第8章 电机的发热与冷却 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第6章 同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
习题解答 6-1 同步电机有哪几种运行状态，如何区分？ 答：同步电机有三种运行状态，分别是发电机运行状态、电动机运行状态和补偿 机运行状态。发电机运行状时，电机的功率角大于 0°，电机把机械能转化为电 能；电动机运行状态时，功率角小于 0°，电机把电能转化为机械能；补偿机运 行状态时功率角等于 0°，电机只发出无功功率，实质上补偿机就是空载运行的 同步电动机。 6-2 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质取决于什么？ 答：电枢磁动势的基波对气隙基波磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质取 决于内功率因数角，也就是电枢电流滞后于励磁电动势的角度。当内功率因数角 等于 0°时，只产生交轴电枢反应；当内功率因数角大于 0°且小于 90°时，除产生 交轴电枢反应外，还产生去磁的直轴电枢反应；当内功率因数角小于 0°且大于 -90°时，除产生交轴电枢反应外，还产生助磁的直轴电枢反应。 6-3 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换和运行性能的影响。 答：同步发电机并网运行时，直轴电枢反应影响着电机输出的无功功率，交轴电 枢反应影响电机输出的有功功率。同步发电机单机运行时，直轴电枢反应影响发 电机的输出电压，交轴电枢反应影响发电机的有功输出。 6-4 试述电枢反应电抗 X a 的意义。
X s(饱和）
E0 I
6300 / 887
3 4.10Ω
饱和同步电抗标幺值
X
s ( 饱1和）
4.10 2.645
1.55Ω
（2）
短路比 KC
X
1
* s（饱和）
1 1.55
0.645
KC
If0 I fk
102 158
0.646
电机学课后习题解答(配王秀和、孙雨萍编)
电机学课后习题解答(配王秀和、孙雨萍编)《电机学》作业题解（适用于王秀和、孙雨萍编《电机学》）1-5 何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？答：诸如铁、镍、钴及他们的合金，将这些材料放在磁场后，磁场会显著增强，故而称之为铁磁材料；铁磁材料之所以磁导率高，是因为在这些材料的内部，大量存在着磁畴，这些磁畴的磁极方向通常是杂乱无章的，对外不显示磁性，当把这些材料放入磁场中，内部的小磁畴在外磁场的作用下，磁极方向逐渐被扭转成一致，对外就显示很强的磁性，所以导磁性能强。
1-9 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是如何产生的？为何铁心采用硅钢片？答：铁心中的磁滞损耗是因为铁心处在交变的磁场中，铁心反复被磁化，铁心中的小磁畴的磁极方向反复扭转，致使磁畴之间不断碰撞，消耗能量变成热能损耗；又因为铁心为导体，处在交变的磁场中，铁中会产生感应电动势，从而产生感应电流，感应电流围绕着磁通做漩涡状流动，从产生损耗，称之为涡流损耗，之所以采用硅钢片是因为一方面因硅钢电阻高，导磁性能好，可降低涡流损耗，另一方面，采用薄片叠成铁心，可将涡流限制在各个叠片中，相当于大大增加了铁心的电阻，从进一步降低了涡流损耗。
1-13 图1-27所示为一铁心，厚度为0.05m，铁心的相对磁导率为1000。
问：要产生0.003Wb的磁通，需要多大电流？在此电流下，铁心各部分的刺痛密度是多少？解：取磁路的平均长度，上下两边的长度和截面积相等算一段，算作磁路段1，左侧为2，右侧为3。
磁路段1长度和截面积：()120.050.20.0250.55m =⨯++=l ，210.050.150.0075m =⨯=A ；41m1710.55 5.83610A wb 10004100.0075π-===⨯⨯⨯⨯l R uA磁路段2长度和截面积：20.1520.0750.30m =+⨯=l ，220.050.100.005m =⨯=A ；2m2720.30 4.7751010004100.005π-===⨯⨯⨯⨯l R uA磁路段1长度和截面积：30.1520.0750.30m =+⨯=l ，230.050.050.0025m =⨯=A ；43m3730.309.5491010004100.0025π-===⨯⨯⨯⨯l R uA总磁阻：45m m1m2m3(5.836 4.7759.549)10 2.01610A wb ==++⨯=⨯R R +R +R磁动势：5m 0.003 2.01610604.8A φ==⨯⨯=F R 励磁电流：604.8 1.512A 400===F i N在此电流下，铁心各部分的磁通密度分别为：110.030.4 0.0075φ===B TA220.030.6 0.05φ===B TA330.031.2 0.0025φ===B TA2-5 变压器做空载和短路试验时，从电源输入的有功功率主要消耗在什么地方?在一、二次侧分别做同一试验，测得的输入功率相同吗？为什么？答：做空载试验时，变压器的二次侧是开路的，所以变压器输入的功率消耗在一次测的电阻和激磁（励磁）支路电阻上，空载时，变压器的一次侧电流仅为额定负载时的百分之几，加之一次侧电阻远远小于激磁电阻，所以输入功率主要消耗在激磁电阻上。
