《電機與拖動（第4版）（附微課視頻）》隨堂小思考參考答案 劉小春 (作者)

思考一根載流導(dǎo)體和一個螺管線圈所產(chǎn)生的磁場，使用右手螺旋定則的判斷方法有什么區(qū)別？磁場的方向在螺管線圈內(nèi)部和外部有什么不同？答：都是采用右手定則來判斷。對于載流導(dǎo)體，大拇指指向電流方向，四個手指方向為磁場方向呢；對于螺管線圈，四個手指為電流方向，大拇指為磁場方向。螺管線圈內(nèi)部磁場方向從S至N，外部從N至S。思考1．式（1-4）當中的負號表示什么？2．如果導(dǎo)體l處于磁場當中，且導(dǎo)體方向與磁場方向的夾角為θ，當導(dǎo)體垂直于磁場以速度v勻速運動時，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢e如何計算？答：1.表示e

總與dΦ/dt的方向相反e=blvsinθ思考根據(jù)式（1-12）判斷，圖1-6中，假設(shè)每段磁路由同樣的鐵磁性材料構(gòu)成，繞組的磁動勢相同，則三段垂直磁路中所通過的磁通是否相同？為什么？答：不同，中間段磁通最大。因為通過該段磁路的磁通閉合路徑較短，磁阻小，但磁勢相同，故磁通大思考硅鋼片由于工藝復(fù)雜、工藝窗口窄、生產(chǎn)難度大，被譽為鋼鐵產(chǎn)品中的工藝品，特別是取向硅鋼片。硅鋼片的主要用途是制作各種變壓器、電動機和發(fā)電機的鐵芯，變壓器和電機的運行對硅鋼片的性能要求主要有哪些呢？答：?1.鐵損低，這是硅鋼片質(zhì)量的最重要指標。??2.較強磁場下磁感應(yīng)強度（磁感）高，這使電機和變壓器的鐵芯體積與重量減小，節(jié)約硅鋼片、銅線和絕緣材料等。??3.表面光滑、平整和厚度均勻，可以提高鐵芯的填充系數(shù)。??4.沖片性好，對制造微型、小型電動機更為重要。??5.表面絕緣膜的附著性和焊接性良好，能防蝕和改善沖片性。??6.基本無磁時效。思考變壓器能否對直流電壓進行變換？如果長期在一次繞組上通入與額定值相同的直流電壓，會有什么影響？答：不能，直流回路無電抗，電流過大，繞組會發(fā)熱燒毀思考變壓器試驗包括型式試驗、例行試驗和特殊試驗?？蛰d試驗和短路試驗屬于哪一類試驗？現(xiàn)行的國標試驗標準是哪一個？答：例行試驗，GB/T

1094.1-2013思考變壓器制造時，若疊片松散、片數(shù)不足或接縫增大，分別對變壓器鐵芯飽和程度、勵磁電流和鐵損耗有何影響？①疊片松散、片數(shù)不足：這種情況相當于鐵心截面S減小，因為磁通不變，所以磁密增加，磁通飽和度增加，磁導(dǎo)率減小，因為磁阻Rm=1/us，所以磁阻增大。根據(jù)磁路歐姆定律I0N1=RmΦm，當線圈匝數(shù)不變時，勵磁電流將增大，所以鐵心損耗將增大。②接縫增大：磁導(dǎo)率μ下降，磁阻增加，由于電壓不變，截面積不變，故磁密B不變，即磁飽和度不變。鐵損正比于磁密平方，故鐵損也不變。I0N1=RmΦm因為磁阻增加，所以磁勢增加，匝數(shù)不變則勵磁電流增加。思考根據(jù)以上分析，判斷同一臺直流電機能否根據(jù)需要既作為發(fā)電機使用，又作為電動機使用？直流電機電刷內(nèi)繞組導(dǎo)體中的電流與電刷外部電路中電流有什么不同？答：1.同一臺直流電機能根據(jù)需要既作為發(fā)電機使用，又作為電動機使用??2.電刷內(nèi)繞組導(dǎo)體中的電流是變化的交流，外部為直流思考早期直流傳動電力機車為什么使用串勵直流電動機作為牽引電機？答：調(diào)速方便，且其機械特性軟，機車具有接近恒功率的理想牽引特性思考他勵直流發(fā)電機由空載到額定負載，端電壓為什么會下降？并勵發(fā)電機與他勵發(fā)電機相比，哪個電壓變化率大？答：他勵直流發(fā)電機由空載到額定負載，電樞電流ia由0增加到額定值iN，電樞回路電阻壓降iaRa增加，且電樞反應(yīng)的去磁作用使主磁通下降，從而使感應(yīng)電動勢e下降。由公式u=e-iaRa可知，端電壓u隨ia的增加而下降.對于并勵發(fā)電機，除上面兩個原因外，端電壓下降，引起勵磁電流if下降，使得主磁通下降和感應(yīng)電動勢e下降，所以并勵發(fā)電機的電壓變化率比他勵發(fā)電機電壓變化率要大些。思考并勵直流電動機運行時勵磁回路斷開會出現(xiàn)什么危險？答：磁通變小，電樞電流變大，電樞電勢變小，轉(zhuǎn)速變大，會造成飛車現(xiàn)象或燒毀電機！思考常說的“小馬拉大車”和“大馬拉小車”對電動機而言分別指什么運行情況？答：“小馬拉大車”是指小功率電機拖動大負載，造成電動機過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞．甚至電動機被燒毀；“大馬拉小車”指大功率電機拖動小負載，輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利。而且還會造成電能浪費。思考變壓器的一次繞組和二次繞組之間也是通過磁的耦合關(guān)系將電能從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)的，分析變壓器與三相異步電動機磁路的不同，并得出結(jié)論，變壓器和三相異步電動機哪種設(shè)備的效率較高？答：變壓器的主磁路由鐵心構(gòu)成，其磁阻很小，建立一定的主磁通所需要的磁動勢很小，即勵磁電流很小，通常為額定電流的2%～10%。異步電動機的主磁路除了定、轉(zhuǎn)子部分為鐵心外，還有兩段空氣隙，這使得主磁路的磁阻很大，建立一定的主磁通所需要的磁動勢就很大，即勵磁電流很很大，通常為額定電流的20%～50%。所以和同容量的變壓器相比，三相異步電動機的空載電流較大。思考電動機的參數(shù)較多，有時在進行參數(shù)計算時需要知道電動機的輸出功率、功率因數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、極對數(shù)、效率等。如果已知一臺三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速，如何判斷它的同步轉(zhuǎn)速和極對數(shù)？答：正常運行的異步電動機，其s很小，一般s

