2.3电枢反应、电动势和电磁转矩

本章习题一、填空题1.一台直流发电机定子上装设主磁极，转子上安放电枢绕组，则电机运行时，电枢绕组中感应的是( )电动势，经过电刷和换向器的( )作用，使正负电刷间获得的感应电动势成为( )电动势。

2.直流电机电枢反应是指( )。

3.为了使直流发电机正负电刷间的感应电动势最大，电刷应放置在( )，此位置正好与( )相对应。

4.直流电机电磁转矩的数学表达式为( )，对于直流电动机，电磁转矩的性质为( )。

5.直流电机的主磁路包括( )五部分。

6.与直流电机结构类同，当电枢固定，电刷和磁极同时同速旋转，则两电刷间的电动势是( )。

7.直流电机的转子主要由（ ）等部分组成。

8.直流电机定子的主要部件包括（ ）。

9.主磁级的主要主要作用是（ ），换向磁级的主要作用是（ ）。

10.一台直流电机的磁极对数为2，则该机绕成单迭绕组时，其并联支路对数为( )。

绕成单波绕组时，其并联支路对数是( )。

11.直流电机的电磁转矩是由( )和( )共同作用产生的。

12.当直流电机运行为电动机状态时，电磁转矩性质为( )，因它的方向与( )相同。

电动势的性质为( )，因它的方向与( )方向相反。

13.改变直流电动机转向的方法有( )和( )两种。

14.选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0>em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0>L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。

15.选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0<em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0<L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。

16.他励直流电动机的调速方法有电枢串电阻调速、（ ）调速和（ ）调速。

17.他励直流电动机的电磁制动方法有：能耗制动、（ ）制动和（ ）制动。

18.直流电动机全压起动时，起动电流（ ），为了（ ），可以采用降压起动方法。

二、选择题1.直流发电机电刷在几何中性线上，如果磁路不饱和，这时的电枢反应是（ ）。

电机拖动知识点概要1、直流发电机工作原理当原动机拖动电枢以恒定方向旋转式，线圈边将切割磁力线并感应出交变电动势，由于电刷和换向器的“整流”作用，使电刷极性保持不变，在电刷间产生直流电动势。

2、直流电动机的工作原理在电刷两端加直流电压，经电刷和换向器作用使同一主磁极下线圈边中的电流方向不变，该主磁极下线圈边所受电磁力的方向亦不变，从而产生单一方向的电磁转矩，使电枢沿同一方向连续旋转。

3、直流电机的可逆原理同一台电机既能作电动机亦能作发电机运行的现象。

4、直流电机的结构主要由静止的定子和旋转的转子构成，定子和转子之间存在气隙。

①定子由主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等组成。

②转子转子的作用是感应电动势并产生电磁转矩；它包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等。

5、直流电机电枢绕组（基本形式叠绕组和波绕组）分类单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组及混合绕组等。

单叠绕组特点同一个元件的出线端连接于相邻的两个换向片上，相邻元件依次串联，后一个元件的首端与前一个元件的尾端连在一起并接到同一个换向片上，最后一个元件首端与第一个元件尾端连在一起，形成一个闭合回路。

【注支路对数a等于电机的极对数p，即a=p】单波绕组特点同一个元件的两个出线端所接的两个换向片相隔接近于一对极距，元件串联后形成波浪形，所以称为“波绕组”。

【注并联支路数总是2，即极对数a=1】★单叠与单波绕组区别单叠绕组可通过增加磁极对数来增加并联支路对数，适用于低电压、大电流的电机。

单波绕组的并联支路对数a=1，每条并联支路数串联的元件数较多，适用于小电流、较高电压的电机。

6、直流电机分类（按励磁方式分）他励、并励、串励、复励7、主磁通和漏磁通定义及其作用同时与电枢绕组（即转子绕组）和励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为主磁通；只与励磁绕组（即定子绕组）相交链的磁通称为漏磁通。

主磁通与通电的转子绕组相作用产生电磁转矩，使电机转动；漏磁通无用。

1-1、 变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同其大小与哪些因素有关答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。

对于变压器电动势：dtd N dt de φψ-=-= e 的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。

对于旋转电动势：Blv e =e 的大小与磁感应强度B ，导体长度l ，相对磁场运动速度v 有关。

1-2、 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的它的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。

其大小n P 与最大磁通密度m B 、交变频率f 和材料等因素有关，即a n fB P ∞。

同时，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。

涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。

涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。

其大小w P 与铁芯中的磁通密度幅值m B ，磁通的交变频率f 、硅钢片厚度d 和硅钢片电阻率ρ等因素有关，即ρ222d B f P m w ∞。

1-3、 如何将dtd Ne Φ-=和Blv e =两个形式不同的公式统一起来 答： 匝数N 为1、有效长度为l ，线圈宽度为b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得：()Blv v lB dtdx lB d l B dt d dt d N e b x x =--=-=-=-=⎰+)(ξξφ 1-4、 电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成这些材料各具有哪些主要特征 答：（1）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能，使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。

