张俊芳 电机学思考题答案 南京理工大学

2-1直流电机的主磁路包括哪几部分？如何从电机的结构尺寸确定各段磁路的长度和截面积？五部分：磁轭、磁极、气隙、电枢齿槽、电枢铁心。

2-2何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通大小与哪些因素有关？主磁通：通过气隙同时与主极和电枢绕组交链的磁通，参与机电能量转换。

漏磁通：只与励磁绕组交链而不与电枢绕组交链的磁通，不参与机电能量转换。

漏磁通与电流频率、磁极结构、励磁绕组匝数、漏磁路磁阻等有关。

2-3直流电机的空载磁场在空间是如何分布的？为什么要把它化为等效的矩形波？为什么说直流电机的空气隙磁场是恒定磁场？磁极下B均匀，磁极间几何中心线处B=0；直流电机空载时气隙磁通密度分布波形为一个空间位置不变的平顶波；空气隙磁场由直流励磁电流产生，不随时间变化，是恒定磁场。

2-8为什么直轴电枢反应会产生直轴去磁作用？直轴电枢反应会不会产生增磁作用？由于磁路饱和，后极尖磁通量增加的数量小于前极尖磁通量减少的数量，总体磁通量减少。

当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。

电动机相反。

2-12一台四极电机原为单波绕组，如改绕成单叠绕组，并保持元件数、导体数、每个元件匝数、每槽并列圈边数不变，问该电机的额定容量要不要改变？其他额定值要不要改变？单波2p=4,p=2,a=1 单叠2a=2p=4,a=p=2额定容量Pem=E·Ia E=C E∅n C E=pN/60a E减小到1/2 Ia=2a·ia增大到2倍额定容量不变3-1如果没有磁饱和现象，直流发电机是否能自励？试作图说明。

如果没有磁路饱和现象，并励直流发电机不能自励。

因为如果没有磁路饱和现象，则电机的空载特性是一条直线，它样，它与励磁回路的伏安特性（也是一条直线）会有两种情况出现：①完全重合，使电机的端电压处于不稳定状态，无法运行；②不重合，即没有交点，无法实现自励建压。

3-2直流发电机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式以及功率平衡方程式各符合力学和电学哪些规律？KVL、力矩平衡、能量守恒3-3为什么直流发电机的电枢绕组元件中的电流是交流的，而电磁转矩的方向却是恒定的？电磁转矩方向总是与电枢转向相反。

3-4试述并励直流发电机电压建立过程中，电压建立的条件是什么？建立起来的电压大小受哪些因素影响？若根据运行要求，规定了某一直流并励发电机的极性和旋转方向，而必该发电机在电压建起后的极性与规定不符，应如何改正？建压条件：a.电机中要有剩磁；b.励磁绕组与电枢绕组并接正确；c.励磁回路总电阻应小于建压时临界电阻。

建立的电压受负载电流、转速等外界条件的影响。

极性相反可以通过对调励磁绕组的接线。

4-1在什么情况下并励电动机的转速特性是下降特性？在什么情况下为上升特性？为什么我们宁可要下降特性，而不要上升特性？电阻压降IaRa 影响大于电枢反应影响时，为下降特性。

电枢反应的去磁作用大于电阻压降IaRa 时，为上升特性。

具有下降特性的电动机能满足稳定运行条件，具有上升机械特性的电动机对于一般负载不能稳定运行。

4-4并励电动机在运行中如励磁回路发生断路将出现什么现象？为什么并励电动机可以空载运行，而串励电动机不能空载运行？当积复励电动机处在上述两种情况下又将如何？一方面引起电枢电流大幅度增加，使电动机烧毁；另一方面可能引起转速急剧升高，造成换向不良，使电动机转子造成破坏。

并励电动机空载运行时，其空载转速不会过高，串励电动机空载运行时，转速会很高，造成“飞车”事故。

4-6一台并励电动机，如果电源电压U 和拖动的负载转矩Tz 都不变，若减小励磁电流，试问电枢电流、转速，电动机的输入功率及输出功率将会怎样变化？电枢电流增大，转速上升，电动机输入功率减小，输出功率不变。

4-7为什么一方面要限制起动电流不致过大，另一方面又要注意不要把起动电流限制得过小？ 起动电流过大会损伤电机的电枢绕组，对电网也有较大的冲击。

根据电机的转矩表达式t a T C I =Φ知道，起动电流过小会使起动转矩减小导致电机无法正常起动。

4-8在调速过程中，电枢电流Ia 和转速n 如何变化？电枢电流Ia 增加时，转速n 将减小。

n =U−I a (R a +R j )C E ∅4-10并励直流电动机的起动电流取决于什么？正常工作时的电枢电流又取决于什么？起动电流取决于电压U 和电枢回路总电阻Ra ；正常工作时电枢电流取决于负载转矩的大小。

