电机学-习题答案

些主要特性？答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。

这类材料应具有导磁性能高、磁导率大、铁耗低的特征。

0.2在图0.3中，当给线圈1N 外加正弦电压1u 时，线圈1N 和2N 中各感应什么性质的电动势？电动势的大小与哪些因素有关？答：当给线圈1N 外加正弦电压1u 时，线圈1N 中便有交变电流流过，产生相应的交变的磁动势，并建立起交变磁通，该磁通可分成同时交链线圈1N 、2N 的主磁通和只交链线圈1N 的漏磁通。

这样，由主磁通分别在线圈1N 和2N 中感应产生交变电动势21,e e 。

由漏磁通在线圈1N 中产生交变的σ1e 。

电动势的大小分别和1N 、2N 的大小，电源的频率，交变磁通的大小有关。

0-3 感应电动势=e dt d ψ-中的负号表示什么意思？ 答：dt d e ψ-=是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应定律的数学描述可表示为dtd Ne Φ-=；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有L Li ,=ψ为常数，则可写成dt diL e -=。

0.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。

答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特点：1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗3）由于G 导约为G 绝的1020倍，而Fe μ仅为0μ的4310~10倍，故可认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；4）电路中电阻率ρ在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率μ随B 变化，即磁阻m R 随磁路饱和度增大而增大。

0.5电机运行时，热量主要来源于哪些部分？为什么用温升而不直接用温度表示电机的发热程度？电机的温升与哪些因素有关？答：电机运行时，热量主要来源于各种损耗，如铁耗、铜耗、机械损耗和附加损耗等。

当电机所用绝缘材料的等级确定后，电机的最高允许温度也就确定了，其温升限值则取决于冷却介质的温度，即环境温度。

在电机的各种损耗和散热情况相同的条件下，环境温度不同，则电机所达到的实际温度不同，所以用温升而不直接用温度表示电机的发热程度。

电机的温升主要决定于电机损耗的大小、散热情况及电机的工作方式。

0.6 电机的额定值和电机的定额指的是什么？答：电机的额定值是指电机在某种定额下运行时各物理量的规定值；而电机的定额是指制造厂按国家标准的要求对电机的全部电量和机械量的数值及运行的持续时间和顺序所作的规定。

0-7 在图0-2中，已知磁力线l 的直径为10cm ，电流I 1 = 10A ，I 2 = 5A ，I 3 = 3A ，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？答：平均磁场强度mA m A DI I I l I H /2.381.0/)3510(/)(/321=⨯-+=-+=∑=ππ0.8 在图0.8所示的磁路中，线圈21N N 、中通入直流电流21I I 、，试问：（1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？（2） 2N 中电流2I 反向，总磁动势又为多少？（3） 若在图中b a ,处切开，形成一空气隙δ，总磁动势又为多少？（4） 比较3,1两种情况下铁心中的H B ,的相对大小，及3中铁心和气隙中H 的相对大小？解：（1）22111N I N I F -=（2）22112N I N I F +=（3）221113N I N I F F -==不变（4）由于31F F =，而31m m R R <<所以31φφ>>，31B B >>，31H H >>。

其中 11111H B R F m 、、、、Φ和 33333H B R F m 、、、、Φ 分别 图0.8 表示3,1两种情况下的各物理量。

在（3）中，δB B Fe =，由于0μμ>>Fe ，所以0μμδδB H B H Fe Fe Fe =<<=。

0-9 两根输电线在空间相距2m ，当两输电线通入的电流均为100A 时，求每根输电线单位长度上所受的电磁力为多少？并画出两线中电流同向及反向时两种情况下的受力方向。

解：由H B I R H 0,2.μπ==，得每根输电线单位长度上所受的电磁力为m N lI R I BlI f .1022110010423270--=⨯⨯⨯⨯===πππμ当电流同向时，电磁力为吸力；当电流反向时，电磁力为斥力。

如下图所示：0-10 一个有铁心的线圈，线圈电阻为2Ω。

将其接入110V 交流电源，测得输入功率为22W ，电流为1A ，试求铁心中的铁耗及输入端的功率因数。

解：w p p p cu Fe2021222=⨯-=-∑=2.0111022cos =⨯==S P ϕ第一篇 变 压 器第 1 章1.1变压器是根据什么原理进行电压变换的？变压器的主要用途有哪些？种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。