1-1、 变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。

对于变压器电动势：dtd N dt de φψ-=-= e 的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。

对于旋转电动势：Blv e =e 的大小与磁感应强度B ，导体长度l ，相对磁场运动速度v 有关。

1-2、 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它的大小与哪些因素有关？答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。

其大小n P 与最大磁通密度m B 、交变频率f 和材料等因素有关，即a n fB P ∞。

同时，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。

涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。

涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。

其大小w P 与铁芯中的磁通密度幅值m B ，磁通的交变频率f 、硅钢片厚度d 和硅钢片电阻率ρ等因素有关，即ρ222d B f P m w ∞。

1-3、 如何将dtd Ne Φ-=和Blv e =两个形式不同的公式统一起来？ 答：匝数N 为1、有效长度为l ，线圈宽度为b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得：()Blv v lB dtdx lB d l B dt d dt d N e b x x =--=-=-=-=⎰+)(ξξφ 1-4、 电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成？这些材料各具有哪些主要特征？ 答：（1）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能，使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。

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R m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1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗 NiHL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P N(kW)2、额定电压U N(V)3、额定电流I N(A)4、额定转速n N(r/min)5、额定励磁电压U fN(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。

电机学教学大纲（一）正文一、本课程的教学内容及教学时数分配（理论课共74 学时）第一章导论（2 学时）1、基本内容1.1 电机的发热与温升1.2 电机常用绝缘材料1.3 电机冷却及机壳防护1.4 电机的额定值与定额1.5 导磁材料与铁磁材料1.6 磁路计算的原理与方法1.7 电机学的性质、任务2、基本要求2.1 了解电机的发热的原因、温升的定义及测量方法2.2 认识绝缘材料的六个等级2.3 了解电机冷却介质、冷却方式及机壳防护形式2.4 掌握电机的额定值与定额2.5 了解导磁材料与铁磁材料2.6 掌握磁路计算的原理与方法3、重点掌握电机的额定值与定额、磁路计算的原理与方法4、难点磁路计算的原理与方法第二章直流电机（共12 学时）1、基本内容1.1 直流电机的工作原理、基本结构、额定值1.2 电枢绕组--- 单叠绕组1.3 直流电机的磁场--- 直流电机空载时的磁场及磁化曲线、电枢磁动势和磁场、电枢反应、感应电动势、电磁转矩1.4 直流电动机的基本特性--- 基本（电势、功率和转矩）方程、工作特性、机械特性1.5 直流电力传动-- 起动、调速、制动1.6 直流电机的换相（简述）1.7 特殊用途直流电机--- 直流伺服电动机、直流测速发电机、其它直流电机1.8 电机的发热与冷却2、基本要求2.1 了解直流电机的分类、掌握直流电机的工作原理、基本结构、额定值2.2 了解电枢绕组的基本特点、能绘制单叠绕组展开图2.3 掌握电枢反应的分类及性质、会进行感应电动势、电磁转矩的计算2.4 掌握电势、功率和转矩平衡方程式2.5 懂得直流电动机的工作特性2.6 掌握起动、调速、制动方法2.7 了解直流伺服电动机、直流测速发电机的结构、原理、应用3、重点3.1 直流电机分类、直流电机的工作原理、基本结构、额定值3.2 电枢反应、感应电动势、电磁转矩3.3 电势、功率和转矩平衡方程式3.4 直流电动机的工作特性3.5 起动、调速、制动方法4、难点4.1 基本结构4.2 直流绕组的构成4.3 电枢磁动势和磁场，电枢反应及其影响4.4 起动、调速、制动物理过程4.5 换相第三章变压器（16 学时）1、基本内容1.1 变压器的分类、基本结构、额定值1.2 变压器空载运行--- 电磁过程与正向惯例、平衡方程、等效电路1.3 负载运行分析--- 磁动势及电压平衡方程、绕组折算、相量图1.4 