电机学复习题

成正比，如果转速降为0.95n1，则E0也降低到额定转速下的0.95倍。同步电抗与频率成正比，也降低到0.95倍，所以短路电流

Ik?E0Xd不变。

46. 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？ 答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较方便。电枢绕组电压高、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便。故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，为旋转磁极式。

47. 为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？ 答 感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽量小一些。同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。

48. 什么是同步电机的功角特性？?角有什么意义？ 答 当电网电压U和频率

f恒定，参数

Xd和Xq为常数、励磁电动势

?的夹角??与UE0不变时，同步电机的电磁功率只决定于E0?之间的夹角。 ?与电压U率角?励磁电动势E049. 一般同步发电机三相稳定短路，当Ik前者

，?称为功率角，Pem?f(?)为同步电机的功角特性。

由于电机的漏阻抗远小于同步电抗，从空间上看，功率角?可近似认为时主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角；从时间上，功

?IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN都已达到空载特性的饱和段，为什么

Xd取未饱和值而后者取饱和值？为什么Xd一般总是采用不饱和值？ 答 短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很

Xd的不饱和值。额定负载运行时，气隙磁通较大，直轴磁路处于饱和状态，此时对应的是

小，电机磁路处于不饱和状态，此时对应的是

Xd的饱和值。交轴磁路的气隙大磁阻大，磁路不饱和，故Xq一般取不饱和值。

50. 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？ 答 空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中的直流电流激励的。负载后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励产生的。

51. 在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？ 答 在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变，因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。

52. 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态电动势时不考虑元件的电感？ 答 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器-电刷的作用，变换成为静止电路，两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。 53. 直流电机电枢绕组型式由什么决定？ 答 直流电机绕组型式由绕组的合成节距对数。

54. 直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？

答 因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器-电刷与外电路想连接的，它的各支路构成元件在不停地变化。为使各支路电动势和电流稳定不变，电枢绕组正常、安全地运行，此种绕组必须是闭合的。 55. 直流电机电刷放置原则是什么？

答 在确定直流电机电刷的安放原则上就考虑：（1）应使电机正、负电刷间的电动势最大：（2）应使被短路元件的电动势最小，以利于换向。两者有一定的统一性，一般以空载状态为出发点考虑电刷的安放。因此，电刷的合理位置是在换向器的几何中性线上。无论叠绕组还是波绕组，元件端接线一般总是对称的，换向器的几何中性线与主极轴线重合，此时电刷的合理位置是在主极轴线下的换向片上。

56. 直流电机空载和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载后电枢电动势应该用什么磁通进行计算？ 答 空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。负载后电枢绕组的感应电动势应该用合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。

57. 直流电机的感应电动势公式用机械角速度表示转速时，其结构常数和电磁转矩公式的结构常数是统一的，试证明。 答

y决定。y??1为叠式绕组；y??K?1?/p为波绕组，其中K为换向器片数，p为极

E?Ce?n?pNpN60?pN?n??????CT?? 60a60a2?2?a58. 直流电机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？ 答 直流电机励磁方式四种：①他励——励磁电流If由独立电源供给，与电枢电流Ia无关；②并励——励磁电流并在电枢两端，励磁电压Uf等于电枢电压U；③串励——励磁绕组与电枢串联，If?Ia；④复励——既有并励绕组又有串励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分成：

积复励——串励与并励磁动势同向，差复励——串励与并励磁动势反向。

59. 在励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应电动势与空载时电枢绕组感应电动势大小相同吗？为什么？ 答 负载时电动势比空载时小，由于负载时有电枢反应去磁作用，使每极磁通减小。

60. 为什么并励直流发电机工作在空载特性的饱和部分比工作在直线部分时，其端电压更加稳定？ 答 在饱和区工作，当励磁电流变化时空载电动势的变化较小，因此端电压更加稳定。

