电机学问答题Word文件下载.docx
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6.★说明直流磁路和交流磁路的不同点。
1）直流磁路中磁通恒定，而交流磁路中磁通随时间交变进而会在激磁线圈内产生感应电动势；
2）直流磁路中无铁心损耗，而交流磁路中有铁心损耗；
3）交流磁路中磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形畸变。
7.基本磁化曲线与起始磁化曲线有何区别？
磁路计算时用的是哪一种磁化曲线？
起始磁化曲线是将一块从未磁化过的铁磁材料放入磁场中进行磁化，所得的B=f（H）曲线；
基本磁化曲线是对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线，再将各磁滞回线的顶点连接所得的曲线。
二者区别不大。
磁路计算时用的是基本磁化曲线。
8.路的基本定律有哪几条？
当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算能否用叠加原理，为什么？
有：
安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的串联定律和并联定律；
不能，因为磁路是非线性的，存在饱和现象。
直流电机
1.★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。
2.★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。
3.直流电机的磁化曲线和空载特性曲线有什么区别？
有什么联系？
答直流电机的磁化曲线是电机主磁通与励磁磁动势的关系曲线①你），电机的空载特性曲线是指电机在某一转速下空载电压与励磁电流的关系曲线U.=/（/』。
由于Uo=E=C£
4）（）noc①o,Fo=2Nf-lfocIf,因此两者形状相似。
4.★何谓电机饱和现象？
饱和程度高低对电机有何影响？
答电机的磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的磁通密度达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态，即电机磁化曲线开始变弯曲。
电机的饱和程度用饱和系数来表示，饱和系数的大小与电机的额定工作点在磁化曲线可以分为三段，如图2T所示，a点以下为不饱和段,（山段为饱和段，b点以上为高饱和段。
将电机额定工作点选在不饱和段有两个缺点：
①材料利用不充分；
②磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。
额定工作点选在过饱和段，有三个缺点：
①励磁功率大增；
②磁场调节困难；
③对电枢反应敏感。
一般将额定工作点设计在“段的中间，即所谓的“膝点”附近，这样选择的好处有：
①材料利用较充分；
②可调性较好；
③稳定性较好。
图2-1
5.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y决定。
y=±
\为叠式绕组；
y=（K+\}/p为波绕组，其中K为换向器片数，“为极对数。
6.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。
7.★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。
8.★电枢反应的性质由什么决定？
交轴电枢反应对每极磁通呈有什么影响？
直轴电枢反
应的性质由什么决定？
答电枢反应的性质由电刷位置决定，电刷在几何中性线上时电枢反应是交轴性质的,它主要改变气隙磁场的分布形状，磁路不饱和时每极磁通呈不变，磁路饱和时则还一定的去磁作用，使每极磁通呈减小。
电刷偏离几何中性线时将产生两种电枢反应：
交轴电枢反应和直轴电枢反应。
当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离'
在电动机中逆转向偏离时，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
9.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。
10.X-台直流电动机，磁路饱和。
当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。
试
分析在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
答电刷移动后，电刷不在几何中性线上，同时存在交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。
交轴电枢磁动势使气隙磁场发生畸变，因磁路饱和，还有去磁作用，使每极磁通减少。
对电动机而言，电刷逆旋转方向移动后，直轴电磁磁动势方向相反，电枢反应起去磁作用，使每极磁通减少。
11.★直流电机的感应电动势与哪些因素有关？
若一台直流发电机在额定转速下的空载电动势为230V（等于额定电压），试问在下列情况下电动势变为多少？
（1）磁通减少10%；
（2）励磁电流减少10%；
（3）转速增加20%；
（4）磁通减少10%。
答感应电动势E=Ce^noc0）/?
