電氣工程概論 第3章 課后思考題參考答案

思考題及答案解析3-1什么是電機(jī)的可逆運(yùn)行原理？3-2電機(jī)有哪些不同的分類方法？3-3電機(jī)制造中所用的原材料有哪些？3-4典型的三相電機(jī)結(jié)構(gòu)包括哪幾部分？3-5變壓器的基本工作原理是什么？3-6試闡述我國電力行業(yè)的常見能源獲取領(lǐng)域（電力能源分布）。3-7試舉例說明電機(jī)的各領(lǐng)域應(yīng)用。3-8常見的電器的分類方法有哪些？3-9常見的低壓電器有哪些？各自的作用是什么？3-10常見的高壓電器有哪些？各自的作用是什么？3-1什么是電機(jī)的可逆運(yùn)行原理？?電機(jī)的可逆運(yùn)行原理?是指同一臺(tái)電機(jī)在不同條件下既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，能量轉(zhuǎn)換的方向取決于運(yùn)行條件。?電動(dòng)機(jī)?是指通過電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，而?發(fā)電機(jī)?是指通過機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備。電機(jī)的可逆運(yùn)行原理表明，同一臺(tái)電機(jī)在不同應(yīng)用場景下可以靈活切換這兩種功能。3-2電機(jī)有哪些不同的分類方法？?電機(jī)可以根據(jù)不同的分類方法進(jìn)行多種分類?。以下是幾種常見的分類方法及其對(duì)應(yīng)的電機(jī)類型：1.?按工作電源種類劃分?：（1）?直流電機(jī)?：使用直流電作為電源，包括有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)。有刷直流電機(jī)又可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。（2）?交流電機(jī)?：使用交流電作為電源，包括單相電機(jī)和三相電機(jī)。交流電機(jī)進(jìn)一步分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。2.?按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分?：（1）?直流電動(dòng)機(jī)?：包括無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。（2）?異步電動(dòng)機(jī)?：包括三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)。（3）?同步電動(dòng)機(jī)?：包括永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。3.?按起動(dòng)與運(yùn)行方式劃分?：?電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)?、?電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)?、?電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)?和?分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。4.?按用途劃分?：（1）?驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)?：用于驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備，如電動(dòng)工具、家電等。（2）?控制用電動(dòng)機(jī)?：用于控制系統(tǒng)中的執(zhí)行和測量，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)。5.?按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)劃分?：?籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)?（舊稱鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）和?繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)?（舊稱繞線型異步電動(dòng)機(jī)）。3-3電機(jī)制造中所用的原材料有哪些？?電機(jī)制造中常用的原材料主要包括以下幾種?：（1）?導(dǎo)電材料，如銅、鋁、銀。（2）?導(dǎo)磁材料?，鋼鐵（硅鋼片、電工純鐵等）、永磁材料。（3）?絕緣材料，如紙張、麻布、塑料、合成樹脂等。?（4）絕緣材料，如?油漆、?清漆、?環(huán)氧樹脂等。3-4典型的三相電機(jī)結(jié)構(gòu)包括哪幾部分？?典型的三相電機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：定子、轉(zhuǎn)子和氣隙?。（1）定子是電機(jī)的靜止部分，包括定子鐵心、?定子繞組和機(jī)座。（2）轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括?轉(zhuǎn)子鐵心、?轉(zhuǎn)子繞組和?轉(zhuǎn)軸。（3）氣隙是定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙，氣隙的大小影響磁場的分布和電機(jī)的效率。?3-5變壓器的基本工作原理是什么？