五、计算

1. 在下图中，如果电流

i在铁心中建立的磁通是Ф＝?1mSin?t，副线圈匝数是

w2，

解：副线圈中感应电势的瞬时值

ew2＝

2d?dt

＝

?感应电势

w?2m?Cos?t

e的有效值计算公式为：

2 E2=

12w??2m

2. 对于下图，如果铁心用D23硅钢片迭成，截面积

AFe＝12.25?10?4㎡,铁心的平均长度lFe＝0.4m，，空气隙??0.5?10?3m，

线圈的匝数为600匝，试求产生磁通?＝11?10?4韦时所需的励磁磁势和励磁电流。

解：在铁心迭片中的磁密为

BFe??AFe＝11/12.25＝0.9 (T)

根据D23硅钢片磁化曲线查出HFe＝306 (A/m)

在铁心内部的磁位降 FFe＝HFe*lFe＝306*0.4＝122.4（A） 在空气隙处，当不考虑气隙的边缘效应时 Ba?BFe?0.9（T）

所以 Ha0.9B＝7.15?105 （A/m） ?a??04??10?7故 Fa?Ha???7.15?105?0.5?10?3＝357.5（A）

则励磁磁势F＝Fa+FFe＝357.5+122.4＝479.9 安匝 励磁电流If?F479.9??0.799 （A） W600?43. 磁路结构如下图所示，欲在气隙中建立7?10韦伯的磁通，需要多大的磁势？

7?10?4?1.4(T) 解：当在气隙处不考虑边缘效应时，各处的磁密 B＝??4S5?10?硅钢片磁路长度l铸钢磁路长度lr查磁化曲线：HD?30?80?110（mm）

?30?80?60?1?169（mm）

D?2.09（A/mm） Hr?1.88（A/mm） B?144??10?4D空气之中：Ha??0?1.11?103（A/mm）

故：各段磁路上的磁位降 FD?H?l?2.09?110?229.9（A）

D Fr?Hr?lr?1.88?169?389.0（A） Ha?la?1110?1?1110（A）

Fa? 则：F＝Fa+FD+Fr＝1110+229.9+389.0＝1728.9（A）

故需要总磁势1728.9安匝。

4. 一铁环的平均半径为0.3米，铁环的横截面积为一直径等于0.05米的圆形，在铁环上绕有线圈，当线圈中电流为5安时，在铁心中产生的磁通为0.003韦伯，试求线圈应有匝数。铁环所用材料为铸钢。

解：铁环中磁路平均长度lD?2?R?2??0.3?1.89（m）

11?D2???0.052?1.96?10?3(m2) 44圆环的截面积S＝

铁环内的磁感应强度B??S?0.0031.96?10?3?1.528(T)

查磁化曲线得磁感应强度H＝3180（A） F＝Hl故：线圈应有的匝数为W＝

D＝3180?1.89?6000(A)

F?6000/5?1200（匝） I，?0.02?，L1?0.036H（原线圈自感）L1??0.00036H；R2?0.005?，

5. 一台220/110V、50Hz的空心变压器。参数如下：R1，L2??0.00009H，试求（1）原副线圈的漏抗和变压器的激磁电抗；（2）画出T型等效电流，将各数L2?0.009H（副线圈自感）值标在等效短路图上，计算空载电流。 解：（1）根据 L1?

?0.00036H得，

X1??2?fL1??2??50?0.00036?0.113?

X2??2?fL2??2??50?0.00009?0.0283?

Xm?2?fL1?2??50?0.036?1131?

2202)?0.0283?0.113? 110'2X2?kX2??(?（2）它的等效电路图

空载电流

I0?2200.022?(0.113?11.31)2?19.26A（高压边）

6. 一台三相变压器，原、副方额定电压

U1NU2N?10/3.15kV，Y/?－11连接，匝电压为14.189V，副方额定电流I2N?183.3A。

试求（1）原副方线圈匝数；

（2）原线圈电流及额定容量；

（3）变压器运行在额定容量且功率因数为cos?2?1、0.9（超前）和0.85（滞后）三种情况下的负载功率。

解：（1）原方 U1N??10?5.7735kV 3