在其它条件不变的情况下，感应电动势E与磁通①和转速n成正比。
（1）①减少10%,E亦减少105,为20V。
（2）励磁电流减少10%,由于磁路饱和，①减少不到10%,E亦减少不到10%,因此207V<
E<
230Vo
（3）n增加20%,E亦增加20%,为276V。
（4）（D减少10%,n上升10%,£
=（1-0.1）（1+0.1）x230V=228V«
12.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他励一励磁电流仃由独立电源供给，与电枢电流匚无关；
②并励一励磁电流并在电枢两端，励磁电压U,等于电枢电压U；
③串励一励磁绕组与电枢串联，1广1八④复励一既有井励绕组又有串励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分成：
积复励一串励与并励磁动势同向，差复励一串励与并励磁动势反向。
13.直流电机空载和负载时有哪些损耗？
各由什么原因引起？
发生在哪里？
其大小与什么有关？
在什么条件下可以认为是不变的？
答电机空载运行时有机械损耗、铁耗和附加损耗。
机械损耗由转子旋转时轴承摩擦、电刷摩擦以及通风引起，其大小与转速有关。
铁耗是由转子旋转时主磁通在电枢铁心交变引起的，其大小与转速的0次方（1<
0<
2〉和铁心磁密的平方成正比。
空载时的附加损耗包括转子旋转时电枢齿槽引起气隙磁通脉动，从而在铁心中产生脉振损耗，以及转子上的拉紧螺杆等结构件中的铁耗。
以上三种损耗统称为空载损耗，其中附加损耗所占比例很小。
在转速和主磁通不变的情况下，可以认为空载损耗不变。
此外，在空载时还存在励磁功率，即励磁电路铜耗。
电机负载时除有机械损耗'
铁耗、附加损耗和励磁损耗外，还存在电枢回路铜耗，它与电枢电流的平方成正比。
在附加损耗中，除了空载时的两项外，还包括电枢反应使磁场畸变引起的额外电枢铁耗以及由换向电流产生的损耗。
14.★他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？
并励发电机与他励发电机相比，哪个电压变化率大？
答他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流匚由0增加到额定值/加电枢回路电阻压降匚尺“增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通①下降，从而使感应电动势E下降。
由公式U=E-IaRa可知，端电压U随匚的增加而下降。
对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流下降，使得①下降和E下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。
15.★★做直流发电机实验时，若井励直流发电机的端电压升不起来，应该如何处理？
答并励直流发电机的端电压升不起来，可按下述步骤进行处理，先检查一下线路和仪表接法是否正确，然后：
①检查电机转速是否达到额定转速；
②调节励磁回路所串电阻，使励磁回路电阻小于临界电阻；
③把励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通与剩磁磁通方向一致；
④若以上三点都无效.则电机没有剩磁，应给电机充磁。
16.★并励发电机正转能自励，反转能否自励？
答发电机正转时能够自励，表明发电机正转时满足自励条件，即：
①有一定的剩磁;
②励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻;
③励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的。
这里的正确配合就是说当电机以某一方向旋转时，励磁绕组只有一个正确的接法与之相对应。
如果转向改变了，励磁绕组的接线也应随之改变，这样才能保证励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同，从而实现电机的自励。
