第1章思考題與習(xí)題電機(jī)和變壓器磁路常采用什么材料制成？這種材料有哪些主要特性？答：電機(jī)和變壓器的鐵芯常采用硅鋼片制成，對(duì)于磁場(chǎng)恒定的磁路（如直流電機(jī)機(jī)座即定子磁軛）也常采用導(dǎo)磁性能較好的鋼板和鑄鋼制成。這些材料的主要特性是導(dǎo)磁性能好，磁滯損耗小，且硅鋼片電阻率較大，渦流路徑長(zhǎng)，渦流損耗小，因此鐵耗小，并且具有較好的機(jī)械性能，但磁導(dǎo)率是非線性的。什么是硬磁材料？什么是軟磁材料？各有什么特點(diǎn)？電機(jī)的制造材料中有哪些常用鐵磁材料？答：鐵磁材料按其磁滯回線的形狀不同可分為兩大類：硬磁材料和軟磁材料。磁滯回線較寬、剩磁和矯頑力都大的鐵磁材料稱為硬磁材料，這類材料一經(jīng)磁化就很難退磁，能長(zhǎng)期保持磁性，即剩磁較大，可以制成永久磁鐵，所以硬磁材料也稱為永磁材料。常用的硬磁材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、稀土鈷和釹鐵硼等，這些材料可用來(lái)制造永磁電機(jī)。磁滯回線較窄、剩磁和矯頑力都小的鐵磁材料稱為軟磁材料。軟磁材料的磁導(dǎo)率較高，電機(jī)鐵心常用的硅鋼片、鑄鐵、鑄鋼等都是軟磁材料。線圈的自感大小與哪些因素有關(guān)？有兩個(gè)匝數(shù)相等的線圈，一個(gè)繞在閉合鐵心上，一個(gè)繞在木質(zhì)材料上，閉合鐵心與木質(zhì)材料幾何尺寸相同，哪一個(gè)線圈的自感大？哪一個(gè)線圈的自感是變化的？引起變化的原因是什么？答：線圈的自感，即線圈的自感與線圈的匝數(shù)的平方及磁通所經(jīng)過(guò)磁路的磁導(dǎo)成正比。由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非鐵磁材料的磁導(dǎo)率，因此，在線圈匝數(shù)相等的情況下，鐵心線圈的自感大于木心線圈的自感。由于鐵磁材料存在飽和現(xiàn)象，其磁導(dǎo)率不是一個(gè)常數(shù)，而非鐵磁材料的磁導(dǎo)率是常數(shù)，因此，木心線圈的自感不變，鐵心線圈的自感隨鐵心的飽和程度增加而減小。磁滯損耗和渦流損耗是由什么原因引起的？鐵耗的大小與哪些因素有關(guān)？答：（1）磁滯損耗：處于交變磁場(chǎng)中的鐵磁物質(zhì)被反復(fù)磁化，磁疇之間不停摩擦，分子運(yùn)動(dòng)所消耗能量。（2）渦流損耗：通過(guò)鐵磁材料的磁通發(fā)生變化時(shí)，在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，再由于這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)引起電流（渦流）而產(chǎn)生的電損耗。（3）總的損耗即鐵耗，它與材料的性質(zhì)有關(guān)，與交變頻率、及鐵磁材料的重量或體積成正比。試說(shuō)明直流磁路與交流磁路的不同點(diǎn)。答：（1）直流磁路中的勵(lì)磁電流時(shí)直流電流，其磁動(dòng)勢(shì)及其激勵(lì)的磁通均是恒定的，不隨時(shí)間變化；而交流磁路中的勵(lì)磁電流時(shí)交流電流，其磁動(dòng)勢(shì)及其激勵(lì)的磁通均是隨時(shí)間而交變的，但每一時(shí)刻仍和直流磁路一樣，遵循磁路的基本定律。（2）磁路計(jì)算時(shí)，直流磁路的磁通、磁密、磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)強(qiáng)度均是實(shí)際值，而交流磁路表明磁路的工作點(diǎn)和飽和情況，磁通和磁密用交流的幅值表示，磁動(dòng)勢(shì)用有效值表示。（3）直流磁路的磁通恒定不變，磁路中沒(méi)有鐵耗，不會(huì)在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；而磁通是隨時(shí)間交變，磁路中有鐵耗，會(huì)在勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（4）由于鐵磁材料的磁密與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間是非線性的飽和關(guān)系，因此磁路中的磁通與勵(lì)磁電流之間也是非線性關(guān)系。