电机与拖动基础课后思考题(1-3章)

电机与拖动基础课后思考题第1章电机中的电磁学基本知识1、电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这种材料有哪些主要特性？答：磁导率高的铁磁材料；特性：磁导率高。2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？他们的大小与哪些因素有关？答：磁滞损耗：该损耗是由于铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化的过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，引起的损耗。其大小与材料的磁滞损耗系数，磁场的交变频率f，磁通密度的幅值Bm的n次方，铁芯重量G有关涡流损耗：损耗是由于铁芯的磁通发生改变时，铁芯中产生感应电动势，并引起漩涡电流而引起能量损耗。其大小与迟滞损耗因素相似，并且与材料涡流损耗系数和叠加的硅钢片厚度有关。3、变压器电势、切割电势产生的原因各有什么不同？其大小与哪些因素有关？答：区别：变压器电势是由变化的磁场经过线圈感应产生的𝐸=−Ndφ𝑑𝑡(N线圈匝数、φ磁通)切割电势是由于导线以某一速度，其速度分量与磁场正交切割稳定磁场而感应出电动势E=BLv（B磁感应强度、L导体切割有效长度、v相对切割速度）4、试比较磁路和电路的相似点和不同点。答：不同点：1磁路存在漏磁，电路中没有这说法2几乎所有介质都能连成磁路，但是电路需要特定的条件才能形成通路（如低电压不能击穿空气）3磁路为闭合回路，方向由N极出发，S极终结4电路不一定为回路，方向总是由高电势流向低电势相似点：两者在回路当中都符合基尔霍夫第一第二定律、欧姆定律。5、什么是软磁材料？什么是硬磁材料？答：软磁材料磁能的储存能力低，磁滞回线较窄，且剩磁Br和矫顽力Hc都小；相对的硬磁材料对于磁能的储存能力高，剩磁Br和矫顽力Hc都小。6、磁路的基本定律有哪些？答：磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律7简述铁磁材料的磁化过程答：O→a为磁化曲线a→b→c为磁滞回线8、磁路计算的步骤是什么？答：1、先将磁路进行分段2、先建立数学模型3、根据物理定律和模型列出对应的数学表达式4、联立方程求出未知量9、说明交流磁路与直流磁路的异同点答：同：都符合基尔霍夫定律异：交流磁路幅值随时间变化，具有一定频率，经过导体器件会产生磁滞损耗和涡流损耗；直流磁路幅值恒定不变，不会产生磁滞损耗和涡流损耗。第2章电力拖动系统力学1、如何从电力拖动运动方程判断系统是处于加速、减速、稳速运行状态答：2、已知某电动机的机械特性如图中曲线1所示，请问该电机分别与负载特性2、特性3、特性4进行配合时，平衡点A、B、C、D中哪些是稳定的，哪些是不稳定的？答：系统能稳定的前提，具有一定的抗干扰能力，在干扰过来的时候，具有一定的能力自我恢复回到稳定点。A点和C点是稳定点，判断依据稳定点的𝑑𝑛1𝑑𝑇1𝑑𝑛𝑖𝑑𝑇𝑖(i=2、3、4)根据图中曲线设：曲线1：𝑇1=𝑓1(𝑛)特性2：𝑇2=𝑓2(𝑛)特性3：𝑇3=𝑓3(𝑛)特性4：𝑇4=𝑓4(𝑛)∵𝑇em−𝑇L=𝐽𝑑𝜔𝑑𝑡令：𝑇em=𝑇1=𝑓1(𝑛)𝑇L=𝑇𝑖=𝑓𝑖(𝑛)(𝑖=2、3、4)让∆T=𝑇1−𝑇𝑖假设在某一转速𝑛0下，系统处于稳定状态即当n增大时，∆n=n−𝑛00，则∆T0,系统才能回到稳定点所以∆T=𝑓1(𝑛)-𝑓i(𝑛)(i=2、3、4)𝑑∆T𝑑𝑛0𝑑∆T𝑑𝑛=𝑑𝑓1(𝑛)𝑑𝑛−𝑑𝑓𝑖(𝑛)𝑑𝑛=𝐾1−𝐾i0𝐾1=𝑑𝑇1𝑑𝑛1𝐾i=𝑑𝑇𝑖𝑑𝑛𝑖所以：𝑑𝑇1𝑑𝑛1𝑑𝑇𝑖𝑑𝑛𝑖得证：𝑑𝑛1𝑑𝑇1𝑑𝑛𝑖𝑑𝑇𝑖3、电力拖动系统的负载特性有哪些？