电机与拖动基础答案(第四版)

第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。思考题解答1.1通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。答向上，图略。1.2请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。答垂直导线向右，图略。1.3请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。答从向方向，图略。1.4螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1.单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。2.多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。具体计算是难点但不是重点。3.反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。4.电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。5.思考题是重点。思考题解答2.1选择以下各题的正确答案。(1)电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为飞轮矩为，不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为.(2)恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3)电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答(1)选择。因为转矩折算应根据功率守恒原则。折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为；飞轮矩折算应根据动能守恒原则，折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为(2)选择。因为电力拖动系统处于恒速运行，所以电动机轴上的负载转矩与电磁转矩相平衡，为，根据功率守恒原则，实际负载转矩为(3)选择。因为工作机构折算到电动机轴上的转矩为小于电动机电磁转矩，故电力拖动系统处于加速运行过程。2.2电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动机构的损耗由电动机负担还是由负载负担?答电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动机构的损耗由电动机负担，传动机构损耗转矩Δ与切削转矩对电动机来讲是同一方向的，恒速时，电动机输出转矩应等于它们二者之和。2.3起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担?提升或下放同一重物时，传动机构损耗的转矩一样大吗?传动机构的效率一样高吗?答起重机提升重物时，传动机构损耗转矩Δ由电动机负担；下放重物时，由于系统各轴转向相反，性质为摩擦转矩的Δ方向改变了，而电动机电磁转矩T及重物形成的负载转矩方向都没变，因此Δ由重物负担。提升或下放同一重物时，可以认为传动机构损耗转矩的大小Δ是相等的。若把损耗Δ的作用用效率来表示，提升重物时为η，下放重物时为η′，由于提升重物与下放重物时Δ分别由电动机和负载负担，因此使η≠η′，二者之间的关系为η′=2-1η.2.4电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为η＜0.5，请计算η=0.4的电梯下降时，其效率是多大?若上升时，负载转矩的折算值，则下降时负载转矩的折算值为多少?Δ为多大?答提升时效率η，下降时效率η′=2-1η=2--假设不计传动机构损耗转矩Δ时，负载转矩的折算值为；若传动机构损耗转矩为Δ，电梯下降时的负载转矩折算值为则ηη′=6×(--Δ--也可以如下计算：-Δ=15-2×9=-表2.1所列生产机械在电动机拖动下稳定运行时的部分数据，根据表中所给数据，忽略电动机的空载转矩，计算表内未知数据并填入表中。表2.1生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床34000.429750.80起重机9800提升1.412000.75下降1.4电梯提升1.09500.42下降1.0答数据见表表2.2生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床34000.429750.8017.483.4917.48续表生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩起重机9800提升1.412000.75145.5836.39145.58下降1.412000.66772.836.3972.8电梯提升1.09500.42359.02208.23359.02下降1.0950-0.381-57.44208.23-57.44习题解答2.1如图2.1所示的某车床电力拖动系统，已知切削力，工件直径，电动机转速，减速箱的三级速比，各转轴的飞轮矩为指电动机轴),各级传动效率都是η=0.9，求：图2.1(1)切削功率；(2)电动机输出功率；(3)系统总飞轮矩；(4)忽略电动机空载转矩时，电动机电磁转矩；(5)车床开车但未切削时，若电动机加速度忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损耗，求电动机电磁转矩。解(1)切削功率。切削负载转矩负载转速切削功率ππ电动机输出功率η系统总飞轮矩忽略电动机空载转矩时，电动机电磁转矩η传动机构转矩损耗Δη-1-1电磁转矩Δ龙门刨床的主传动机构如图2.2所示，齿轮1与电动机轴直接相连，经过齿轮2、3、4、5依次传动到齿轮6，再与工作台7的齿条啮合，各齿轮及运动物体的数据见表2.3.图2.2表2.3编号名称齿数Z重力齿轮208.252齿轮5540.20续表编号名称齿数Z重力齿轮3819.604齿轮6456.805齿轮3037.256齿轮78137.207工作台即质量为工件9800(即质量为若已知切削力，切削速度，传动效率η=0.8,齿轮6的节距，电动机转子飞轮矩，工作台与导轨的摩擦系数μ=0.1。