电机学第五版课后答案--修订版

电机学（第五版）课后习题解答1《电机学》（第五版）课后习题解答系别：电气工程系系授课教师：****日期：2017.05.20电机学（第五版）课后习题解答2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AlRm=，单位：WbA1-2磁路的基本定律有那几条？当铁心磁路上有几个磁动势同时作用时，能否用叠加原理来计算磁路？为什么？答：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。1-3基本磁化曲线与初始磁化曲线有何区别？计算磁路时用的是哪一种磁化曲线？答：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)(HfB=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。1-4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VfBCpnmhh。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GBfCpmFeh23.1。与材料电机学（第五版）课后习题解答3的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。1-5说明交流磁路和直流磁路的不同点。答：直流磁路中的磁通是不随时间变化的，故没有磁滞、涡流损耗，也不会在无相对运动的线圈中感应产生电动势，而交流磁路中的磁通是随时间而变化的，会在铁心中产生磁滞、涡流损耗，并在其所匝链的线圈中产生电动势，另外其饱和现象也会导致励磁电流、磁通，感应电动势波形的畸变，交流磁路的计算就瞬时而言，遵循磁路的基本定律。1-6电机和变压器的磁路通常采用什么材料构成？这些材料有什么特点？答：磁路：硅钢片。特点：导磁率高。电路：紫铜线。特点：导电性能好，电阻损耗小.电机：热轧硅钢片，永磁材料铁氧体稀土钴钕铁硼变压器：冷轧硅钢片。1-7线圈的电抗与对应磁路的磁阻有什么关系？答:电感L与线圈匝数N的平方成正比，与磁场介质的磁导m成正比。即为mNL=2交流线圈的电抗X随着频率f、匝数N、磁阻Rm的变化而变化。mmRfNfNLX12222===当其他条件一定时，单个线圈的电抗与磁路的磁阻成反比当磁阻串联时对应总电抗时原来两个电抗的并联值当磁阻并联时对应总电抗时原来两个电抗的串联值当磁阻型联结时对应总电抗是T型等效电抗值1-8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Wb4105.7−，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。电机学（第五版）课后习题解答4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24-22109.293.01025.1025.0mmAA===−(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ml41052−==铁心长度()mcml21045.122025.025.15225.125.7−=−−+−=铁心、气隙中的磁感应强度TTABB29.1109.22105.7244====−−不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度mAmABH/100.1/10429.1670===−磁势AAlHFF500105100.1461====−电流ANFI5.01==考虑铁心中的磁位降：铁心中TB29.1=查表可知：mAH/700=铁心磁位降AAlHFFe15.871045.127002===−AAAFFFFe15.58715.875001=+=+=ANFI59.01=1-9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mPQRR=，则左边支路的磁阻为mR311：电机学（第五版）课后习题解答5mmRRFF311-21+=AARFFmPQ43.7110014111503111=−=−=电机学（第五版）课后习题解答61-10图示铸钢铁心，其各部分尺寸为路径截面积/24-10m长度/m210−abcd450aghd475af2.510fe2.750.25ed2.510若左边线圈通入电流产生磁动势1500A。试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1)气隙磁通为b1065.14W−时；(2)气隙磁通为零时；(3)右边心柱中的磁通为零时。