《电机及拖动基础》思考题与习题解答

《电机及拖动基础》（3版）浙江机电职业技术学院胡幸鸣主编思考题与习题解答第一章直流电机1-1在直流电机中，电刷之间的电动势与电枢绕组某一根导体中的感应电动势有何不同？解：前者是方向不变的直流电动势，后者是交变电动势；前者由多个电枢元件（线圈）串联而成，电动势相对后者的绝对值要大。1-2如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，则换向器和电刷应怎样放置，才能作直流电机运行？解：换向器放置在定子上，电刷放置在转子上，才能作直流电机运行1-3直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，aE又有何区别？它们又是怎样产生的？解：直流发电机的电磁转矩T是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势Ea大于电枢端电压U，直流电动机的电枢电动势Ea小于电枢端电压U，电枢电动势Ea都是运动导体切割磁场感应产生的。1-4直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变）1-5直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向同一个方向旋转。1-6一台直流发电机，min,/1450,230,145rnVUkWPNNN求该发电机额定电流。解：AUPINNN43.6302301014531-7一台型直流发电机，min,/1500%,90,220,160rnVUkWPNNNN求该额定电流是多少？解：AUPINNNN08.8089.02201016031-8有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通为3.5×10-2Wb，电枢总导线数N=152，转速min/1200rn。求电机的电枢电动势。若改为单波绕组，其它条件不变，问电枢电动势为210V时，电机的转速是多少？解：1）单叠绕组：VnapNnCeEpaa4.1061200105.3260152260222）单波绕组min/21.1184105.31522160210pNEa60an2,12rpa1-9如何判断直流电机是发电机运行还是电动机运行？它们的电磁转矩、电枢电动势、电枢电流、端电压的方向有何不同？解：用Ea与U的关系来判断：直流发电机的EaU，电枢电流Ia与电枢电动势Ea同方向，电磁转矩T是制动性质的(方向与转向n相反)，电流是流到电压U的正端；直流电动机的UEa，电枢电流Ia与电枢电动势Ea反方向，电磁转矩T是驱动性质的(方向与转向n相同)，电流是从电压U的正端流出的。1-10直流电机的励磁方式有哪几种？在各种不同励磁方式的电机中，电机输入（输出）电流I与电枢电流Ia及励磁电流If有什么关系？解：直流电机的励磁方式有四种：他励、并励、串励、复励。以直流电动机为励：他励的I=Ia（与If无关），并励的I=Ia+If，串励的I=Ia=If，复励的I=Ia+If并。1-11一台并励直流电动机，UN=220V，IN=80A，电枢回路总电阻Ra=0.036Ω,励磁回路总电阻Rf=110Ω，附加损耗85.0,01.0nspNp。试求：①额定输入功率P1；②额定输出功率P2；③总损耗p；④电枢铜损耗cuap；⑤励磁损耗fp；⑥附加损耗sp；⑦机械损耗和铁心损耗之和op解：AIIIARUIfNafNf7828021102201831.38W149.6-440-219.02-24602460149601760060.1491496001.001.01496085.0176001760080220440110202.219036.0781112222sfcuaFemoNNSNNNNfffaacuaPPPpPP：PWPPp：WP：pWP：PWIU：PWRI：PWRI：P空载损耗总损耗附加损耗额定输出功率额定输入功率励磁损耗电枢铜耗1-12一台他励直流电动机，额定数据为：min,/1200%,90,220,10rnVUkWPNNNN电枢回路总电阻044.0aR。试求：1）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩。2）额定输出转矩和空载转矩。解：NaNNNNNNNNNIIAUPIIUP51.509.022010103他励mNTTTmNnPTmNnPTWIEPVRIUERIEUNNNNNemaaemaNNaaaa96.758.7954.8758.7955.91200101055.954.8755.9120007.1100055.907.1100051.5078.21778.217044.051.50220031-13他励直流电动机的工作特性是什么条件下求取？有哪几条曲线？解：他励直流电动机的工作特性是在U=UN，电枢回路不串附加电阻，励磁电流If=IfN的条件下求取。有：n=f(P2)、T=f(P2)、η=f(P2)三条曲线。1-14何谓换向？讨论换向过程有何实际意义？解：直流电机运行时，电枢绕组的线圈（元件）由一条支路经电刷短路进入另一条支路，该线圈中的电流方向发生改变，这种电流方向的改变叫换向。讨论实际的换向过程，了解影响换向的电磁原因，才能对症下药，实施改善换向的方法。1-15换向极的作用是什么？它应当装在何处？换向极绕组应当如何连接？如果换向解：极绕组的极性接反了，电机在运行时会出现什么现象？换向极的作用是改善换向，它应装在主磁极的几何中心线处，换向极绕组与电枢绕组串联，且使换向极磁通势的方向与电枢磁通势的方向相反。如果极性接错，使两种磁通势的方向相同，那就会更恶化换向，运行时后刷边的火花更大，甚至可能烧坏电刷和换向器。第二章电流电机的电力拖动2-1什么是电力拖动系统？它包括哪几个部分，各起什么作用？试举例说明。解：电力拖动系统是由电动机拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。它包含控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源等。（各作用略，详见P22）；如电风扇的电动机是原动机，单相交流电是它的电源，风扇叶片是它的机械负载，开关调速装置是它的控制设备，轴承是最简单的传动机构。2-2从运动方程式中，如何判定系统是处于加速、减速、稳定还是静止的各种运动状态？解：从运动方程式中，以正向运动为例，当TTL时，dn/dt0，系统处于加速运动状态；当TTL时，dn/dt0，系统处于减速运动状态；当T=TL时，dn/dt=0，系统处于稳定运动（转），或静止状态。2-3电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是什么？解：电力拖动系统稳定运行的必要条件是：电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性曲线有交点；充分条件是：交点（T=TL）处满足dT/dndTL/dn。2-4他励直流电动机在什么条件下得到固有机械特性)(Tfn的？一台他励电动机的固有机械特性有几条？人为机械特性有几类？有多少条？解：他励直流电动机在U=UN，电枢回路不串入附加电阻，励磁电流If=IfN（磁通Φ为额定磁通ΦN）的条件下，稳定运行时得到固有机械特性)(Tfn的。一台他励直流电动机有一条固有机械特性；人为机械特性有降压、电枢回路串电阻、弱磁三大类，有无数条。2-5起动直流他励电动机时为什么一定先加励磁电压？如果未加励磁电压，而将电枢接通电源，会发生什么现象？解：他励直流电动机起动时，先加励磁电压是保证磁路中有正常磁通，否则先加电枢电压，磁通仅为剩磁通是很小的，可能会发生转速太高的“飞车”现象。2-6一台直流他励电动机，,115min,/980,220,21AIrnNVUkWPNNN电枢电阻1.0aR。计算：1）全压起动时电流Ist。2）若限制起动电流不超过200A，采用电枢串电阻起动的最小起动电阻为多少？采用减压起动的最低电压为多少？解：1）ARUIaNst22001.02202）11.0200220astNstRIUR20V0.1200aststRIU2-7设有一台并励直流电动机接在一电源上，如把外施电源极性倒换，电动机的转向是否改变？如何改变电动机的转向？接在直流电源上的电动机若为串励直流电动机又如何？解：并励直流电动机的外施电源极性倒换，电枢电流和磁场的方向同时改变，电动机的转向不变。必须只能有一个方向改变，把其中一个绕组的极性改变。串励直流电动机同理。2-8什么叫电气调速？指标是什么？他励直流电动机的调速有哪几种方法？解：电气调速是指：人为地改变电动机的参数，使新的人为机械特性与负载特性的交点变化，所得到的新的稳定转速。电气调速的指标有：调速范围、调速的相对稳定性、调速的平滑性、调速的经济性和调速时的容许输出；根据转速公式，他励直流电动机的调速方法有：降压、电枢回路串电阻、弱磁调速。2-9他励直流电动机，202.0min,/1000,94,220,18aNNNRrnNAIVUkWP，求在额定负载下：设降速至800r/min稳定运行，外串多大电阻？采用降压方法，电源电压应降至多少伏？解：201.01000202.094220NaaNNenRIUC1）428.0202.094800201.0220aaNepaRICUR2）VRICUaNNe79.179202.094800201.02-10他励直流电动机有几种制动方法，试说明它们之间有什么共同点？从电枢电压特点、机械特性方程和功率平衡关系来说明他们有什么不同？解：他励直流电动机有能耗制动、反接制动、再生制动的三种方法，共同的特点是电磁转矩T与转速n的方向相反，T是制动性质的。能耗制动U=0，机械特性过原点，电枢不从电网吸收电功率，从轴上吸收机械功率；反接制动中的电源反接制动U=-UN，机械特性过-n0点，倒拉反接制动U=UN，机械特性过n0，电枢从电网吸收电功率，也从轴上吸收机械功率；反向再生制动U=-UN，机械特性过-n0，从轴上吸收机械功率，电枢向电网回馈电能。2-11一台他励直流电动机，065.0min,/1000,185,110,17aNNNRrnNAIVUkWP已知电动机最大允许电流Imax=1.8IN，电动机拖动负载TL=0.8TN电动运行。试求：1）若采用能耗制动停车，则电枢回路应串多大电阻？2）若采用反接制动停车，则电枢回路应串多大电阻？0.8时的转速NT解：098.01000065.0185110NaaNNenRIUCmin/29.1024098.0065.01858.01108.0rCRIUnNeaN1）能耗制动瞬时Nk-1.8II0Umin;/29.1024brn236.0065.01858.129.1024098.00abkNebkRInCUR2）反接制动瞬时NbkN-1.8II-UUmin;/29.1024rn567.0065.01858.129.1024098.0110abkNebkRInCUR2-12他励直流电动机，NaNNNTTLRrnNAIVUkWP8.0,202.0min,/1000,3.30,220,5.5。试求：1）如果用能耗制动、倒接反接制动以400r/min的速度下放位能负载，则应串入多大的制动电阻？2）电动机在反向再生制动运行下放重