1、5第一章磁 路一、學習指導（）基本要求1建立變壓器、電機磁路的基本概念，了解磁路中幾個基本物理量的意義及單位。2. 了解常用鐵磁材料的分類、磁化過程及基本磁化曲線。3. 理解和運用磁路的幾個基本定律及磁路計算的一般步驟。4. 了解直流、交流磁路的異同點。（二）學習指導本章是為學習變壓器及各種電機打基礎的，有些基本概念在中學物理課中已闡明，但還 需結(jié)合工程實際情況作進一步討論。1. 磁路的概念變壓器、電機進行能量傳遞或轉(zhuǎn)換的介質(zhì)是主磁通，主磁通的路徑足主磁路。由鐵磁材 料構(gòu)成的主磁路是非線性的,所以漏磁通數(shù)量很小。漏磁通不參與能量傳遞或交換,它只匝 鏈自身線圈且路徑的介質(zhì)主要是線性的空氣介質(zhì)。變

2、壓器主磁路是閉合體，不含氣隙，而電 機中含有的氣隙則為主磁路的一部分。2. 磁路的基本定律全電流定律是磁路計算的基礎。磁路中的歐姆定律、基爾霍夫第一、第二定律對應于電 路中的相應定律，且磁路與電路冇很多相似之處。需要注意的是磁通可以通過導磁性介質(zhì), 也可以通過非磁性介質(zhì)，磁阻是隨鐵心飽和程度而變化的，或說磁導率/I是隨鐵心飽和程 度的增加而減小的。3. 鐵磁材料的特性1）鐵磁材料分軟、硬兩大類，軟磁材料磁滯回線窄，是電機、變壓器常用的材料；硬 磁材料磁滯回線寬，可作永久磁鐵。2）鐵磁材料在外磁場作用下磁疇排列整齊才呈現(xiàn)磁性。3）電機、變壓器中常用的磁化曲線是平均磁化曲線。4）交流磁路中鐵磁材料

3、有渦流、磁滯損耗，這些損耗與電源頻率及磁通密度有關。4. 磁路計算變壓器、電機的磁路計算是匸向問題，按正向磁路計算步驟進行，但應注意磁路有無分 支與有分支之分。磁路計算的逆向問題需要用試探法進行。5. 交流磁路瞬時交流磁路仍然遵循磁路定律，磁路計算可以使用基本磁化曲線。但應注意磁路飽和 現(xiàn)象會引起電流、磁通、電動勢波形畸變；交變磁通除了會引起鐵心損耗外還會在被磁通匝 鏈的線圈中感應產(chǎn)生電動勢。二、習題與解答1-1磁路的基本定律有哪些？若磁路上有幾個磁動勢同時作用，磁路計算時能否用疊 加原理？為什么？答：磁路的基本定律有：安培環(huán)路定律j Hd/ = X/或簡寫為HL = Ni;磁路的歐姆 J L

4、定律Ni =；或?qū)憺榇怕返幕鶢柣舴虻谝?、第二定?m Ni= £ H山。 由于鐵心磁路飽和時呈非線性，故磁路計算時不能用疊加原理。11-2簡述鐵磁材料的磁化過程。答：鐵磁物質(zhì)未放入磁場之前,其內(nèi)部磁疇排列是雜亂的,磁效應互相抵消,對外不呈 現(xiàn)磁性；若將鐵磁物質(zhì)放入磁場中，在外磁場的作用下，磁疇的軸線將趨于與外磁場方向一 致，且排列整齊形成一個附加磁場與外磁場疊加后，就呈現(xiàn)出磁性。1-3什么是鐵磁材料的基本磁化曲線？答：對同一個鐵磁材料，選擇不同的磁場強度進行反復磁化，可得一系列大小不同 的磁滯回線，再將各個磁滯回線的頂點聯(lián)接起來，所得到的曲線稱為基本磁化曲線或稱為平 均磁化曲線。1-

5、4磁路計算正問題的步驟是什么？答：磁路計算中有正問題、反問題。正問題計算步驟為:1）把磁路按不同的材料、不同的截面積分成若干段。2）計算各段磁路的有效截面積去和平均長度仏。3）由通過各段磁路截面枳的磁通量氧，計算各段磁路的平均磁通密度B嚴"Ar4）根據(jù)14求出對應的磁場強度鐵磁材料由基本磁化曲線查出 耳；對于空氣隙,5）計算各段的磁位降H山,可直接按H尸屁（）計算。由F = UHklk求得給定磁通量時所需要的總勵磁磁動勢F。1-5鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗是怎樣產(chǎn)生的？它們與哪些因素有關？答：鐵磁材料置于交變磁場中，材料被反復交變磁化，磁疇之間相互不停地摩擦、翻 轉(zhuǎn)，消耗能量，并以熱

6、量形式表現(xiàn)，這種損耗稱為磁滯損耗。由于鐵心是導電體，鐵心中磁 通隨時間變化時，根據(jù)電磁感應定律，在鐵心中將產(chǎn)生感應電動勢并引起渦流，此渦流在鐵 心中引起的損耗也以熱量形式表現(xiàn)，稱為渦流損耗。磁滯損耗與渦流損耗之和稱為鐵心損 耗，它們與電源頻率/、磁通密度B及鐵心重量有關。1-6說明交流磁路與直流磁路的異同點。答：直流磁路中磁通是不隨時間變化的，故沒有磁滯、渦流損耗，也不會在無相對運動的線圈中感應產(chǎn)生電動勢。而交流磁路中磁通是隨時間而變化的，會在鐵心中產(chǎn)生磁滯、渦 流損耗，并在其所匝鏈的線圈中感應產(chǎn)生電動勢，另外其飽和現(xiàn)彖也會導致勵磁電流、磁 通、感應電動勢波形的畸變。交流磁路的計算就瞬時而言，

7、遵循磁路的基本定律。1-7鐵心由DR320硅鋼片疊成，如圖11所示，已知線圈匝數(shù)N = 100(),鐵心厚度為2.5cm，疊加片系數(shù)為().93。不計漏磁，試計算：(1) 中間鐵心柱磁通為7.5X l()4Wb,不計鐵心的磁位降時所需的直流勵磁電流; 考慮鐵心的磁位降，產(chǎn)生同樣磁通量時所需的勵磁電流。解：(1)因磁路左右對稱，故可用右半邊來計算?？?慮到氣隙磁場的邊緣效應，計算氣隙有效截而積時, 通常在氏、寬方向各增加一個5值，則氣隙截面積“ 為：A2 =(1.25X l()-2 + 0.025X 1()-2)x(0.025 X 0.93-F ().025 X l()-2)nr3x l()-4

8、m2單位:cm圖11習題17圖B2 =2A7.5X 1()72X3X 1(廠4T= 1.25T氣隙磁密為#勵磁電流為魚 1.25(/2_4托>< IO"x 2 x 0.025 x 10 2A500A7r _ F_ 500、八.人/f=N = ioooA=o-dA(2) 計及鐵心磁位降時，中間鐵心磁密為O)7 5X 1()7Bi = =T = 1 29T1 A】 2.5X I()-2X().025X().93 亠 查磁化曲線得H = 7x1()2a&；鐵心磁路長人為1= 孕><1()-2_叩><1()-2+(5 + 0.025)x IO-2

9、X2-0.025 X2 x 102m = 0.1625m勵磁電流為F =Hili + H2l2=(7X 1()一2 x() 1625+ 500) A= 613.8Ar _ F_613.8a _n rl/1 A/f=N = 7oooA=o-614A1-8 個閉合環(huán)形鐵心線圈如圖12所示，其匝數(shù) N = 3()()，鐵心中磁感應強度為()9T，磁路的平均氏度 為45emo試求：圖12習題18圖(1)鐵心材料為鑄鐵時，線圈中的電流； 鐵心材料改用DR320硅鋼片時，線圈中的電流。解：(1) 鐵心材料為鑄鐵時，查磁化曲線得H=7()()()A/h,則7()()()X()45300A= 1(). 5A#

10、(2)當鐵心材料改用DR320硅鋼片時,查磁化曲線得H. = 230A AnJ230X0.45300A =0.345A可見由于鐵心材料不同，得到同樣的磁感應強度,所需勵磁電流的犬小札I建很多。#1-9有一個環(huán)形鐵心線圈，其內(nèi)徑為10cm,外徑為15cm,鐵心材料為鑄鋼。磁路中 含有一空氣隙，其長度為0.2cmo若線圈中通令1A的電流，如要得到()9T的磁感應強度, 試求線圈的匝數(shù)是多少？解：磁路平均氏度為10+ 1527t cm = 39 3 cm#杳磁化曲線，當B=().9T時，H|=76()A4n 空氣隙中磁場強度為H(嚴jpA/m = 7.2xA/m#總磁動勢為Nl = EHl = Hl

11、i + H)S= 760x(39.2-0.2)x IO"2 + 7.2 x 1()5 x().2x 1()-2a=(296 十 1440)A= 1736A線圈匝數(shù)為17?6=1736可見磁路中含冇空氣隙時, 氣隙中。磁動勢大部分都降落在空上二1-10如圖13所示鑄鋼鐵心，各項尺寸見表1 o左邊線圈通入電流產(chǎn)生磁動勢1500Ao試求下列三 種情況下右邊線圈應加的磁動勢值：(1) 氣隙磁通為1.65X l()-4Wb時；(2) 氣隙磁通為零時；(3) 右邊鐵心柱中的磁通為零時。圖1-3習題11()圖表1-1習題1-10中鑄鋼鐵心的各項尺寸路徑截面積/x 10 4nr長度/x 10 2m路

12、徑截面積/xlO-4m2長度 /xiO-2mal)cd450fe2.750.25575ed2.5102.510解：各段磁路的截面積A和長度/為第一段：abed, A=4Xl()7m2, /j = 5() X l()-2m第二段：aghd，A2 = 5X 10-4nr, Z2=75X l()-2m第三段：、ed，A3 = 2.5Xl()-4m2,厶= 20X l()-2m第四段：fe, A4=2.75x l()-4m2, Z4 =0.25X 10'2m(1) 當氣隙磁通 0)4= 1.65X l()-4Wb 時1.65X 1()42.5X IO'4T = 0.66T#查磁化曲線得

13、H3 = 5XK)2A/niA41.65X 1()72.75X IO"4T=0.6T#9W4 = = 7-T77A = 4.78X 105A()4ttX 1() 7 在左邊回路中，有F=HMi + H3厶+ H4/4，即150() = Hi x5()x 1()-2+ 5()()x2()X 1()一2+ 4.78x 1 ()5 x()25x IO-2 解til H1=411.5A/m,査磁化曲線得Bi=()56T 于是有01 = B1A1=O.56X4XW4W b = 2,24xiO_4Wb一 4=(2 24X IO'4-1.65 x l()-4)Wb = 0.59 x 10&

14、quot;4WbP 一2_059Xl()7 5X10-4 T-()J18T査磁化曲線得H2 = 0.8x IO2A Ai對于整個回路cbgh磁動勢為5Q0-F2 = Hili + H2l2=(411.5X50X IO'2 + ().8x 1()-2 x75 x IO'2) A得右邊線圈磁動勢為F2= 1234.3A(2)氣隙磁通為零時在左邊磁回路中，15()0=Hi/|,得Hi = 5()咒;才3000A Im,查磁化曲線得Bi = 1.5T于是育® = ©2 = BiAi = 15x4x 10'4Wb = 6x l()-4WbB2 = = |4=1

15、.2T，査磁化曲線得 H,= 12.8X102A/in/>2、X 1U在整個cbgh回路中，有1500-F2 = H1Z1 + H2Z2=(3000x50x 10-2 + 12.8x 102 x75 x 1()2)A得右邊線圈磁動勢為F2= -960A(3) 右邊鐵心柱磁通= ()時0=3，由于磁路是非線性，故烏要用試探法來求。設83%的磁動勢消耗在氣隙中, 則氣隙中的磁通(p為木 0.83F0.83X 150()x47rX 10_7x2.75X107“, ”廠廠0.25X10-WA1.72X10 皿"0人4占3 =曙=飛：帶:T = ().688T,杳磁化曲線得ws = 5.

