴助磁电枢反应。

（1） 负载为纯电阻，但由于电枢绕组有同步电抗，故电枢反应既有交轴电枢反应，又有直轴去磁电枢反应。

（2） 负载为纯电容性，但由于8.0*=CX ，而电机的同步电抗0.1*=t X ，因此总的负载仍呈纯电感性（忽略电枢电阻），电枢反应为直轴去磁电枢反应。

（3） 纯电感性负载，电枢反应仍为直轴去磁电枢反应。

（4） 由于容抗大于感抗，故总的负载的性质为电容性，电枢反应为直轴助磁电枢反应。

6.12 根据隐极发电机和凸极同步发电机的相量图的几何关系证明，证明过程略。

6.17答：忽略电枢电阻时，短路时电枢反应的性质为直轴去磁电枢反应，因此磁动势平衡方程式a f δF F F +=就变成了简单的代数相加的关系δF F F a f +=。

电机学课后习题答案问题1：简述直流电机的工作原理。

答案：直流电机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。

当直流电通过电机的定子线圈时，会在定子中产生磁场。

这个磁场与转子中的电流相互作用，产生力矩，使转子旋转。

转子的旋转方向取决于电流的方向以及磁场的方向。

问题2：解释同步电机和异步电机的区别。

答案：同步电机和异步电机的主要区别在于它们的转速与电网频率的关系。

同步电机的转速严格与电网频率同步，即转速等于电网频率乘以极对数。

而异步电机的转速则略低于同步转速，存在滑差，这是因为异步电机的转子电流是感应产生的，而不是直接供电。

问题3：三相异步电机的启动方式有哪些？答案：三相异步电机的启动方式主要有以下几种：1. 直接启动：将电机直接接入电网，适用于小型电机。

2. 星-三角形启动：在启动时将电机接成星形，以降低启动电流，启动后再切换为三角形连接。

3. 自耦变压器启动：使用自耦变压器降低启动时的电压，从而减小启动电流。

4. 软启动器启动：通过电子控制技术逐渐增加电机的启动电压和电流，实现平滑启动。

问题4：解释变压器的工作原理。

答案：变压器的工作原理基于电磁感应。

它由两个或多个线圈组成，这些线圈围绕同一个铁芯。

当交流电通过初级线圈时，会在铁芯中产生变化的磁通量，这个变化的磁通量会在次级线圈中感应出电动势。

变压器的输出电压与输入电压之比等于次级线圈与初级线圈的匝数比。

问题5：电机的效率如何计算？答案：电机的效率是输出功率与输入功率之比，通常用百分比表示。

计算公式为：\[ \text{效率} = \left( \frac{\text{输出功率}}{\text{输入功率}} \right) \times 100\% \]输出功率是指电机轴上的实际输出功率，而输入功率是电机消耗的电能功率。

结束语：电机学的学习不仅需要理解理论知识，还需要通过课后习题来加深对知识点的掌握。

希望上述答案能够帮助你更好地理解电机学的基本概念和原理。