《变压器与电动机》直流电机的空载磁场与磁化特性 (举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》直流电机的空载磁场与磁化特性-讲义 1. 理解直流电机空载磁场的形成与分布 2. 掌握直流电机磁化曲线的特性与工程意义 3. 初步建立磁场分析与电机性能联系的工程思维 知识点一 直流电机空载磁场的结构与组成 一、空载磁场的来源： 直流电机空载时，气隙磁场由励磁绕组通入直流电流（励磁电流）建立，称为主磁场。 图1 四极直流电机空载时主磁场的分布情况 图2 直流电机的磁化曲线 二、主磁通的路径： 磁通从N极出发，穿过气隙进入电枢铁心，经电枢磁轭、S极、定子磁轭后闭合，构成主磁通回路。 三、漏磁通的存在： 部分磁通不进入电枢，在磁极间自成回路，称为漏磁通，约占总磁通的15%~20%，不参与能量转换。 图3 漏磁通 四、磁场分布特点： 气隙磁场分布不均匀。在磁极中心处，气隙小、磁感线密、磁感应强度最强。 图4 气隙磁通 图5 磁通波形 五、磁场衰减规律： 从磁极中心向两侧，气隙增大，磁感应强度逐渐减弱。 六、磁场零位点： 到达两极交界处（几何中性面）时，磁感应强度下降为零。 七、分布波形特征： 整体分布呈“平顶波”形态，中心平顶区磁密较强且变化平缓，边缘迅速下降至零。 直流电机空载运行时，建立气隙磁场的主要因素是（ ） A. 电枢绕组中的电流 B. 主磁极上的励磁电流 C. 铁心中的剩磁 D. 旋转电枢的感应电流 【答案】B 【解析】空载时电枢电流为零，气隙磁场完全由励磁绕组中的直流电流建立，这是主磁场的来源。 1. 在直流电机中，既交链励磁绕组又交链电枢绕组、实现能量转换的磁通是（ ） A. 漏磁通 B. 主磁通 C. 气隙磁通 D. 剩余磁通 【答案】B 【解析】主磁通通过完整的磁路闭合，同时与励磁和电枢绕组交链，是能量转换的媒介。 2. 关于直流电机空载磁场分布的描述，正确的是（ ） A. 在几何中性面处磁感应强度最大 B. 在整个气隙中均匀分布 C. 在极掌中心处磁感应强度最强 D. 在S极下的磁密总比N极下强 【答案】C 【解析】极掌中心气隙最小，磁感线最密集，磁感应强度达到最大值。 3. 不进入电枢铁心、不与电枢绕组交链的磁通称为（ ） A. 工作磁通 B. 有效磁通 C. 主磁通 D. 漏磁通 【答案】D 【解析】漏磁通不参与主磁路，在磁极周围自成回路，是磁通中的无效部分。 1. 直流电机中，物理中性面定义为（ ） A. 两极间的几何对称面 B. 磁密为零的线与电机轴线决定的平面 C. 电刷安装的基准面 D. 主磁极的对称中心面 【答案】B 【解析】物理中性面由实际磁场分布决定，是磁感应强度为零的点构成的平面。 2. 直流电机主磁通回路中不包括（ ） A. 定子磁轭 B. 电枢铁心 C. 气隙 D. 电机外部空气 【答案】D 【解析】主磁通完全在电机内部闭合，不经过外部空气。 3. 在磁场分布曲线中，磁感应强度为零的位置在（ ） A. 极掌正下方 B. N极中心下方 C. 两极几何分界面 D. S极边缘下方 【答案】C 【解析】两极交界处（几何中性面）是磁场方向改变的位置，磁感应强度为零。 · 直流电机空载磁场由励磁电流建立，磁通分为主磁通和漏磁通。 · 磁场呈平顶波分布，中心强边缘弱。 · 理解磁场结构是分析电机运行的基础。 知识点二 直流电机的磁化曲线及其特性 一、曲线定义： 磁化曲线表示主磁通Φ与励磁磁通势NI（或励磁电流I）之间的关系。 二、初始线性段： 磁通较小时，铁心磁阻很小，磁通势主要消耗在线性的气隙磁阻上，Φ与I近似成比例。 三、饱和弯曲段： 磁通增大到一定值时，铁心材料趋于磁饱和，磁阻急剧增大，曲线开始弯曲。 四、饱和区特性： 在饱和区，增加磁通需要大幅增加励磁电流，呈非线性关系。 五、坐标表示方式： 横坐标可用励磁磁通势NI或励磁电流I表示，两者在匝数固定时成比例。 六、设计原则： 额定空载磁通通常设计在曲线开始弯曲的“膝点”附近。 七、设计目的： 兼顾磁通大小和励磁电流，经济合理利用材料，避免深度饱和。 直流电机磁化曲线描述的是（ ） A. 转速与转矩的关系 B. 