16、3x 102A4n13=尋=可2：!()?T = 043T,查磁化曲線得Hi=3x "A/m A 4X10左邊回路的總磁位降為SH/ =(0.83X 1500 + 5.3X 1()2 x2()x 1()-2 + 3x 1O2X5OX 10'2)A=(1245+ 106+ 150)A= 1501 AF可見試探值正確，此時右邊線圈磁動勢應為F2 = 0.83X1500 + H3l3 = (1245 + 106) A = 1351A三、增選習題與解答1-11鐵磁材料分成幾類？各有什么特點？分別用在什么場合？答：鐵磁材料根據(jù)磁滯回線形狀不同，分為軟磁材料、便磁(永磁)材料兩大類。軟磁

17、 材料磁滯回線窄，剩磁5和矯頑力He.都小且磁導率較高，一般用于制造電機、變壓器的 鐵心。硬磁(永磁)材料磁滯回線寬，剩磁和矯頑力H.都大，可以制成永久磁鐵。1-12空心線圈的電感是常數(shù)，而鐵心線圈的電感是否為常數(shù)？為什么？答：鐵心線圈的電感L不是常數(shù)，它是隨勵磁電流而變化的，而勵磁電流又隨鐵心的 飽和程度而變化，故鐵心線圈是一個非線性的電感元件。1-13兩個線圈尺寸、形狀、匝數(shù)均札I同，一個是空氣心，另一個是鐵磁材料鐵心，接 電壓同樣的電源時，兩線圈中電流是否相同？為什么？答:空氣心線圈因空氣磁阻大,產(chǎn)生一定量的磁通需要較大的磁動勢,在線圈匝數(shù)不變 的情況下，線圈中電流較大。同理，鐵心線圈因

18、鐵磁材料磁導率較高，或說產(chǎn)生同樣大的磁 通量所需磁動勢較小，故鐵心線圈中電流較小。第二章直流電機一、學習指導（-）基本要求1. 了解直流電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及直流電機的可逆性。2. 熟悉直流電機的勵磁方式。3. 理解直流電機電樞繞組的構(gòu)成及特點。4. 掌握直流電機的電樞反應及工作特性。5. 了解直流電機的換向。（-）學習指導本章主要介紹直流電動機，以討論并勵、串勵電動機的工作特性為主c1. 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理基于皮薩定律。電樞繞組端加直流電壓，通過換向器與電刷的 配合，使同一磁極下的元件邊中電流方向不變，或講電樞繞組內(nèi)電流是交變的，且直流電機 有可逆性。2. 直流電

19、機的勵磁方式直流電機的勵磁方式有他勵、并勵、串勵和復勵，了解各種勵磁方式的電流關系。勵磁 方式不同對電機運行性能有較大影響，主要反應在磁場變化影響到電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。3. 電樞繞組直流電機電樞繞組通過換向片聯(lián)接而構(gòu)成一個閉合回路。主要分為單疊式、單波式，單 疊繞組特點為支路對數(shù)d等于極對數(shù)"換向節(jié)距yc=,每極下元件為一條串聯(lián)支路，多 用于電流較大的直流電機；單波繞組支路對數(shù)a = ,換向節(jié)距=字，同極性下元件為'（P一條串聯(lián)支路，多用于電壓較高的直流電機。電刷放置應使短路元件位于磁密最小處，且電 刷數(shù)等于極數(shù)。4 電樞反應電樞反應是直流電機的基本理論部分，闡述了直流電機是

20、雙邊勵磁的，氣隙磁場隨不同 的負載變化?？蛰d時，氣隙磁場是由勵磁磁動勢厲單獨產(chǎn)生的；負載時，電樞電流產(chǎn)生的 電樞磁動勢幾使氣隙磁場畸變且呈公磁性，并影響直流電機的運行性能。5 基本方程（并勵電動機）感應電動勢Ea= Ce?z電磁轉(zhuǎn)矩Tem= CT/a轉(zhuǎn)矩方程心嚴丁2+?。ǎ╇妱觿萜胶夥匠蘒 =/ J乙13Un/nSn"1 = Pcua + Pcuf + "皿C + Pc + P& + “N功率平衡方程6. 工作特性直流電動機工作特性是指并勵電動機在U =Un、h= /fN時，串勵電動機在U= Un且 電樞回路均不串電阻時的固有特性，即轉(zhuǎn)速特性；7= /(/a),轉(zhuǎn)矩

21、特性7；m = /(/a),效率特 性乃=/(人)。其中并勵電動機轉(zhuǎn)速特性是換特性，從空載到額定負載轉(zhuǎn)速下降不多，電磁 轉(zhuǎn)矩基本上隨負載線性增加。串勵電動機轉(zhuǎn)速特性是軟特性，電機轉(zhuǎn)速隨負載增加而迅速下 降，轉(zhuǎn)矩則以高于電樞電流一次方的比例增加。另外，串勵電動機不允許空載或輕載運行。7. 換向直流電機換向是指電樞元件從一條支路退出，經(jīng)過電刷短路后進入另一條支路的過程。 換向過程中，電樞繞組產(chǎn)生的電抗電動勢匕和電刷放在幾何中性線處且無補償繞組的直流 電機電樞反應電動勢“，均阻礙電樞電流變化而使換向延遲，造成換向回路在斷開時有一 定電磁能量以火花形式釋放。改善換向的主要方法是在兩主極之間安裝換向極。