答：1．恒转矩负载特性2．恒功率负载特性3．风机、泵类负载的转矩特性4．电力拖动交通车辆的特性4、简述列车运行的速度-阻力的关系答：低速运行时，阻力基本不变，速度达到一定值时，阻力会随着速度上升而增加。第3章直流电机1、直流电机磁路中的磁通Φ一般为不变值，为什么电枢铁芯都用硅钢片叠成，而且在片间还涂绝缘漆？答：以空载运行为例，直流电机实际在运行过程中，电枢绕组磁场是变化的，不是幅值上的改变而是穿过电枢铁芯的角度会周期性变化（f不等于0），会让电枢铁芯产生涡流损耗，，通过减少电枢导体厚度，降低涡流损耗，涂绝缘漆的目的是为了使每一层硅钢片不导通，而且在硅钢片之间形成一层磁导率低的介质，降低通过电枢的磁感应强度，同样降低涡流损耗。2、在直流发电机中，电刷之间的电势与导体中的感应电势有何不同；电刷之间的电势是并联支路上导体产生电动势的总和。3、在直流电机里，换向器起了什么作用？答：稳定磁极下的导体电流方向，使对应的导体通过相应的电流方向。4、直流电机空载时气隙磁密是如何分布的？答：5、一台四极直流电机，采用单叠绕组。若取下一只电刷或取下相邻的两只电刷，则电机是否可以工作？若只用相同两只电刷，则是否可以工作？若电枢绕组中的一个元件断线，则是否可以工作？若有一极失去励磁，将产生什么后果？答：①取下一只电刷两路导通可以转，转矩是原来的二分之一②取下相邻的两只电刷支路1：电流值为原来的三分之一，力矩反方向-(1/3)T支路2：电流值为原来的三分之一，力矩正方向(1/3)T支路3：原来的电流值大小，力矩正方向T支路4：电流值为原来的三分之一，力矩正方向(1/3)T原来的转矩为T+T+T+T=4T现在：T+(1/3)T=(4/3)T所以可以转，转矩为原来的三分之一③只用相同两只电刷不能转动，绕组没有电流，不能产生转矩④电枢绕组中一个元件断线可以转，转矩为原来的四分之三⑤有一极失去励磁，有什么后果电路1：U=𝐼1R+𝐸1(此为去磁极感生反电动势，等于0)+E电路2：U=𝐼2R+2E电路4：U=𝐼4R+𝐸2(此为去磁极感生反电动势，等于0)+E电路3：U=𝐼3R+2E𝐼总=𝐼1+𝐼2+𝐼3+𝐼4在转速上不妨在这个回路中分析，在空载运行时，电机系统达到稳定点的一个特征就是，干路电流接近于0，这个非常重要，在电机转速达到𝑛𝑁的时候，支路2和支路3上的电流大小等于0，而支路1和支路4由于缺少从N1中感应产生反电动势，所以支路1和支路4上还有电流。说明𝑇𝑒𝑚≠0，那么这时候电机还在一个加速阶段当转速增加到某一个值n的时候，会产生一个内部环流，平衡前支路1中的电流是叠加的𝐼2𝑅+𝑈=𝐸2𝐼1𝑅+𝐸1=𝐸2𝐼1=𝐼2+𝐼𝑎(𝐼𝑎干路电流的一部分)𝐼𝑎≈0时候，则𝐼1≈𝐼2，支路2实际上进入了发电状态，给支路1进行电流供给，两者之间形成一个环流当𝐸1≈𝑈系统达到平衡电流值计算𝐸1=𝐶𝑒Φ1𝑛𝐸2=𝐶𝑒Φ2𝑛2Φ1=Φ2所以2𝐸1=𝐸2𝐼1𝑅+𝐸1=𝐸2=2𝐸1𝐼1𝑅=𝐸1=𝑈空载支路1、2、3、4电流大小，1、4跟2、3支路电流方向相反𝐼1=𝑈𝑅失去一极后，转速增加，内环路电流很大𝐼1=𝑈𝑅，很有可能烧毁电机6、一台四极直流电动机，有两个极的励磁绕组极性相反，使主磁极的极性变为N-N-S-S。问此时有无电磁转矩？若将两N极和两S极之间的电刷拿掉，另外两个电刷端仍加直流电压，此事有否电磁转矩？答：无电磁转矩，电磁力矩相互抵消，合力距为零；有电磁转矩。7、主磁通链着电枢绕组，又链着励磁绕组，为什么只有电枢绕组中有感应电动势，而在励磁绕组中没有感应电动势？答：励磁绕组并没有与磁场切割8、用什么办法能改变直流电动机的转向？