等效电路1.5 参数测定1.6 标么值1.7 运行特性1.8 三相变压器的磁路系统、电路系统与联接组、电动势波形1.9 并联运行1.10 不对称运行（简述）--- 对称分量法、单相负载运行与中点移动1.11 变压器的瞬变过程--- 空载合闸时的瞬变过程、二次侧突然短路时的瞬变过程1.12 三绕组变压器1.13 自耦变压器1.14 互感器2、基本要求2.1 掌握变压器的分类、基本工作原理及结构、额定值的定义（额定电压及额定电流均指线值）2.2 懂得变压器运行的电磁过程与正向惯例相关知识2.3掌握空载和负载运行分析方法2.4掌握其等效电路2.5掌握利用空载、短路试验进行参数测定的基本方法2.6学会用标么值表示各物理量2.7掌握其运行特性、电压调整率的概念及计算2.8掌握三相变压器两类磁路系统、电路系统与联接组2.9学会分析不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响2.10空载合闸电流及突然短路电流最大值的大小2.11掌握变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算2.12掌握Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小2.13掌握三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法、了解自耦变压器有关知识3、重点3.1工作原理、主要结构、额定值3.2空载和负载运行分析---等效电路、参数测定、标么值3.3运行特性3.4三相变压器两电路系统与联接组3.5不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响3.6变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算3.7 Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小3.8三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法4、难点4.1工作原理、主要结构4.2负载运行分析时各电磁物理量之间的关系，磁势平衡的概念4.3 一二次侧之间的折算4.4不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响、非理想条件下并联运行有关计算4.5Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、零序阻抗分析4.6三绕组变压器的基本方程、等效电路及折算法第四章交流绕组及其电动势（6学时）1、基本内容1.1交流绕组的基本要求和分类、槽电势星形图1.2三相双层（叠）绕组1.3绕组电动势---节距系数、分布系数和绕组系数1.4电动势谐波及其削弱方法1.5单相绕组的脉振磁动势---脉振磁动势1.6三相绕组的基波合成磁动势---旋转磁动势1.7圆形和椭圆形旋转磁动势1.8 谐波磁动势1.9 交流电机的主磁场、漏磁场2、基本要求2.1 了解交流绕组的基本要求和分类、能绘制槽电势星形图2.2 学会绘制三相双层叠绕组的绕组展开图2.3 掌握节距系数、分布系数和绕组系数的物理意义，会计算绕组电动势2.4 了解交流绕组电动势谐波及其削弱方法2.5 掌握单相绕组脉振磁动势的性质及大小2.6 掌握三相绕组的旋转磁动势的性质及大小2.7 了解三相绕组合成磁动势高次谐波的特点2.8 会判别交流绕组产生的磁动势性质--- 脉振、圆形、椭圆形中哪一种3、重点3.1 槽电势星形图3.2 三相双层叠绕组3.3 节距系数、分布系数和绕组系数3.4 电动势谐波及其削弱方法3.5 单相绕组的脉振磁动势3.6 三相绕组的旋转磁动势3.7 圆形和椭圆形旋转磁动势4、难点4.1 槽电势星形图、电动势谐波及其削弱方法4.2 单相绕组的脉振磁动势4.3 推导电势、磁势的计算公式，绘制并解释磁势波形图4.4 三相绕组合成磁动势的高次谐波、圆形和椭圆形旋转磁动势第五章异步电机（16 学时）1、基本内容1.1 异步电机的类型、基本结构1.2 基本工作原理1.3 额定值1.4 转子静止时的异步电机--- 磁场与电抗1.5 转子旋转时的异步电机及等效电路、参数计算1.6 等效电路的简化1.7 参数测定1.8 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式1.9 电磁转矩1.10 工作特性1.11 异步电动机的起动--- 起动过程、起动方法、深槽式和双笼感应电动机1.12 异步电动机制动1.13 异步电动机调速1.14 感应电动机在不对称电压下的运行分析及单相感应电动机1.15 特种异步电机--- 交流伺服电动机、交流测速发电机2、基本要求2.1 了解其主要结构、掌握感应电机的基本原理、额定值了解其主要结构2.2 掌握感应电动机转子不动与转子旋转时绕组的相电势和平衡方程2.3 掌握负载运行时的等效电路2.4 掌握感应电动机的功率分布及功率和转矩平衡方程式2.5 掌握感应电动机的T=f(s) 曲线，会求取起动电磁转矩、最大电磁转矩2.6 学习其工作特性2.7 掌握感应电动机参数测定方法2.8 掌握感应电动机的起动过程、起动方法、掌握深槽式和双笼感应电动机的起动性能2.9 了解其制动方法2.10 掌握调速方法2.11 