3-7直流电机的磁化曲线有什么特点
电机学第一章 磁路
2.磁路的欧姆定律
φ
F
Rm
铁磁材料的磁导率μ不是一个常数，所以由铁磁材 料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中 磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。
有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 A ＝9×10-4m2，磁 路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上 的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度 时，所需的励磁磁动势和励磁电流。
O
If
F0
电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非 线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析 中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线 性的影响。
三、交流磁路的特点
1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁 路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交 变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路 的基本定律 2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相 同的基本磁化曲线。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示， 磁动势和磁场强度则用有效值表示。
∫ H ⋅ dl =I
l
1
+ I 2 − I3
在一个圆形铁磁材料的周围，布 置一圈如上图分布的载流导体
安培环路定律的特例
¾右图：沿回线l，磁场强度H的 方向总在切线方向、其大小处处 相等，且闭合回线所包围的总电 流是由通入电流i的N匝线圈所提 供，则有：
H ⋅ dl = Hl = Ni ∫
l
¾磁动势：F = Ni
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 公式: n h h m
p = C fB V
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较 小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
1-5 直流电机的磁场
上图表示一台四极直流电机空载时，由励磁电流单 独建立的空载磁场分布图。 空载时磁通包括主磁通和主极漏磁通两部分。
主磁通： 磁通由一个N极出来，经过气隙进人电枢的齿，分 左右两路经过电枢轭、电枢齿、空气隙和相邻S极， 然后经过定子轭回到N极而构成闭合回路，这部分 磁通称为主磁通。这部分磁通同时交链励磁绕组和 电枢绕组，是电机进行能量转换的关键，用Φ0表示。 主极漏磁通： 磁通从N极出来后并不进入电枢，而是经过空气隙 直接进入相邻的磁极或磁轭，这部分磁通称为主极 漏磁通。这部分磁通只交链励磁绕组，用 表示。 主磁通所经路径的空气隙较小，磁阻较小，而主极 漏磁通所经路径的空气隙较大，则磁阻较大，所以， 在同样的磁势作用下，漏磁通要比主磁通小得多。 一般电机的主极漏磁通约为主磁通的15～20%。
从几何中心线处将电枢展开成一直线，以主极轴线 与电枢表面的交点作为坐标原点，在一极距范围内， 以原点为中心取一闭合磁回路，该回路与电枢表面 的交点距原点距离为±l。 根据全电流定律，可知作用在这个闭合回路上的磁 势为：
Fax 2l i
若忽略铁磁材料的磁阻，则上述磁势仅消耗在两段 气隙上，距原点l处每个气隙段所消耗的电枢磁势为 Fal的1/2。若规定电枢磁势由电枢指向主磁极为正， 根据 1 Fal l i 2 可得，沿电枢表面电枢磁势的分布曲线为三角波， 如图1-39所示。 当气隙均匀时（在极面下），磁密与磁势成正比； 当气隙显著增大时（在几何中心线处），由于磁路 磁阻的增大，磁密反而减小，使得电枢磁密沿电枢 表面的分布呈马鞍形，如图1-39所示。
第五节 直流电机的磁场
直流电机的磁场，是电机实现机电能量转换
必不可缺少的因素，而且直流电机的运行性 能在很大程度也取决于磁场的特性，因此， 研究直流电机磁场的形成、分布及特点是十 分必要的。
电机学：第一章 磁路2
将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强，铁磁材料在磁场中 呈现很强的磁性这一现象，称为铁磁物质的磁化。
