电机学_(孙旭东_著)_科技出版社_课后答案_电机学习题与题解 第一章 磁路
电机学PP(第一章)(3)
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（3）基本磁化曲线 ）
同一材料在不 同的Hm值下有不同的 磁滞回 线，选择不同 Hm反复磁化，得到一系列 的 磁滞回线 ，将其顶点连接起 来，即为基本 磁化曲线 。
Qφ ∝ B
H ∝I
可得：φ = f（I） 曲线
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关于铁耗
pFe = ph + pw
（1）磁滞损耗 经验与计算分析表明
ph − 磁滞损耗
µ0 = 常数 B = f (H) 为一直线
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（2）在铁磁材料中： 在铁磁材料中：
B = µH
µ不是常数 B = f (H) 为一曲线
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注意： 注意： 1. 图（ｂ）中，ｃ点称为拐点，拐点前称为非饱 非饱 和区（线性区）；拐点后称为饱和区。 饱和区。 和区 饱和区
问题：为什么铁磁材料的磁化曲线会有拐点呢？ 问题：为什么铁磁材料的磁化曲线会有拐点呢？
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2. 在设计电 机时 ，使其工 作在拐点 附近，工作在线性 C 区 说明铁 磁材 料没有充 分利用，电机体积 大， 费铁磁 ， 浪 材料 工作在饱和区，工 作电 虽然 流 增加很 多，但磁 感应强度几乎 不变，所以浪费电能， 浪费 也 铜线。
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三、磁滞性
将 块 未 化 铁 一 尚 磁 的 磁 材 放 磁 中 行 料 在 场 进 磁 化 反 磁 一 循 ， ， 复 化 个 环 形 一 滞 线 成 磁 回 abcdefa
∫ Hdl = ∑I
l i=1
n
i
注意：式中电流符号由 右手螺旋定则确定
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2. 磁路欧姆定律 右图是一个单框铁心磁路的示意图，根据 全电流定律有
因H = B µ， B = φ A 而 B φ 所以 Hl = l = l = Ni µ µA
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。
电机学(徐德淦)第一章答案
第一章直流电机思考题参考答案1.略2.因为电枢铁心中的磁通是随着电枢旋转而在改变，为减小它的铁心损耗，采用电工钢片叠成。
磁轭中的磁通为恒定的非交变磁通，不会引起涡流和磁滞损耗。
所以毋需用电工钢片可用工艺简单的方式，由铸钢或钢板制成。
3.在直流电动机中，换向器可保证每个主磁极下电枢导体中的电流方向与转子旋转无关，始终保持一个方向，这样电动机才有恒定的电磁转矩。
4.无头无尾成环状闭合的绕组称为闭合绕组。
相反，绕组有头有尾有缺口不成环状闭合的为开启式绕组。
简单看来如直流电机用开启式绕组则工作时有一半电枢绕组中没有电流流通。
除电机材料未充分利用外，还可能引起开口处发生火花等故障。
5. a.电刷可以引出的电势最大；b.电刷引出电势为0；c.电刷电势的大小介于a、b两种情况之间；d.设该电机有极对数为p，则电刷电势是一具有p个周期变化的交变电势；e.其时电势为频率为（Hz）的交流电势；f.情况与e相同；g.电刷电势仍为直流电势。
6.默画后对照图1-20。
7.电枢绕组每根导体的电势和电磁转矩与分布曲线成正比。
如分布极不均匀，如图1-20b所示，某点大到某值时，可能导致切割该磁通的导体的感应电势相应过大，而损坏该导体出的绝缘，而使电机发生故障。
对转矩则无甚关系。
8.式（1-12）（1-18）是当电刷位置处于与交轴导体相接触的位置导出的，如电刷位置不满足这个前提，所得结果将产生误差。
9.不能，虽能补偿电枢反应，但电枢槽中合成电流为零，电机不能正常工作了。
10.没有磁饱和现象自励将不能得最终的稳定电压。
必须小于临界值，否则只能建立微小的电势。
11.因为并励发电机短路时，加在励磁绕组的电势被短路，只有剩余磁通产生的电枢电势被短路，短路电流不会很大。
串励机因为由电枢电流励磁，大的短路电流增大励磁电流、电枢电势，短路电流将十分巨大。
12.必须同时改变电枢转向和电枢电刷与励磁线圈的连接。
13.改变励磁电流或电枢电流方向均可改变其转向。
电机学第1章磁路
铁磁材料的导磁率µ >> µ0 ，例如铸钢的导磁 率大约真空的1000倍，各种硅钢片约为真空的60007000倍。
相对磁导率：
磁性材料：
非磁性材料：
磁场的物理量见表1.1.1
1.2 磁性材料
1.2.1 介质的磁化
物质从不表现磁性变为具有一定的磁性叫磁化。
B0
传导电流的磁场
107 =
Fm
240
67wb
R m +R m0
8
1 10-7
+
1 10-7
铁心部分磁压降Um R m 26.7A
气隙部分磁压降Um0 R m0 213.3A
例3：如图，Φ1=10-3wb, Φ2通过的铁心截面积 为S2=6cm2, B2=1T, S3=5cm2, 求B3。
I Fm 4999.28 10A N 500
例2： 磁路l=0.3m, s=5cm2, N= 400匝，铁磁材
料的磁化曲线可作线性处理，µr=1200，求（1） I=0.6A时，Φ为多少？（2）若磁路中开一气隙 d=0.002m,求Φ ？铁芯、气隙部分的磁压分别为多 少？
l
I
d
S
（1） 计算磁动势为
无外磁场作用时：磁畴的磁矩方向不同，磁性相 互抵消，介质不显磁性。
有外磁场作用时：磁畴的磁矩方向与外磁场接近 或一致，呈现很强磁性。
B 0
B
四、强磁化性的作用
在具有铁心的线圈中通入不大的励磁电 流，就可以产生足够大的磁通和磁感应强度， 解决了既要磁通大，又要励磁电流小的矛盾。 非磁性材料没有磁畴结构，所以不具有磁化的 特性。