22、換向極繞組 與電樞繞組串聯(lián)，并使換向極磁動勢抵消在幾何中性線處作用的電樞磁動勢外，還產(chǎn)生換向 極電動勢去抵消電抗電動勢。二、習題與解答2-1 一臺直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如卜：- 160kW, L/N = 220V, 7) - 90%,仮= 1500r/mine求該電動機的額定電流。解：直流電動機的額定功率為I'n= Un/nN則其額定電流為"n160X 103 A CCC AN_22()x().9A 808A2-2在直流電動機中是否存在感應電動勢？如果有的話，電動勢的方向怎樣？答：直流電動機勵磁后，電樞端施額定電壓，電動機轉(zhuǎn)動后，電樞繞組與磁場有相對運 動，其內(nèi)部存在感應電動

23、勢，該感應電動勢的方向與電樞端電壓方向和反，故也稱反電動 勢。2-3如果直流電機的電樞繞組元件形狀如圖2-1所示，則電刷應放在換向器上的什么 位置？答：這種電樞元件的形狀是元件端部不對稱元件。就電刷放置的原則來說，被電刷短路 的元件有效邊應處在磁密最小處，使短路元件內(nèi)感應電動勢最小。對端部對稱的元件來說,電刷應放在磁極軸線下，也是該元件的中心線下。端部不對稱的元件，因其端部并不感應電 動勢，有效邊仍處在磁密最小處，故電刷不能放在磁極軸線下，而應放在處于磁密最小處的 有效邊所聯(lián)端部的換向片上，如圖22所示。圖21某種電樞繞組元件的形狀圖22電刷應放的位置2-4 臺直流電機，若有一磁極失磁，將會產(chǎn)

24、生什么樣的后果？答：直流電機電樞繞組經(jīng)換向器片聯(lián)接后是一個閉合繞組，由于各支路串聯(lián)元件數(shù)和 等，使得各支路感應電動勢札I等。從閉合電路內(nèi)部看，各支路電動勢互和抵消，不會在電樞 繞組內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)流，若有一個磁極失磁，該磁極下的元件就不感應產(chǎn)生電動勢。直流發(fā)電機 將會在電樞繞組內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)流；直流電動機因電樞端外施額定電壓，失磁支路中的電流會很 大，這都將會因電流過大而損壞直流電機繞組。2-5單疊繞組與單波繞組的元件聯(lián)接規(guī)律有何不同？同樣極對數(shù)為”的單疊繞組與單 波繞組的支路對數(shù)為何相差P倍？答：單疊繞組的聯(lián)接是一個元件緊疊一個元件，換向節(jié)距yc=l,且一個極下的元件為 一條串聯(lián)支路，支路對數(shù)為a =

25、 po單波繞組的聯(lián)接不是把元件依次串聯(lián)，而是把相隔大約 兩個極距并在磁場中位豐差不多相對應的元件聯(lián)接起來，其換向節(jié)距©，同極性下 的元件為一條串聯(lián)支路，英支路對數(shù)a=，使相同極對數(shù)的單疊繞組與單波繞組支路對數(shù) 相差”倍。2-6何謂電樞反應？電樞反應對氣隙磁場有什么影響？對電機運行有何影響？答：直流電機勵磁后，由勵磁磁動勢巴產(chǎn)生氣隙磁場，電樞繞紐內(nèi)通有電流人產(chǎn)生的 電樞磁動勢Fa對氣隙磁場的彫響稱為電樞反應。電樞反應使氣隙磁場波形畸變，并呈公磁 性。電樞反應對直流發(fā)電機影響其端電壓，對直流電動機影響具電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。2-7直流電動機有哪兒種勵磁方式？在不同的勵磁方式下，線路電流、電樞電

26、流、勵 磁電流三者之間關系如何？答：直流電動機的勵磁方式一般有四種：(1) 他勵 勵磁電流兒與電樞電流人、線路電流/無關，且/a=/o(2) 并勵 線路電流/與電樞電流人、勵磁電流A的關系為/ = /a+/fo（3）串勵 線路電流/與電樞電流人、勵磁電流h為同一個電流，即/ = /a+/fo（4）復勵 勵磁繞組有兩個部分，一個繞組與電樞繞組并聯(lián)，另一個繞組與電樞繞組串 聯(lián)。以“先并后串”為例，線路電流/就是串勵繞組中的電流/仲，且等于電樞電流人與并 勵繞組中電流/併之和,即/ = !伸=Ia+I併。2-8什么因索決定直流電機電磁轉(zhuǎn)矩的大小？電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)和電機運行方式有何關 系？答:從電磁轉(zhuǎn)矩

27、公式可知7w = Ct人，當電機勵磁不變時，電磁轉(zhuǎn)矩丁3與電樞電流 成正比。若電機作發(fā)電機運行，電磁轉(zhuǎn)矩7沖是制動性的阻轉(zhuǎn)矩；若電機作電動機運行，電 磁轉(zhuǎn)矩7郵是驅(qū)動性的拖動轉(zhuǎn)矩。2-9 一臺并勵直流電動機將具電樞單疊繞組改接為單波繞組，問對其電磁轉(zhuǎn)矩會有什 么影響？答：由電磁轉(zhuǎn)矩公式可知T加尹I。（1）單疊繞組 支路對數(shù)a = p,電樞電流為Ld = 2ai故有嚴切尸嚴（2心）Liza"a#17（2）單波繞組 支路對數(shù)a = 1,電樞電流為1；=2心 故有<2/a)可見，當磁通不變時，在保持支路電流不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩7山才是不變的。2-10并勵直流電動機的起動電流決定于什