原因：铁磁物质中有许多称为磁畴的天然磁化区，当未投入磁场时， 磁畴杂乱无章的排列，磁效应相互抵消对外不显磁性。当放入磁场 后，磁畴按外磁场方向排列起来，形成一附加磁场叠加在外磁场上。
如图1-6所示。
二．磁化曲线
1-3直流磁路
本节介绍直流磁路的分析和计算 一、直流磁路的计算
磁路计算分为：1、给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）
2、给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）
1、正问题计算步骤：
1）将磁路按材料性质和不同截面分成数段
2）计算各段的有效面积和平均长度Ai、Li
3）根据各段中的 i 计算各段
磁路中的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。
例1-1 有一闭合的铁心磁路，铁心的截面积 A 9104 m2。磁路的 平均长度L=0.3m ，铁心的磁导率 Fe 5000 0 ，0 4 10 7 。套
装在铁心上的励磁绕组为 500 匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度
时所需的励磁磁动势和励磁电流。
n
n
Ni H k lk k Rmk
k 1
k 1
该定律称为磁路的基尔霍夫第二定律。
电机和变压器的磁路是由数段 不同截面，不同材料的铁心组成， 而且还可能含有气隙，在进行磁路 计算时总是将磁路分成若干段，每 段为同一材料，且截面积相等，则 磁场强度相等。由左图可见，磁路 由三段组成，两段为截面积不同的 铁磁材料，一段为空气隙，励磁磁
范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。
一、铁磁物质的磁化
1 、铁磁物质
铁磁物质的磁导率都很大，一般是
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。
直流电机的磁场
磁化曲线的纵坐标有时不用F0，而用If表示，它们之间只差一个与励磁绕组匝数有关的比例系数，此外，纵坐标也可以用空载时的电枢电压U代替，当电机转速恒定时，U与Φ0，之间也只相差一个与电枢绕组匝数有关的比例系数。因此，磁化曲线可表示为U＝f(If)和Φ0=f(If)或U=f(F0)等多种形式，只需变换一下有关比例系数即可。
3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场
电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势和磁场
电刷不在几何中性线上时的电枢磁动势
直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁磁动势所建立。当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，产生的磁动势称为电枢磁动势。此时，气隙磁场就由主极磁动势与电枢磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于这两个磁动势的互相作用，直流电机才能进行机电能量转换。
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两个齿，计算高度为2hz，磁场强度为Hz。
两个主极，计算高度为2hm，磁场强度为Hm。
一个定子轭，平均长度为Lj，磁场强度为Hj。
一个转子(电枢)轭，平均长度为La，磁场强度为Ha，用磁路计算方法求得磁动势F0，以及相应的励磁电流If。
两个气隙，计算长度为2δ，磁场强度为Hδ。
当电刷放在几何中性线上时，电枢磁势全部为交轴分量，直轴分量为零。因此这时只有交轴电枢反应。此时电机中的磁场应由主极磁势和交轴电枢磁势共同建立，如图a所示。由图可见磁场发生了畸变，电枢圆周上连接电刷的几何中性线处出现了磁通，而实际的磁密为零之点偏移了一个α角。我们将电枢圆周上通过圆心和磁密为零之点的直线称为物理中性线。
直流电机有负载时，由于电枢反应的去磁作用和电枢回路的电阻压降，使发电机端电压比空载时低。为了保持发电机的端电压不变，负载时必须增加主极的励磁电流， 以补偿电枢反应和电阻压降。
直流电机的磁化曲线磁化曲线主磁通与励磁磁动势
1 t
pn
Ea t 0 e d t 4Ny 60
44
Ea
4Ny
pn 60
S 2a
pN 60a
n
Cen
对制成的电机，Ce=pN/60a为一个常数，称为电动势常数
若不计饱和影响，有 其中Kf 为比例常数
Kf If
感应电动势的计算公式为
Ea Cen CeK f I f n Gaf I f
枢是转的，当S极下导线转到N极
下如果导线电流的方向不变电磁
力的方向就反了；怎么办呢？
2