答：励磁方向或者电枢电压正负极改变其中一个，通过串电阻改变特性曲线，使平衡点在反转区间9、并励直流电动机在运行时，若励磁绕组断线，会出现什么后果？答：轻载可能可以继续运行10、如何判断直流电机运行于发电机状态还是电动机状态？他们的功率关系有何不同？答：发电机状态电机运行参数在第二、四象限，发出功率电动机状态电机运行参数在第一、三象限，消耗功率11、为什么直流电机能发出直流电？如果没有换向器，直流电机能不能发出直流电？答：换向器做整流；不能。12、试判断下列情况下，电刷两端电压的性质：（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；答：（1）产生交变电压（2）产生直流电压13、何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通大小与哪些因素有关？答：主磁通即是在一个磁场中大部分磁感线通过的通路，漏磁通是在励磁绕组周围形成了通路不通过气隙产生电动势和转矩；漏磁通大小与磁场的饱和程度有关。14、何谓饱和现象？电机的磁路为什么出现饱和现象？饱和对电机运行性能有何影响？答：饱和现象：随着励磁源增强，导磁材料的磁导率出现明显下降或者磁场强度没有得到明显增强的现象；与导磁材料有关；磁饱和对于电机的影响1.磁场增强不明显，降低效率2.轻载减速，重载提速，使特性曲线更稳定，但效果不明显3.磁饱和的时候，想提高磁场强度，需要提高的电流更大15、一台四极直流单波绕组的直流电机：1.如果取出相邻的两组电刷，只用剩下的另外两组电刷是否可以？对电极性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载(用额定功率的百分数表示)？2.如果有元件断线，则电刷见的电压有何变化？电流有何变化？3．若只有相对的两组电刷，则是否能够运行？4.若有一极失磁，将会产生什么后果？答：1.可以，但是电刷电流增大2.电压不变，电流减少3.不能运行4.能运行，转速增大16、用单波绕组代替单叠绕组时，若导体数与其他条件均不变，电机额定容量有无改变？例如一台六极电机原为单波绕组，如果改成单叠绕组，保持元件数和元件匝数不变，问电机额定容量会不会改变？其他额定量要不要改变？答：单叠绕组改为单波绕组，电机额定容量变小六级电机由单波绕组改成单叠绕组，电机额定容量变大；其他额定量：额定电流增大，额定电压减小17、一台四极直流发电机，空载电压为440伏，电枢绕组修理后，保持原来的转速和励磁电流不变，发出的空载电压为220伏，问修理前后该电枢绕组可能是什么形式的绕组？为什么？如果保持电枢导体电流不变，问修理前后发电机的功率有无改变？为什么？答：修理前电枢绕组是单波绕组，修理后绕组是单叠绕组𝐸𝑎=𝐶𝑒Φ𝑛𝐶𝑒=𝑁𝑝60a𝑎叠a波=218、直流发电机感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机空载电压为230伏，试问在下列情况下电势的变化如何？(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%答：𝐸𝑎=𝐶𝑒Φ𝑛1.减少10%；若磁饱和则几乎不变2.减少10%；同上3.增加20%4.(1−10%)(1+20%)−1=0.08增加8%19、如何判断直流电机运行于发电状态还是电动机状态？他们𝑇𝑒𝑚、n、𝐼𝑎、U、𝐸𝑎的方向有何不同？能量转换关系如何？发电状态：第二、四象限P0𝑇𝑒𝑚*n0U*𝐸𝑎0𝐼𝑎*𝐸𝑎0机械能→磁能→电能电动状态：第一、三象限P0𝑇𝑒𝑚*n0U*𝐸𝑎0𝐼𝑎*𝐸𝑎0电能→磁能→机械能