电机学答案整理

一、总论

1.极限磁滞回线与纵坐标的交点称为剩余磁通密度Br，与横轴交点称为矫顽磁

力Hc。根据矫顽磁力的大小，磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。

Hc小的为软磁材料，它容易被磁化，在较低的外磁场作用下就能产生较高的磁通密度，一旦外磁场消失，其磁性也基本消失，电机中应用的导磁体，如电工钢片、铸钢、铸铁等均系软磁材料。

Hc大的为硬磁材料，它不容易被磁化，也不容易去磁。一经磁化，当外磁场小时后，它能保持相当强且稳定的磁性。硬磁材料常在电机中用作永久磁铁，以便在没有线圈电流产生磁动势的情况下为电机提供一个恒定磁场。（P7）

极限磁滞回线与纵坐标的交点称为剩余磁通密度Br，与横轴交点称为矫顽磁力Hc。根据矫顽磁力的大小，磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。

2.当导磁材料位于交变磁场中被反复磁化时，材料内部的B、H关系便成磁滞回线。此时，到此材料中将引起能量损耗，称为铁心损耗。铁心损耗分为：磁滞损耗和涡流损耗。

磁滞损耗是导磁体反复被磁化，其分子运动摩擦所消耗的能量。

铁心本身既是导磁体又是导电体，，交变磁场在铁心中要感应电动势，它将引起在铁心中流通的涡电流，涡流在铁心中产生焦耳损耗，即涡流损耗。（P7-P8）

3．当一位于磁场中的线圈的磁链发生变化时，线圈中将产生感应电动势。线圈中的磁链的变化，有以下两种方式：

纯粹由于磁链本身随时间变化而感应的电动势称为变压器电动势。

磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈磁链的变化，这样产生的电动势称为运动电动势或速度电动势。（P10-11）

4．当电枢绕组中有电流流通时，载流的电枢导体和气隙磁场相互作用，将使电枢受到一个电磁转矩。

电磁转矩在电动机中是用来带动机械负载的驱动转矩，在发电机中就是所谓阻转矩。（P35.P12）

5. 气隙磁场中主要是主磁极所建立的主磁场，空载时，气隙磁场由主磁极励磁磁动势单独产生。

磁场的磁能主要储存在空气隙中。所以气隙磁场中磁场能量的数值，直接决定着电机可能转换功率的大小，也关系到电机性能的好坏。合理地确定电机各部分的尺寸及选择工作磁通密度，是气隙磁场具有足够的能量，是设计电机时的主要依据之一。（P9.P32）

二、直流电机

1.2ΔU为电枢电流流过正负两电刷与换向器接触电阻产生的电压降。因为碳—

石墨与铜质换向器的接触电阻是非线性电阻，它随流过的电流的大小甚至流向而变化，具有电流大时阻值小，电流小时阻值大的特性，故电流和该种接触电阻的乘积及电刷接触电阻电压降ΔU却可认为是常数。因此，通常将这

接触电阻自Ra中移出，以ΔU表示于电压方程式中。一般取2ΔU=2V。

2.电动机的转速可由以下三种方法调节：

（1）调节励磁电流以改变每极磁通Φ（改变Rf）。调速范围较大，铜耗亦小。最简便经济有效。

（2）调节外施电源电压U。这要求该电动机有专用独立的电源。

（3）电枢回路引入可调电阻RΔ以增大Ra。在功率回路中，所以会增大焦耳损耗，降低效率。（P46）

3. 主磁通是经过转子的定子磁力线产生的，能够在旋转的电枢绕组中感应出电动势，并产生电磁转矩；主磁通可以由定子电流单独产生。也可以由定、转子电流共同产生。主磁通路径的磁导率随饱和程度而变化，与之对应的励磁电抗不是常数。漏磁通也是定子发出的闭合磁力线产生，但不经过转子，因此这部分磁力线不做功，不产生电动势和电磁转矩它只是增加主磁极磁路的饱和程度，漏磁通路径的磁导率为常数，与之对应的定子漏电抗、转子漏电抗是常数。。