• 当安装换向器以后，将直流电压加于电刷 （固定）端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈， 则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋 转起来。
由于换向器配合电刷对 电流的换向作用，使得 线圈边只要处在N极下， 其中通过电流的方向总 是由电刷A流入的方向； 而在S极下时，总是从 电刷B流出的方向，就 使电动机能够连续地旋 转。
12.4
C 由
Ea
n
e
,得
Ea Ce n
250 12.4 2850
70.7
104WB
46
二、电磁转矩的计算
一根导体所受的平均电磁力和一根导体所受的平均转矩为:
fav Bavl ia
和
电机总电磁转矩用Te表示，为
Tav
fav
D 2
Te
B l av
Ia
2a
N
D 2
功率输出，在发电机中，指无电功率输出)。所以
直流电机的空载磁场是指励磁磁势单独建立的磁
场。
33
（一）、空载时电机内部磁场的分布情况
直流电机
1.1.1直流电机的主要结构：直流电机由静止的部分定子和旋转的部分转子两大部分构成：1、定子部分：定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。
1）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。
整个磁极用螺钉固定在机座上。
主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.2）、换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。
换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。
3）、机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。
因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。
机座通常用铸钢或厚钢板焊成。
4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。
1.1.2 直流电机的工作原理：1、直流发电机的工作原理：如图所示：从以上分析可以看出，线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。
电机学-第二章直流电机习题
直流电机一、填空1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。
答：交流的。
2.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
T em=φIa答：倍。
3.并励直流电动机，当电源反接时，其中I a的方向，转速方向。
答：反向，不变。
4.直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。
答：制动，驱动。
5.：6.直流电动机电刷放置的原则是：。
答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。
7.直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速。
答：升高，降低。
8.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。
答：绕组铜损耗。
9.串励直流电动机在负载较小时，I；当负载增加时，aT e，I；负载增加时，n下降的程度比并励电a动机要。
答：小，增加，增加，严重。
10.并励直流电动机改变转向的方法有，。
答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。
11./12.串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向，磁通方向，转速n的方向。
答：反向，反向，不变。
13.当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将。
答：14.直流电机单叠绕组的并联支路数为答：2p。
13．直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是；若为电动机，则直轴电枢反应是。
答：去磁的，增磁的。
二、选择填空1.]2.一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机转速。
A：降低B：保持不变，C：升高。
答：C3.一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。
A：E a下降30℅，B：Tem下降30℅，C：E a和Tem都下降30℅，D：端电压下降30℅。