=

0.01～0.05，即電動機的運行轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，而旋轉(zhuǎn)磁場與P滿足以下關(guān)系。p123456n1(r/min)3

0001

5001

000750600500因此在已知電動機額定轉(zhuǎn)速的情況下即可判斷電動機的極對數(shù)。如電動機額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，則可知磁場轉(zhuǎn)速為1500r/min，故P=2.思考圖4-12是幾臺電動機的銘牌，請仔細觀察，判斷電動機額定電流與額定功率數(shù)值大小的大致關(guān)系。答：由圖可知，電流（A）的數(shù)值大小與P（k'W）的數(shù)值大小關(guān)系約為2倍，即若已知P為2kW，則電流約為4A左右。思考深槽式或雙籠形異步電動機利用電流的集膚效應(yīng)能有效改善電動機的起動性能，那么，還有哪些場合合理利用了集膚效應(yīng)？答：當頻率很高的電流通過導(dǎo)線時，可以認為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大。既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒有電流通過，就可以把這中心部分除去以節(jié)約材料，在高頻電路中可用空心銅導(dǎo)線代替實心銅導(dǎo)線以節(jié)約銅材，如室外天線。思考為什么說籠形異步電動機可以采用變極調(diào)速，其轉(zhuǎn)子繞組是如何變極的？答：籠形轉(zhuǎn)子的極對數(shù)是由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，能自動的隨定子極對數(shù)的改變而改變，使定轉(zhuǎn)子磁動勢的極對數(shù)相等，在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩；但如果是繞線轉(zhuǎn)子的話，就必須改變轉(zhuǎn)子繞組的接法，使其極對數(shù)與定子相同，這就非常復(fù)雜。思考轉(zhuǎn)子繞組串電阻是繞線式異步電動機的啟動方法，也是調(diào)速方法。思考繞線式異步電動機啟動和調(diào)速所串的電阻是否可以共用？答：不能共用。因為啟動電阻是短時工作制，而調(diào)速所串電阻是連續(xù)工作制。短時工作制的電阻連續(xù)工作將超過允許的發(fā)熱溫度。思考大答：不允許。從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時，電動機的制動電流接近起動電流的2倍，而起動電流是額定電流的4～7倍，故制動電流將非常大，對線路及電動機繞組造成較大影響。一般可采取定子繞組串電阻限制電流。思考與三相異步電動機相比，單相異步電動機為什么只用于功率較小的場合？答：單相異步電動機與同容量的三相異步電動機相比較，體積較大、效率較低、運行性能較差。因此一般只制成小型和微型系列的單相異步電動機。且單相異步電動機接入的是電網(wǎng)單相電源，單相電流過大，會引起整個用電系統(tǒng)三相電流嚴重不平衡，導(dǎo)致線路及變壓器的損壞。思考有一臺風扇，按下起動按鍵，風葉不動，但是用其他物件撥動一下風葉之后，風扇就起動并正常運轉(zhuǎn)，這是什么原因呢？答：一般是起動繞組斷路，導(dǎo)致起動時無轉(zhuǎn)矩，如圖所示，但是撥動一下，提供一個方向的轉(zhuǎn)速之后，轉(zhuǎn)矩也大于零，使電動機沿該方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動起來。對于電容分相式單相異步電動機，較多情況是電容損壞。如果是罩極式單相異步電動機，有可能短路環(huán)斷裂。思考直流伺服電動機在不帶負載時，其調(diào)節(jié)特性有無死區(qū)？若有，為什么？調(diào)節(jié)特性死區(qū)的大小與哪些因素有關(guān)？答：有死區(qū)電壓?！哂墒娇芍鬞em為零，則電壓為0，轉(zhuǎn)速n為零，但電動機在運轉(zhuǎn)時還需克服空載轉(zhuǎn)矩，故負載轉(zhuǎn)矩TL為零，n為0時，電壓U大于0。思考在分析交流測速發(fā)電機的工作原理時，哪些與異步電機的情況相同？哪些與變壓器相同？分析它們之間的相似處和不同點。答：交流測速發(fā)電機的定子上也有兩個空間上互差90°電角度的繞組，但是其中一個是勵磁繞組，另一個用來輸出電壓，稱為輸出繞組，輸出繞組中的電動勢和電流時感應(yīng)產(chǎn)生的。而單相異步電動機一個是起動繞組，一個工作繞組，2個繞組都需要通入交流電。變壓器同一相也有2個繞組，一個為一次繞組，一個為二次繞組。在一次繞組接入交流電時，在二次繞組將通過電磁感應(yīng)原理感應(yīng)出交變電動勢。異步測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子靜止不動時，其類似于一臺變壓器，勵磁繞組相當于變壓器的一次側(cè)繞組，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相當于變壓器的二次繞組，此時輸出繞組無電壓。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電流又產(chǎn)生磁通Φ2，此磁通在空間上是固定的，與輸出繞組軸線相重合。Φ2在時間上是按正弦規(guī)律變化的，因此，在輸出繞組中感應(yīng)出頻率相同的輸出電壓