在交流磁路中，若磁路飽和會(huì)飽和，當(dāng)磁通是正弦波時(shí)，勵(lì)磁電流為尖頂波；而當(dāng)勵(lì)磁電流為正弦波時(shí)，磁通為平頂波。變壓器電動(dòng)勢(shì)、運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因有什么不同？其大小與哪些因素有關(guān)？答：變壓器電動(dòng)勢(shì)是線圈與磁場(chǎng)相對(duì)靜止，單由磁通隨時(shí)間變化而在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與變壓器工作時(shí)的情況一樣，并由此而得名。運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)是磁場(chǎng)恒定時(shí)，單由線圈（或?qū)w）與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生。變壓器電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈匝數(shù)及與線圈交鏈的磁通隨時(shí)間的變化率成正比；運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度、導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度以及磁通密度成正比。電抗的物理意義是什么？它的大小與哪些量有關(guān)？答：當(dāng)線圈中流過(guò)正弦交流電流時(shí)，線圈電感的作用就用相應(yīng)的電抗表示，它反映了線圈對(duì)正弦交流電流的阻礙能力。它與電感和交變頻率成正比，而電感又與磁路的結(jié)構(gòu)參數(shù)和飽和程度有關(guān)。有一鐵環(huán)的平均半徑為180mm，鐵環(huán)的橫截面為一正方形，每邊長(zhǎng)20mm，鐵心的相對(duì)磁導(dǎo)率是5000，鐵環(huán)上繞有200匝的線圈，試求線圈的電感是多少？解：由題意可知，鐵芯的平均長(zhǎng)度鐵芯的截面積設(shè)線圈中通入電流為I，則根據(jù)安培環(huán)路定理可知，即所以磁鏈該線圈的電感為0.0889亨。如圖1-24a所示磁路由電工鋼片疊成，其磁化曲線如圖1-24b所示。圖中尺寸單位是mm,勵(lì)磁線圈為1000匝。鐵心的疊裝系數(shù)為0.94，當(dāng)鐵心中磁通為時(shí)，試求：1）不計(jì)氣隙處磁通的擴(kuò)散現(xiàn)象，勵(lì)磁線圈的電流應(yīng)為多少？2）計(jì)及氣隙處磁通的擴(kuò)散現(xiàn)象，勵(lì)磁線圈的電流應(yīng)為多少？（a）鐵心磁路（b）磁化曲線圖1-24習(xí)題9圖解：鐵心的疊裝系數(shù)為0.94，則鐵心的凈面積為鐵心磁路的平均長(zhǎng)度為按題意，鐵心中的平均磁通密度為由圖1-24b的磁化曲線查得相應(yīng)的鐵心磁場(chǎng)強(qiáng)度為560A/m，于是可知鐵心段磁路所需的磁動(dòng)勢(shì)為1）不計(jì)氣隙處的磁通擴(kuò)散現(xiàn)象，則氣隙與鐵心中的磁通相同，因此氣隙的磁通密度、場(chǎng)強(qiáng)和所需磁動(dòng)勢(shì)分別為該磁路所需的總磁動(dòng)勢(shì)為勵(lì)磁線圈所需電流為雖然氣隙很短，只占磁路總長(zhǎng)的1.7%，但卻消耗96.8%的磁動(dòng)勢(shì)；而鐵心占磁路總長(zhǎng)的98.3%，但卻只消耗3.2%的磁動(dòng)勢(shì)。在工程估算時(shí)，只計(jì)算氣隙段所需的磁動(dòng)勢(shì)，也不會(huì)帶來(lái)太大的誤差。2）考慮氣隙處磁通的擴(kuò)散現(xiàn)象，則該磁路總的磁動(dòng)勢(shì)（磁壓降）為：線圈中的勵(lì)磁電流為：可見(jiàn)，考慮磁感應(yīng)線的擴(kuò)散現(xiàn)象后，尤其當(dāng)氣隙較大時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響還是相當(dāng)大的。在圖1-5所示的并聯(lián)磁路中，鐵心材料為DR510-50硅鋼片（磁化曲線見(jiàn)表1.2），截面積，，平均長(zhǎng)度，，氣隙長(zhǎng)度。已知，，忽略漏磁和邊緣效應(yīng)，試求。解：1）將磁路按照材料、截面積和磁通的不