电机学第一章 磁路
H
随着磁场强度H的增大，饱和程度增加，μFe减 小，Rm增大，导磁性能降低.
B
c b
B = f ( H)
d
μFe = f ( H )
a
B = μ0 H
H
设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的 磁通量而又不过分增大励磁磁动势．通常把铁心 内的工作磁通密度选择在膝点附近
B
c b
膝点 饱和点
B = f ( H)
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 公式: n h h m
p = C fB V
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较 小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
2．涡流损耗
¾涡流：铁磁材料在交变磁场将 有围绕磁通呈蜗旋状的感应电动 势和电流产生，简称涡流。 ¾涡流损耗：涡流在其流通路径 上的等效电阻中产生的I2R损耗 称为涡流损耗。 ¾涡流损耗与磁场交变频率f， 厚度d和最大磁感应强度Bm的平 方成正比，与材料的电阻率成反 比。 ¾要减小涡流损耗，首先应减小 厚度，其次是增加涡流回路中的 电阻。电工硅钢片中加入适量的 硅，制成硅钢片，显著提高电阻 率
表1.1 磁路和电路对比表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电 基本物理量 或基本定律 电 流 电 压 电 阻 电 导 电流密度 电导率 基尔霍夫 第一定律 基尔霍夫 第二定律 欧姆定律 路 符号或 定义 I U R=l/(γA) G=1/R J=I/A 单位 A V Ω S A/m2 S/m 磁 路 单 位 Wb A 1/H H Wb/m2(T) H/m 基本物理量或 符号或 基本定律 定义 磁 通 φ F 磁动势 磁 阻 磁 导 磁通密度 磁导率 磁通连续性 原理 Rm=l/(μA)
直流电机的磁路和电枢绕组
12′13′14′15′16′1′2′3′4′
两元件之间得虚线,表示通过换向器上得同一
片换向片把两元件串联起来。
绕电枢一周,所有元件互相串联构成一闭合回
路。
单叠绕组某一瞬间并联支路图
A1
2 1
2
3
4
8
7
6
A2
9
1
9
10
11
12
10
16
15
14
B1
6 5
5
B2
13 13
14
每个极下得元件组成一条支路,即单叠绕组得 并联支路数正好等于电机得极数。
直流电机的磁路和电枢绕组
§7-2 直流电机得磁路和磁化特性
一、空载时磁场分布 Φ0
· Φσ
Φ0
·
图1 直流电机空载时的磁场分布
电机中磁场得分布就是对称得,由励磁动势所建 立得主极磁通分两部分:主磁通Φ0和漏磁通Φσ。
磁通和磁路
磁路从气隙1出发经－电枢齿－电枢轭－电枢 齿2－气隙2－主磁极2－定子轭－主磁极1,最后又 回到气隙1。
单波绕组得特点
• 同极性下各元件串联起来组成一条支路, 支 路对数a＝1,与磁极对数p无关。 • 当元件得几何尺寸对称时,电刷在换向器表 面上得位置对准主磁极中心线,支路电动势最 大。 • 电刷组数应等于极数; • 电枢电流 Ia＝2ia 。
单叠绕组和单波绕组得区别
• 单叠绕组:先串联所有上元件边在同一极下得元件, 形成一 条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。2a＝2p。
a
c
a′
c′
同一槽放了两个不同元件得有效边,因此电枢得 槽数Q也等于元件数S。
二、实槽与虚槽
【精品】电机学课后答案承林 陈乔夫 熊永前 华中科技大学
资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除电机学课后答案承林陈乔夫熊永前第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，体资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除积，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4.44mE fNφ=。
运动电势:线圈与磁场间的相对运动而产生的e T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.d Le d t Lψ=-对空心线圈：L Li ψ=所以di eL L dt=-自感：2LL N N m miii L Ni Nφψ===∧=∧A m l μ∧=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µµ0,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。