4. 饱和现象：磁化强度不随磁场强度的增加而显著增大。饱和现象是发电机能够自励的必要条件之一（另一条件是空载特性具有剩磁电压U0r），使得发电机自励时最终能建立起稳定的电压。

5. E=CenΦ，可见电刷电动势除了正比于每极磁通和电机转速外，亦和电机的绕组结构密切相关。（P34）

三、变压器

1.三次谐波电流的频率是基波频率的3倍，f3=3f1.这个电流只有在三相变压器

Y接时不能流通。

2.误将50HZ变压器接到直流电源将有什么后果？接到60HZ电网呢？

220V/110V变压器的高低压端接反呢？

答：接在直流电源则只有微小的电阻来限流，变压器初级绕组将迅速烧毁。接至60Hz 电网，变压器仍能保持其基本性能，未在同样大小的外施电压下，铁心磁密降低，材料未能充分利用，此时变压器的铁心损耗亦将减小6.5%左右。如果高低压断接反，即220V电源接到低压侧即110V绕组上的时候，由于110V绕组的阻抗比较

小，而电压有高出很多，所以该绕组电流将大大超出额定电流值，使得该绕组发热，然后烧毁。

3. N1I1=N2I2的作用：传递能量。

4. 空载试验测定励磁阻抗Zm。短路试验测定短路阻抗Zk。

空载损耗约等于铁耗。短路损耗约等于铜耗。

5. 为什么通常在做空载试验是电源加在低压侧而高压侧开路？做短路试验时电源

加在高压侧而低压侧短路？

答：因为空载试验时电源侧应加上额定电压，短路试验时电源侧加上应使短路侧电流达到额定值，所以这样安排时，空载试验时电源用低压侧的额定值。而空载电流在低压侧亦较大些；短路试验时加上的是额定电压的10%左右的，而且高压侧的额定电流相对较小。所以这样安排既安全又容易选择测量仪表。

6. 对变压器并联运行有什么要求和满足这些要求的条件。

答：为防止环流：(1)各变压器要有相同的等级；

（2）各变压器要有相同的连接组别；

为充分利用容量：（1）各变压器要有相同的短路电压标幺值；

（2）一般要求各变压器容量之比不超过1:3。

7. 当f变大，铁耗减小，漏抗增大，电压变化率增大。具体数值算法依照以下分析：E=4.44fNBS这个公式中E是电源电压,f是施加的频率,N是绕组的匝数,B是磁通密度,S是铁芯截面。在这个公式上可以看出N绕组的匝数和S铁芯截面是恒定不变的，那么可以变的就三个参数一个是E电源电压,f施加的频率,B磁通密度。现在一次侧电压不变,f施加的频率增加,从公式可以看出B磁通密度减小.。阻抗XL=ωL=2πfL ,由公式可以看出,L不变,而频率f增加,那么阻抗就增加。进而得知电流减小，Pfe=I0的平方*r0，故减小。

四、异步电机

1．异步电机定子铁槽中放置的是交流绕组。交流绕组应具有两个主要功能：其一是当绕组流过交流电流时，产生幅值大、波形好的合成磁动势，以激励电机工作所要求的旋转磁场；其二是当与旋转磁场作用时，能感应出幅值大波形好的电动势。

与直流绕组的区别：直流绕组一定是闭合绕组设置在转子，且带有换向器。交流绕组则可以是开启绕组也可以是闭合绕组。可设置在定子或转子，如设置在转子则带有滑环。

2．脉动磁动势的时空函数：Fm1sinωt sinx=1/2Fm1sin（ωt-x）+1/2Fm1cos（ωt+x-π）

3. 单相绕组产生的是脉动磁动势，脉动频率等于电流的频率。三相绕组产生的是圆形或者椭圆磁动势，如是三相对称绕组，产生圆形磁动势，幅值为每相脉动磁动势振幅的3/2倍，转速为同步转速。直流磁动势不随时间空间而变化。