28、么？正常工作時電樞電流又決定于什么？答：在額定電壓下，直流電動機的起動電流取決于電樞回路的總電阻，起動電流會較 大，隨著轉(zhuǎn)速的上升和感應電動勢的增加，電樞電流會迅速下降。正常工作時，直流電動機 電樞電流的大小取決于負載。2-11串勵直流電動機為什么不能空載運行？和并勵直流電動機比較，串勵直流電動機 的運行性能有何特點？答：由直流電動機轉(zhuǎn)速公式可知，”穢空載時電樞電流很小為。串勵電動機勵磁電流就是電樞電流，故磁通很小:在額定電壓下，串勵電動機的空"載轉(zhuǎn)速會 很高，是不允許的。從運行特性可知，并勵電動機轉(zhuǎn)速為硬特性，轉(zhuǎn)速基本不隨負載而 變化，電磁轉(zhuǎn)矩丁口與電樞電流基本上呈線性關系；而串勵

29、電動機轉(zhuǎn)速為軟特性，轉(zhuǎn)速” 隨負載的大小而變化，電磁轉(zhuǎn)矩7、訕是與高于電樞電流一次方成比例的，即在相同的電樞電 流時能獲得較大的電磁轉(zhuǎn)矩。2-12若要改變并勵、串勵、復勵直流電動機的轉(zhuǎn)向，應怎么辦？答：改變這三種直流電動機的轉(zhuǎn)向均可采用對調(diào)勵磁繞組或電樞繞組的接線端了的方法，若兩者同時對調(diào)，直流電動機轉(zhuǎn)向不改變。2-13電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速似乎應該上升，但從 直流電動機的轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩特性看，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速反而下降，這是什么原因？答：直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是隨電樞電流的增加而增大的，電樞電流又隨負載的增加而 增加。由轉(zhuǎn)速公式n = U屮可知，并勵電動機電樞電流

30、的增加會使電阻壓降增大，盡 管電樞反應有上磁性，使轉(zhuǎn)"速有增人的趨勢，但電阻壓降的分量較公磁效應大，故使并勵電 動機轉(zhuǎn)速隨負載的增加而略合下降。在串勵電動機中，電樞電流的增加使電阻壓降與磁通都 增大。這兩個因素都會使電動機的轉(zhuǎn)速下降。2-14直流電動機的調(diào)速方法有兒種，各有何特點？答：直流電動機的調(diào)速方法有三種（以他勵電動機為例）：（1）改變電樞電壓調(diào)速 轉(zhuǎn)速特性為一組平行下移的直線，特點是空載轉(zhuǎn)速隨電樞電壓 的下降而減小。（2）電樞回路串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)速特性為一組空載轉(zhuǎn)速不變的直線，特點是所串電阻要消 耗功率，電動機轉(zhuǎn)速隨所串電阻的增加而下降。（3）改變磁通調(diào)速 弱磁調(diào)速的特點是電動

31、機轉(zhuǎn)速只能向上調(diào)高而不能向下調(diào)低，出然 也可以釆用兩種方法同時進行的調(diào)速。2-15 一臺并勵直流電動機在額定電壓 5 = 22（）V和額定電流/n = 80A的情況下運行, 電樞回路總電阻ka = 0.08（1，2AUC = 2V,勵磁回路總電阻乩=8&8Q,額定負載時的效率 7N = 85%,試求：（1）額定輸入功率；（2）額定輸出功率；（3）總損耗；（4）電樞回路銅耗；（5）勵磁回路銅耗；（6）電刷接觸損耗；（7）附加損耗；（8）機械損耗與鐵耗之和。解：（1）額定輸入功率P1N= LTN/N = 22OX8OW= 17.6kW（2）額定輸出功率”2N= 5/也= 220X80X85

32、%W= 14.96kW（3）總損耗=（176 1496）kw=264kw（4）電樞回路銅耗（不考慮電阻溫度換算）I = 2Z0_=2 48AR 88.8A /a=/-/f= （80-2.48）A = 77.5APCua =；a = 77.52x 0.08W = 480W（5）勵磁回路銅耗（不考慮電阻溫度換算）P（“ =/7/?f = 2.482 x 88.8W= 546W（6）電刷接觸損耗PC = 2AUC/；J = 2X 力5W= 155W（7）附加損耗P、= 1 % P2n = 1 % X 14 96kW = 15OW（8）機械損耗與鐵耗之和=（2640 480 -546-155-150）

33、W =1309W2-16 一臺他勵直流電動機接在一個電壓為Un = 22()V的電網(wǎng)上運行時，電樞電流匚 = 1()A,電刷壓降為2AGC = 2V,電樞回路電阻為0.5Q，該電動機內(nèi)部反電動勢為多少？假 定由于某種原I大I,電網(wǎng)電壓下降為190V,但他勵的勵磁電流利負載轉(zhuǎn)矩皆保持不變，達到 新的平衡時，電動機內(nèi)部的反電動勢為多少？解：電動機接電壓為220V時，其反電動勢為EU- 1尺-2卜匕二(220- 10X().5-2)V = 213V電動機接電壓為190V時，由于勵磁電流和負載轉(zhuǎn)矩都不變，則人和也不變，此時 電動機內(nèi)部反電動勢為Ea= U- /aa-2AUc=(190-1()x().5

34、-2)V= 183V2- 17 一臺并勵直流電動機，/ = 96kW, Un = 44()V, /a = 255A, /zN = 500i1= 5A，/乙=0()78Q，試求：(1) 電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩；(2) 在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩；(3) 當人()時電機的轉(zhuǎn)速；(4) 在總制動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當電樞中串入()1Q電阻而達穩(wěn)定時的轉(zhuǎn)速。解：(1)電動機的額定輸岀轉(zhuǎn)矩/a=/N-/fN= <255-5)A = 250A”2N = I 2N。，Q= 605007、2N = 955 d = 955x 塑裂Sm= 1834N*mH n3UU(2)在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩Ea = Uy 1R、

35、=(440 - 250 x 0.078) V = 421VPem=EH/a = 421 x250W= 105kW/ em = 2" Jho = 2 x 31 J4 x500 /60N*m = 2006N，m（3）當時電機的轉(zhuǎn)速覚啜 V/r=0.84V/r5=0 84rAnm-524rAnin（4）在總制動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當電樞中串入（）1Q電阻而達穩(wěn)定時的轉(zhuǎn)速為440-250X (0.078 + 0.1) / ./ n o <r /nnn = 471r /minU o42- 18 一臺并勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：PN= 17kW, Un = 220V, N = 3000 r