直流电机的一些特性
直流发电机的特性直流发电机运行时，主要有四个主要物理量，即发电机转速 n 、发电机端电压 U 、电枢电流 I a （或输出电流 I ）和励磁电流 I f 。
直流发电机的稳态特性主要有两条：一条是外特性，表征输出电压质量；一条是励磁调节用的调整特性。
一、他励直流发电机1. 空载特性当 n= n N 时， I a =0 ，励磁绕组加上励磁电压 U ，调节励磁电流 I f0 ，直流发电机的空载端电压 U 0 和励磁电流 I f0 关系，即为空载运行时特性曲线 U 0 =f( I f0 ) 。
空载特性可以通过空载实验来测定，发电机的转子由原动机拖动，转速 n 保持恒定，逐步调节励磁回路的电阻 R ，使励磁电流单方向增大测取 U 0 和 I f0 ，直到电枢电压 U 0 =1.25 U N ，然后单方向减少 R ，测取 U 0 及 I f0 ，取其各点的平均值 U 0 ，作出的特性曲线。
图2-7-1-1 直流发电机空载特性由于电动势 E a 与磁通Φ 成正比，所以空载特性曲线的形状与磁化曲线相似。
空载特性不经过零点，即 I f0 =0 时，电枢绕组中仍有电动势 E r 存在，这主要是因为主磁极中有剩磁存在的缘故。
通常为电机额定电压的 2%~4% 。
因为空载特性表明的是直流电机磁路特性，所以对于并励和复励发电机空载特性也可以他励方式测取。
二、并励直流发电机1. 并励直流发电机的自励过程与条件并励直流发电机的励磁电流 I f 由发电机自身电压供给，不需要其他直流电源，应用方便，但是励磁绕组若不是先有了励磁电流 I f 建立磁场，发电机电压就无法产生。
如何在一定条件下使并励直流发电机自励，即使其发电机电压建立并与励磁电流 I f 配合，达到所需要的数值,这种发电机自己建立电压的过程，称为自励过程。
图2-7-1-2 并励直流发电机的自励建压过程图2-7-1-2中的曲线l是发电机的空载特性曲线，即 U 0 =f( I f ) ；直线2是励磁回路的伏安特性曲线，即 R f I f = U f =f( I f ) ；其中 R f 是励磁绕组本身的电阻，伏安特性曲线是一条通过原点的直线。
磁化曲线和磁滞回线
磁化曲线和磁滞回线磁性材料应用很广，从长用的永久磁铁、变压器铁芯，到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用。
磁滞回线和磁化曲线反应了磁性材料磁特性的主要特征。
用示波器法测量铁磁材料的磁特性是磁测量的基本方法之一，它具有直观、方便、迅速以及能够在不同的磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）测量的优点，适用于一般工厂快速检测和对成品进行分类。
通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁化曲线和磁滞回线的基本测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
〖实验原理〗1． 铁材料的磁滞现象铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H 与磁感应强度B 之间的关系的特征。
图 7－1 图 7－2将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化.当磁场强度H 由零增加时, 磁感应强度B 由零开始增加。
H 继续增加，B 增加缓慢，这个过程的B — H 曲线称为起始磁化曲线，如图7－1中的oa 段所示。
当磁场强度H 减小，B 也跟着减小，但不按起始磁化曲线原路返回，而是沿另一条曲线（图7－1中）ab 段下降，当H 返回到零时，B 不为零，而保留一定的值r B ，即铁磁材料仍处于磁化状态，通常r B 称为磁材料的剩磁。
将磁化场反向，使磁场强度负向增加，当H 达到某一值C H −时，铁磁材料中的磁感应强度才为零，这个磁场强度C H −称为磁材料的矫顽力。
继续增加反向磁场强度，磁感应强度B 反向增加。
如图7－1cd 段所示。
当磁场强度由m H −增加到m H 时，其过程与磁场强度从m H 到m H −过程类似。
这样形成一个闭合的磁滞回线。
C Hm Hm Bm B −m H − C H − r B − r B逐渐增加m H 值，可以得到一系列的逐渐增大的磁滞回线，如图7－2所示。
把原点与每个磁滞回线的顶端a 1，a 2，a 3，a 4…连接起来即得到基本磁化曲线。
如图7－2中oa 段所示。
当H m 增加到一定程度时，磁滞回线两端较平，即.H 增加，B 增加很小，在此时附近铁磁材料处于饱和状态。
电机学问答题
磁路1.★电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？答：电机和变压器的磁路常采用硅钢片制成，它的导磁率高，损耗小，有饱和现象存在。