5-1为什么电力系统中广泛地应用变压器？试举例说明变压器在实际应用的例子。

变压器是一种静止的电力机械，它的主要作用是通过电磁感应把一种电压的交流电能转变为同频率的另一种电压的交流电能。

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）。

5-2变压器有哪些主要部件？各起什么作用？(1)铁芯：作为磁力线的通路，同时起到支持绕组的作用。

(2)绕组：作为电流的通路。

(3)油箱：作为变压器的外壳，油箱内充满油，起散热和绝缘作用。

(4)油枕：一方面起调节变压器油的作用，保证油箱内充满变压器油，同时减少变压器油与空气的接触面积，减缓油的劣化速度。

(5)调压装置：变换线圈的分接头，改变高低压线圈的匝数比，从而调整电压，使电压稳定。

分为无励磁调压和有载调压两种。

(6)呼吸器：装有吸附剂，用来吸收空气中的水分。

(7)防爆管：变压器内部故障时，释放压力，保护变压器油箱不被破坏。

(8)温度计：测量变压器上层油温。

(9)套管：它既是引线与地（外壳）的绝缘，又起到固定引线的作用。

5-3铁心在变压器中起什么作用？如何减少铁心中的损耗？变压器的铁芯是变压器的磁路。

铁芯中的损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。

可以用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成来减小损耗，叠片交接处不宜有太大的间隙。

5-4变压器运行时，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变压器的发热程度？变压器的温升与哪些因素有关？热源主要来源于原副边绕组中的铜耗和铁芯中的铁耗。

变压器正常运行时温度会稳定下来，为反映变压器的工作状态需要用温升来表示。

即实际温度与正常温度的差值。

温升与自生的运行电流，冷却装置和环境温度有关。

（变压器产生的总损耗和散热能力）5-5变压器有哪些主要额定值？一、二次额定电压的含义是什么？额定值I1N,I2N,U1N,U2N,S N,f NU1N：正常运行时规定加在一次侧的端电压。

U2N：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。

6-2变压器中主磁通和一、二次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？（1）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F0=F1+F2激励产生，一次侧绕组漏磁通由一次绕组磁动势F1激励产生，二次侧绕组漏磁通由二次绕组磁动势F2激励产生。

（3）在等效电路中，主磁通用励磁参数x m来反映它的作用，一次侧漏磁通用漏电抗x1δ来反映它的作用，而二次侧漏磁通用漏电抗x2δ来反映它的作用。

6-3变压器的励磁电抗Xm的物理意义何在？一般希望它大还是小好？如果是空气心，则Xm是增大了还是减小了？励磁电抗Xm对应于主磁通，它是表征铁芯磁化性能的一个物理量，主磁通所走的磁路是闭合铁芯，其磁阻很小，而电抗与磁阻成反比（与磁导成正比），所以Xm的值很大。

此外铁芯磁导率不是一个常数，它随磁通密度的增加而减小，所以Xm也减小。

我们希望磁导越高越好也就是希望Xm越大越好。

如果换成空气芯磁导减小，且为定值，所以Xm也减小且为定值。

6-4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、铁心损耗和一、二次侧的电动势有何变化？一次绕组匝数减少，主磁通将增加，铁心饱和程度增加；由于磁导率下降，磁阻增大。

根据磁路欧姆定律，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，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。

7-1三相变压器的连接组由哪些因素决定？（1）绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关；（2）绕组的连接方式有关。

7-2三相变压器组和三相心式变压器在磁路结构上有什么特点？高、低压侧相电动势、线电动势之间的相位关系、判断原则各是什么？三相变压器组磁路结构上的特点是各相磁路各自独立，彼此无关；三相心式变压器在磁路结构上的特点是各相磁路相互影响，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路。

7-3任何变压器连接组都可以用时钟表示法表示吗？为什么？可以。

时钟表示法是为了表示高低压绕组之间电压变化的时间差，因为两者时间差不会超过一个周期，所以都可以用时钟法表示。

7-4为什么大容量变压器常接成Yd而不接成Yy呢？为什么Yyn接法不能用于三相变压器组，却可以用于三相心式变压器？当三相变压器采用Yd连接时，3次谐波电流在一次侧不能流通，一、二次绕组中交链着3次谐波磁通，感应3次谐波电动势。

由于二次侧为d接法，三相大小相等、相位相同的3次谐波电动势在d连接的三相绕组内形成环流。

该环流对原有的3次谐波磁通起去磁作用，因此磁路中实际存在的3次谐波磁通及相应的3次谐波电动势是很小的，相电动势波形仍接近正弦波。

在三相组式变压器磁路结构中，由于各相磁路各自独立因而3次谐波磁通与基波论一样在主磁路中能够流通，其磁阻小，故3次谐波磁通较大，加之f=3f1，所以3次电动势相当大，导致相电动势波形严重畸变，所产生的过电压可能危害绕组的绝缘。

因此，三相变压器组不能采用Yy接。

在三相心式变压器的磁路结构中，由于三相磁路互相关联，因此各相大小相等、相位相同的3次谐波磁通不能在主磁路中流通，只能沿铁箱心周围的油箱壁等形成闭路，由于该磁路磁阻大，故3次谐波磁通很小，可以忽略不计，主磁通及相电动势仍可近似地看作正弦波。

因此，三相心式变压器可以接成Yy连接（包括Yyn连接）。

8-1变压器理想并联运行条件有哪些？1）原副边额定电压相等，即变比相同；2）连接组相同；3）短路阻抗标幺值相等；4）各变压器输出电流同相位。

8-2并联运行的变压器，如果连接组不同或变比不等会出现什么情况？连接组不同：当各变压器的一次侧接到同一电源、二次侧各线电压之间至少有30°的相位差，会在它们之间产生一电压差△U，作用在变压器二次绕组所构成的回路上，必然产生很大的环流（几倍于额定电流），它将烧坏变压器的绕组。