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第一章 磁路1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为AlR m μ=，单位：Wb A1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p nm h h =。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3 图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为0.025m （铁心由0.35mm 的DR320硅钢片叠成）， 叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为0.93，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为4105.7-⨯Wb ，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流； (2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解：Θ磁路左右对称∴可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面2422109.293.01025.1025.0m m A A --⨯=⨯⨯⨯==δ(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度m l 41052-⨯==δδ铁心长度()m cm l 21045.122025.025.15225.125.7-⨯=⨯--+⨯⎪⎭⎫⎝⎛-= 铁心、气隙中的磁感应强度T T A B B 29.1109.22105.7244=⨯⨯⨯=Φ==--δ (1) 不计铁心中的磁位降： 气隙磁场强度m A m A B H 67100.110429.1⨯=⨯==-πμδδ 磁势A A l H F F I 500105100.146=⨯⋅⨯=⋅==-δδδ电流A NF I I5.0==(2) 考虑铁心中的磁位降：铁心中T B 29.1= 查表可知：m A H 700=铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002=⨯⨯=⋅=-A A A F F F Fe I 15.58715.87500=+=+=δ A NF I I59.0≈=1-4 图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流1.5A ，线圈B 为50匝，通入电流1A ，铁心截面积均匀，求PQ 两点间的磁位降。
电机学：第一章 磁路2
N 500
2）用安培环路定律
磁场强度 H B
1
159 A/m
Fe 5000 4 10 7
磁动势 F Hl 159 0.3 47.7A
励磁电流 i F 47.7 9.54102 A N 500
II Rmm RR FF EE
I FRm RmR F E
磁路的欧姆定律，在形式上与电路欧姆定律相似。
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
用直流励磁 用交流励磁
磁路中磁通恒定 磁路中磁通交变
直流磁路 直流电机 交流磁路 变压器、感应电机
二、磁路的基本定律
磁路的基本定律有 安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的基尔霍 夫第一定律，磁路的基尔霍夫第二定律。 1、安培环路定理（或称全电流定理）
在磁路中沿任一闭合路径L，磁场H的线积分等于该闭合回路所包围 的总电流，即：
若铁心上绕有通有电流i 的N匝线圈，铁心的截面积为 A，磁路的平均长度为L，材料 的导磁率为μ，不计漏磁通，
且各截面上的磁通密度为均匀
并垂直于各截面，则：
B dA BA
HB
Ni HL B L L
A
Ni F
L
Rm
A
F Rm
L
Rm A
：磁通 ，单位为Wb；F：磁动势 ，单位为A；H：磁场强度 ，单 位为A/m；B：磁通密度，单位为T；Rm：磁阻 ，单位为A/Wb。
电机学-汤蕴谬主编第三版答案Word版
电机学课后习题第一章 磁路1-1 磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为AlR m μ=，单位：Wb A1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p nm h h =。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3 图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为0.025m （铁心由0.35mm 的DR320硅钢片叠成）， 叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为0.93，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为4105.7-⨯Wb ，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流； (2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解： 磁路左右对称∴可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面2422109.293.01025.1025.0m m A A --⨯=⨯⨯⨯==δ(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度m l 41052-⨯==δδ铁心长度()m cm l 21045.122025.025.15225.125.7-⨯=⨯--+⨯⎪⎭⎫⎝⎛-= 铁心、气隙中的磁感应强度T T A B B 29.1109.22105.7244=⨯⨯⨯=Φ==--δ (1) 不计铁心中的磁位降： 气隙磁场强度m A m A B H 67100.110429.1⨯=⨯==-πμδδ 磁势A A l H F F I 500105100.146=⨯⋅⨯=⋅==-δδδ电流A NF I I5.0==(2) 考虑铁心中的磁位降：铁心中T B 29.1= 查表可知：m A H 700=铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002=⨯⨯=⋅=-A A A F F F Fe I 15.58715.87500=+=+=δ A NF I I59.0≈=1-4 图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流1.5A ，线圈B 为50匝，通入电流1A ，铁心截面积均匀，求PQ 两点间的磁位降。