主磁通与励磁电流的关系 C. 电压与电流的关系 D. 效率与负载的关系 【答案】B 【解析】磁化曲线是空载特性，纵坐标为主磁通Φ，横坐标为励磁电流I或磁通势NI。 1. 磁化曲线初始段呈直线的主要原因是（ ） A. 铁心磁阻很小 B. 气隙磁阻是线性的 C. 绕组电阻恒定 D. 电源电压稳定 【答案】B 【解析】低磁通时，磁通势主要消耗在气隙上，气隙磁阻恒定，故Φ与I成正比。 2. 磁化曲线发生弯曲的根本原因是（ ） A. 气隙变化 B. 铁心磁饱和 C. 绕组发热 D. 电枢反应 【答案】B 【解析】铁磁材料的饱和特性导致磁阻非线性增加，使曲线弯曲。 3. 一台已制成的直流电机，其磁化曲线形状取决于（ ） A. 电源电压 B. 磁路材料和尺寸 C. 负载大小 D. 转速高低 【答案】B 【解析】磁化曲线反映特定磁路的磁特性，由铁心材料、尺寸和形状决定。 1. 将额定空载磁通设计在磁化曲线膝点的主要目的是（ ） A. 获得最大转矩 B. 提高转速 C. 合理利用材料 D. 简化结构 【答案】C 【解析】在膝点工作可用较小励磁电流获得足够磁通，经济性最佳。 2. 在饱和区，要使磁通略有增加，需要（ ） A. 略微增加励磁电流 B. 大幅增加励磁电流 C. 减小励磁电流 D. 改变电流方向 【答案】B 【解析】饱和区磁阻很大，增加磁通需要励磁电流显著增加。 3. 关于磁化曲线的横坐标，正确的是（ ） A. 只能用电枢电流表示 B. 只能用励磁电流表示 C. 可用励磁电流或磁通势表示 D. 只能用电压表示 【答案】C 【解析】横坐标可以是励磁电流I，也可以是励磁磁通势NI，两者本质相同。 · 磁化曲线揭示铁磁材料的非线性特性，其膝点是经济设计的关键。 · 理解曲线各段的物理意义对分析电机性能至关重要。 知识点三 物理中性面与几何中性面的概念与关系 一、几何中性面： 相邻异名磁极间的几何对称平面，是固定的空间位置。 位置固定，不随运行状态改变。 二、物理中性面： 气隙中磁感应强度为零的点构成的平面，由实际磁场分布决定。 位置可变，随电枢电流大小和方向变化。 三、空载时的关系： 空载时只有主磁场，磁密在几何中性面处为零，两平面重合。负载时电枢磁场出现，合成磁场畸变，物理中性面发生偏移。 四、电刷安装参考： 空载时，为获得良好换向，电刷应对准几何中性面。 仅由磁极空间位置决定、与磁场无关的是（ ） A. 物理中性面 B. 几何中性面 C. 换向面 D. 电刷接触面 【答案】B 【答案】几何中性面是纯粹的结构概念，由磁极安装位置决定。 1. 物理中性面的确定依据是（ ） A. 磁极中心线 B. 电刷位置 C. 磁感应强度为零的线 D. 绕组中心线 【答案】C 【解析】物理中性面是零磁密点的集合，完全由磁场分布决定。 2. 两中性面重合的条件是（ ） A. 额定负载运行 B. 空载运行 C. 启动瞬间 D. 短路状态 【答案】B 【解析】空载时只有主磁场，磁密在几何中性面处为零，故两平面重合。 3. 负载运行时，物理中性面将（ ） A. 保持固定 B. 仍与几何中性面重合 C. 发生偏移 D. 消失 【答案】C 【解析】电枢反应使合成磁场畸变，零磁密点位置改变，物理中性面偏移。 1. 关于几何中性面的正确说法是（ ） A. 随负载变化 B. 该处磁密最大 C. 是固定结构位置 D. 磁密总为零 【答案】C 【解析】几何中性面由机械结构决定，安装后固定不变。 2. 为改善换向，空载时电刷应对准 ( ) A. 主磁极中心 B. 物理中性面 C. 几何中性面 D. 任意位置 【答案】C 【解析】空载时两平面重合，对准几何中性面即对准物理中性面，换向效果最佳。 3. 影响物理中性面位置的主要因素是 ( ) A. 电机转速 B. 电枢电流 C. 励磁电流大小 D. 电源电压 【答案】B 【解析】电枢电流产生的电枢磁场改变合成磁场分布，从而影响物理中性面位置。 · 几何中性面固定，物理中性面随负载变化。 · 空载时二者重合是分析电枢反应的基准。 · 理解这一关系对掌握换向原理至关重要。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $