电机学课后习题与答案

1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：00()fF0-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0，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F，若磁通0基本不变了，而我的需要是0（根据E和mT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1ky单波：相临两串联元件对应边的距离约为2形成波浪型节距上：12iZPy1y（单叠）11iZkPpykyy21yyy并联支路数2a=2p(单叠)2a=z(单波)22．11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：60aPNEaECnn（1）减少10％，则'0.9即''10.9EECnEECn∴'0.90.9230207()EEV（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％，'E=207(V)∴207E230V(3)''1.2nnEnEn∴'1.2276()EEV(4)'''0.91.2nnEnEn'0.91.22302484()EV2．12一台4极单叠绕组的直流电机，问：（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？对电机的性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载（用额定功率的百分比表示）？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载？（3）若只用相对的两组电刷是否能够运行？（4）若有一极失磁，将会产生什么后果？(1)取出相临的两组电刷，电机能够工作，此时，电枢感应电动势不受影响，但电机容量会减小；设原来每条支路电流为I，4条支路总电流为4I，现在两条支路并联，一条支路电阻为另一条支路的3倍，因此两条并联总电流为I+13I=43I，现在电流与原来电流之比为43I：4I=13，因此容量减为原来容量的13(2)只有一个元件断线时，电动势不受影响，元件断线的那条支路为零，因此现在相当于三条支路并联，总电流为原来的34(3)若只用相对的两组电刷，由于两路电刷间的电压为零，所以电机无法运行。(4)单叠：由于电刷不动，若有一磁极失磁，则有一条支路无电势，∴电刷间无感应电动势，电机内部产生环流，电机不能运行。2．13如果是单波绕组，问2．12题的结果如何？(1)只用相邻两只电刷，电机能工作，对感应电势和电机容量均无影响，仅取一只电刷时，因仍是两条支路并联，所以电机还能工作，对电动势和电机容量均无影响。(2)一个元件断线，对电动势无影响，由于仅剩下一条支路有电流，电流为原来的12，容量减为原来的12(3)只用相对的两只电刷时，由于两只电刷为等电位，电压为零，因此电机无法运行。(4)单波失去一个磁极，感应电动势减小12，容量减小12且内部产生环流。2．14何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？直流发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？又有哪些主要区别？电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用交轴电枢反应影响：①物理中性线偏离几何中性线②发生畴变③计及饱和时，交轴有去磁作用，直轴可能去磁，也可能增磁。④使支路中各元件上的感应电动势不均。3发电机：物理中性线顺电机旋转方向移过一个不大的角电动机：物理中性线逆电机旋转方向移过一个不大的角直轴电枢反应影响：电动机：电刷顺电枢转向偏移，助磁，反之去磁2．15直流电机空载和负责运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载时电枢回路中的电动势应由什么样的磁通进行计算？空载：B仅由励磁磁动势2ffNI建立，02ffFIN负载：由2ffNI和Ax共同建立：0aFF由每极合成磁通计算，即负载磁通计算，∵负载时，导体切割的是负载磁通（即合成磁通）2．16一台直流电动机，磁路是饱和的，当电机带负载以后，电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度，试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响？电动机电刷逆电枢转向移动，直轴电枢反应去磁，交轴电枢反应总是去磁的2．17直流电机有哪几种励磁方式？分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、aI、fI的关系式。四种励磁方式：他励，并励，串励，复励电动机：他励：aII并励：afIII串励：afIII复励：'affIIII短复励'afII，'afIII长复励发电机：他励：aII并励：afIII串励：afIII复励：'affIIII短复励2．