了解感应电动机在不对称电压下的运行分析方法2.12 掌握单相感应电动机的种类及起动方法2.13 掌握交流伺服电动机、交流测速发电机的结构及工作原理3、重点3.1 感应电机的基本原理、额定值3.2 感应电动机转子不动与转子旋转时运行分析方法、等效电路3.3 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式3.4 电磁转矩3.5 工作特性3.6 感应电动机的起动过程、起动方法3.7 电动机调速方法3.8 单相感应电动机的种类及起动方法4、难点4.1 主要结构4.2 频率折算、等值电路及其参数4.3 电磁转矩计算4.4 附加转矩及其对起动的影响4.5 感应电动机在不对称电压下的运行分析方法第六章同步电机( 20 学时)1、基本内容1.1 概述--- 基本结构、励磁方式、冷却方式、额定值1.2 运行原理--- 空载运行分析、电枢反应、负载运行、平衡方程式、等效电路、矢量图1.3 运行特性--- 空载特性、短路特性、零功率因素特性、外特性、稳态参数测定1.4 并联运行--- 并联运行条件和方法、并联运行时有功功率调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、两台容量相近的同步发电机的并联运行1.5 同步电动机和调相机--- 同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、无功功率的调节、起动方法、同步调相机1.6 同步发电机不对称运行--- 稳定短路、参数测量、电机的影响1.7 突然短路--- 突然短路电流的特点、计算、对电机的影响1.8 特殊同步电机-- 磁阻同步电动机、步进电动机2、基本要求2.1 认识其基本结构、掌握其基本工作原理2.2 学习其主要额定值2.3 掌握保梯电抗、直轴饱和电抗2.4 掌握电压调整率、调整特性2.5 掌握稳态参数测定方法2.6 掌握同步发电机的空载运行时的磁场、电动势及空载特性2.7 掌握对称负载时的电枢反应性质2.8 掌握隐极同步发电机的不饱和及饱和负载运行时的相量图、等效电路图2.9 掌握凸极同步发电机磁动势换算方法、波形系数、电枢反应系数的定义2.10 掌握凸极同步发电机的负载运行的相量图2.11 掌握同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗的计算、短路比的定义2.12 掌握由零功率因数特性、空载特性确定定子相漏抗及直轴电枢磁动势的方法2.13 懂得电压调整率的计算方法2.14 学会用转差法进行同步发电机稳态参数测定2.15 掌握同步发电机的功率和转矩平衡方程式2.16 掌握同步发电机功角特性2.17 学会其投入并联运行的条件和方法2.18 掌握并联运行时有功功率的调节方法、静态稳定条件及静态过载倍数的定义2.19 无功功率的调节和V 形曲线2.20 了解两台容量相近发电机并联运行的功率调节方法2.21 掌握同步电机发电机、调相机、电动机三种运行状态2.22 了解同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、调节同步电动机功率因数的方法、懂得其起动方法2.23 了解同步调相机的用途2.24 掌握不同稳定短路情况下短路电流的大小关系2.25 了解负序、零序参数的测量方法、了解不对称运行对电机的影响2.26 会计算突然短路时最大冲击电流了解突然短路对电机的影响2.27 了解磁阻同步电动机的原理及结构、掌握步进电动机的原理、结构3、重点3.1 基本结构及额定值3.2 同步发电机的空载运行分析电动势及空载特性3.3 对称负载时的电枢反应性质3.4 隐极同步发电机的负载运行分析相量图、等效电路图3.5 电枢反应系数的定义3.6 凸极同步发电机的负载运行相量图3.7 同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗3.8 零功率因素特性、保梯电抗、直轴饱和电抗3.9 电压调整率的定义及计算3.10 同步发电机的功率和转矩平衡方程式3.11 同步发电机的电磁功率和功角特性3.12 投入并联运行的条件和方法、并联运行时有功功率的调节和静态稳定3.13 无功功率的调节和V 形曲线3.14 同步电机的三种运行状态、同步电动机无功功率的调节、同步调相机用途3.15 不同稳定短路情况下短路电流的大小关系3.16 突然短路时最大冲击电流的计算3.17 步进电动机4、难点4.1 基本结构4.2 凸极同步发电机的双反应理论，用方程式、相量图进行复数计算4.3 直轴饱和电抗的求取、用转差法进行同步发电机稳态参数测4.4 并联运行时有功功率的调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、4.5 同步电机的三种运行状态4.6 负序、零序参数的测量方法4.6 突然短路时的物理过程分析教材外的补充内容：异步电机变频调速系统；异步电机矢量变换控制等4学时）、本课程的实验及实物模型参观（14 学时）实验一并励直流电动机的工作特性和调速特性（2 学时）实验二单相变压器的空载、短路与负载特性（2 学时）实验三三相变压器的极性和联结组（2 学时）实验四三相异步电动机的起动和调速（2 学时）实验五三相同步发电机的运行特性（3 学时）实验六三相同步发电机的并联运行（3 学时）三、实习及作业由于专业课时压缩，教师可组织利用课余时间到工厂进行短时实习；作业以教科书上为主。