电机学陈乔夫第三版答案.doc
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第1章导论
1.1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?
解:
磁路:
硅钢片。
特点:
导磁率高。
电路:
紫铜线。
特点:
导电性能好,电阻损耗小.
电机:
热轧硅钢片,永磁材料铁氧体
稀土钴
钕铁硼
变压器:
冷轧硅钢片。
1.2磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的?
它们的大小与哪些因素有关?
解:
磁滞损耗:
铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化,磁畴会不停转动,相互间产生摩擦,消耗能量,产生功率损耗。
与磁场交变频率f,磁通密度B,材料,体积,厚度有关。
涡流损耗:
由电磁感应定律,硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流,涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f,磁通密度,材料,体积,厚度有关。
1.3变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同?
其大小与哪些因素有关?
解:
变压器电势:
磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势。
运动电势:
线圈与磁场间的相对运动而产生的eT与磁密B,运动速度v,导体长度l,匝数N有关。
1.6自感系数的大小与哪些因素有关?
有两个匝数相等的线圈,一个绕在闭合铁心上,一个绕在木质材料上,哪一个自感系数大?
哪一个自感系数是常数?
哪一个自感系数是变数,随什么原因变化?
解:
自感电势:
由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。
对空心线圈:
所以
自感:
所以,L的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A、磁路平均长度l有关。
闭合铁心µ>>µ0,所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数,所以木质材料的自感系数是常数,铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
1.7在图1.30中,若一次绕组外加正弦电压u1、绕组电阻R1、电流i1时,问
(1)绕组内为什么会感应出电动势?
(2)标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向;
(3)写出一次侧电压平衡方程式;
(4)当电流i1增加或减小时,分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。
解:
(1)∵u1为正弦电压,∴电流i1也随时间变化,由i1产生的磁通随时间变化,由电磁感应定律知产生感应电动势.
(2)磁通方向:
右手螺旋定则,全电流定律方向:
阻止线圈中磁链的变化,符合右手螺旋定则:
四指指向电势方向,拇指为磁通方向。
(3)
(4)i1增加,如右图。
i1减小
1.8在图1.30中,如果电流i1在铁心中建立的磁通是,二次绕组的匝数是,试求二次绕组内感应电动势有效值的计算公式,并写出感应电动势与磁通量关系的复数表示式。
解:
(1)
(2)
1.9有一单匝矩形线圈与一无限长导体在同一平面上,如图1.31所示,试分别求出下列条件下线圈内的感应电动势:
(1)导体中通以直流电流I,线圈以线速度从左向右移动;
(2)导体中通以电流,线圈不动;
(3)导体中通以电流,线圈以线速度从左向右移动。
解:
关键求磁通
(1)∵∴
∵
同理a+vt处的B值
∴
(2)只有变压器电势
N=1∴
∴
∴
(3)运动电势ev变为:
(把
(1)中的I用代)
变压器电势变为:
线圈中感应电势
1.10在图1.32所示的磁路中,两个线圈都接在直流电源上,已知、、、,回答下列问题:
(1)总磁动势F是多少?
(2)若反向,总磁动势F又是多少?
(3)电流方向仍如图所示,若在、出切开形成一空气隙,总磁动势F是多少?
此时铁心磁压降大还是空气隙磁压降大?
(4)在铁心截面积均匀和不计漏磁的情况下,比较(3)中铁心和气隙中B、H的大小。
(5)比较
(1)和(3)中两种情况下铁心中的B、H的大小。
(1)有右手螺旋定则判断可知,两个磁势产生的磁通方向相反。
(2)
(3)总的磁势不变仍为
∵磁压降铁心空气隙
虽然但∵∴
∴空气隙的磁压降大
(4)∵忽略漏磁∴而截面积相等
∴∵∴
(5)∵第一种情况∵大∴
同理
1.11一个带有气隙的铁心线圈(参考图),若线圈电阻为R,接到电压为U的直流电源上,如果改变气隙的大小,问铁心内的磁通和线圈中的电流I将如何变化?
若线圈电阻可忽略不计,但线圈接到电压有效值为U的工频交流电源上,如果改变气隙大小,问铁心内磁通和线圈中电流是否变化?
如气隙增大磁阻增大,如磁势不变,则减小
∵
∵在减小∴∴增大
接在交流电源上,同上直流电源:
∵∴不变
但仍然减小。
1.17一个有铁心的线圈,电阻为。
当将其接入110V的交流电源时,测得输入功率为90W,电流为,试求此铁心的铁心损耗。
电功率平衡可知(或能量守恒),输入的功率一部分消耗在线圈电阻上,一部分为铁耗
∴
1.18对于图,如果铁心用D23硅钢片叠成,截面积,铁心的平均长度,空气隙绕组的匝数为600匝,试求产生磁通时所需的励磁磁动势和励磁电流。
磁密
查磁化曲线
气隙:
磁动势:
=
=473.9(A)
∵F=NI∴I=F/N=473.9/600=0.79(A)
1.12设1.18题的励磁绕组的电阻为,接于110V的直流电源上,问铁心磁通是多少?
先求出磁势:
∵是直流电源∴不变,
∴∴
然后根据误差进行迭代设则
∴
∴
∴
=551.3-550=1.3很小,∴假设正确
1.19设1.12题的励磁绕组的电阻可忽略不计,接于50Hz的正弦电压110V(有效值)上,问铁心磁通最大值是多少?
∵∴E=110V
∴
1.21图1.33中直流磁路由D23硅钢片叠成,磁路各截面的净面积相等,为,磁路平均长,,(包括气隙),。
己知空气隙中的磁通量,又,求另外两支路中的、及。
(查表得到的)
由右侧回路可求:
=10300-(14600×0.5+1.464968××0.2×)
=10300-(7300+2929.94)=70A
∴
∴
∴=1420×0.5-140×0.2=640(A)
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,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:
-主磁通,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,如交于“膝点”,则磁路饱和,浪费磁势,即使有较大的,若磁通基本不变了,而我的需要是(根据E和公式)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。
电机额定点选在不饱和段有两个缺点:
①材料利用不充分②磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。
选在饱和点有三个缺点:
①励磁功率大增②磁场调节困难③电枢反应敏感
2.8为什么直流电机的电枢绕组必须是闭合绕组?
直流电机电枢绕组是闭合的,为了换向的需要,如果不闭合,换向器旋转,电刷不动,无法保证正常换向。
2.9何谓电枢上的几何中性线?
何谓换向器上的几何中性线?
换向器上的几何中性线由什么决定?
它在实际电机中的位置在何处?
①电枢上几何中性线:
相临两点极间的中性线
②换向器上几何中性线:
电动势为零的元件所接两换向片间的中心线
③由元件结构决定,不对称元件:
与电枢上的几何中性线重合。
对称元件:
与极轴轴线重合。
④实际电机中。
2.10单叠绕组与单波绕组在绕法上、节距上、并联支路数上的主要区别是什么?
绕法上:
单叠:
任意两个串联元件都是后一个叠在前一个上面
单波:
相临两串联元件对应边的距离约为形成波浪型
节距上:
(单叠)
并联支路数2a=2p(单叠)2a=z(单波)
2.11直流发电机的感应电动势与哪些因素有关?
若一台直流发电机的额定空载电动势是230V,试问在下列情况下电动势的变化如何?
(1)磁通减少10%;
(2)励磁电流减少10%;
(3)磁通不变,速度增加20%;
(4)磁通减少10%,同时速度增加20%。
直发:
(1)减少10%,则
即∴
(2)励磁电流减少10%,如果饱和,则不变,E也不变,如没有饱和,则也减少10%,=207(V)
∴207
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