《电机与拖动（第4版）（附微课视频）》随堂小思考参考答案 刘小春 (作者)

思考一根载流导体和一个螺管线圈所产生的磁场，使用右手螺旋定则的判断方法有什么区别？磁场的方向在螺管线圈内部和外部有什么不同？答：都是采用右手定则来判断。对于载流导体，大拇指指向电流方向，四个手指方向为磁场方向呢；对于螺管线圈，四个手指为电流方向，大拇指为磁场方向。螺管线圈内部磁场方向从S至N，外部从N至S。思考1．式（1-4）当中的负号表示什么？2．如果导体l处于磁场当中，且导体方向与磁场方向的夹角为θ，当导体垂直于磁场以速度v匀速运动时，导体中的感应电动势e如何计算？答：1.表示e

总与dΦ/dt的方向相反e=blvsinθ思考根据式（1-12）判断，图1-6中，假设每段磁路由同样的铁磁性材料构成，绕组的磁动势相同，则三段垂直磁路中所通过的磁通是否相同？为什么？答：不同，中间段磁通最大。因为通过该段磁路的磁通闭合路径较短，磁阻小，但磁势相同，故磁通大思考硅钢片由于工艺复杂、工艺窗口窄、生产难度大，被誉为钢铁产品中的工艺品，特别是取向硅钢片。硅钢片的主要用途是制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯，变压器和电机的运行对硅钢片的性能要求主要有哪些呢？答： 1.铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。  2.较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。  3.表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。  4.冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。  5.表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。  6.基本无磁时效。思考变压器能否对直流电压进行变换？如果长期在一次绕组上通入与额定值相同的直流电压，会有什么影响？答：不能，直流回路无电抗，电流过大，绕组会发热烧毁思考变压器试验包括型式试验、例行试验和特殊试验。空载试验和短路试验属于哪一类试验？现行的国标试验标准是哪一个？答：例行试验，GB/T

1094.1-2013思考变压器制造时，若叠片松散、片数不足或接缝增大，分别对变压器铁芯饱和程度、励磁电流和铁损耗有何影响？①叠片松散、片数不足：这种情况相当于铁心截面S减小，因为磁通不变，所以磁密增加，磁通饱和度增加，磁导率减小，因为磁阻Rm=1/us，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律I0N1=RmΦm，当线圈匝数不变时，励磁电流将增大，所以铁心损耗将增大。②接缝增大：磁导率μ下降，磁阻增加，由于电压不变，截面积不变，故磁密B不变，即磁饱和度不变。铁损正比于磁密平方，故铁损也不变。I0N1=RmΦm因为磁阻增加，所以磁势增加，匝数不变则励磁电流增加。思考根据以上分析，判断同一台直流电机能否根据需要既作为发电机使用，又作为电动机使用？直流电机电刷内绕组导体中的电流与电刷外部电路中电流有什么不同？答：1.同一台直流电机能根据需要既作为发电机使用，又作为电动机使用  2.电刷内绕组导体中的电流是变化的交流，外部为直流思考早期直流传动电力机车为什么使用串励直流电动机作为牵引电机？答：调速方便，且其机械特性软，机车具有接近恒功率的理想牵引特性思考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ia由0增加到额定值iN，电枢回路电阻压降iaRa增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通下降，从而使感应电动势e下降。由公式u=e-iaRa可知，端电压u随ia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if下降，使得主磁通下降和感应电动势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。思考并励直流电动机运行时励磁回路断开会出现什么危险？答：磁通变小，电枢电流变大，电枢电势变小，转速变大，会造成飞车现象或烧毁电机！思考常说的“小马拉大车”和“大马拉小车”对电动机而言分别指什么运行情况？答：“小马拉大车”是指小功率电机拖动大负载，造成电动机过载，使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁；“大马拉小车”指大功率电机拖动小负载，输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。思考变压器的一次绕组和二次绕组之间也是通过磁的耦合关系将电能从一次侧传递到二次侧的，分析变压器与三相异步电动机磁路的不同，并得出结论，变压器和三相异步电动机哪种设备的效率较高？答：变压器的主磁路由铁心构成，其磁阻很小，建立一定的主磁通所需要的磁动势很小，即励磁电流很小，通常为额定电流的2%～10%。异步电动机的主磁路除了定、转子部分为铁心外，还有两段空气隙，这使得主磁路的磁阻很大，建立一定的主磁通所需要的磁动势就很大，即励磁电流很很大，通常为额定电流的20%～50%。所以和同容量的变压器相比，三相异步电动机的空载电流较大。思考电动机的参数较多，有时在进行参数计算时需要知道电动机的输出功率、功率因数、同步转速、极对数、效率等。如果已知一台三相异步电动机的额定转速，如何判断它的同步转速和极对数？答：正常运行的异步电动机，其s很小，一般s