U2。杯形轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的大小與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，因此，輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比。思考步進電動機和伺服電動機相比各有什么優(yōu)缺點？高檔數(shù)控機床一般使用步進電動機還是伺服電動機？答：優(yōu)缺點1、控制精度不同。步進電機的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高，伺服電機取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同。一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點便于系統(tǒng)調(diào)整。4、矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降，交流伺服電機為恒力矩輸出，5、過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力，而交流電機具有較強的過載能力。6、運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、速度響應(yīng)性能不同。步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。8、價格上，步進優(yōu)勢很明顯。二、現(xiàn)代高檔數(shù)控機床上一般選用伺服電機思考如果一臺三相異步電動機接上電源后能起動并運行，但是轉(zhuǎn)速明顯偏低，伴隨沉悶的“嗡嗡”聲，可能是什么原因？如果接上電源不能起動，但是用物件撥動一下軸伸端，電動機能起動并運行，同樣轉(zhuǎn)速明顯偏低，并伴隨沉悶的“嗡嗡”聲，又是什么原因？答：①可能電源電壓偏低②電動機存在缺相，可能一相電源缺失或繞組一相斷路思考電動機溫升試驗是型式試驗中非常重要的試驗，電動機溫升的高低，決定著電動機絕緣的使用壽命。所以溫升試驗對電動機的質(zhì)量具有非常重要的作用。電動機溫升試驗一般有哪些測試方法？答：溫度計法、熱電偶法、電阻法、埋置檢溫計法和雙橋帶電測溫法五種方法。一、溫度計法測量電機繞組溫度溫度計包括膨脹溫度計（例如水銀、酒精溫度計）、半導(dǎo)體溫度計及非埋置的熱電阻或電阻溫度計。溫度計法是直接測定電機溫度，最為簡便。但是溫度計僅能接觸到電機各部分的表面，且測量不當?shù)脑?，環(huán)境對測量結(jié)果的影響非常大。二、熱電偶法測量電機繞組溫度熱電偶法是將熱電偶粘貼在設(shè)備部件表面，通過溫度測量儀測量設(shè)備部件表面的溫度來計算出溫升。用熱電偶法測量溫升的影響因素包括熱電偶、溫度測量儀、膠粘劑和測試的環(huán)境條件、試驗工程師的操作水平等。采用熱電偶測量繞組的溫度時應(yīng)考慮，由于熱電偶的讀數(shù)滯后于繞組的溫度變化，當電動機斷電后，熱電偶的溫度可能還會繼續(xù)上升，因此電動機繞組的溫度應(yīng)記錄最高溫度，該溫度可能在斷電后才能達到。三、電阻法測量電機繞組溫度電阻法測量電機繞組溫度是根據(jù)導(dǎo)體電阻隨著溫度升高而增大原理來測量的。式中K-----常數(shù)，對于銅K=234.5，對于鋁K=228；R0----電動機運轉(zhuǎn)前所測的繞組電阻，單位為（?）；Rf----電動機額定負載運轉(zhuǎn)到溫度穩(wěn)定后停機馬上測出的