当电机的转向改变了，而励绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场方向必将与剩磁的方向相反。
电机内磁场被削弱，电压不能建立，所以并励发电机正转时能自励;
反转时，不改变励磁绕组的两个端头的接线，是不能自励的。
17.★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。
18.★一台并励发电机，在额定转速下，将磁场调节电阻放在某位置时，电机能自励。
后来原动机转速降低了磁场调节电阻不变，电机不能自励，为什么？
答对应于不同的转速有不同的空载曲线，因而临界电阻也不同。
电机转速降低，临界电阻减小，当临界电阻小于励磁回路电阻时，电机便不能自励。
19.★一台他励发电机和一台并励发电机，如果其它条件不变，将转速提高20%,问哪一台
的空载电压提高得更高？
答当转速提高时，两者的空载电压都会提高。
两者相比较，并励发电机的空载电压会更高些，因为由E=C.0//可知，井励发电机的电动势除与转速有关外，其磁场大小也与感应电动势有关。
当转速升高时，不仅有转速升高的原因导致电动势增加，还有因电枢电动势的增加而使励磁电流磁加，并导致磁通增加的原因。
这一因素半导致感应电动势进一步增加。
20.★一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机的电枢电流增加时，电动机电枢电流有何变化？
分析原因。
答直流电动机的电枢电流也增加。
因为直流发电机电流增加时，则制动转矩即电磁转矩增大（磁通不变），要使电动机在额定转速下运行，则必须增大输入转矩即电动机的输岀转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。
21.★★如何改变并励、串励、积复励电动机的转向？
答改变直流电动机转向就是要改变电磁转矩的方向，电磁转矩是电枢电流和气隙磁场相互作用产生的，因此改变电枢电流的方向或改变励磁磁场的方向就可以达到改变电动机转向的目的。
①并励电动机:
将电枢绕组的两个接线端对调或将井励绕组的两个接线端对调,但两者不能同时改变；
②串励电动机：
方法与井励电动机相同；
③积复励电动机：
要保持是积复励，最简单的方法是将电枢绕组的两个接线端对调。
22.台井励直流电动机原运行于某一/八n、E和7；
值下，设负载转矩八增大，试分析电机将发生怎样的过渡过程，井将最后稳定的人、“、E和7；
的数值和原值进行比较。
答直流电动机稳定运行时，Te=T2+T^匚增大后，T.<
T2+T（）t从而使得〃下降。
U_F
由E=C（^n知，E下降，而—,因此，匚上升。
Te=CT^Ia,故7；
上升。
这Ra
个过程一直持续到Te=T2+T（）为止，电动机在新的状态下稳定运行。
与原值相比，曾大,
减小，E减小,7；
增大。
23.★★对于一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流保持不变,制动转矩为恒定值。
试分析在电枢回路串入电阻&
后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响？
答由转矩平衡方程式Te=T（>
+T2可知，制动转矩不变时电磁转矩是不变的。
当电动机的励磁电流保持不变，在不考虑电枢反应的影响或电枢反应保持不变时，气隙磁通①二常数，因而电枢电流匚是不变的。
又由于电压U不变，所以输入功率不变。
U-1（R+R.）
从H=———一可知，当/八①不变时，转速将随着&
的增大而减小。
而
C
P2所以输出功率随"
下降而下降，因此电机的效率将降低。
铜耗+
随&
增大而增大，铁耗随〃下降而减少。
因此电枢回路串电阻后，电机的转速下降，电枢电流不变，输入功率不变，输岀功率减少，铁耗减少，铜耗增加，效率降低。
24.★★并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？
答励磁回路断线时，只剩下剩磁。
在断线初瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变。
[]_F
电枢电势E=C^n与磁通成比例减小。
由IQ=-一可知，匚将急剧增加到最大值，当Ra
匚增加的比率大于磁通下降的比率时，电磁转矩也迅速增加，负载转矩不变时，由于电磁转矩大于负载转矩，电动机转速明显提高。
随着转速的升高，电枢电动势增加，匚从最大值开始下降，可能在很高的转速下实现电磁转矩与负载转矩的新的平衡，电动机进入新的稳态。
由于这时转速和电枢电流都远远超过额定值，这是不允许的。
从理论上讲，当励回路断线时，若是电动机的剩磁非常小，而电枢电流的增大受到电枢回路电阻的限制，可能岀现电枢电流增大的比率小于磁通①下降的比率，在负载力矩一定时，电枢的电磁力矩小于制动力矩，因而转速下降。
但在这种情况下，电枢电流仍然是远远地超过了额定电流值。
可见,并励电动机在运行中励磁回路断线可产生两个方面的影响:
一方面引起电枢电流的大幅度增加，使电动机烧毁；
另一方面，可能引起转速急剧升高。
过高的转速造成换相不良。
到使电动机转子遭到破坏。
因此，并励电动机在运行中应绝对避免励磁回路断线。
针对励磁回路断线的故障，应采取必要的保护措施。
25.★★试述井励直流电动机的调速方法，井说明各种方法的特点。
答并励直流电动机的调速方法有以下三种：
（1）改变励磁电流调速。
这种调速方法方便，在端电压一定时，只要调节励磁回路中的调节电阻便可改变转速。
由于通过调节电阻中的励磁电流不大。
故消耗的功率不大，转速变化平滑均匀，且范围宽广。
接入并励回路中的调节电阻为零时的转速为最低转速，故只能“调高”，不能“调低”。
改变励磁电流，机械特性的斜率发生变化并上下移动。
为使电机在调速过程中得到充分利用，在不同转速下都能保持额定负载电流，此法适用于恒功率负载的调速。
（2）改变电枢端电压调速。
当励磁电流不变时，只要改变电枢端电压，即可改变电动机的转速，提高电枢端电压，转速升高。
改变电枢端电压，机械特性上下移动，但斜率不变，即其硬度不变。
此种调速方法的最在缺点是需要专用电源。
在保持电枢电流为额定值时，可保持转矩不变，故此法适用于恒转矩的负载调速。
（3）改变串入电枢回路的电阻调速。
在端电压及励磁电流一定、接入电枢回路的电阻为零时，转速最高，增加电枢路电阻转速降低，故转速只能“调低”不能“调高”。
增加电枢电阻，机械特性斜率增大，即硬度变软，此种调速方法功率损耗大，效率低，如果串入电枢回路的调节电阻是分级的，则为有级调速，平滑性不高，此法适用于恒转矩的负载调速。
27、★★简述井励发电机的自励条件，条件不满足时，应采取的措施。
变压器
1.★从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？
变压器原副绕组套在同一个铁芯上，原边接上电源后，流过激磁电流in,产生励磁磁动势仁，在铁芯中产生交变主磁通e”.其频率与电源电压的频率相同，根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势e：
和e2,且有s=_N\^~、dt
e,=-M処显然，由于原副边匝数不等，即N,#=N2,原副边的感应电动势也就不等，即‘-dt
ei*e2,而绕组的电压近似等于绕组电动势，即UWE八U2^E2,故原副边电压不等，即匕*
U2.但频率相等。
2.★试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？
由e\=_N#、e,=—可知彳-=±
-,所以变压器原、副两边每匝感应
dt-dtN、N2
电动势相等。
又6Ei.U22E2,因此—，当匕不变时，若N,减少，则每匝电压仏N\N?
N\
U、
增大，所以U2=N,-^~将增大。
或者根据比~£
严4.44.财轧，若M减小，则①"
增'
_N、
大,又（/2=4.44j?