18如何判别直流电机是运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的emT、n、E、U、aI的方向有何不同？能量转换关系如何？如所受电磁力的方向与电枢转向相同即为电动机状态，反之为发电机状态。电动机：emT与n方向相同，是驱动转矩，aE与U方向相反，是反电动势，aI方向流向电枢，aE与aI方向相反。aaemEIT只有输入电能，克服反电势，才能产生电枢电流，进而产生电磁转矩。发电机：emT与n方向相反，是阻力转矩，E与U方向相同，aE与aI方向相同，发出电功率，为克服阻力转矩emT，不断输入机械能，才能维持发电机以转n旋转，发出电能。2．19为什么电机的效率随输出功率不同而变化？负载时直流电机中有哪些损耗？是什么原因引起的？为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗？∵电机铜耗随输出功率变化，所以效率随输出功率变化，负载时有：铜耗，铁耗，机械损耗。铜耗：电枢绕组铜耗和励磁绕组铜耗。2aaIR，fUI铁耗：交变磁场引起涡流损耗和磁滞损耗机械能：抽水，电刷摩擦损耗∵铁耗和机械耗和附加损耗与负载电流无关∴认为是不变损耗42．20直流发电机中电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的还是直流的？若是交流的，为什么计算稳态电动势aaRIUE时不考虑元件的电感？都是交流的∵通过电刷引出的感应电动势是直流，∴不考虑元件电感2．21他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个的电压变化率大？空载时：他励发电机端电压U=E=eCn负载时：aaUEIR∴电压下降并励下降大，∵随着电压下降，减小，∴aE下降，端电压更加下降2．22若把直流发电机的转速升高20%，问在他励方式下运行和并励方式下运行时，哪一种运行方式下空载电压升高的较多？空载电压0eUECn他励时，n升20％，E升20％并励时，∵n增加∴E增加，fI增加，增加，∴E除n增大外，也增大，∴并励时，空载电压升较多。2．23并励发电机正转时能自励，反转时还能自励吗？2．24要想改变并励电动机、串励电动机及复励电动机的旋转方向，应该怎样处理？2．25并励电动机正在运行时励磁绕组突然断开，试问在电机有剩磁或没有剩磁的情况下有什么后果？若起动时就断了线又有何后果？2．26一台正在运行的并励直流电动机，转速为1450r/min。现将它停下来，用改变励磁绕组的极性来改变转向后（其它均未变），当电枢电流的大小与正转时相同时，发现转速为1500r/min，试问这可能是什么原因引起的？2．27对于一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流保持不变，制动转矩为恒定值。试分析在电枢回路串入电阻jR后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响？为什么？2．28电磁换向理论是在什么基础上分析问题的？主要结论是什么？在研究真实换向过程应如何补充修正？2．29换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势？是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？2．30换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组怎么连接？如果将已调整好换向极的直流电机的换向极绕组的极性接反，那么运行时会出现什么现象？2．31一台直流电机，轻载运行时换向良好，当带上额定负载时，后刷边出现火花。问应如何调整换向极下气隙或换向极绕组的匝数，才能改善换向？2．32接在电网上运行的并励电动机，如用改变电枢端的极性来改变旋转方向，换向极绕组不改换，换向情况有没有变化？2．33小容量2极直流电机，只装了一个换向极，是否会造成一电刷换向好另一电刷换向不好？2．34没有换向极的直流电动机往往标明旋转方向，如果旋转方向反了会出现什么后果？如果将这台电动机改为发电机运行，又不改动电刷位置，问它的旋转方向是否与原来所标明的方向一样？2．35环火是怎样引起的？补偿绕组的作用是什么？安置在哪里？如何连接？2．36选择电刷时应考虑哪些因素？如果一台直流电机，原来采用碳-石墨电刷，额定负载时换向良好。后因电刷磨坏，改换成铜-石墨电刷，额定负载时电刷下火花很大，这是为什么？2．44电机的冷却方式和通风系统有哪些种类？一台已制成的电机被加强冷却后，容量可否提高？2．45已知某直流电动机铭牌数据如下：额定功率kWPN75，额定电压VUN220，额定转速min/1500rnN，额定效率%5.88N。试求该电机的额定电流。解：3750000.885184.7510NNPPWNI=1NPU=385.2(A)2．46已知直流发电机的额定功率kWPN240，额定电压VUN460，额定转速min/600rnN，试求电机的额定电流。