解：(1)Wbfeedaf41065.1−===TTBBedaf66.0105.21065.144===−−查磁化曲线得mAHHedaf/500==气隙中的磁场强度mAmAH/1071.477/1075.21041065.13474==−−−中间磁路的磁势()AFad2331020500105.21071.477−−+=A28.1294=左边磁路的磁势AAFdcba72.205)28.12941500(=−=mAmAlFHdcbadcbadcba/44.411/5.072.205===查磁化曲线得TBdcba56.0=WbWbdcba441024.210456.0−−==WbWbaghd441059.010)65.124.2(−−=−=TTBaghd12.01051059.044==−−电机学（第五版）课后习题解答7查磁化曲线得mAHaghd/80=AAFaghd6075.080==右边线圈应加磁动势28.1234)6028.1294(2=−=−=AFFFaghdad(2)0=adFmAlFHdcbadcba/5.015001==查磁化曲线得TdcbaB5.1=WbWbdcba441061045.1−−==Wbdcbaaghd4106−==TTBaghd2.110510644==−−查磁化曲线得mAHaghd/1270=AAFaghd95275.01270==右边线圈应加磁动势212700.75952aghdFFAA==−=−(3)由题意得dcbaad=由(1)、(2)可知WbWbad44-1024.21065.1−取Wbad41075.1−=则TTBBedaf7.0105.21075.144===−−查磁化曲线得mAHHedaf/550==气隙中的磁场强度mAmAH/107.506/1075.21041075.13474==−−−中间磁路的磁势()AFad2331020550105.2107.506−−+=A8.1376=电机学（第五版）课后习题解答8Wbaddcba41075.1−==TTBdcba4.01041075.144==−−查磁化曲线得mAHdcba/310=AAFdcba1555.0310==AAAFFFdcbaad15318.1376155=+=+=已知AF15001=1FF，假设合理右边线圈应加磁动势AFFad8.13762==电机学（第五版）课后习题解答9第二章变压器2-1什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。由感应电动势公式=1144.4fNE可知，空载或负载情况下11EU，主磁通的大小取决于外加电压1U、频率f和绕组匝数1N。2-2一台60Hz的变压器接到50Hz的电源上运行时，若额定电压不变，问激磁电流、铁耗、漏抗会怎样变化答：（1）励磁电流减小，因为额定电压不变，则'1'11144.444.4==NffNEUN，又60505060''==ff，即=65'磁通降低，此时可认为磁路为线性的，磁阻slRm=不变，励磁磁势mmRNI=1，mmII65'=；（2）铁耗减小，因为：fBpmFe，铁耗稍有减小；（3）变压器漏抗增大，因为：11''1562xLfx==，22''2562xLfx==2-3一台110V/220V的变压器。若误接到110V的直流电源上，将产生什么后果？答：误接到110V直流电源上，绕组中不能产生感应电动势，故E1=0，一次电流将由欧姆定律决定，等于U1/R1，其中R1很小，因此电流将很大，足以烧毁变压器。2-4有一台两绕组变压器，若一次侧的空载电流为I0，问变压器的磁动势方程能否写成201121NININI•••+=?为什么？答：可以，变压器负载运行时磁动势平衡方程为：21121mNININI•••+=，电机学（第五版）课后习题解答10mI•为激磁电流，其大小取决于负载时的主磁通的数值，与变压器空载运行时的0I•值稍有差别，但差别不是很大。2-5试导出激磁电阻mR激磁电抗mX与铁耗电阻FeR和磁化电抗X之间的关系。答：根据变压器空载运行时等效电路得：ee()=FmmmFRjXRjXRjX=++激磁阻抗Z所以，可得2e22e2e22emFFFmFXRRRXRXXRX=+=+2-6在导出变压器的等效电路时，为什么要进行归算？归算是在什么条件下进行的？答：因为变压器原、副边只有磁的联系，没有电的联系，两边电压12EE、电流不匹配，必须通过归算，才能得到两边直接连接的等效电路；归算原则：1）在进行二次绕组电流归算时，保持归算前后二次绕组的磁动势不变；2）在进行二次绕组电动势归算时，保持归算前后主磁通、漏磁通不变，即电动势与匝数成正比；3）在进行二次绕组电阻归算时，保持归算前后损耗不变；4）在进行二次绕组漏电抗归算时，保持归算前后漏磁场储能不变；5）在进行二次绕组端电压归算时，保持归算前后功率不变。电机学（第五版）课后习题解答112-7利用T型等效电路进行实际问题计算时，算出的一次和二次侧电压、电流和损耗、功率是否为实际值，为什么？答：因为根据变压器绕组归算的原则可知，一次侧没有经过归算，所以为实际值；二次侧电压、电流不是实际值，因为归算前后绕组匝数不同，但损耗、功率为实际值。2-8变压器的激磁阻抗和等效漏阻抗如何测定？答：激磁阻抗由空载试验测量；等效漏阻抗由短路试验测量。空载实验为开路实验，可以测量变压器的激磁阻抗，为了安全和方便，空载实验常在低压侧进行，即将额定频率的额定电压加在低压绕组上，高压侧开路，测量此时的低压绕组的电压、空载电流和空载功率，根据测量的数据可以计算出激磁阻抗参数；短路实验即用来测量变压器的短路阻抗，常在高压侧进行，低压侧短路，在高压绕组上加一可调的低电压，当短路电流达到额定电流时停止加压，测量此时的电压值即为短路电压，根据测量的短路电压、短路电流和短路时的功率（短路损耗）可以计算出短路阻抗参数。2-9三相变压器绕组联结时，什么是组号的“时钟表示法”？答：三相变压器的绕组采用不同的联结时，一次绕组的线电压与二次绕组的线电压之间可以形成不同的相位。为了表明一，二次侧线电压之间的相位关系，通常采用“时钟表示法”。判断三相变压器一，二次侧线电压之间的相位差，即判定三相变压器的联结组号有多种方法，常用的有以下两种。根据三相变压器一，二次绕组的同名端和绕组的联结方法，分别画出一，二次绕组的电压相量图。然后把一，二次绕组两个线电压三角行的重心O和o重合，把一次侧线电压三角形的一条中线作为时钟的长针指向钟面的12；再把二次侧线电压三角形中对应的中线作为时钟的短针，他所指的钟