第3章-直流电机-《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)

第三章直流电机习题解答3-1直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。3-2.一台p对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？答：P2R.解析：设单叠绕组时支路电阻为R1，考虑到并联支路数2a=2p，故有：12RRP,则12RPR，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p个R1,则每条支路电阻为22pR，并联电阻为2pR。3-3.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：(N极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S极），定子磁轭，（N极）；主要消耗在气隙。3-4.在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势Faq对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势Fad有去磁作用。当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势Faq对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势Fad有助磁作用。如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。3-5.直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。3-6.一台直流电动机运行在电动机状态时换向极能改善换向，运行在发电机状态后还能改善换向吗？答：不能；对电动机来说，换向极极性应与顺着电枢转向的下一个主极性相反，而发电机则应相同。3-7.一台并励直流电动机在正转时有一定转速，现欲改变其旋转方向，为此停车后改变其励磁电流方向或电枢电流方向均可。但重新起动后发现该电机在同样情况下的转速与原来的不一样了，问可能是什么原因造成的？答：①当电刷不在几何中性线上时，电枢磁场分为直轴和交轴两个分量。当电枢反向时，直轴电枢磁场的方向将改变（如由去磁变为增磁），这样使磁通发生变化，在拖动恒转矩负载时，转速也将发生变化。②正转停车后，直流电动机的铁心有剩磁，，改变励磁电流后，新产生的磁场方向与剩磁磁场方向相反，使总磁通减小，由aaeUIRnC知：转速n有所增大。3-8、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。3-9、不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的？如果电枢反应去磁作用很明显，对机械特性有什么影响？答:因为负载转矩增大，导致电枢电流增大，电枢电动势下降，显然引起转速下降。如果电枢反应去磁作用很明显,会使每极磁通的减小，电流越大，去磁作用也大，每极磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。3-10、何为转速？负载变化引起的转速变化是不是调速？直流电动机有几种调速方法？试分析比较各种方法的特点。答：调速就是对控制对象进行速度调整，可以通过机械电气等方法进行调整，调速一般指系统层面即调速系统。负载变化引起的转速变化不是调速。直流电动机的调速方法有3种：调节每极磁通；随着电动机转速的升高，负载转矩相应减小，属恒功率调速。为避免电动机转子绕组受离心力过大而撤开损坏，弱磁调速时应注意电动机转速不超过允许限度。调节电枢端电压；电枢回路必须有可调压的直流电源，电枢回路及励磁回路电阻尽可能小，电压降低转速下降，人为特性硬度不变、运行转速稳定，可无级调速。电枢回路串电阻；这种方法只能使转速往下调。如果所串电阻连续，电动机转速可以平滑调节，串电阻越大，机械特性越软、转速越不稳定。优点：设备简单，操作方便。缺点：调速时电动机效率低。3-11、极数为2的直流电机，只有一个换向极，是否会造成一个电刷换向好，一个电刷换向不好？答：一般不会，因为对于两极电机在任意电刷换向时，必有一个线圈处于换向极磁场下面，产生换向极电动势，抵消电抗电势以减小附加电流。3-12、对伺服直流电电动机有何基本要求？在结构上是如何满足这些要求的？答：可控性好。转速和转向完全由控制电压的大小和极性决定，并线性控制特性为最佳。运行稳定性。在宽调速范围内具有下降的机械特性，最好为线性机械特性。伺服性好，能敏捷地跟随控制信号的变化，起、停迅速。为满足上述要求，直流伺服电动机大都采用他励或永磁励磁方式，并在设计中力求磁路不饱和、电枢反应影响小、起动转矩大、转动惯量小。3-13、计算下列电枢绕组的节距，并绘出绕组展开图和电路图：（1）右行单叠短距绕组：2p=4,UQ=s=k=22;（2）左行单波绕组：2p=6,UQ=s=k=22。解：（1）计算节距合成节距等于换向节距y=cy=1第一节距54222y1pQu（短距绕组，有利于换向和节约端部用铜）第二节距4y12yy绘制绕组展开图绘制电路图pa（2）计算节距731221yypKc347y46222Qy121yypu；nNNSS16234578910111213141516171819202122162345789101112131415161718192122-1A2A1B2B绘制绕组展开图绘制电路图pa-+201362114722111831072925116158151618B1B2B3A1A2A3451912451112193-14、一台直流电机的极对数3p=，单叠绕组，并联支路数26a=，电枢总导体数a398Z=匝，气隙每极磁通-2=2.110WbΦ　，当转速分别为1500r/min和500r/min时，求电枢感应电动势的大小。