第一章导论.docx

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第一章导论

第一章导论

 1.1 在电机制造中，通常使用哪些材料？

 [答案]

 1.2 试比较磁路和电路的相似点和不同点。

 [答案]

 1.3什么是软磁材料？

什么是硬磁材料?

 [答案]

 1.4电磁感应定律有时写成

，有时写成

，有时又写成

，这三种写法之间有什么差别?

在什么情况下写成

？

 [答案]

 1.5设有一矩形线圈，结构尺寸如图所示。

线圈共有200匝，环绕图中所示中心轴线以3000r/min的转速匀速旋转，线圈所处空间为B＝1.4T的均匀磁场，试求：

（1）线圈中感应电动势的时间表达式；

（2）当线圈中通入I＝20A的电流时，线圈上产生的电磁力和电磁转矩，写出电磁转矩与线圈位置关系的表达式。

                                                题1.5图

 [答案]

 1.6设题1.5中的磁场为一交变磁场，交变频率为50Hz，磁场的最大磁通密度Bm＝1.4T。

（1）设线圈不动，线圈平面与磁力线垂直，求线圈中感应电动势；

（2）设线圈不动，线圈平面与磁力线有45度夹角时，求线圈中感应电动势的表达式；

 （3）设线圈以n＝3000r/min的速度旋转，且当线圈平面垂直磁力线势，磁通量最大，求线圈中感应电动势的表达式。

 [答案]

 1.7如图所示的磁路中线圈都接在直流电源上，已知I1、I2、N1、N2，回答下列问题：

（1）总磁动势

是多少？

（2）若I2反向，总磁动势 

是多少？

 （3）若在a、b处切开，形成一气隙，总磁动势

是多少？

这时磁压降主要是在铁心中还是在气隙中？

 （4）试比较

（1）、（3）两种情况铁心中B、H的大小。

 （5）比较（3）情况下铁心和气隙中B、H的大小？

                         题1.7图

 [答案]

 1.8磁路如图所示，铁心段材料是D330电工钢片，叠装系数k＝0.92，线圈中通入的电流I＝0.35A，匝数N＝1000匝，铁心段长度l1＝20cm，a＝b＝1cm，气隙长度δ＝0.2mm，试求磁路中的磁通Ф。

                            题1.8图

 [答案]

参考答案

 1.1 答:

 为了减小电阻损耗，电机绕组通常用紫铜线或铝线制成。

为了增加磁路的磁导率降低铁耗，电机的铁心采用导磁性能高的硅钢片制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。

常用的绝缘材料有云母、石棉、玻璃丝、聚酯薄膜、磁漆、棉纱等。

他们的性能不同，耐热能力也不同。

常用的结构材料有铸铁、铸钢和钢板，有的小型电机采用铝合金。

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 1.2 答:

 磁路和电路相似之处只是形式上的，与电路比较，磁路有以下特点：

（1）电流表示带电质点运动，它通过电阻时的功率损耗为I2R。

磁通不代表质点运动，Ф2Rm也不代表功率损耗。

（2）自然界存在着良好的对电流绝缘的材料，但尚未发现对磁通绝缘的材料。

磁路中没有断路情况，即不存在有磁动势无磁通的现象。

（3）空气也是导磁的，磁路中存在着漏磁现象。

（4）含有铁磁材料的磁路几乎都是非线性的。

一般地讲，磁路问题是非线性的问题，磁阻的概念和磁路欧姆定律只有在磁路中各段的材料都是线性的或可以作为线性处理的情况下才能适用。

在精确的磁路计算中不用磁阻概念和磁路欧姆定律，而是直接用全电流定律和各段材料的B-H曲线。

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 1.3 答:

 铁磁材料按其磁滞回线的宽窄可分为两大类，即软磁材料和硬磁材料。

磁滞回线较宽，即矫顽力大、剩磁也大的铁磁材料称为硬磁材料，也称为永磁材料。

这类铁磁材料一经磁化就很难退磁，能长期保持磁性。

常用的硬磁材料有铁氧体、铝镍钴、钕铁棚等，这些材料可以用来制造永磁电机。

磁滞回线较窄，即磁导率大、矫顽力小的铁磁材料称为软磁材料。

电机铁心常用的硅钢片、铸铁等都是软磁材料。

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 1.4 答:

是电磁感应定律的普遍表达式。

当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则可写成

；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有ψ=Li。

L为常数，则可写成

；当e的假定正向与Ф的正向符合左手螺旋关系时，电磁感应定律写成

。

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 1.5 解:

（1）线圈平面与磁通Ф垂直时，线圈交链的磁链最大，为

线圈旋转的角速度为

设线圈平面与磁通垂直时，t＝0，即t＝0时Ψ=Ψm，Ψ随时间变化的表达式为

感应电动势的时间表达式为

e＝－dψ/dt=16.8×314sin314tV=527sin314tV 

（2）当线圈平面与磁通垂直时，线圈各边所受到的电磁力为：

a边

由左手定则，两条a边的受力方向为向外。

b边

由左手定则，两条b边的受力方向为向外。

   由于两条a边上的电磁力大小相等方向相反，两条b边上的电磁力也是大小相等方向相反，均互相抵消，故这时作用在线圈上的电磁转矩Tem＝0。

当线圈平面与磁通平行时，这时各边所受电磁力为：

a边

电磁力方向如题1.5图，这时设上导体电流为流进纸面，下导体电流为流出。

b边

线圈所受电磁转矩为

设线圈平面与磁通间的夹角为θ，电磁转矩

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 1.6 解:

（1） 线圈中的最大磁链为

磁通交变的角频率为

ω＝2πf=314rad/s

感应电动势为

（2） 线圈平面与磁力线间有45度夹角时

设

时，t＝0，则

 （3） 线圈机械旋转角速度为

设线圈平面与磁力线垂直时，t＝0，故

感应电动势为

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 1.7 解:

（1） 总磁动势为

（2） I2反向，总磁动势为

 （3） 若I2不反向，磁路在ab处切开，则总磁动势为

由于气隙中的磁阻大，磁压降主要在气隙中。

 （4） 在第三种情况下，由于磁路中存在气隙，磁路的磁阻增加，在磁动势不变的情况下，磁通减小，铁心中的B、H比第一种情况下的小。

 （5） 根据磁通的连续性原理，当忽略气隙两边的边缘效应时，铁心和气隙中的B相等。

由于气隙的磁导率μ小，气隙中的H大。

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 1.8 解:

 用试探法求解。

第一次试探时，假定气隙中的磁压降等于总磁动势，即

考虑气隙处的边缘效应，则气隙段面积为

此即第一次试探时设定的磁通Ф。

铁心中的磁感应强度

查表得铁心中的磁场强度

H1=125A/m

铁心段磁压降

各段磁压降之和

由此可得，当设定

时，算出的磁压降与已知的磁动势NI之间的偏差为

第一次的试探结果表明，磁压降产生的误差偏大，因此需作第二次试探。

设磁通减小7％，即

按此磁通可算得

查表得

铁心的磁压降

气隙段

总磁压降

误差为

若误差要求范围为

，则可确定磁路的磁通即为

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