附录1：__思考题与习题解答

附录:第1章 思考题及答案1-1 变压器的电动势的产生原理是哪一个定律？说明其原理。

答：变压器的电动势的产生原理是法拉第电磁感应定律，即设N 匝线圈处在磁场中，它所交链的磁链Φ⋅=N ψ,当磁链ψ发生变化时，会产生电场，并在线圈内产生感应电动势。

即：dtd dt d Ne ψ-=Φ-= 1-2 根据功能与用途，电机可以分为哪几类？答：根据功能与用途电机可以分为：动力电机和控制电机。

动力电机又分为：静止的电机（变压器）和旋转电机（直流电机和交流电机）。

控制电机是信号转换和信号传递的装置，容量和体积一般都比较小，在自动控制系统中常用于检测、放大、执行和校正等元件。

1-3 一个电力拖动系统的组成有哪些组成部分，各部分的作用是什么？答：电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源等组成。

生产机械是执行某一生产任务的机械设备，是电力拖动的对象；电源给动力机构——电动机以及控制设备提供电能，电动机把电能转换为机械能，通过传动机构经过中间变速或变换运动方式后，拖动生产机械工作；控制设备是由各种控制电机、电器、电子元电机动力电机控制电机直流电机交流电机静止电机：变压器旋转电机件及控制计算机组成，用以控制电动机的运动，实现对生产机械运动的自动控制。

1-4 电机中涉及到哪些基本电磁定律？试说明它们在电机中的主要作用。

答：全电流定律：电生磁的定律，实现电磁转换；电磁感应定律：磁生电的定律，电磁转换；电磁力定律：电磁产生运动的定律，电动机原理。

1-5 如果感应电势的正方向与磁通的正方向符合左手螺旋关系，则电磁感应定律应写成dtd Ne Φ=，试说明原因。

答：应为电磁感应定律的描述是感应电动势的正方向与磁通方向符合右手螺旋关系时：dtd Ne Φ-=，即电动势总是阻碍磁通的变换。

因此当感应电动势的正方向与磁通方向符合右左手螺旋关系时，则产生的感应电动势为：dtd Ne Φ=。

第1章 练习题题解及答案1-1 在求取感应电动势时，式dt di Le L -=、式dt d e L ψ-=、式dtd Ne L Φ-=,以及Blv e =等式中，哪一个式子具有普遍的形式？这些式子分别适用什么条件？ 解：式dtd e L ψ-=是普遍的形式，此时是在感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系条件下； 式dtdiLe L -=适用于自感电动势，表示由于线圈中电流i 的变化使由i 产生的交链该线圈的磁链发生变化时所产生的电动势；式dtd Ne L Φ-=适用于线圈所有N 匝的磁通相同，均为Φ时，即Φ=N ψ的情况； 式Blv e =适用于运动电动势，且B 、l 、v 三者相互垂直，且符合右手定则。

1-2 在下图中，所示的磁路中，线圈1N ,2N 中通入直流电流1I ,2I ,试问： 1） 电流方向如图所示时，该磁路的总磁动势为多少？ 2） 2N 中电流2I 反向时，总磁动势又为多少？3） 若在图中a ，b 处切开，形成一空气气隙δ，总总磁动势又为多少？解： 1）该磁路的总磁动势为：22111N I N I F -=2）此时磁路的总磁动势为：22112N I N I F += 3）此时磁路的总磁动势为：22113N I N I F +=。

1-3 下图中，当电流2i 产生的磁通Φ按正弦规律变化（即：ft t M M πω2sin sin Φ=Φ=Φ）时，求其在1N 线圈上产生的感应电动势1e ，各参数参考方向如图所示。

Φ解：由于感应电动势1e 与磁通Φ的参考方向为不为右手螺旋关系，根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为：)90sin(2cos cos )sin (0111111-⋅⋅==⋅Φ⋅=Φ=Φ=t E t E t N dt t d N dt d N e M m m ωωωωω可见感应电动势的幅值为：⋅Φ=m M N E 11ω 有效值为：m mmm fN fN N E E Φ=Φ=Φ==1111144.42222πω1-4 当线圈1N 中的电流1i 减小时，标出线圈1N 和2N 产生的感应电动势1e 和2e 的实际方向。