變壓器的基本工作原理是電磁感應(yīng)，通過初級(jí)和次級(jí)線圈的磁耦合實(shí)現(xiàn)電壓變換。具體過程：當(dāng)交流電流通過初級(jí)線圈時(shí)，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變壓器的初、次級(jí)線圈因磁通變化感應(yīng)出電動(dòng)勢E1、E2。電動(dòng)勢比等于兩線圈的匝數(shù)比，即：E1/E2=N1/N2，而變壓器的初、次級(jí)線圈的電壓比U1/U2≈N1/N2。3-6試闡述我國電力行業(yè)的常見能源獲取領(lǐng)域（電力能源分布）。?我國電力行業(yè)的常見能源獲取領(lǐng)域主要包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電?。這些能源形式在我國電力供應(yīng)中占據(jù)重要地位，各自具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢。（1）?火力發(fā)電是我國電力供應(yīng)的主要來源之一?，尤其是煤炭發(fā)電，約占全國發(fā)電量的六成?；鹆Πl(fā)電成本相對(duì)較低，得益于豐富的煤炭資源。（2）水力發(fā)電在我國電力供應(yīng)中占據(jù)重要地位?，憑借豐富的水資源，水力發(fā)電成為清潔能源的代表。水電站如三峽水電站和白鶴灘水電站在全國發(fā)電量中占有顯著份額。（3）風(fēng)力發(fā)電在我國發(fā)展迅速?，已成為清潔能源轉(zhuǎn)型的重要推手。中國擁有廣闊的陸地和海域，為風(fēng)力發(fā)電提供了得天獨(dú)厚的條件。（4）?太陽能（光伏）發(fā)電在我國也占據(jù)一定份額?，盡管目前占比不高，但其清潔和可再生的特性使其未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?-7試舉例說明電機(jī)的各領(lǐng)域應(yīng)用。可通過AI+搜索，獲得相應(yīng)結(jié)果。電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換的核心裝置，其應(yīng)用覆蓋幾乎所有工業(yè)和民用領(lǐng)域。以下分領(lǐng)域舉例說明其多樣化應(yīng)用場景：一、工業(yè)制造領(lǐng)域，如?數(shù)控機(jī)床中，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸實(shí)現(xiàn)微米級(jí)定位（如西門子Sinumerik系統(tǒng)）；?工業(yè)機(jī)器人中，諧波減速電機(jī)+絕對(duì)值編碼器構(gòu)成6軸聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)（ABBIRB6700）；?注塑成型機(jī)中，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿實(shí)現(xiàn)精密計(jì)量；?紡織機(jī)械中，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)錠子實(shí)現(xiàn)20000rpm高速紡紗。二、交通運(yùn)輸領(lǐng)域，如?軌道交通中，CR400AF動(dòng)車組采用650kW永磁牽引電機(jī)；?電動(dòng)汽車中，特斯拉ModelS后驅(qū)版搭載3D6三相交流異步電機(jī)；?船舶推進(jìn)中，ABBAzipod吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)配360°回轉(zhuǎn)永磁電機(jī)；?航空應(yīng)用中，波音787電動(dòng)剎車系統(tǒng)使用多臺(tái)270V直流電機(jī)。三、精密醫(yī)療領(lǐng)域，如?手術(shù)機(jī)器人中，達(dá)芬奇系統(tǒng)內(nèi)置微型無刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)7自由度操作；?MRI設(shè)備中，超導(dǎo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液氦冷卻系統(tǒng)維持1.5T磁場強(qiáng)度；?胰島素泵中，步進(jìn)電機(jī)控制納米級(jí)藥物輸送精度；?呼吸機(jī)中，無鐵芯直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)靜音送氣。四、新能源領(lǐng)域，如?風(fēng)力發(fā)電?：直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)（金風(fēng)科技GW171-6.8MW）；?光伏跟蹤?：防水步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙軸追日系統(tǒng)（中信博天智II）；?燃料電池?：空氣壓縮機(jī)采用高速無油磁懸浮電機(jī)；?儲(chǔ)能系統(tǒng)?：飛輪儲(chǔ)能裝置使用真空磁軸承三相感應(yīng)電機(jī)。五、消費(fèi)電子領(lǐng)域，如?智能手機(jī)?：LRA線性諧振馬達(dá)提供觸覺反饋（iPhoneTapticEngine）；?無人機(jī)?：外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳（大疆Mavic3）；?智能家居?：EC風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)現(xiàn)空調(diào)無級(jí)調(diào)速（三菱電機(jī)MSZ-ZF系列）；?穿戴設(shè)備?：微型振動(dòng)電機(jī)直徑僅4mm（小米手環(huán)7）。六、特種應(yīng)用領(lǐng)域，如?粒子加速器?：直線電機(jī)推動(dòng)質(zhì)子束達(dá)到0.999999991倍光速（CERNLHC）；?人工心臟?：磁懸浮離心泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)無接觸式血泵（雅培HeartMate3）；?太空探索?：好奇號(hào)火星車使用抗輻射步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)取樣鉆頭；?量子計(jì)算?：超導(dǎo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)稀釋制冷機(jī)維持10mK極低溫。3-8常見的電器分類方法有哪些？常見的電器分類方法可歸納為以下七大類，不同分類依據(jù)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場景和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一、按用途分類?家用電器?：如冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等，服務(wù)于日常生活需求。?工業(yè)電器?：包括電動(dòng)機(jī)、PLC控制器等，用于生產(chǎn)場景。?醫(yī)療電器?：如醫(yī)療影像設(shè)備、生命支持儀器，屬于專業(yè)領(lǐng)域設(shè)備。?辦公電器?：涵蓋打印機(jī)、投影儀等辦公場景設(shè)備。二、按工作原理分類?電磁式電器?：基于電磁感應(yīng)原理工作，如接觸器、繼電器。?非電量控制電器?：依賴外力或物理量變化操作，如按鈕、溫度繼電器。三、按電壓等級(jí)分類?高壓電器?：用于1200V及以上交流電路或1500V直流電路，如高壓斷路器。?低壓電器?：適用于1200V以下交流或1500V以下直流電路，如接觸器。四、按安全防護(hù)等級(jí)分類，分為0類（僅基本絕緣）、I類（帶接地）、II類（雙重絕緣）、III類（安全特低電壓）電器。五、按動(dòng)作方式分類?手動(dòng)電器?：需人工操作，如刀開關(guān)、按鈕。?自動(dòng)電器?：通過電磁力或物理量變化自動(dòng)運(yùn)行，如接觸器、電磁閥。六、按觸點(diǎn)類型分類?有觸點(diǎn)電器?：通過機(jī)械觸點(diǎn)通斷電路，如接觸器、開關(guān)。?無觸點(diǎn)電器?：采用電子元件控制，如固態(tài)繼電器、接近開關(guān)。3-9常見的低壓電器有哪些？各自的作用是什么？以下是常見低壓電器及其功能的分類說明，綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用場景進(jìn)行歸納：一、配電與控制類電器（1）?低壓斷路器，其作用：通過過載、短路、欠壓等保護(hù)功能自動(dòng)切斷故障電路，兼具手動(dòng)控制能力。（2）?刀開關(guān)，其作用：手動(dòng)接通或隔離電路，常與斷路器配合使用，起電源隔離作用。（3）?熔斷器，其作用：通過熔體熔斷切斷短路電流，提供電路短路保護(hù)。二、執(zhí)行與操作類電器（1）?接觸器，其作用：電磁驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)閉合，遠(yuǎn)距離頻繁控制電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的啟停。（2）?繼電器，其作用：接收信號(hào)后切換電路，實(shí)現(xiàn)控制邏輯（如時(shí)間、溫度、速度控制）。三、指令與保護(hù)類電器（1）?主令電器，其作用：發(fā)送操作指令，包含按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。（2）?起動(dòng)器，其作用：控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，如星三角起動(dòng)器、自耦減壓起動(dòng)器，降低啟動(dòng)電流沖擊。（3）?漏電保護(hù)器，其作用：檢測漏電流并切斷電路，防止觸電事故。四、輔助與調(diào)節(jié)類電器（1）?控制器，其作用：通過程序或邏輯控制設(shè)備運(yùn)行，如凸輪控制器、PLC等。（2）?電阻器與變阻器，其作用：調(diào)節(jié)電路電流或電壓，用于限流、分壓及能耗制動(dòng)。五、其他關(guān)鍵電器（1）?組合開關(guān)?：多觸點(diǎn)組合，實(shí)現(xiàn)電源切換或電路轉(zhuǎn)換6。（2）?電磁鐵?：用于起重、制動(dòng)等機(jī)械操作6。3-10常見的高壓電器有哪些？各自的作用是什么？常見的高壓電器及其作用一、開關(guān)類電器（1）?高壓斷路器，其?作用?：分合正常負(fù)荷電流，并快速切斷短路故障電流，保護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）?隔離開關(guān)，其?作用?：隔離帶電設(shè)備與斷電部分，確保檢修安全，不切斷負(fù)荷電流或故障電流。（3）?負(fù)荷開關(guān)，其?作用?：分合正常負(fù)載電流，但不能切斷短路電流，常與熔斷器配合使用。二、保護(hù)類電器（1）?熔斷器，其?作用?：通過熔體熔斷切斷短路或過載電流，提供快速保護(hù)。（2）?避雷器，其?作用?：抑制雷電或操作過電壓，保護(hù)設(shè)備絕緣免受沖擊損壞。三、測量與變換類電器（1）?電壓互感