=

0.01～0.05，即电动机的运行转速接近旋转磁场转速，而旋转磁场与P满足以下关系。p123456n1(r/min)3

0001

5001

000750600500因此在已知电动机额定转速的情况下即可判断电动机的极对数。如电动机额定转速为1430r/min，则可知磁场转速为1500r/min，故P=2.思考图4-12是几台电动机的铭牌，请仔细观察，判断电动机额定电流与额定功率数值大小的大致关系。答：由图可知，电流（A）的数值大小与P（k'W）的数值大小关系约为2倍，即若已知P为2kW，则电流约为4A左右。思考深槽式或双笼形异步电动机利用电流的集肤效应能有效改善电动机的起动性能，那么，还有哪些场合合理利用了集肤效应？答：当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材，如室外天线。思考为什么说笼形异步电动机可以采用变极调速，其转子绕组是如何变极的？答：笼形转子的极对数是由旋转磁场感应产生的，能自动的随定子极对数的改变而改变，使定转子磁动势的极对数相等，在转子绕组上产生恒定的电磁转矩；但如果是绕线转子的话，就必须改变转子绕组的接法，使其极对数与定子相同，这就非常复杂。思考转子绕组串电阻是绕线式异步电动机的启动方法，也是调速方法。思考绕线式异步电动机启动和调速所串的电阻是否可以共用？答：不能共用。因为启动电阻是短时工作制，而调速所串电阻是连续工作制。短时工作制的电阻连续工作将超过允许的发热温度。思考大答：不允许。从正转变为反转时，电动机的制动电流接近起动电流的2倍，而起动电流是额定电流的4～7倍，故制动电流将非常大，对线路及电动机绕组造成较大影响。一般可采取定子绕组串电阻限制电流。思考与三相异步电动机相比，单相异步电动机为什么只用于功率较小的场合？答：单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比较，体积较大、效率较低、运行性能较差。因此一般只制成小型和微型系列的单相异步电动机。且单相异步电动机接入的是电网单相电源，单相电流过大，会引起整个用电系统三相电流严重不平衡，导致线路及变压器的损坏。思考有一台风扇，按下起动按键，风叶不动，但是用其他物件拨动一下风叶之后，风扇就起动并正常运转，这是什么原因呢？答：一般是起动绕组断路，导致起动时无转矩，如图所示，但是拨动一下，提供一个方向的转速之后，转矩也大于零，使电动机沿该方向继续转动起来。对于电容分相式单相异步电动机，较多情况是电容损坏。如果是罩极式单相异步电动机，有可能短路环断裂。思考直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？若有，为什么？调节特性死区的大小与哪些因素有关？答：有死区电压。∵由式可知，若Tem为零，则电压为0，转速n为零，但电动机在运转时还需克服空载转矩，故负载转矩TL为零，n为0时，电压U大于0。思考在分析交流测速发电机的工作原理时，哪些与异步电机的情况相同？哪些与变压器相同？分析它们之间的相似处和不同点。答：交流测速发电机的定子上也有两个空间上互差90°电角度的绕组，但是其中一个是励磁绕组，另一个用来输出电压，称为输出绕组，输出绕组中的电动势和电流时感应产生的。而单相异步电动机一个是起动绕组，一个工作绕组，2个绕组都需要通入交流电。变压器同一相也有2个绕组，一个为一次绕组，一个为二次绕组。在一次绕组接入交流电时，在二次绕组将通过电磁感应原理感应出交变电动势。异步测速发电机的转子静止不动时，其类似于一台变压器，励磁绕组相当于变压器的一次侧绕组，转子导体相当于变压器的二次绕组，此时输出绕组无电压。当转子旋转时，转子导体因切割磁通而产生感应电流，转子电流又产生磁通Φ2，此磁通在空间上是固定的，与输出绕组轴线相重合。Φ2在时间上是按正弦规律变化的，因此，在输出绕组中感应出频率相同的输出电压

U2。杯形转子中感应电流的大小与转子的转速成正比，因此，输出电压与转子的转速成正比。思考步进电动机和伺服电动机相比各有什么优缺点？高档数控机床一般使用步进电动机还是伺服电动机？答：优缺点1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同。一个是开环控制，一个是闭环控制。3、低频特性不同。步进电机在低速时易出现低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点便于系统调整。4、矩频特性不同。步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，交流伺服电机为恒力矩输出，5、过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。6、运行性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。7、速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。8、价格上，步进优势很明显。二、现代高档数控机床上一般选用伺服电机思考如果一台三相异步电动机接上电源后能起动并运行，但是转速明显偏低，伴随沉闷的“嗡嗡”声，可能是什么原因？如果接上电源不能起动，但是用物件拨动一下轴伸端，电动机能起动并运行，同样转速明显偏低，并伴随沉闷的“嗡嗡”声，又是什么原因？答：①可能电源电压偏低②电动机存在缺相，可能一相电源缺失或绕组一相断路思考电动机温升试验是型式试验中非常重要的试验，电动机温升的高低，决定着电动机绝缘的使用寿命。所以温升试验对电动机的质量具有非常重要的作用。电动机温升试验一般有哪些测试方法？答：温度计法、热电偶法、电阻法、埋置检温计法和双桥带电测温法五种方法。一、温度计法测量电机绕组温度温度计包括膨胀温度计（例如水银、酒精温度计）、半导体温度计及非埋置的热电阻或电阻温度计。温度计法是直接测定电机温度，最为简便。但是温度计仅能接触到电机各部分的表面，且测量不当的话，环境对测量结果的影响非常大。二、热电偶法测量电机绕组温度热电偶法是将热电偶粘贴在设备部件表面，通过温度测量仪测量设备部件表面的温度来计算出温升。用热电偶法测量温升的影响因素包括热电偶、温度测量仪、胶粘剂和测试的环境条件、试验工程师的操作水平等。采用热电偶测量绕组的温度时应考虑，由于热电偶的读数滞后于绕组的温度变化，当电动机断电后，热电偶的温度可能还会继续上升，因此电动机绕组的温度应记录最高温度，该温度可能在断电后才能达到。三、电阻法测量电机绕组温度电阻法测量电机绕组温度是根据导体电阻随着温度升高而增大原理来测量的。式中K-----常数，对于铜K=234.5，对于铝K=228；R0----电动机运转前所测的绕组电阻，单位为（Ω）；Rf----电动机额定负载运转到温度稳定后停机马上测出的