电机学考试题及答案
电机学考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 电机的转子绕组中感应电动势的产生是由于（）。
A. 电磁感应B. 磁通量变化C. 导体运动D. 以上都是答案：D2. 直流电机的励磁方式有（）。
A. 并励B. 串励C. 他励D. 以上都是答案：D3. 同步电机的同步转速与（）有关。
A. 极对数B. 电源频率C. 转子电阻D. 以上都是答案：B4. 异步电机的转子转速低于同步转速，这种现象称为（）。
A. 同步B. 异步C. 同步失步D. 异步失步5. 电机的效率是指（）。
A. 输出功率与输入功率的比值B. 输入功率与输出功率的比值C. 输出功率与输入功率的差值D. 输入功率与输出功率的差值答案：A6. 电机的功率因数是指（）。
A. 有功功率与视在功率的比值B. 无功功率与视在功率的比值C. 有功功率与无功功率的比值D. 视在功率与无功功率的比值答案：A7. 电机的启动电流通常为额定电流的（）倍。
A. 3-5B. 5-7C. 7-9D. 9-11答案：A8. 电机的温升是指电机实际温度与（）的差值。
A. 环境温度B. 额定温度C. 起始温度D. 终止温度答案：A9. 电机的绝缘等级是指电机绝缘材料能承受的最高（）。
B. 电流C. 温度D. 湿度答案：C10. 电机的额定功率是指电机在（）条件下能长期运行的最大功率。
A. 额定电压B. 额定电流C. 额定频率D. 以上都是答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 电机的损耗包括（）。
A. 铜损B. 铁损C. 机械损耗D. 附加损耗答案：ABCD2. 电机的启动方式有（）。
A. 直接启动B. 星-三角启动C. 自耦变压器启动D. 变频启动答案：ABCD3. 电机的调速方法包括（）。
A. 变极调速B. 变频调速C. 变压调速D. 以上都是答案：D4. 电机的保护措施包括（）。
A. 过载保护B. 短路保护C. 过热保护D. 以上都是答案：D5. 电机的轴承类型包括（）。
电机的发热和冷却课件
用的电机，并明确统一的检查标准，国家标准规定： 冷却空气的温度定为40oC。在此环境温度下，电机绕 组的温升限值：E级绝缘为75oC，B级绝缘为80oC。 （2）电机运行时，输出功率越大，则电流和损耗越大， 温度越就越高，但最高温度不得超过绝缘的最高允许 温度。因此，电机容许的长期最大输出功率（即电机 的容量或额定功率）受绝缘的最高允许温度限制，或 者说容量由绝缘的最高允许温度所决定。电机
止时间都较短，ton<(3~4)T，toff <(3~4)T，且规定工 作周期 。工作时温升增加，但达不到稳定值 ；停止时
温升下降，但降不到零。每个周期结束时的温升都比
开始时的温升高，这样经过若干个周期后，就会出现
一个周期内温升的增长和降落相等的情况，这时温升
就达到一个稳定的波动状态，即在最高温升 与最低温
因此，温度计法测得的温升限度要比其他方法规定得
稍低一些。
《电机的发热和冷却》PPT课件
(2)电阻法 这种方法是利用绕组发热时电阻的变化来 测定其温度。例如，若铜线绕组在冷态温度to(通常为 室温)时的电阻为Ro，当绕组温度升高至热态温度t时， 绕组的热态电阻为R，则根据
R / R o =(234.5十t)/(234.5十to) 即可求得绕组的热态温度。如绕组用的是铝线，式中
《电机的发热和冷却》PPT课件
铭牌上所表明的额定功率就是指在标准的环境温度
（我国规定为40oC）和规定的工作方式下，其温度不
超过绝缘的最高允许温度时的最大输出功率。
3、测量方法
(1)温度计法 这种方法用温度计直接测定温度，最为
简便。但温度计只能触及部件的表面，故测得的温度
仅为部件表面温度，而无法测出内部最热点的温度。
电机学第二版课后习题答案
