电力机车电机作业参考答案.doc

《电力机车电机》作业参考答案
作业一
1.简述直流电机的可逆性。
直流电机具有可逆性，即一台直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行。当输入机械转矩将机械能转换成电能时，电机作发电机运行；当输入直流电流产生电磁转矩，将电能转换成机械能时，电机作电动机运行。例如电力机车在牵引工况时，牵引电机作电动机运行，产生牵引力；在制动工况时，牵引电机作发电机运行，将机车和列车的动能转换成电能，产生制动力对机车进行电气制动。

2.简述直流电机的组成。
直流电机由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，在定子和转子之间有一定大小的间隙（称气隙）。

3.简述直流电机定子的组成和作用。
直流电机定子主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。
直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。

4.简述直流电机主磁极的组成和作用。
主磁极是由主极铁心和主极线圈两部分组成，其作用是产生主磁场。

5.简述直流电机换向极的组成和作用。
换向极由换向极铁心和换向极线圈构成。
用来产生一个换向磁场，以产生换向电势，抵消电抗电势和电枢反应电势，改善直流电机的换向。

作业二
1.牵引电动机的传动方式有哪几种？各有何优缺点？
牵引电动机的传动方式通常可分为个别传动和组合传动两种。
个别传动的优点：故障时可单独切除，不影响其他牵引电动机工作，充分利用了机车下部空间，易通过小曲线。
缺点：个别轮对容易空转。
组合传动的优点：技术经济指标高，动力作用小，利于降低牵引电动机单位功率的重量，通用性好。
缺点：传动装置结构复杂。

2.什么叫抱轴式悬挂和架承式悬挂？各有哪些优缺点？
抱轴式悬挂是指牵引电动机一侧通过滑动轴承抱在机车动轮轴上，另一侧通过弹性缓冲装置悬挂在机车转向架的横梁上。
优点：抱轴式悬挂结构简单、检修方便、成本较低。
缺点：动力作用大，换向困难，结构尺寸受限，功率和速度受到限制。
架承式悬挂就是将牵引电动机完全固定在转向架上。优点：动力作用大大减小，缺点：结构复杂。

3.牵引电动机工作条件的主要特点有哪些？
使用环境差，外形尺寸受限，动力作用大，换向困难，负载分配不均。

4.比较串励和并励电动机作为牵引电动机的优缺点。
串励牵引电动的优点：串励牵引电动机自调节性能好；功率利用较好；并联工作时负载分配较均匀；受电网电压波动影响较小。
其主要缺点是：个别传动时容易发生空转；电气制动时需将串励改为他励。

5.直流电动机有哪几种励磁方式？
直流电动机的励磁方式分为他励、并励、串励和复励等四种。

作业三
1.换向极的作用是什么？对换向极有哪些具体要求？
其作用是在元件的换向区域内建立一个换向极磁场，以产生换向电势，抵消电抗电势和电枢反应电势，从而改善电机的换向。
要求：极性正确，换向极绕组必须与电枢绕组串联，换向极磁路处于低饱和状态。

2.为什么设置换相极第二气隙？
减少换向极漏磁，降低换向极磁路饱和程度。

3.为什么要采用双分裂式电刷？
为了增加换向回路的电阻和改善电刷与换向器的接触状况，以改善电机的换向条件，以降低电刷下的火花。

4.为了改善交流换向电势的相位，在电机结构上采用哪些措施？
（1）换向极铁心采用电工钢片叠制；（2）机座内壁敷设磁桥；
（3）减小换向极漏磁通，采用非磁性（黄铜或不锈钢板）换向极线圈托架；
适当控制主极的极弧系数和换向极极靴宽度；采用换向极第二气隙。
（4）采用全叠片或半叠片机座。

5.什么叫环火？电机环火的后果是什么？
环火：直流电动机运行时，正、负电刷突然被电弧短路。
后果：造成电机接地，电机“扫膛”以及动轮踏面严重擦伤。

作业四
1.机座有哪些结构形式？其特点是什么？
机座通常有方形和圆形两种。
方形机座，这种结构可以合理地布置磁极，较好地利用转向架下部空间，但是机座较重，加工工艺比较复杂。
圆形机座的空间利用率不如方形机座好，但它可以减轻电机重量和简化加工工艺。

2.主极铁心为什么用钢片叠成？
为了降低电枢旋转时电枢铁心的齿和槽相对磁场移动所引起的磁场脉动在主极极靴表面产生的涡流损耗，主极铁心通常采用厚1～1.5mm的钢板叠成。

3.为什么要对主磁极和换向极进行一体化处理？
主磁极和换向极采用一体化结构后，从根本上消除了因线圈和铁心相对活动而产生的绝缘磨损现象，提高了电机运行的可靠性。

4.转子包括哪些主要部件？各部件有什么作用？
组成：转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器。
作用：转轴是传递牵引电动机产生的转矩。电枢铁心是牵引电动机磁路的一部分。电枢绕组是脉流牵引电动机实现能量转换的部件。换向器的作用是在发电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷间的直流电势；在电动机状态下将输入的直流电流逆变成电枢绕组中的交变电流，以产生单方向的电磁转矩。

5.电枢铁心为什么用电工钢片叠成？
当电枢在磁场中旋转时，定子上的N、S极磁通交替穿过电枢铁心，使电枢铁心中产生涡流和磁滞损耗。为了减少这些损耗的影响，电枢铁心通常用0.5mm厚带绝缘层的冷轧电工钢片叠压而成。

作业五
1.为什么电力变压器的铁心与绕组通常浸在变压器油中？
铁心浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中的热量带走。
充油的目的是：（1）提高绕组的绝缘强度。因为油的绝缘性能比空气好。（2）便于散热。

2.为什么对变压器要规定有额定值？确定变压器额定值的依据是什么？变压器的额定值主要有哪些？
额定运行可以使变压器安全、经济地工作并保证一定的使用寿命
依据是：在设计变压器时，根据所选用的导体截面、铁心尺寸、绝缘材料以及冷却方式等条件来确定变压器正常运行时的有关数值，
变压器的额定值主要有：（1）额定电压；（2）额定电流；（3）额定容量；（4）额定频率。

3.说明变压器的工作原理。
在绕组N1上外施交流电压，便有交流电流流入，因而在铁心中激励出交变磁通。根据电磁感应定律可知，磁通的交变会在绕组N2中感应出电势，此时若绕组N2接上负载，就会有电能输出。由于绕组的感应电势正比于它的匝数，因此只要改变绕组N2的匝数，就能改变感应电势的大小，这就是变压器的工作原理。

作业六
1.变压器有哪些部件？各部件的作用是什么？
组成：变压器由铁心、绕组、油箱及附件等三大部分组成
作用：铁心既作为变压器的磁路；又作为变压器的机械骨架。
绕组是变压器的电路部分，用来传输电能，
油箱就是油浸式变压器的外壳，油箱中充以变压器油。
变压器安装有储油柜，为了减小油与空气的接触面积。
油位计，可查看油面高度的变化。
吸湿器，它是一种空气过滤装置，外部空气经过吸湿器干燥后才进入储油柜，从而使油箱中的油不易变质损坏。
当变压器发生故障时，油箱内部会产生气体，气体继电器动作而发出故障信号以提示工作人员及时处理或使相应的开关自动跳闸，切除变压器的电源。
大容量变压器的油箱盖上还装有安全气道，它是一个长的钢筒，下面与油箱相通，上端装有防爆膜。当变压器内部发生严重故障产生大量气体时，油箱内部压力迅速升高而冲破安全气道上的防爆膜，喷出气体，消除压力，以免产生重大事故。

2.为什么铁心要用电工钢片叠装而成？电工钢片表面为什么要涂绝缘漆？
为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗，变压器的铁心都采用厚度为0.35～0.5mm的电工钢片叠装而成。
电工钢片的两面涂有绝缘层，起绝缘作用。

作业七
1.一台三相异步电动机定子绕组为星形接法，如果把三相引出线中的两个头对调一下再接电源，问旋转磁势的转向是否变化？如果定子绕组为三角形接法，转向又将如何？
星形接法：转向相反。三角形接法：转向相反。

2.如何改变旋转磁势的转向？
只要把三相绕组中的任何两个出线端的位置对换就可以改变旋转磁势的转向。

3.三相异步电动机中的定子旋转磁场是怎样产生的？
当三相对称电流流过三相对称绕组时，三相绕组的合成磁势为一个圆形旋转磁势。

4.试述三相异步电动机的工作原理？
当三相对称绕组通入三相对称电流时，在空间产生一个圆形旋转磁场。当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中有电流流过。转子电流与旋转磁场作用而产生电磁转矩，使转子以转速n旋转，从而把电能转换成机械能，作电动机运行。转子方向与磁场旋转方向相同。而且三相异步电动机的转速n总是略低于同步转速n1，以便气隙中的旋转磁场能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。3-9 异步电机产生电磁转矩的必要条件是什么？
异步电机产生电磁转矩的必要条件是：磁场的同步转速n1和转子的转速n不相等，即n1≠n。

5.异步电机产生电磁转矩的必要条件是什么？
异步电机产生电磁转矩的必要条件是：磁场的同步转速n1和转子的转速n不相等，即n1≠n。

6.何谓脉动磁势？
所谓脉动磁势，就是磁势的轴线（即磁势幅值所在的位置）在空间固定不动，但振幅不断随时间而变化的磁势。

作业八
1.异步劈相机的起动方法有哪两种？有什么特点？
起动方法：辅助电动机起动法和分相起动法两种。
辅助电动机起动法：该起动方法需要增加设备，而且使劈相机的结构复杂、维修困难。
分相起动法：分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。分相起动具有线路简单、设备成本低等优点。

2.为保证异步劈相机的可靠起动，应注意哪些问题？
（1）选择合适的起动电阻值，以获得最大的起动转矩；（2）控制好切除起动电阻的时刻。

3.异步劈相机的结构包括哪几部分？主要结构特点是什么？
异步劈相机由定子和转子两部分组成。
结构特点：异步劈相机定子绕组采用三相不对称绕组，电机无轴伸端。
作业九
1.电力机车辅助电动机按用途可分为哪几种？
压缩机电动机、通风机电动机、主变压器油泵电动机三类。

2.简述各辅助电动机的用途。
压缩机电动机：是用来驱动空气压缩机以产生供机车与列车制动装置及气动器件所使用的压缩空气。
牵引通风机组：用来强迫冷却牵引电动机、硅整流柜及平波电抗器；
制动电阻通风机组：用来强迫冷却制动电阻柜；
变压器通风机组：用来强迫冷却主变压器油散器；
油泵机组：用来强迫变压器油的循环，提高变压器的散热能力。

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