36、/min，g = 889A，電樞回路總電阻Ra = 0.1140，勵磁回路電阻&=1815Q。忽略電樞 反應影響，試求:（1）電動機的額定輸岀轉(zhuǎn)矩；（2）在額定負載時的電磁轉(zhuǎn)矩； 額定負載時的效率；（4）理想空載（人= （）時的轉(zhuǎn)速； 當電樞回路串入一電阻/5 = （）15Q時，額定負載時的轉(zhuǎn)速。解：（1）電動機的額定輸岀轉(zhuǎn)矩Tcw = 9.55 = 9.55X iN*m = 54N-mn *3000（2）額定負載時的電磁轉(zhuǎn)矩_ Un_220_ 2A/f" & _W15A_12A/（ = /N-/f= （88.9- 1.2）A = 87.7AC牛 SA 二 220 -

37、船 o 114v 心（）.（）7V /7、30007；m = 9.55Ce/a = 9.55x（）.07x87.7N-m=58.6N-m（3）額定負載時的效率廠非 x 1（）0% =X 100% =心：專9 % 100% = 86-9%（4）理想空載時的轉(zhuǎn)速5Ce02200.071/in in = 3143r/inin#（5）當電樞回路串入一電阻Kq = （）15Q時，額定負載時的轉(zhuǎn)速為19235-人(心+心)= 220 - 87.7x（07U4 + 0.15）rAnin = 2812rAnin2-19 一臺220V的并勵直流電動機，電樞回路總電阻/乙= ()316Q,空載時電樞電流 /a0

38、= 2.8A,空載轉(zhuǎn)速為 16()0r/inin。(1) 今欲在電樞負載電流為52A時，將轉(zhuǎn)速下降到800rAnin,問在電樞回路中須串入 的電阻值為多大？(忽略電樞反應)(2)這時電源輸入電動機的功率只有百分之兒輸入到電樞中？這說明什么問題?解：c爐=57亦-220 說糾 316v/r =（）.37V/r1600從）& +心二吟旦= 220-0E7x80（）q = 2.i2Q(1) 電樞電流為52A,轉(zhuǎn)速為8()()r in,則在電樞回路中串入的電阻為a52Rn=(212 ()316)Q=18Q 電源輸入電樞回路的功率為P1 = l/N/N = 220 X 52W =11.44kW輸

39、入電樞中的功率為/< =1 -鬥5=(11440 - 522 X 1.8)W = 6573W 占電源輸入功率的百分比為料 x 100% =筆除 x 100% = 57.5%Pi11440這說明有一部分功率消耗在電樞回路中所串的1.8Q電阻上，即這種調(diào)速方法不經(jīng)濟。2-20 一臺并勵直流電動機在某負載轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速為1000r4nin,電樞電流為40A,電 樞回路總電阻= 0.045(1，電網(wǎng)電壓為HOVo當負載轉(zhuǎn)矩增大到原來的4倍時，電樞電流 及轉(zhuǎn)速各為多少？(忽略電樞反應)解：由丁嚴Ct人，電網(wǎng)電壓U及磁通均不變時，有K = 4Tc則電樞電流為 /： =4/a = 4X40A=160Ag

40、 =上愛=11O-4OXO.O45V /=()1()8V /rn1(X)0電動機轉(zhuǎn)速為一腭律（）45r/min*52r/min2- 21 一臺并勵直流電動機，PN = 7.5kW, UN= 110V, g = 82A,= 1500r/mine電樞回路總電阻& = 0l()14Q,勵磁回路電阻&=467Q。忽略電樞反應作用。(1) 求電動機電樞電流/a = 60A時的轉(zhuǎn)速；(2) 若負載轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速而改變，現(xiàn)將電動機的主磁通減少15%，求達到穩(wěn)定狀態(tài)時的 電樞電流及轉(zhuǎn)速。U_2yA = 236A46.7 iN /f=(82-2.36)A = 79.64AEa= Un IaRa=(

41、110-79.64X0.1014)V= 102 V 當電樞電流1； =60A時，電動機的轉(zhuǎn)速為E； = 5-= (110-60X0.1014)V= 104VEa=G©、，E；=C®,得Ezi(M= 77巧 X 1500r /min = 1529r /min當電動機的主磁通減少15%時，“=()85，由于負載轉(zhuǎn)矩不變，有 九=5血產(chǎn)6(0.85)嵐則穩(wěn)定時電樞電流為解:(1)由于(2)/f= IPernr =79,4人=93 7A-0.850.85* r穩(wěn)定時電動機轉(zhuǎn)速為E： = 5- 1； R尸(110-93.7X0.1014)V= 100.5V 因為£=C屈wE

42、； = Ce()85)八得E； "n I0()5、，1500 / / n E 0.85 - 1020.85r/min_1739r/min2- 22 一臺串勵直流電動機，L = 22()V, J = 4()A，;zn= lOOOrim電樞回路總電阻為 0.5Qo假定磁路不飽和，求(1) 當/a = 20A時，電動機的轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩為多大？(2) 如果電磁轉(zhuǎn)矩保持上述值不變，而電壓降低到110V,此時電動機的轉(zhuǎn)速及電流各為 多大？解：(1)由于是串勵電動機，人=J = 4()A,額定負載時的電樞反電動勢為Ea= W=(220-40X0.5)V = 200V不計飽和效應，/： = 20A時

43、磁通為I 90計=卞=鐵=()5仁 40這時的反電動勢為E； = Un-I；R尸(220-20X0.5)V = 210V電動機的轉(zhuǎn)速為,E：= iooxoS X 1()0()r/lin=2100rlin當I； =20時的電磁轉(zhuǎn)矩為丁爲=9.55 A = 955XNm= 19.1N-m(2) 保持19.1N-m不變，U=11()V,不計飽和效應，由T；.m= Cyl；可知，電動機 電流不變，仍為/；=2()A,這時電動機的反電動勢為E； = U IJ=(110-20x().5)V= 100 V降低電壓后，電動機的轉(zhuǎn)速為X 1000rAnin= l(X)0r/minE 塵 _ 100V_L E 小