试计算：(1)折算到电动机轴上的总飞轮矩及负载转矩(包括切削转矩及摩擦转矩两部分);(2)切削时电动机输出的功率。解(1)旋转部分飞轮矩工作台和工件总重量切削速度齿轮6转速电动机转速直线运动部分飞轮矩总飞轮矩工作台及工件与导轨的摩擦力μ折算到电机轴上的负载转矩ηn切削时电动机输出的功率Ωπ起重机的传动机构如图2.3所示，图中各部件的数据见表2.4。已知起吊速度为，起吊重物时传动机构效率η=0.7。试计算：图(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮矩；(2)重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩，其中重物、导轮8及吊钩三者的转矩折算值及传动机构损耗转矩；(3)空钩吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩，其中导轮8与吊钩的转矩折合值为多少?传动机构损耗转矩为多少(可近似认为吊重物与不吊重物时，传动机构损耗转矩相等)?表2.4编号名称齿数重力直径电动机5.592蜗杆双头0.983齿轮152.944蜗轮3017.055卷筒98.005006齿轮65294.007导轮3.92150续表编号名称齿数重力直径导轮3.92871509吊钩49010重物(负载解(1)系统总飞轮矩的计算。旋转运动部分飞轮矩重物、吊钩及导轮8的总重量提升速度给定为绳索的速度卷筒外圆线速度卷筒转速ππ电动机转速于是得直线运动部分飞轮矩=3所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。重物吊起时，负载转矩折算值η重物、导轮8及吊钩三者转矩折算值为所以传动机构损耗转矩为Δ--重物下放时，负载转矩折算值-Δ-空钩吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。空钩吊起时负载转矩Δ空钩下放时负载转矩-Δ--第3章直流电机原理重点与难点1.直流电机工作原理中最重要的是换向器的作用，无论是发电机还是电动机，电枢绕组内电流是交流，电刷之外电流是直流。发电机发出的是直流电，电动机绕组线圈产生同方向电磁转矩。2.直流电动机的额定容量及额定输出转矩分别为ηT直流电机电枢绕组种类及联接比较复杂，是难点但不是重点。4.直流电机的电枢电动势和电磁转矩分别为ΦnΦ其中和两个常数大小由电机结构决定，而电动势方向由电机转向和主磁场方向决定，电磁转矩方向由电机转向和电流方向决定，对各种励磁方式的直流发电机改变电压方向、对各种励磁方式的直流电动机改变转向时，都要加以考虑。5.他励直流发电机稳态运行时的基本方程式与功率关系。6.直流电机的可逆原理。7.他励直流电动机稳态运行时的基本方程式与功率关系。8.他励直流电动机固有机械特性：表达式、特性曲线及其特点。这是本章重点中的重点，要求根据电机额定数据熟练计算其固有机械特性，见例题3-8～例题3-10.9.他励直流电动机电枢回路串电阻、改变电枢电压、减弱磁通三种人为机械特性的特点及计算。10.串励、复励直流电动机机械特性的特点。11.直流电机换向极位置及换向极绕组电流。思考题解答3.1换向器在直流电机中起什么作用？答在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。3.2直流电机的主磁极和电枢铁心都是电机磁路的组成部分，但其冲片材料一个用薄钢板，另一个用硅钢片，这是为什么？答在直流电机中，励磁绕组装在定子的主磁极上，当励磁绕组通入直流励磁电流并保持不变时，产生的主磁通相对于主磁极是静止不变的，因此在主磁极中不会产生感应电动势和感应电流（即涡流），就不会有涡流损耗，所以主磁极材料用薄钢板。但是转动着的电枢磁路却与主磁通之间有相对运动，于是在电枢铁心中会产生感应电动势和感应电流（即涡流），产生涡流损耗。另外，电枢中还会产生因磁通交变形成的磁滞损耗。为了减少电枢铁心损耗，常用而又行之有效的办法就是利用硅钢片叠装成直流电机的电枢铁心。为了进一步减小涡流损耗，把硅钢片表面涂上绝缘漆，进一步阻碍涡流通过。3.3直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率？答直流电机铭牌上的额定功率指的是直流电机工作在满负荷下的输出功率。对直流发电机而言，指的是输出的电功率；对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率。3.4直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答直流电机的主磁路由以下路径构成：主磁极经定、转子间的空气隙进入电枢铁心，再从电枢铁心出来经定、转子间的空气隙进入相邻的主磁极，经定子铁心磁轭到达主磁极，构成闭合路径。磁路未饱和时，铁的导磁率是空气的几百到上千倍，所以尽管定转子间的空气隙很小，但磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在空气隙上。3.5填空。(1)直流电机单叠绕组的支路对数等于，单波绕组的支路对数等于.(2)为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应放置在.答(1)直流电机单叠绕组的支路对数等于主磁极对数，单波绕组的支路对数等于1.(2)为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应放置在对准主磁极中心线换向器的表面。3.6说明下列情况下无载电动势的变化：(1)每极磁通减少，其他不变；(2)励磁电流增大，其他不变；(3)电机转速增加，其他不变。答根据直流电机感应电动势与主磁通的大小成正比，与电机转速成正比的关系，可得出以下结论：(1)每极磁通减小，其他不变时，感应电动势减小(2)励磁电流增大，其他不变时，假定磁路不饱和，则每极磁通量增大，因此感应电动势增大(3)电机转速增加，其他不变时，感应电动势增加3.7主磁通既链着电枢绕组又链着励磁绕组，为什么却只在电枢绕组里产生感应电动势？答直流电机在稳态运行时，主磁通相对于励磁绕组是静止的，所以在励磁绕组中不会产生感应电动势。由于电枢在旋转，主磁通与电枢绕组之间有相对运动，所以会在电枢绕组中产生感应电动势。这里电枢绕组中的感应电动势，实际是指电枢中各导体感应电动势。至于正、负电刷间的感应电动势，即电枢电动势，也就是支路电动势，还要看正、负电刷放在换向器表面上的什么位置。位置放得合适，电枢电动势可达最大值；放得不合适，在相同的情况下，电枢电动势可以为零。3.8指出直流电机中以下哪些