第三章直流电动机工作原理及特性

第三章3.1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗。3.2并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励.3.3一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？为什么？这个拖动系统中哪些要发生变化？T=KtφIau=E+IaRa当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.3.4一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?是大于，小于还是等于E1？T=IaKtφ,φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa,所以EN减小.,小于E1.3.5一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,ηN=89.5%，试求：①该发电机的额定电流；②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电流为782.6AP=IN100/ηNP=87.4KW3.6已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5KW,UN=220V,nN=1500r/min,ηN=88.5%,试求该电机的额定电流和转矩。PN=UNINηN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.7一台他励直流电动机：PN=15KW,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Ω，其空载特性为：U0/V115184230253265If/A0.4420.8021.21.6862.10今需在额定电流下得到150V和220V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？由空载特性其空载特性曲线.E2652532302201841501150.4420.710.8021.21.081.6862.10fI当U=150V时If=0.71A当U=220V时If=1.08A3.8一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5KW,UN=110V,IN=62A,nN=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。Ra=(0.50~0.75)(1-PN/UNIN)UN/IN=0.6(1-5500/110*62)*110/62=0.206Ωn0=nNUN/(UN-INRa)=1131r/minTN=9.55*5500/1000=52.525Nm113152.5253.9一台并励直流电动机的技术数据如下：PN=5.5KW,UN=110V,IN=61A,额定励磁电流Ifn=2A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗，铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。n0=UNnN/(UN-INRa)TN=9.55PN/nN=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*5500/1500=1687r/min=35Nm16873.10一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5KW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为UN/2时的人为机械特性；④磁通φ=0.8φN时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。①n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1500/220-34.4*0.242=1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm155941.38②n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/KeKtφ2=U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke2φ2当3Ωn=854r/min当5Ωn=311r/min③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2当UN=0.5UN时n=732r/minn0=UNnN/2(UN-INRa)=780r/min④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82当φ=0.8φ时n=1517r/minn0=UNnN/0.8Keφ=1964r/minn03.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？电动机在未启动前n=0,E=0,而Ra很小,所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大.Ist=UN/Ra3.12他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何实现？他励直流电动机直接启动过程中的要求是1启动电流不要过大,2不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一是降压启动.二是在电枢回路内串接外加电阻启动.3.13直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这是会产生什么现象（试从TL=0和TL=TN两种情况加以分析）？当电动机运行在额定转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，TL=0时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车,TL=TN时将使电动机电流大大增加而严重过载.3.14直流串励电动机能否空载运行?为什么？串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外,还可能串励电动机也可能反转运行.但不能用改变电源极性的方法,因这时电枢电流Ia与磁通φ同时反响,使电瓷转矩T依然保持原来方向,则电动机不可能反转.3.15一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,ηN=0.8,Ra=0.4Ω,Rf=82.7Ω。试求：①额定电枢电流IAn;②额定励磁电流IfN;③励磁功率Pf;④额定转矩TN;⑤额定电流时的反电势；⑥直接启动时的启动电流；⑦如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？此时启动转矩又为多少？①PN=UNIaNηN2200=110*IaN*0.8IaN=25A②Uf=RfIfNIfN=110/82.7=1.33A③Pf=UfIfN=146.3W④额定转矩TN=9.55PN/nN=14Nm⑤额定电流时的反电势EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V⑥直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra=110/0.4=275A⑦启动电阻2INUN/(Ra+Rst)Rst1.68Ω启动转矩Keφ=(UN-INRa)/nN=0.066Ia=UN/(Ra+Rst)T=KtIaφ=52.9A=9.55*0.066*52.9=33.34Nm3.16直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时，为什么要逐渐切除启动电阻？如切出太快，会带来什么后果？如果启动电阻一下全部切除,,在切除瞬间,由于机械惯性的作用使电动机的转速不能突变,在此瞬间转速维持不变,机械特性会转到其他特性曲线上,此时冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻的方法.如切除太快,会有可能烧毁电机.3.17转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什么区别？速度变化是在某机械特性下,由于负载改变而引起的,二速度调节则是某一特定的负载下,靠人为改变机械特性而得到的.3.18他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？他励电动机的调速方法：第一改变电枢电路外串接电阻Rad特点在一定负载转矩下，串接不同的电阻可以得到不同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性与如软，稳定型越低，载空或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。第二改变电动机电枢供电电压特点当电压连续变化时转速可以平滑无级调速，一般只能自在额定转速以下调节，调速特性与固有特性相互平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒转矩调速，适应于对恒转矩型负载。可以靠调节电枢电压来启动电机，不用其它启动设备，第三改变电动机主磁通特点可以平滑无级调速，但只能弱词调速，即在额定转速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，属恒功率调速。3.19直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩T的方向与转速n的方向相同.制动状态特点使电动机所发的转矩T的方向与转速n的方向相反3.20他励直流电动机有哪几种制动方法？它们的机械特性如何？试比较各种制动方法的优缺点。1反馈制动机械特性表达式:n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/keKtφ2T为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是第一象限电动状态下的机械特性第二象限内的延伸.反馈制动状态下附加电阻越大电动机转速越高.为使重物降速度不至于过高,串接的附加电阻不宜过大.但即使不串任何电阻,重物下放过程中电机的转速仍过高.如果放下的件较重.则采用这种制动方式运行不太安全.2反接制动电源反接制动电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速停车和向的场合以及要求经常正反转的机械上.倒拉反接制动倒拉反接制动状态下的机械特性曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现在第四象限中的延伸,若电动反向转在电动状态,则倒拉反接制动状态下的机械特性曲就是第三象限中电动状态下的机械特性曲线在第二象限延伸..它可以积低的下降速度,保证生产的安全,缺点是若转矩大小估计不准,则本应下降的重物可能向上升,机械特性硬度小,速度稳定性差.3能耗制动机械特性曲线是通过原点,且位于第二象限和第四象限的一条直线,优点是不会出现像倒拉制动那样因为对TL的大小估计错误而引起重物上升的事故.运动速度也较反接制动时稳定.3.21一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构，在电动机拖动重物匀速上升时讲电枢电源突然反接，试利用机械特性从机电过程上说明：①从反接开始到系统新的稳定平衡状态之间，电动机经历了几种运行状态？最后在什么状态下建立系统新的稳定平衡点？②各种状态下转速变化的机电过程怎样？①从反接开始到系统到达新的稳定平衡状态之间,电动机经历了电动机正向电动状态,反接制动状态,反向电动状态,稳定平衡状态.②bacf电动机正向电动状态由a到b特性曲线转变;反接制动状态转速逐渐降低,到达c时速度为零,反向电动状态由c到f速度逐渐增加.稳定平衡状态,反向到达f稳定平衡点,转速不再变化.