2.★磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与那些因素有关？答：磁滞损耗由于B交变时铁磁物质磁化不可逆，磁畴之间反复摩擦，消耗能呈而产生的。
它与交变频率f成正比，与磁密幅值3“的a次方成正比。
p h = C llt/By涡流损耗是由于通过铁心的磁通*发生变化时，在铁心中产生感应电势，再由于这个感应电势引起电流（涡流）而产生的电损耗。
它与交变频率f的平方和3”的平方成正比。
p,=c*B；y3.什么是软磁材料？什么是硬磁材料？答：铁磁材料按其磁滞回线的宽窄可分为两大类:软磁材料和硬磁材料。
磁滞回线较宽，即矫顽力大、剩磁也大的铁磁材料称为硬磁材料，也称为永磁材料。
这类材料一经磁化就很难退磁，能长期保持磁性。
常用的硬磁材料有铁氧体、枚铁硼等，这些材料可用来制造永磁电机。
磁滞回线较窄，即矫顽力小、剩磁也小的铁磁材料称为软磁材料。
电机铁心常用的硅钢片、铸钢、铸铁等都是软磁材料。
4.磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答："缶，其中：卩为材料的磁导率」为材料的导磁长度；A为材料的导磁面积。
磁阻的单位为A/Wb。
5.说明磁路和电路的不同点。
答：1）电流通过电阻时有功率损耗，磁通通过磁阻时无功率损耗；2）自然界中无对磁通绝缘的材料；3）空气也是导磁的，磁路中存在漏磁现象；4）含有铁磁材料的磁路几乎都是非线性的。
6.★说明直流磁路和交流磁路的不同点。
答：1）直流磁路中磁通恒定，而交流磁路中磁通随时间交变进而会在激磁线圈内产生感应电动势；2）直流磁路中无铁心损耗，而交流磁路中有铁心损耗；3）交流磁路中磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。
7.基本磁化曲线与起始磁化曲线有何区别？磁路计算时用的是哪一种磁化曲线？答：起始磁化曲线是将一块从未磁化过的铁磁材料放入磁场中进行磁化，所得的B=f （H）曲线；基本磁化曲线是对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点连接所得的曲线。
电机学总结
（换向器式直流电机）直流电动势换向器配合电刷电枢绕组感应电动势−−−−−−→−第二章直流电机2.1概述一、直流电机的工作原理电枢铁心气隙换向片换向器电枢电刷●增加线圈个数并按一定规律串联起来减少导体中感应电动势的脉动●电刷和磁极的位置相对静止●从电机的端口看，电机作发电机或电动机运行的区别在于电流方向发生变化发电机惯例电动机惯例二、直流电机的主要结构部件⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧换向器电枢绕组电枢铁心转子（电枢）机座电刷装置换向极主磁极定子三、直流电机的额定值1、额定功率P N （额定输出功率）6、额定转速n N 2、额定电压U N7、额定效率ηN 3、额定电流I N8、额定转矩T N 4、额定励磁电压U fN 9、额定温升τM5、额定励磁电流I fN2.2直流电机的电枢绕组一、基本特点绕组元件（元件）元件边端接虚槽S=K=Z i1、第一节距y 1（长距、短距、整距）2、第二节距y 23、合成节距y4、换向器节距y k（左行绕组、右行绕组）二、单叠绕组（1）节距计算（2）绕组连接表（3）绕组展开图每个主极下的串联元件总是构成一条电动势方向相同的支路几何中性线——电机空载时此处的径向磁场为零)(00F f =Φ)(0δF f =Φ（4）电刷放置电刷放置的一般原则：确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，被短路的元件中的电动势为零。
换向器上的几何中性线对应于一个主极，换向器上便有一条几何中性线●电刷应固定放置在换向器上的几何中性线上（5）绕组并联支路并联支路数等于主极数2a=2p三、单波绕组)2(2ττ≠≈y y 同极下的所有元件总是串联成一条支路，即两条并联支路的电路结构始终保持不变2a=2●换向器上的几何中性线：当元件轴线与主极轴线重合时，该元件所接两换向片之间的中性线。
●仍然放置2p 组电刷→降低电刷上的电流密度四、电枢绕组的均压线●将直流电枢绕组中理论上电位相等的点用均压线连接起来，保证电流在各支路均匀分配均压节距2.3直流电机的磁场一、直流电机按励磁方式分类1、他励直流电机2、并励直流电机3、串励直流电机4、复励直流电机二、直流电机的空载磁场主磁场1、磁通与磁动势主磁通漏磁通主极漏磁系数五段式主磁路结构2、主磁场分布气隙磁密为一平顶波3、磁化曲线∙直流电机的磁化曲线：电机的主磁通与励磁磁动势的关系曲线∙气隙磁化曲线（气隙线）∙饱和系数个三、直流电机的电枢磁场1、电刷在几何中性线上∙电刷正规的放置方法——“在几何中性线上”∙忽略铁磁材料磁压降，电枢磁动势Ax x aD ai a N a D a i a xN x a F ===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ππ221)(三角形)()(00x F x B δμδ'=)(0)()(a 0)(a 0)(a x Axx x H x H x B δμδμμ===∙电刷在几何中性线上时，电枢磁动势的轴线也在几何中性线上，恰与主极轴线正交∙交轴电枢磁动势2τA a F aq F ==∙磁通密度沿气隙的分布马鞍形2、电刷偏离几何中性线交轴磁动势最大值)2(aq βτb A F -=直轴磁动势最大值βAb F =ad 四、电枢反应电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应1、交轴电枢反应物理中性线∙交轴电枢反应不但使气隙磁场畸变，而且还有去磁作用3、直轴电枢反应直轴电枢磁场轴线与主极轴线重合→影响每极磁通的大小（发电机顺去逆助）五、感应电动势和电磁转矩1、感应电动势电动势常数ΦΩ=Φ=Φ=T C n E C n apN E 60a 2、电磁转矩转矩常数a a 2a T em I C I apN T Φ=Φ=π3、电动势常数与转矩常数的关系302/60/ππ==aa pN a a pN C C TE 2.4直流发电机的基本特性一、基本方程1、电动势平衡方程2、功率平衡方程电磁功率电功率平衡方程（可变损耗）总的功率平衡方程（不变损耗）发电机的效率3、转矩平衡方程)()()(a 0x B x B x B δ合成气隙磁密波形密分布电枢磁场产生的气隙磁空载气隙磁密分布→+⎪⎩⎪⎨⎧+==+=+=f a f f j f f a a )(I I I R I r r I U R I U E 电流方程励磁回路电枢回路ΩT EI P em a em ==cu 2cua cuf 2em p P p p P P +=++=0em ad Fe mec em 1p P p p p P P +=+++=100%-1100%112⨯∑=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛P p P P η0em 10em 1T T T ΩP ΩP ΩP +=+=二、他励发电机的运行特性可测得物理量：端电压U ，负载电流I ，励磁电流I f 和转速n 等1、空载特性当n=常值、I=0时，的关系曲线空载特性曲线是电机最基本的特性曲线，是电机设计制造情况（即材料利用率和磁路饱和度）的综合反映无论是何种励磁方式的直流电机，其空载特性曲线均由他励接线方式测定2、负载特性当n=常值、I=常值时，的关系曲线相同励磁电流作用下，不同负载电流的端电压不同①电枢电阻上的压降②电枢反应的去磁作用特性三角形3、外特性当n=常值、I f =常值时，的关系曲线随负载电流增大而下垂的曲线电枢回路上的压降和电枢反应的去磁效应都随电流增加而增加电压变化率4、调节特性当n=常值、U=常值时，的关系曲线调节特性随负载电流增大而上翘要保持端电压不变，励磁电流必须随负载电流的增加而增加，以补偿电枢反应的去磁作用，并且由于铁磁材料的饱和影响，励磁电流增加的速率还要高于负载电流。
直流电机的运行特性
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线饱和与未饱和的转折点,又称 为膝点。
0
I fN
If0 If F f 0 IN
2 直流电机负载时的负载磁场 直流电机带上负载后，电枢绕 组中有电流，电枢电流产生的磁动 势称为电枢磁动势。电枢磁动势的 出现使电机的磁场发生变化。
I Ia
U
G
I Ia
If
Uf
2、并励： 电机的励磁绕组与电枢 绕组并联。且满足
3、串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。 满足
Ia = I+ I f
Ia = I f = I
I
U
Ea
I
U
If
If
Ia
Ea Ia
4、复励：
并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕 组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。
T1 Tem T0
功率平衡方程
励磁铜损 耗
铁损,包括 磁滞和涡 流损耗 机械损耗
电枢的 铜损耗
附加损耗
3、他励直流电发电机的运行特性
3个主要物理量： 电枢端电压U 励磁电流If 负载电流I=Ia
运行特性即：3个量，保持其中1个不变，其余2 个物理量之间的关系。
(1) 空载特性
3 改善换向的主要方法：
装置换向磁极 安装换向磁极是目前改 善换向的有效方法。其 基 本 原理 是利 用 换向 磁 极产生的磁动势方向与 电枢反应磁动势的方向 相反，大小略大于电枢 反 应 磁动 势 。 这 就使 换 向磁动势可以抵消电枢 反应磁动势，剩余的换 向磁动势产生的磁通会 在换向元中产生感应动 势，其方向正好与电抗 电势相反，迭加的结果 可抵消。从而消除火花， 改善换向。
电机及拖动试题一及答案