电机学第二版胡虔生编习题集目录第1章绪论1第2章变压器的运行原理及理论分析2第3章三相变压器及运行12第4章三相变压器的不对称运行14第5章特种变压器19第6章交流绕组及其感应电动势24第7章交流绕组及其感应磁动势29第8章（略）33第9章三相异步电机的理论分析与运行特性33第1章 绪论（）P17：1-1解：T S B 53.1025.0003.02==Φ=π14.3748.155.1304048.153.130=⇒--=--x x H H 匝1400530214.37≈⨯⨯===πI l H I F N xP17：1-2 解：(1)匝16435.2434.139951.010453.151.030214.37721=+=⨯⨯+-⨯⨯=+=-ππN N N(2)设B 在（1.48~1.55）之间()()（与假设相符）486.1417.34180651.26913715.79570001.03023048.148.155.13040101045140037=⇒-+=⇒-⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯--+⨯⨯=⨯==--B B B B B NI F ππwb 10918.2025.0486.1BS 32-⨯=⨯==ΦπP18：1-4解：2621020m s -⨯=(1)t dt td dt dB NS dt d Ne 314cos 096.20314sin 8.010*******-=⨯⨯⨯-=-=Φ-=- (2)t dt dBNS dt d N e 314cos 048.1060cos -=︒-=Φ-=(3)s rad n /31006010002602πππ=⨯==Ω ()tcos cos 1cos 0t cos cos t Ω='='=+Ω=''θθθθθ则时，当，，则为时刻平面与磁力线夹角设ttt t t dtt t d dt dB NS dt d N e 314cos 72.104cos 096.20314sin 72.104sin 699.63100cos314sin 8.020200cos 2-=⋅⨯⨯-='-=Φ-=πθ第2章 变压器的运行原理及理论分析p42:2-1设有一台500kV A 、三相、 35000/400V 双绕组变压器，一、二次绕组均系星形连接，试求高压方面和低压方面的额定电流。
第3章 直流电机 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第三章 直流电机习题解答3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。
3-2. 一台p 对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R ，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？ 答：P 2R .解析：设单叠绕组时支路电阻为R 1 ，考虑到并联支路数2a =2p ，故有：12R R P=,则12R PR = ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 ,则每条支路电阻为22p R ，并联电阻为2p R 。
3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答：(N 极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）；主要消耗在气隙。
3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。
对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。
如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。
3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。
但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。
电机学-习题答案
绪 论0.1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？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dt d N e 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。
第1章 电机的基本原理 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第一章电机的基本原理习题解答：1、何为相对磁导率？答：材料的磁导率定义为该位置处的磁通密度与磁场强度之比，决定于磁场所在点的材料特性，单位为H/m。
根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材料。
非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率μ0相同，为4π⨯10-7H/m。
铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金，其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千倍。