电机学_(孙旭东_著)_科技出版社_课后答案_电机学习题与题解
第三章直流电机的稳态分析3-9一台四极82kW 、230V 、970r/min 的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每元件为一匝，支路数22==a 。
如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解：由题意可知，空载时：NN e U n C E =Φ=0所以额定情况下：NNN e N T N N e N TaN T e U Pn C U C I n C U C I C T ==Φ=mN m N n P N ⋅=⋅××==3.807970108255.955.93，，kWW I E P N aN em 45.210245=×==3-13一台四极82kW 、230V 、970r/min 的并励直流发电机，Ω=0259.0)75(o a R ，励磁绕组总电阻Ω=8.22)75(o f R ，额定负载时并励回路中串入3.5Ω的调节电阻，电刷压降为2V ，铁耗和机械损耗共2.5kW ，杂散损耗为额定功率的0.5%，试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。
解：电磁功率：A A R R U I f f N fN 745.85.38.22230'=+=+=，A A U P I N N N52.35623082000===AA A I I I N fN aN 267.365745.852.256=+=+=()VV U R I U E aN N aN 46.24120259.052.3562302=+×+=∆++=∴kWW I E P aN aN em 198.8846.241267.365=×==输入功率：∆+++=p p p P P mec Fe em 10.2Ω，时电定输出转矩；（2）额定电流时的电磁转矩；（3）电动机的空载转速。
解：（1）电动机的额定输出转矩：m N m N P T N ⋅=⋅××=Ω=46.1833605002960002π（2）额定电流时的电磁转矩A I N 255=，A I fN 5=，所以A I I I fN N aN 250=−=VA V R I U E a aN N aN 5.420078.0250440=Ω×−=−=m N m N I E P T aN aN em e ⋅=⋅×××=Ω=Ω=74.20076050022505.420π（3）电动机的空载转速：NaNN e n E C =Φmin 19.523min 5005.4204400r r n E U C U n N aN N N e N =×==Φ=。
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第一章磁路
1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为A
l R m µ=，单位：Wb A 1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？
答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p n m h h =。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；
涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的
DR320
)
磁势A
A l H F F I 500105100.146=×⋅×=⋅==−δδδ电流A N
F I I 5.0==(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中T
B 29.1=查表可知：m A H 700=铁心磁位降A
A l H F Fe 15.871045.127002=××=⋅=−
A
A A F F F Fe I 15.58715.87500=+=+=δA N
F I I 59.0≈=1-4图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流1.5A ，线圈B 为50匝，通入电流1A ，铁
心截面积均匀，求PQ 两点间的磁位降。
解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ 段的磁阻为m PQ R R =，则左边支路的磁阻为m R 3
11：F F 1121−=Φ∴左边磁路的磁势()A
A F dcba 72.20528.12941500=−=m A m A l F H dcba dcba dcba 44.4115
.072.205===
查磁化曲线得T B dcba 56.0=∴Wb
Wb dcba 441024.210456.0−−×=××=Φ
∴()Wb Wb aghd 441059.01065.124.2−−×=×−=Φ∴T T B aghd 12.01051059.044=××=−−查磁化曲线得m A H aghd 80=∴A A F aghd 6075.080=×=∴右边线圈应加磁动势()A
A F F F aghd ad 28.12346028.12942=−=−=(2)0=ad F
取Wb ad 1075.1×=Φ则T T B B ed af 7.0105.21075.144
=××==−−查磁化曲线得m
A H H ed af 550==气隙中的磁场强度m A m A H 3474
107.50610
75.21041075.1×=××××=−−−πδ
∴中间磁路的磁势()A
F ad 2331020550105.2107.506−−××+×××=A
8.1376=∴Wb ad dcba 41075.1−×=Φ=Φ∴T T B dcba 4.01041075.144=××=−−查磁化曲线得m A H dcba 310=∴A A F dcba 1555.0310=×=A A A F F F dcba ad 15318.1376155=+=+=已知A F 15001=Q 1F F ≈，∴假设合理∴右边线圈应加磁动势A F F ad 8.13762==。