变压器的主要用途有：变压器是电力系统中实现电能的经济传输、灵活分配和合理使用的重要设备,在国民经济其他部门也获得了广泛的应用，如：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器,在电力系统做测量用）、特种变压器（如调压用的调压变压器、试验用的试验变压器、炼钢用的电炉变压器、整流用的整流变压器、焊接用的电焊变压器等）。

1.2 变压器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。

绕组由铜或铝绝缘导线绕制而成，是变压器的电路部分。

绝缘套管:变压器的引出线从油箱内部引到箱外时必须通过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。

油箱：存放变压器油。

分接开关，可在无载下改变高压绕组的匝数,以调节变压器的输出电压。

1.3铁心在变压器中起什么作用？如何减少铁心中的损耗？答：铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。

为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成，其厚度为5mm .0~35mm .0，两面涂以厚23mm .0~02mm .0的漆膜，使片与片之间绝缘。

1.4 变压器有哪些主要额定值？原、副方额定电压的含义是什么？答：变压器的主要额定值有：额定容量N S 、额定电压N U 1和N U 2、额定电流N I 1和N I 2 、、额定频率N f 等。

原、副方额定电压的含义是指：正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压N U 1；二次侧的额定电压N U 2是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。

对三相变压器，额定电压、额定电流均指线值。

A U S I N N N 9.274105.10310500033322=⨯⨯⨯==第 2 章2.1 在研究变压器时，原、副方各电磁量的正方向是如何规定的？ 答：从原理上讲，正方向可以任意选择，但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。

通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。

具体原则如下：（1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致；（2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则；（3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。

2.2 在变压器中主磁通和原、副边绕组漏磁通的作用有什么不同？它们各是由什么磁动势产生的？在等效电路中如何反映它们的作用？答：（1）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用；而漏磁通不起传递能量的作用，仅起压降作用。

（2）空载时，有主磁通和一次侧绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励产生；负载时有主磁通，一次侧绕组漏磁通，二侧次绕组漏磁通。

主磁通由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即2.1.0.F F F +=激励产生，一次侧绕组漏磁通由一次绕组磁动势1.F 激励产生，二次侧绕组漏磁通由二次绕组磁动势2.F 激励产生。

（3）在等效电路中，主磁通用励磁参数m x 来反映它的作用，一次侧漏磁通用漏电抗σ1x 来反映它的作用，而二次侧漏磁通用漏电抗σ2x 来反映它的作用。

2.3为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时激磁电流呈何种波形？当铁心饱和时情形又怎样？答：为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时，因为磁化曲线是直线，励磁电流和主磁通成正比，故当主磁通成正弦波变化，激磁电流亦呈正弦波变化。

而当铁心饱和时，磁化曲线呈非线性，为使磁通为正弦波，励磁电流必须呈尖顶波。

2.4变压器的外加电压不变，若减少原绕组的匝数，则变压器铁心的饱和程度、空载电流、铁心损耗和原、副方的电动势有何变化？答：根据m fN E U Φ=≈11144.4可知,1144.4fN U m =Φ,因此,一次绕组匝数减少,主磁通m Φ将增加，磁密S B mm Φ=，因S 不变，m B 将随m Φ的增加而增加，铁心饱和程度增加；由于磁导率μ下降。

因为磁阻S lR m μ=，所以磁阻增大。

根据磁路欧姆定律 m m R N I Φ=10，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗2.12f B p m Fe ∝，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所以根据m fN E U Φ=≈11144.4，所以原方电动势基本不变，而副方电动势则因为磁通的增加而增大。

2.5一台额定电压为V 110/220的变压器，若误将低压侧接到V 220的交流电源上，将会产生什么后果？答：根据m fN E U Φ=≈11144.4可知,此时主磁通增加接近2倍，磁路饱和程度大增，励磁电流将会大大增加，铁耗和铜耗增大，变压器过热。

同时噪声过大，振动明显。

2.6变压器折算的原则是什么？如何将副方各量折算到原方？答：折算仅仅是研究变压器的一种方法，它不改变变压器内部电磁关系的本质。

折算的原则是保证折算方折算前后所产生的磁动势不变。

副方各量折算方法如下： 将副方电流除以κ；副方感应电动势、电压乘以κ；漏阻抗、负载阻抗应乘以2κ。

2.7变压器的电压变化率是如何定义的？它与哪些因素有关？答：变压器的电压变化率定义为：当变压器的原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的空载电压与给定负载下副方电压的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即%100%100%2222220⨯-=⨯-=∆N N N U U U U U U U变压器电压变化率可按下式计算：%100)sin cos (%2*2*⨯+=∆ϕϕβK K x R U 。