由于材料的磁导率变化范围很大，常采用相对磁导率μr来表征材料的导磁性能，μr为材料的磁导率与真空磁导率的比值。
2、磁路的磁阻如何计算？答：磁路的磁阻可用公式R m=L/(μA)计算，其中L为磁路的长度，单位为m，μ为材料的磁导率，单位为H/m，A为磁路的截面积，单位为m2。
从公式可以看出，磁路的磁阻主要取决于磁路的几何尺寸和材料的磁导率，大小上与磁路长度成正比，与磁路的截面积和磁导率成反比。
3、叙述磁路与电路的类比关系。
答：从电路和磁场的方程上看，两者形式上非常相似。
电路和磁路的类比关系可用下表表示：4、为什么希望磁路中的空气隙部分尽可能小？答：与磁路中铁磁材料相比，空气的磁导率小得多，如果磁路中的气隙部分长度增加，使得磁路的总磁阻大大增大，要想产生同样大小的磁通，需要的磁动势大大增加。
5、何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？答：铁磁材料包括铁、镍、钴及它们的合金、某些稀土元素的合金和化合物、铬和锰的一些合金等。
根据铁磁材料的磁化过程可知，当铁磁材料放置到磁场中之后，磁场会显著增强，表现为铁磁材料的导磁能力更强，因此磁导率大。
6、何为铁磁材料的饱和现象和磁滞现象？答：将未磁化的铁磁材料置于外磁场中，当磁场强度很小时，外磁场只能使少量磁畴转向，磁通密度增加不快，此时磁导率 较小；随着外磁场的增强，大量磁畴开始转向，磁通密度增加很快，磁导率很大；当外磁场增大到一定程度时，大部分磁畴已经转向，未转向的磁畴较少，继续增大外磁场时，磁通密度增加缓慢，磁导率逐渐减小，这种现象称为饱和。
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第八章 电机的发热与冷却
8-1 电机和均质物体的发热规律有何相同和不同之处？
答：
(1) 均质物体发热过程：
若初始温升为零，则均质物体的发热方程为：
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-∆=∆-∞11T t e ττ 均质物体的发热过程曲线如图2所示，是一条指数曲线，通常当t =(3~4)T 1时温升就基本稳定了。
（2）电机的发热过程 ：
电机不是均质物体，其发热过程曲线与上述指数曲线之间在起始阶段有一定差别，如图3所示，这是因为起始时绕组热量散发较难而使铜的温升升高得比铁快所致。
虽然如此，忽略它们之间的差别为我们研究电机的发热过程提供了方便。
电机的发热时间常数在很大的范围内变动，一般约为10-150min 。
图2 均质物体的发热过程曲线
图3 电机的发热过程 (1—指数曲线 2—实际曲线)
8-2 电机中的绝缘材料分几类？对应的允许工作温度为多少？
答：电工技术中，将绝缘材料按其允许工作温度分成若干个耐热等级：A 、E 、B 、F 、H 级，
它们的允许工作温度分别为105︒C、120︒C、130︒C、155︒C和180︒C。
8-3测量电机绕组温度的方法有哪几种？测量结果有什么不同？
答：电机绕组测温常用方法有：
（1）温度计法。
该方法直接测量温度，非常简便，但只能测量电机各部分的表面温度，无法得到内部的最高温度和平均温度。
（2）电阻法。
绕该方法测定的是绕组的平均温度。
（3）埋设温度计法。
在进行电机装配时，可在预计工作温度最高的地方埋设热电偶或电阻温度计。
该方法可测得接近于电机内部最热点的温度。
8-4 在规定电机的额定功率时，电机的结构形式、工作制和使用环境会产生什么影响？如何考虑？
答：电机的结构型式不同，则散热条件不同，电机的额定容量也不同。
如开启式电机的散热条件好于封闭式电机，前者的额定容量比后者大。
电机的额定容量也与工作制有关，同一台电机，若运行在不同的工作制下，其额定容量不同。
例如，长期运行时的温升要高于短时运行，其额定容量要小于后者。
电机的额定容量还与使用环境有关，若环境温度、冷却介质、海拔和相对湿度等与规定的不同，则要对额定容量进行修正。
如在高海拔地区使用，空气稀薄，冷却能力差，则应该降低电机的额定容量。
8-5传热方式有哪几种？
答：在电机中，通过热传导作用传递到电机表面的热量通常通过两种方式散发到周围介质中，一是热对流，二是热辐射。
8-6冷却方式对电机的功率和体积有何影响？为什么？
答：冷却方式分为两种：表面冷却方式和内部冷却方式
在电机中，冷却介质通过绕组、铁心和机壳的表面，将热量带走，称为表面冷却。
表面冷却主要采用空气做冷却介质，具有结构简单、成本低的特点，但冷却效果较差，在高速电机中产生的摩擦损耗较大，主要用于中小型电机中。
大型同步发电机电压较高，绕组采用较厚的绝缘层，而绝缘材料的导热性能较差，若采用表面冷却方式，即使绝缘外表面得到很好的冷却，绝缘内层的温度仍可能超过绝缘的允许工作温度。
为解决这一问题，广泛采用内部冷却方式。