44、 200 0.5 1 a2-23 一臺并勵直流電動機的數(shù)據(jù)如下：Un = 22()V,電樞回路總電阻 心=().()32Q, 勵磁回路總電阻kf = 275Q。今將電動機裝在起重機上，當使重物上升時，U嚴Un，人= 350A, ;z = 795r/min;而將重物下放時(重物負載不變，電磁轉(zhuǎn)矩也近似不變)，電壓及勵 磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速7/=3OOrin。問電樞回路中要串入多大的電阻？解：重物上升時的反電動勢為Ea= UN - IhRa = (220 - 350 x (). ()32) V = 208.8V重物下放時，轉(zhuǎn)向反了，轉(zhuǎn)速為3()(h/mim負載轉(zhuǎn)矩不變，電樞電流也不變, 這時反電動

45、勢為Ea 晉795 300 x 208 8 V = - 78 8 V電樞回路總電阻為Rn+Ra= 5；色=220二8% = ° 854f則電樞回路應串入電阻為Rn = (0.854-0.032) Q = 0.822Q2-24 一臺1 OOkW、230V的并勵直流發(fā)電機，每極勵磁繞組有1()0()匝，在額定轉(zhuǎn)速 下，空載產(chǎn)生額定電壓需要勵磁電流7A,額定電流時需9.4A才能達到同樣的電壓，今欲 將該發(fā)電機改為平復勵，問每極應增加多少匝串勵繞組？解：設應增加的串勵繞組為N,匝，由磁動勢關系知，N、人=(/繆-h)Nf，解此方程 可得應增加繞組的匝數(shù)為(/N 兒)(9.4-7)x 1()0

46、()100X 1()3 /230= 5.52 壬 6增選習題與解答2-25在直流電機屮，電樞磁動勢能否在勵磁繞組中感應產(chǎn)生電動勢？為什么？答：直流電機勵磁磁場會在電樞繞組中感應產(chǎn)生電動勢，是因為電樞繞組旋轉(zhuǎn)時與勵磁 磁場之間右相對運動；而電樞磁動勢"在空間位置是不動的(盡管電樞在旋轉(zhuǎn))，其產(chǎn)生 的磁場在空間也是固定不動的，與勵磁繞組之間沒有相対運動，所以電樞磁場不會在勵磁繞 組中感應產(chǎn)生電動勢。第三章變壓器一、學習指導（-）基本要求1. 了解單相變壓器空載、負載運行時的電磁關系及磁動勢平衡方程的意義。2. 如何導岀變壓器的等效電路及其參數(shù)測定的方法。3. 了解變壓器運行時電壓變化率、

47、效率與哪些因索有關。4. 掌握三相變壓器磁路特點及其聯(lián)結(jié)組號確定的方法。（二）學習指導單相變壓器的空載、負載運行是變壓器的基本理論，也是分析異步電機的基礎。1正方向明確變壓器中各物理量方向不是實際方向，僅起一個指路牌的作用，并認為一次側(cè)對于 電網(wǎng)是個負載，二次側(cè)對負載是個電源。按電工慣例規(guī)定，在同一負載支路里，電壓、電流 同方向；電流與磁通符合右手螺旋關系；電動勢與產(chǎn)生磁通的電流同方向，并有獸。dz 正方向一經(jīng)規(guī)定，變壓器的基本方程及等效電路均按此正方向?qū)С觥?. 單相變壓器的空載運行了解單相變壓器空載時的電磁關系。主磁通在一、二次側(cè)感應產(chǎn)生的電動勢為，-j4.44./Ni雖十E2= -j4.

48、44/N20m，漏磁通在一次側(cè)感應產(chǎn)生的漏電動勢作為漏電抗壓降 處理?？蛰d時基本方程為"=一氏+ （廠1+血1）人,口20 =爲，-Ei= + 人，其 中心（是對應鐵心損耗的勵磁電阻，心“是表征鐵心磁化性能的綜合參數(shù)，心廠 它們都 是虛擬值，并由此導出變壓器空載時的等效電路及相量圖。3. 單相變壓器負載運行理解單相變壓器負載時的物理情況，主磁通是由一、二次側(cè)磁動勢合成后產(chǎn)生的。磁動 勢平衡關系是重要的概念，五個基本方程綜合地反應了變壓器負載時的電磁關系。4. 等效電路及相量圖變壓器的等效電路是基本方程的模擬電路，它正確地模擬了變壓器內(nèi)部的全部電磁過 程。在已知參數(shù)的情況下，用等效電路

49、能方便地求出各物理量，計算時注意負載阻抗也要歸 算。計算結(jié)果是歸算量而不是實際量，工程上用近似電路已足夠準確。相量圖不僅表明了變 壓器的電磁關系，而且能較直觀地看出變壓器各電磁量的大小和相位關系°5. 變壓器的穩(wěn)態(tài)運行變壓器穩(wěn)態(tài)運行的主要指標有兩個，即變壓器二次側(cè)端電壓的變化率和變壓器的效率。 變壓器二次側(cè)額定電壓是指空載電壓，帶負載后二次側(cè)端電壓變化與變壓器的短路參數(shù)、負 載系數(shù)及負載的功率因數(shù)有關。變壓器的損耗中有町變損耗和不變損耗，當可變損耗等于不 27變損耗時，變壓器效率有最人值。電壓變化率和效率分別用外特性U2 = /（人）和效率特性可 =/（/2）來描述。6. 三相變壓器