解：根据右手螺旋定则，得由1i 产生的磁通Φ方向如下图所示，由电磁感应定律，根据磁通Φ，感应电动势1e 和2e 的参考正方向与磁通磁通Φ方向满足右手螺旋关系，如图所示，且：dt d N e Φ-=11，dtd Ne Φ-=22，由于1i 减小，因此其产生的磁与即为图中的参考一致（见图中虚线方向）。

Φ第2章思考题及答案2-1 直流电机的主要部件是什么？各有什么作用？答：直流电机的主要包括定子、转子定子部分：包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置1）主磁极：建立主磁通，包括：铁芯：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2）换向磁极：改善换向，包括：铁芯：中大型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：由铜线绕成。

3）机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4）电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

转子部分：包括电枢铁芯、电枢绕组、换向片1）电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由电工钢片叠成。

2）电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3）换向片：换向用，由铜线围叠而成。

4）2-2 在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？答：在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整流成出线端的直流电。

直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电变成电枢绕组中的交变电流。

2-3 直流发电机是如何发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？答：直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势(如题图2-3所示瞬间以导体a为例)，电枢绕组的a导体处于N极底下，由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，处于S极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙。

，它通过换向装置后，才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而A、B电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且A刷恒与N极下导体相连，B刷恒与S极底下导Array体相连），则由A刷引出的电动势方向恒为⊙（流出），若定义为正极，则Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕(流入)，为负极，因此，由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。

由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。

2-4 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答：直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.2-5 公式nC E e a Φ=和a M I C T Φ=中的Φ应是什么磁通？答：公式中的Φ为每个极面下的气隙磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.2-6 直流电机有哪几种励磁方式？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？答： 励磁方式有：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧他励复励并励串励自励题图2-6 直流电机的励磁方式2-7 “直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。

这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。

发电机交流（内电路） 直流（外电路）电动机因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。

U串励 I a =I f =I复励 I a =I f +I他励I=I a I f =U f /R f U并励 I a =I f +I I f =U/R f2-8 造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？答：电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中的电流由正a i +变成a i -，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。

不良换向会引起火花和环火，使电机遭到损坏。

改善换向的方法有：装设换向极。

在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。

2-9 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答：电枢电动势n C E e a Φ= 其中，C e 是电机的电动势结构数apNC e 60=，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数 p 及并联支路数2a ，Φ是每个极面下的磁通，n 是电机转速。

电磁转矩a M M I C T Φ=C T 是电机的电磁转矩结构常数，apNC T π2=，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数p 及并联支路数 2a ，Φ是每个极下的磁通，a I 是电枢电流。

2-10 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？答：用感应电动势和端电压的大小来判断。

当U E a >时为发电机状态，由原动机输入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率a a I E T =Ω⋅，再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率UI 的形式输出；当U E a <时，为电动机运行状态，电源输入的功率UI ，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率Ω⋅=T I E a a ，再扣除空载损耗后，输出机械功率。

2-11 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，电机会有什么后果？若在起动时就断线（电机有剩磁），又会有什么后果？答： 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（=f I ），主磁通将减小至剩磁通值，在断线瞬间，由于惯性，电机转速不会发生变化，则电枢电动势n C E e a Φ=大大减小，从而电枢电流a aa R E U I -=急剧增大，电枢绕组可能被烧坏。

对于电磁转矩a M M I C T Φ=，当电枢电流a I 增大的速度大于主磁通减小的速度时，则也会增大。

如果负载转矩不变，致使电机转速迅速升高，若在空载或轻载时，转速会剧增，致使电机受损、甚至会造成人身伤害事故。

2-12 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？答： 讨论他励和并励发电机a a a R I E U -=他励发电机：稍下倾曲线（端电压U 随负载电流I 增大稍有下降），原因有：①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁通减小，使电枢电动势E a 减小。

②负载增加，电枢绕组电阻压降I a R a 增大。

并励发电机：下倾曲线（端电压U 随负载电流增大下降幅度较他励发电机大），原因是：除①、②两原因与他励发电机相同外，因并励发电机的I f =U /R f ， 因此由①、②原因引起U 减小，致使I f 减小（他励发电机I f 不变），磁通Φ减小，E a 进一步减小，致使端电压下降幅度较大。