V20m,故U2增大。
3.变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？
变压器的铁心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。
为了减少铁心损耗,采用0.35mm厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
4.变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？
铁心：
构成变压器的磁路.同时又起着器身的骨架作用。
绕组：
构成变压器的电路.它是变压器输入和输出电能的电气回路。
分接开关：
变压器为了调压而在高压绕组引岀分接头.分接开关用以切换分接头，从而实现变压器调压。
油箱和冷却装置：
油箱容纳器身，盛变压器油，兼有散热冷却作用。
绝缘套管：
变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引线与
接地的油箱绝缘。
5.变压器原、副方额定电压的含义是什么？
变压器一次额定电压山是指规定加到一次侧的电压，二次额定电压山是指变压器
—次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。
6.★为什么要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通？
它们之间有哪些主要区别？
并指岀空载和负载时激励各磁通的磁动势？
由于磁通所经路径不同，把磁通分成主磁通和漏磁通，便于分别考虑它们各自的特性，从而把非线性问题和线性问题分别予以处理
区别：
1.在路径上，主磁通经过铁心磁路闭合，而漏磁通经过非铁磁性物质磁路闭合。
2.在数量上，主磁通约占总磁通的99%以上，而漏磁通却不足谯。
3.在性质上，主磁通磁路饱和，与i.呈非线性关系，而漏磁通磁路不饱和,与i，呈线性关系。
4.在作用上，主磁通在二次绕组感应电动势，接上负载就有电能输岀，起传递能量的媒介作用，而漏磁通仅在本绕组感应电动势，只起了漏抗压降的作用。
空载时,有主磁通①“，和一次绕组漏磁通①2,它们均由一次侧磁动势片。
激励。
负载时有主磁通①巾，一次绕组漏磁通①2,二次绕组漏磁通①20。
主磁通①,“由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即/；
=斥+户2激励，一次绕组漏磁通©
2由一次绕组磁动势斤激励，二次绕组漏磁通①2。
由二次绕组磁动势人激励。
7.★变压器的空载电流的性质和作用如何？
它与哪些因素有关？
作用：
变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分呈，后者属有功性质，称为空载电流的有功分宣。
性质：
由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分呈，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。
/N
大小：
由磁路欧姆定律①"
=¥
，和磁化曲线可知，I。
的大小与主磁通0“绕组匝数N及磁路磁阻心有关。
就变压器来说，根据=4.44/7Vl<
Dr„,可知，
①川二一，因此，①,”由电源电压山的大小和频率f以及绕组匝数N来决定。
4.44//V,
根据磁阻表达式R,„=—可知，尺”与磁路结构尺寸/,A有关，还与导磁材料的磁导率"
有关。
变压器铁芯是铁磁材料，“随磁路饱和程度的增加而减小，因此尺”随磁路饱和程度的增加而增大。
综上，变压器空载电流的大小与电源电压的大小和频率，绕组匝数，铁心尺寸及磁路的饱和程度有关。
8.★变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？
这些功率属于什么性质？
起什么作用？
为什么小负荷用户使用大容呈变压器无论对电网和用户均不利？
要从电网取得功率，有功功率供给变压器本身功率损耗，即铁心损耗和绕组铜耗,它转化成热能散发到周围介质中；
无功功率为主磁场和漏磁场储能。
小负荷用户使用大容呈变压器时，在经济技术两方面都不合理。
对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分呈小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降，对用户来说，投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。
9.为了得到正弦形的感应电动势，当铁芯饱和和不饱和时，空载电流各呈什么波形，为什么？
铁心不饱和时，空载电流、电动势和主磁通均成正比，若想得到正弦波电动势，空载电流应为正弦波；
铁心饱和时，空载电流与主磁通成非线性关系（见磁化曲线），电动势和主磁通成正比关系，若想得到正弦波电动势，空载电流应为尖顶波。
10.★试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。
它们分别对应什么磁通,对已制成的变压器,它们是否是常数？
激磁电抗是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数；
漏电抗是表征绕组漏磁效应的一个参数。
激磁电抗对应于主磁通，漏电抗对应于漏磁通，对于制成的变压器，励磁电抗不是常数，它随磁路的饱和程度而变化，漏电抗在频率一定时是常数。
11.变压器空载运行时，原线圈加额定电压，这时原线圈电阻门很小，为什么空载电流Io不大？
如将它接在同电压（仍为额定值）的直流电源上，会如何？
因为存在感应电动势根据电动势方程：
〃严-£
，-+人尽=70（Rm+jX„,）+jioxia+h&
=iQzm+人（&
+如）可知，尽管&
很小，但由于励磁阻抗乙”很大，所以几不大•如果接直流电源，由于磁通恒定不变，绕组中不感应电动势，即Et=0,£
1<
7=0,因此电压全部降在电阻上，即有因为&
很小，所以电流很大。
1
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