电机及拖动试题⼀及答案电机及拖动试题(⼀)⼀、单项选择题1、在直流电机的公式E a=C eΦn以及T e=C TΦI a中，Φ指的是( )A、每极合成磁通量B、所有磁极总磁通量C、主磁通每极磁通量D、每对极合成磁通量2、造成他励直流电动机固有机械特性是⼀条略微下垂的直线原因是（）A、负载转矩B、电源电压C、⽓隙磁通D、电枢电阻降压3、⼀台50Hz三相感应电动机的转速n=720r/min,则该电机的极数以及同步转速为（）A、4极，1500r/minB、6极，1000r/minC、8极，750r/minD、10极，600r/min4、⼀台50Hz三相感应电动机的拖动额定恒转矩负载运⾏时，若电源电压下降10%，则此时电动机的电磁转矩T a为（）A、T aNB、0.81T aNC、0.9T aND、＞T aN5、在三相感应电动机等效电路中，其中附加电阻（1-s)/(sR2＇)上所消耗的电功率等于（）A、输出功率P2B、输⼊功率P1C、电磁功率P mD、总机械功率PΩ6、⼀台绕线式感应电动机，在恒定负载下，以转差率s运⾏，当转⼦边串⼊电阻R=2R2＇（R已折算到定⼦边0,测得转差率将为（）A、等于原先的转差率s B 、三倍等于原先的转差率sC、两倍等于原先的转差率sD、⽆法确定7、如果有⼀台三相感应电动机运⾏在转差率s=0.25的⼯况下，此时通过⽓隙传递的功率有（）A、25%的转⼦铜耗B、75%是转⼦铜耗C、75%是输出功率D、全机械功率8、三相感应电动机与电磁转矩的⼤⼩成正⽐的是（）A、电磁功率B、输出功率C、输⼊功率D、全机械功率9、电机⽓隙应取尽可能⼩的主要⽬的是（）A、减⼩附加损B、提⾼功率因素C、减⼩电机体积D、提⾼运⾏可靠性10、不能作为降低⿏笼型异步电动机堵转电流的⽅法是（）A、降低电源电压B、定⼦边串接电抗C、定⼦绕组接法D、绝缘等级11、绕线式异步电动机转⼦串电阻调速的机械特性所具有的特点是（）A、串接电阻越⼤，堵转转矩越⼩B、最⼤转矩提⾼C、转差率与转⼦总电阻成正⽐D、串接电阻越⼤，堵转转矩越⼩12、已知⼀台直流电动机的额定数据如下：额定功率P N=160KW，额定电压U N=220V，额定效率ηN=90%，额定转速ηN=1500r/min，则该电机的额定电流为（）A、0.539安B、0.08安C、727安D、808安13、⼀台他励直流电动机的额定功率P N=20KW，额定电压U N=220v,额定电流I N=78.8A，额定转速ηN=1500r/min，电枢回路总电阻R a=0.2Ω，则该电动机的理想空载转速为（）14、他励直流电动机电枢回路串电阻后，其理想空载转速具有特点为（）A、不变B、增⼤C、减⼩D、为015、直流电动机中电枢电阻调速⽅法的调速范围只能在（）A、零以上B、零与基速之间C、基速以上D、基速以下16、⼀台串励直流电动机在某⼀负载转矩时，电流I=40A，转速n=1000r/min，电枢电阻R f=0.08Ω，线路电压为110v，不计磁场的饱和效应。
内燃机车电工练习题(高级)
机车电工（内燃）高级练习题(一)填空题1．直流电动机的特点是可以在宽广的范围内实行（）。
2．直流电动机起（），适用于带负荷起动以及经常调速和反转的场合。
3．直流电动机最大的弱点是（）问题。
4．直流电机必须通过电枢绕组与（）相互作用才能实现能量转换。
5．串励电动机的主要特点是它的主磁通随（）变化。
6．在直流电动机中，电刷两端虽然加的是直流电源，但在电刷和换向器的作用下，电枢绕组内部却变成了（）。
7．在直流电机中，电枢铁芯是电机磁路的一部分，也是承受（）作用的部件。
8．在直流电机中，电枢在磁场中旋转时，在电枢铁芯中将产生涡流和（）。
9．直流电机换向器的作用是（）。
10．牵引电动机某些换向片间电压过高而产生的火花称（）。
11．东风4B型内燃机车是（）电力传动、干线客、货两用内燃机车。
12．东风4B型内燃机车的额定功率为（）kw。
13．牵引电动机环火和伴之而来的飞弧将使电机产生一个很大的（），使环火电机所驱动的动轮踏面严重擦伤。
14．同步牵引发电机中凡是通过气隙经过（）闭合的磁通都叫主磁通。
15．机车牵引力按机械功的传递顺序，机车牵引力分为（）、轮周牵引力、车钩牵引力。
16．在选择电机时，应根据负载的要求，应该尽可能使电机运行在（）附近。
17．在多极直流电机的单叠绕组中，为了在一定程度上消除环流的不良影响，将电枢绕组中理论上电位相等的点用（）连接起来。
18．直流发电机将机械能转换为电能，电动机将电能转换成机械能，其必要条件之一是必须具有（）。
19．直流电机空载时，电枢电流为零，只有（）中存在电流。
20．直流电机的磁化曲线是指电机主磁通与（）的关系曲线。
21．直流电机负载运行时，电枢绕组中通过电流，所产生的磁场称为（）。
22．直流电机电枢电流的方向以（）为分界线。
23．直流电机电枢磁通的方向与电枢导体电流方向符合（）定则。
24．直流电机电刷不在几何中心线上时，除（）磁势外，还有直轴电枢磁势。
25．直流电机的感应电势是指电机（）电刷间的电势。