电机学第三章作业答案

3.1答：直流发电机工作时总是朝一个方向转动，磁极固定不动，所以每个磁极下的导体中流
过的电流和电压方向恒定不变，当导体转到某一磁极下，导体经由换向片和电刷接触输出电能，又由于电刷和磁极相对静止，所以该磁极下的电刷上的电压极性恒定不变，故能发出直流电。

如果没有换向器，就不能把每个磁极下电枢上流过的方向不变的电流引出，电机不能发出直流电流。

3.2答：（1）直流电。

电刷与磁极同时旋转，这样就能保证电刷与磁极相对静止，这样电刷引
出的还是与其对应磁极下的方向不变的电流，故发出直流电。

（2）交流电。

电刷与电枢同时旋转，电刷与磁极发生相对运动，电刷在N极和S极下不停的变换，这就导致电枢一会儿引出的时N极下的方向不变的电流，一会儿引出的时S极下的方向不变的电流，由于N极和S极下导体中的电流方向相反，所以，电刷引出的是交流电。

3.3答：直流电动机电刷两端接入直流电，换向器与电刷交替接触，这样就保证了所有导体转
动时在每一个磁极下流过的电流方向不变，从而使得每一根导体产生的电磁转矩方向不变，电枢从而产生恒定转矩，拖动负载向一个方向转动。

3.5方向不变：①④⑤⑥
方向交变：②③⑦
3.6因为励磁绕组绕在电机的定子上，由其产生的励磁磁通与定子相对静止，所以不能产生感应电动势。

而电枢绕组绕在转子上，转子与定子做相对运动，电枢绕组切割励磁磁力线，产生感应电动势。

3.7
3.8电枢的几何中性线：相邻两主极间的中心线称为电枢的几何中性线
换向器上的几何中性线：当元件轴线与主极轴线重合时，元件所接两片换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线（电动势为零的元件所接的两换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线）。

换向器上几何中性线由元件结构决定：对于对称元件，换向器上的几何中性线与主极轴线重合；对于非对称元件，换向器上的几何中性线偏离主极轴线一个角度，这个角度与元件不对成度相等；
在实际电机中的位置：电刷的中心线上。

3.9解：（2）
120
524i Z y p ε=
±== 1k y y == 21154y y y =-=-=-
绕组展开图如下所示：
n
（3） 54
1
41921=+=±=
ξp z y i 921
191=-==
p k y k 9==k y y
4
12=-=y y y
绕组展开图如下所示：
3.13 交轴电枢反应，无论是电动机还是发电机，不但使气隙磁场畸变，而且还具有去磁作用。

直轴电枢反应，对于电动机，起去磁作用，对于发电机，起助磁作用。

3.14 a e E C n =Φ
（1）E 减少20%，等于192V 。

（2）E 减少不到20%，大于192V 。

（3）E 增加30%，等于312V 。

（4）E 增加4%，等于249.6V 。

3.15 （1）改变励磁电流的方向或者发电机的转动方向。

（2）改变励磁电流的方向或者供电电压的极性。

3.16 不能。

产生的励磁磁场与剩磁磁场方向相反，无法完成自励过程。

3.19 解：240000
522460
N N N P I A U ===
3.20 解：（1）3780
1360603a E pN C a ⨯=
==⨯ 303040
1200/m
i n n r πππ
Ω⨯=== 130.0392*******
E E C n V =Φ=
⨯⨯= （2）''130.0392900458.8E E C n V =Φ=⨯⨯=
3.21 解：N T N U C =ΦΩ
em T N T C I =Φ
得：
30303082000
807.73.14970
N N N em N N U I P T N m n n ππ⨯=
===⋅⨯
3.22 解：2444141.422 3.141
T PN C a π⨯=
==⨯⨯ 26000 2.592115.6230
N a N fN fN N P I I I I A U =+=
+=+= 141.40.0174115.6284.4em T a T C I N m =Φ=⨯⨯=⋅
3.14960
284.428.57830
30
N
em em em
n P T T KW π⨯=Ω==⨯
=
3.28 解：3398
6.6360603
a E PN C a ⨯=
==⨯
3398
63.3822 3.143
a T PN C a π⨯=
==⨯⨯ 11 6.630.021*******.8E E C n V =Φ=⨯⨯= 22 6.630.02150069.6E E C n V =Φ=⨯⨯= 63.380.0211013.3em T a T C I =Φ=⨯⨯=
3.29 解： 260606000
57.3222 3.141000
N N N N N P P T N m n π⨯=
===⋅Ω⨯⨯ 0006060395 3.7722 3.141000
N N P P T N m n π⨯=
===⋅Ω⨯⨯ 2057.32 3.7761.09N N T T T N m =+=+=⋅
06000395
6395
M N P P P W =+=+
= 1039560005006895N cua P P P P W =++=++= 1
6000
87%6895N N P P η=
== 1
689531.34220N N P I A U =
== 22
500
0.5131.34cua a N P R I ===Ω
3.30 解：0.54020L
L N N
T I I A T =
=⨯= 220200.5
10001050/m i n
22040
0.5
N L a L L N N N N N a U I R E n n n r E U I R --⨯=
==⨯=--⨯
3.31 解：（1）甲为发电机，乙为电动机。

（2）235.08-230
==50.80.1I A 甲
230224.04
==59.6
0.1
I A -乙 由能量守恒得总的机械损耗的铁耗为：
2
20
59.623050.823050.8
0.159.60.11410.7P W =⨯-⨯-⨯-⨯=∑
（3）可以。

减少甲的励磁电流同时增加乙的励磁电流。

（4）可以都成为电动机但不能都成为发电机。

3.32 解：2398
13.2760601
a E PN C a ⨯=
==⨯ 13.27
0.010********.97E N E C n V U V =Φ=⨯⨯=<=
所以该电机为电动机。

2398126.7522 3.141
a T PN C a π⨯===⨯⨯
220204.97
126.750.0103115.420.17
em T a T C I N m -=Φ=⨯⨯=⋅
1220204.97
()220( 1.83)19.8530.17
a fN
P U I I KW -=+=⨯+= 11
87.1%Fe m s cu
P p p p p P η----==
3.34换向元件在换向过程中产生哪些电动势？是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？
答：换向元件中存在着两种不同性质的电动势：（1）旋转电动势k e ：由换向原件在换向区域内切割磁感应线产生。

（2）电抗电动势r e ：换向元件在换向周期内电流从a i +变为a i -故与换向元件交链的磁通要发生变化，并在元件中感应电动势。

其中电抗电动势r e 又由自感电动势L e 和互感电动势M e 组成。

前者为换向元件自身电流变化对漏磁场的影响，后者为其他换向元件电流变化对漏磁场的影响。

换向元件中总的电动势应该是旋转电动势和电抗电动势的代数和，即k
r e e
e =+∑。

理想
情况下，k e 和r e 大小相当，方向相反，
0e ≈∑；反之，e ∑不为零，将导致换向不良，
就有可能在点刷下产生火花。

0e ∑＞，延迟换向，会导致火花在后刷边产生。

0e ∑＜，
超越换向，与延迟换向相反，在前刷边产生火花。

3.35答 换向极的作用是在换向区建立换向极磁场，在换向元件中产生旋转电动势，平衡换向元件中的电抗电动势，从而改善换向。

换向极装在几何中性线上，其极性应与交轴电枢磁动势的极性相反。

换向绕组应与电枢绕组串联，以使换向极磁场正比于电枢电流的变化而变
化，如果极性接反，会使换向元件电动势增大，从而产生火花，使换向恶化。