50、三札I變壓器在對稱負載下運行，由對稱原理，可用單和變壓器的基本方程式、相量圖和 等效電路來分析。磁路系統(tǒng)要掌握三相變壓器組和三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)以及不同的繞組聯(lián)接時其磁通、電流和電動勢的波形。了解家標準規(guī)定的常用二和變壓器聯(lián)結(jié)組號，掌35握聯(lián)結(jié)組號由時鐘法確定的方法,并理解大型三相變壓器一、二次側(cè)有一側(cè)繞組為三角形聯(lián)結(jié)能改善電動勢波形的原內(nèi)。7. 自耦變壓器與互感器自耦變壓器既有磁的耦合，又有電的聯(lián)系。繞組的一部分為一、二次側(cè)的共同部分，其 輸出容量有一部分是電磁感應；另一部分是從一次側(cè)直接傳導到二次側(cè)的，故其繞組容量小 于輸出容量。內(nèi)自耦變壓器一、二次繞組之間有直接的電聯(lián)系，所以要加強過

51、電壓的保護。電壓互感器工作在降壓變壓器開路狀態(tài)，使用中二次繞組不能短路；電流互感器工作在升壓變壓器短路狀態(tài)，使用中二次繞組絕不能開路；二者均要注意安全接地和誤差。、習題與解答31分析變壓器時，對正弦電壓、電流、電動勢和磁通等量是如何規(guī)定其正方向的？ 答：變壓器接在交流電源上運行,各電磁量方向是隨時間變化的，但各量的幅值不變。 為了便于列出變壓器的基本方程，導出其等效電路，應事先規(guī)定好各電磁量的正方向。規(guī)定 的正方向并不是各量的實際方向，僅起一個指路牌作用。正方向規(guī)定是任意的，通常采用電 工慣例，即輸入電能的電路如變壓器一次側(cè)用電動機慣例，輸出電能的電路如變壓器二次側(cè) 用發(fā)電機慣例，并認為變壓器

52、一次側(cè)對電源是一個負載，變壓器二次側(cè)對負載是一個電源。 按此慣例，規(guī)定變壓器各電磁量的正方向為：1）在同一個負載支路里電壓u與電流i同方向。2）電流i與磁通符合右螺旋定則。3）電動勢F與產(chǎn)生磁通的電流f同方向，并有e = - N普關系。dt3- 2變壓器勵磁電抗工口的物理意義是什么？我們希望變壓器的工和是大好還是小好? 若變壓器用空氣心而不用鐵心，則工皿是增大還是減小？如果一次繞組匝數(shù)增加5%,苴余 不變，工小如何變化？如果將鐵心截面積增加5%，其余不變，g如何變化？答：變壓器的勵磁電抗心“是表征鐵心磁化性能的一個綜合參數(shù)，由于鐵心的磁化曲線是非線性的，故工m也不是一個常數(shù),是隨鐵心飽和程度增

53、加而減小的。實際運行時一次側(cè)端電壓不變，主磁通變化很小，在這種情況下，可近似認為亠譏不變化。從-左=（八“ + /m知，變壓器中希望大些，這樣會減小勵磁電流人。若變壓器改用空氣心，則磁路的磁導率下降，乙“與磁導率成正比，可見彳呂是減小的。工小與一次繞組的匝數(shù)平方成正 比，當一次繞組匝數(shù)增加時，勵磁電抗工和是增加的。工與磁路飽和程度有關，鐵心截血 積增加，磁路飽和程度下降，則工皿變大。3- 3變壓器中主磁通與漏磁通的性質(zhì)有什么不同？在等效電路中怎樣反映它們的作用？ 答：主磁通路徑是鐵心，與產(chǎn)生它的磁化電流之間為非線性關系，且同時匝鏈變壓器 一、二次繞組是傳遞能量的介質(zhì)，在等效電路中用勵磁電抗工小

54、表征它對磁路的效應。漏磁 通數(shù)量很小，路徑基本上是空氣或非磁性介質(zhì)，與產(chǎn)生它的電流之間為線性關系，且只匝鏈 變壓器一側(cè)繞組，不參與能量傳遞，在等效電路中用漏電抗心表征它對漏磁路的效應。3- 4某單相變壓器的額定電壓為38()VQ()V,頻率為50Hzo試問：(1) 如果誤將低壓繞組接到3&)V電源上，變壓器會發(fā)生什么情況？(2) 如果電源電壓為額定值，頻率提高20%，則乙沁你、pg有什么變化？(3) 如果將變壓器誤接到額定電壓的直流電源上，會發(fā)生什么情況？答：(1) 由Uin444/N2%町知，低壓繞組匝數(shù)少，磁通山要增加很多才能平衡端電 壓Uin，磁通的增加又因磁路非線性引起勵磁電流

55、增加很多，電流過大可能燒壞低壓繞組。(2) 頻率提高20%，由U7*444/Ni%知，磁通將減少,磁路的飽和程度也減 小，則勵磁電抗;增加空載電流是減小的。已知磁通M頻率提高而減少，則磁路的磁 密“也減少。鐵耗”Fc是與磁密平方、頻率13次方成正比，相對而言，鐵耗/%.還是減少 的。(3) 如果誤接到額定電壓的直流電源上，將會因電流很大而燒壞變壓器線圈。因為此時 感應電動勢等于零，變壓器電流為3- 5兩臺單札|變壓器5n/U2n = 22()V/110V, 次側(cè)匝數(shù)相等，但空載電流/0| = 2/()|,今將兩臺變壓器一次繞組順極性串聯(lián)起來，一次側(cè)加440V電壓，問兩臺變壓器的二 次側(cè)空載電壓是否相等？答：一次側(cè)匝數(shù)相等，空載電流札I差一倍，不計漏阻抗，有Zinj = y乙汕，一次繞組 厶串聯(lián)后有Uu + Uin =440Vo兩變壓器一次電壓不等，U1I=2U1，即Uu = 146.7V, Gm = 293.3V；同樣二次電壓也不等,由電壓比等于2知，U2l =73.3V, U2 = 146.6Vo3-6為什么變壓器空載損耗可以近似地看成鐵耗，負