若电枢电流Ia=10A，磁通不变，电磁转矩是多大？解：12234567891011121314151617181920212212345678910111213141516171819202122NNSSNSnA1A2A3B1B2B3（1）;34.6314.3*3*2398*314.3*2,63.63*60398*360CapzCapzaTae当11500rminn时，2a1e1C6.632.1101500208.9VEn；2500rminn时，2a1e1C6.632.11050069.6VEn。（2）2eTaC63.342.1101013.30NmTΦI。3-15一台他励直流电动机的额定数据为：6kWNP，220VNU，1000/minNrn，500WCuap，WpCuf100，0395Wp。计算额定运行时电动机的0T、NT、Pe、N。解：额定运行状态下：0001013953.7710002*3.14*60600057.310002*3.14*606000395639560005001003956995600085.7%6995NNNNeNNCuacufNNpTNmPTNmPPpWPPpppWPP3-16一台四极82kW、230V、970r/min的并励直流发电机，0259.0ar，5.26fr，一对电刷接触压降为2伏，kWppmecFe3.4，NadPp005.0,求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。解：额定负载状态下：12308.6826.582000356.52230356.528.68365.22230365.2*0.02592241.16241.46*365.2881808818043000.005*8200092980881NffNNNaNfaNaaseaaeFemecadeeNUIArPIAUIIIAEUIrUVPEIWPPpppWPT180868.59702608200088.2%92980NNmPPπ*3-17一台100kW、230V的并励发电机，每极励磁绕组有1000匝，在额定转速下，空载产生额定电压需励磁电流7A，额定电流时需9.4A的额定电流才能达到同样的电压，今欲将该机改为平复励，问每极应加多少匝串励绕组。解：3100*10434.78230NNNPIAU，空载时，为产生额定电压所需的励磁磁动势为：7*1000=7000A，负载时，为产生额定电压所需的励磁磁动势为：9.4*1000=9400A，说明负载时有940070002400AA的去磁作用，现用串励绕组将其改为平复励，则串励绕组应产生2400A的励磁磁动势对去磁作用进行补偿，因此所需匝数为：24006434.78cN。3-18一台5.5kW、110V的并励直流电动机，额定电流为80安，额定转速为1470r/min，电枢回路总电阻为0.15欧姆（包括电刷接触电阻），励磁回路电阻为138欧姆，设在额定负载下突然在电枢回路中串入0.4欧姆电阻，若不计电枢回路电感，并略去电枢反应，试计算（1）串入电阻瞬间的电枢电势、电枢电流及电磁转矩；（2）电枢电流的稳态值；（3）进入稳态后电机的转速。解：额定负载时，电枢电流为：1108079.213811079.2*0.1598.12aaIAEV（1）串入电阻的瞬间，电机转速不变，电枢电动势不变，故：''''11079.2*0.1598.1211098.1221.60.150.498.12*21.613.772*1470/60aaaaeNEVIAEITNmπ（2）稳定后：''79.2aaIIA（3）''''''11079.2*(0.150.4)66.27566.275*1470=993min98.12aaeaaEVECnErnnE3-19一台96kW的并励直流电动机，额定电压为440V，额定电流为255A，额定励磁电流为5A，额定转速为500r/min，电枢回路总电阻为0.078（包括电刷接触电阻），不计电枢反应，试求（1）电动机的额定输出转矩；（2）额定电流时的电磁转矩；（3）电动机的空载转速。解：（1）296000=1834.4Nm260NNPT500π*（2）2255220440220*0.078422.84422.84*2201777.54260aNfaNaaaaeNIIIAEUIRVEITNm500π*（3）0440*500520.29min422.84aeNNaNECnUrnnE3-20某他励直流电动机的额定数据为：PN＝7.5kW，UN＝220V，IN＝40A，nN＝1000r/min，ra＝0.5。拖动TL＝TN5.0恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大？解：'''22040*0.5200200*40=76.4310002*6075000.50.50.5*35.8310002*6035.83*4018.7576.4322018.75*0.5210.62521aNNNaaNNeNNeNTaNNLNNLNeNaNaaeaNaNEUIrVEITNmTCIPTTNmTIIATEUIrVECnEnnEππ0.625*10001053min200r3-21两台完全相同的并励直流电机同轴联在一起，并连接于230V的电网上，轴上不带其它负载，在1000r/min时空载特性如下，A