电机与拖动习题及解答

第1章 电磁学基础知识

1.1 简答题

1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ⋅

-=、dt d e ψ-=、dt

d N

e Φ⋅-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？

答：式dt

d e ψ

-

=是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。

2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=

或dt

d N

e Φ

⋅=，试说明其原因。

3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？

答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N •I=φ•Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N •I ）空芯>>（N •I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。

4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？

5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？

6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？

7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？

8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？

1.2 分析题

1. 变压器原理图如图所示，试回答：

（1）当线圈N 1施加正弦电压U 1时，为什么在线圈N 1 及N 2中都会感应出电动势？

（2）当电流I s 增加时，标出这时N 1 及N 2中感应电动势的实际方向。

答：

（1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2所交链的磁链以同一个频率交变，所以在N1和N2中都会感应出电动势。

（2）按右手螺旋关系，标出Ф在N1和N2中感应出电动势e1和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为

dt

d N

e Φ

1

1-=

dt

d N

e Φ

22-=

当电流 i 增加时，Ф也增加，0>dt

d Φ

，由以上表达式可知，01

第2章直流电机

2.1 简答题

1. 直流电动机的电枢绕组中为什么也有感应电动势？其方向与电流方向有何关系？他励直流发电机空载即电枢电流为零时，有没有电磁转矩？为什么？

答：直流电动机的电枢绕组旋转时，电枢导体切割气隙磁场，在电枢绕组产生感应电动势，其方向与电枢电流方向相反，称为反电动势。

他励直流发电机空载即电枢电流为零（Ia=0）时，根据T=CtФIa，故电磁转矩T=0.

2. 直流电机的电枢铁芯为什么必须采用硅钢片叠成，而机座和主磁极可以采用整块铁？为什么有的主磁极也采用薄钢板叠成？

答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减少铁耗，用硅钢片叠成。机座和主磁极的磁场是恒定的，故可以采用整块铁。

但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面的磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板叠成。

3. 什么是电机的可逆原理？接在直流电源上运行的直流电机，如何判别它是运行于发电机状态还是电动机状态？

答：同一台电机（直流、交流）由于外界使用条件不同，既可以作发电机运行，也可以作电动机运行。这个电机理论中普适的原理称为电机的可逆原理。

当端电压U<电枢电动势Ea，电枢电流Ia与Ea方向一致时，为发电机状态；当端电压U>电枢电动势Ea，电枢电流Ia与Ea方向相反时，为电动机状态；

4. 如果将电枢装在定子上，主磁极装在转子上，换向器和电刷如何安装，才能作直流电机运行？

答：这种结构是旋转磁极式，因电刷必须与主极相对静止，所以电刷也应装在转子上；而换向器必须与电枢相对静止，所以换向器应装在定子上。

5.直流电机电枢绕组是旋转的，而电枢绕组中的电流又是交流电，试问电枢电流所建立的磁场在空间上是恒定的还是交变或旋转的，为什么？

答：是恒定的。因为主磁极N或S下的电枢导体的电流方向不变。

6.直流电机的主磁通既交链电枢绕组，又交链励磁绕组，为什么只有电枢绕组中有感应电动势，而在励磁绕组中没有感应电动势？

答：主磁通对励磁绕组来说是恒定不变的，因此励磁绕组中没有感应电动势；主磁通对电枢绕组来说是交变的，故在电枢绕组中会产生感应电动势。

7. 如何改变他励和并励直流发电机的端电压极性？

答：他励：使电机反转；或将励磁电压反接；

并励：励磁绕组反接，同时将电机反转。

8. 什么是电枢反应？对电机有什么影响？

答：直流电机带上负载运行后，电枢里有电流流过，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场的出现有可能对主极磁场产生影响，这种影响称为电枢反应。电枢反应的结果是负载后每极下总的磁通量比空载时要少。而且电枢电流越大，这个现象越严重。

2.2 计算题

1. 某直流发电机的额定功率P N =145KW ，额定电压U N =230V ，额定转速n N =1450r/min ，额定效率η=90%，求该发电机的额定电流、额定运行时的输入功率？

解： )(630230

145000

A U P I I U P N N N N N N ===

⇒= )(1619

.0145000

kW P P N

N

IN ==

=

η

2. 某直流电动机的额定功率P N =22KW ，额定电压U N =220V ，额定效率η=83%，求该电动机的额定电流、额定运行时的输入功率？

解： )(48.12083

.022022000

A U P I I U P N

N N N N N N N =⨯=

=

⇒=ηη

)(5.26)(2650548.120220kW W I U P N N IN ==⨯==

3. 某四极直流电机，电枢槽数z=36，单叠绕组，每槽导体数为6，每极磁通为2.2×10-2Wb ，电枢电流为Ia=800A ，试问：电磁转矩和支路电流分别是多少？

解： 395

.342236

622=⨯⨯⨯==ππa pN C T

)

(35.605800102.2395.342m N I C T a T em ⋅=⨯⨯⨯==-Φ

支路电流：

A a I i a a 2004

8002===

4. 某他励直流电动机的额定电压U N =220V ，额定电流电流为I N =10A ，额定转速

n N =1500r/min ，电枢回路总电阻R a =0.5Ω，试求：