4.三相笼型异步电动机在启动时启动电流很大，但启动转矩并不大，这是什么原因？答：启动电流很大的原因是：刚启动时，转差率s最大，转子电动势E也最大，因而启动电流很大。启动转矩不大的原因有两方面：一是因电磁转矩取决于转子绕组电流的有功分量，启动时，s=1，转子漏电抗最大，转子侧功率因数很低（0.3左右），因而，启动时转子绕组电流有功分量很小；二是启动电流大又导致定子绕组的漏阻抗压降增大，若供电电源容量小，还会导致电源输出电压下降，其结果均使每极气隙磁通量下降，进而引起启动转矩的减小。

5.增大异步电机的空气隙，使其漏抗增加，故最大转矩减小，启动电流减小，启动转矩减小，但空载电流不变。6．异步电动机的两个重要里能指标η与cosΦ的最大值均出现在额定负载附近，因此轻载下运行效率和功率因素低，电能使用率低，故不应长时间轻载运行。当然轻载运行对电机本身是没有损害的。

五．同步电机

1. 同步电机转子需励磁，异步电机不需。同步电机的转速为电网频率决定的同步转速，异步电机的转速略低于同步转速，负荷越大转速稍低。异步电机投入电网即能起动，同步电机需另加起动绕组或用外力起动。

2. 汽轮发电机与水轮发电机的区别：汽轮机高速，所以发电机p=1,机体相对细长，直径相对小些可降低转子高速旋转引起的离心力，有利于转子材料的选用，汽轮发电机都是卧式的。水轮机转速低，所以发电机的极数多达几十对，转子直径必需大，才能安置大量的磁极。水轮机是立式的，故水轮发电机组都是立式的，相应要求配置结构复杂的推力轴承。

3.为什么同步电机的气隙大于异步电机：气隙的大小是相对的。气隙大小直接关系到相应电抗的大小。气隙的大小要视它对电机性能的影响来确定。感应电机由定子单边励磁，气隙小，电抗大，可减小滞后性质的励磁电流。有利于其电气性能。同步电机是双边励磁，用减小气隙增大电抗来限制交流励磁电流的必要性就不大，而且气隙小同步电抗大，对同步机的稳定性不利。但气隙过大，电抗小，会引起较大的故障短路电流，亦是不利的。电抗大小还与过载能力，电压调整率有关。因此要综合考虑来选择气隙尺寸。当然，同时亦要注意到制造工艺等问题。综上所述，同步机气隙长度一般远大于感应机的气隙长度。

4.同步电抗主要对应于电枢反应磁通。它的物理意义为，电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电动势可以把它看成是相电流产生的一个负电抗电压降，这个电抗便是电枢反应电抗，而在实际应用中，往往不把Xa+Xσ分开，直接应用同步电抗Xs。

5.同步电机的同步电抗和感应电机的励磁电抗性质相仿，但因同步电机的气隙较长，在数值上要比感应电机的励磁阻抗小。

6. 并车满足的条件：

（1）发电机的和电网的相序必须一致。

（2）发电机的和电网的频率相近。

（3）发电机的E0和电网电压U两者大小相等。

检验方法：灯光黑暗法、灯光旋转法。

7. 功角为定子合成磁场与转子磁场间的空间夹角——空间向量Ff1与Fσ之间的相位角。

转子磁场感应E0，定子合成磁场感应E——时间向量E与E0之间的相位角亦是功角。

当总功率不变的情况下，功角变大，无功功率变小，有功功率增大。过励状态下，无功功率呈感性，欠励状态下，无功功率呈容性。

8.并网后，P不变，调节励磁电流。

当调节励磁电流是空载电动势为E01时，即正常励磁。当调节励磁电流使空载电动势增大，即过励状态，功角随励磁增大而减小。当调节励磁电流使空载电流小于E01，功角随励磁减小而增大，当功角=90度时，已处于静态稳定极限状态。过励状态下，无功功率呈感性，欠励状态下，无功功率呈容性。可见，当发电机与无穷大电网并联时，调节励磁电流的大小，就可以改变发电机输出的无功功率的大小和性质。