电机拖动习题答案集

1第一章1.1一台直流电动机的数据为：额定功率NP=25kW，额定电压NU=220V，额定转速Nn=1500r/min，额定效率N=86.2%。试求：(1)额定电流NI；(2)额定负载时的输入功率NP1。解：（1）直流电动机的：额定功率NNNNIUPAUPINNNN83.131862.022010253（2）KWPPNNN29862.02511.2一台直流发电机的数据为：额定功率NP=12kW，额定电压NU=230V，额定转速Nn=1450r/min，额定效率N=83.5%。试求：(1)额定电流NI；(2)额定负载时的输入功率NP1。解：（1）直流发电机的：额定功率NNNIUPAUPINNN17.5223010123（2）KWPPNNN37.14835.01211.3一台直流电机，已知极对数p=2，槽数Z和换向片数K均等于22，采用单叠绕组。(1)计算绕组各节距；(2)求并联支路数。解：（1）第一节距54242221pZy，为短距绕组。单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1，即1Kyy第二节距41512yyy(2)并联支路数等于磁极数，为4。1.4一台直流电机的数据为：极数2p=4，元件数S=120，每个元件的电阻为0.2Ω。当转速为1000r/min时，每个元件的平均感应电动势为10V，问当电枢绕组为单叠或单波绕组时，电刷间的电动势和电阻各为多少？2解：当电枢绕组为单叠绕组时，绕组并联支路数等于磁极数，为4，每一条支路串联的元件数为30，换向器上放置4个电刷，假设一个电刷短路一个元件，每一条支路有一个元件被短路，则电刷间的电动势为aE=2910=290V；每一条支路的电阻为8.52.029R，4条并联支路的电阻，即电刷间的电阻为45.148.54RRa当电枢绕组为单波绕组时，绕组并联支路数为2，每一条支路串联的元件数为60，换向器上可以放置4个电刷，至少短路4个元件，则电刷间的电动势为VEa5801058每一条支路的电阻为6.112.058R电刷间的电阻为8.526.112RRa1.5已知一台直流电机的极对数p=2，元件数S=Z=K=21，元件的匝数cN=10，单波绕组，试求当每极磁通=1.42×210Wb，转速n=1000r/min时的电枢电动势为多少？解：单波绕组并联支路对数a=1，电枢总导体数420102122CSNN电枢电动势VnapNEa8.19810001042.116042026021.6一台直流电机，极数2p=6，电枢绕组总的导体数N=400，电枢电流aI=10A，气隙每极磁通=0.21Wb。试求采用单叠绕组时电机的电磁转矩为多大？如把绕组改为单波绕组，保持支路电流ai的数值不变，电磁转矩又为多大？解：电枢绕组为单叠绕组时，并联支路对数a=p=3，电磁转矩mNIapNTa69.1331021.031416.3240032如果把电枢绕组改为单波绕组，保持支路电流ai的数值不变，则电磁转矩也不变，仍为133.69mN，因为无论是叠绕组还是波绕组，所有导体产生的电磁转矩的方向是一致的，保持支路电流ai不变，就保持了导体电流不变，也就保持了电磁转矩不变。也可以用计算的方法：单叠绕组时并联支路数为6，支路电流AIiaa6106改为单波绕组，保持支路电流ai的数值不变，仍为A610，而并联支路数为2(a=1)，3电枢电流AiIaa3102电磁转矩mNT69.13331021.011416.324003。1.7一台他励直流电机，极对数p=2，并联支路对数a=1，电枢总导体数N=372，电枢回路总电阻aR=0.208Ω，运行在U=220V，n=1500r/min，=0.011Wb的情况下。FeP=362W，mecP=204W，试问：(1)该电机运行在发电机状态还是电动机状态？(2)电磁转矩是多大？(3)输入功率、输出功率、效率各是多少？解：(1)VnapNEa6.2041500011.0160372260，低于电源电压U=220V，所以电机运行在电动机状态。(2)AREUIaaa74208.06.204220mNIapNTa39.9674011.011416.3237222(3)输入功率KWWUIP28.1616280742201输出功率204362208.07416280212mecFecuaPPPPP=14575W=14.575KW效率895.028.16575.1412PP=89.5%1.8如果直流电机的电枢绕组元件的形状如题1.8图所示，则电刷应放在换向器的什么位置上？题1.8图某种电枢绕组21y2BN极4元件的形状解：电刷在换向器的位置应使被电刷短路的元件感应电动势为零。对于对称元件，电刷中心线与磁极中心线重合。对于题中的不对称元件，当电枢旋转，使该元件中心线与N极中心线对齐时，电刷应将该元件短路，若换向片宽度为B，则电刷中心线偏离磁极中心线的偏移量221By，1y是元件第一节距。1.9一台并励直流电动机的额定数据为：NU=220V，NI=92A，aR=0.08Ω，fR=88.7Ω，N=86%，试求额定运行时：(1)输入功率；(2)输出功率；(3)总损耗；(4)电枢回路铜损耗；(5)励磁回路铜损耗；(6)机械损耗与铁损耗之和。解：(1)输入功率KWWIUPNN24.2020240922201(2)输出功率KWPP406.1786.024.2012(3)总损耗KWPPP834.2406.1724.2021(4)ARUIfNf48.27.88220AIIIfNa52.8948.292电枢回路铜损耗WRIPaacua64108.052.8922(5)励磁回路铜损耗WRIPffcuf5.5457.8848.222(6)机械损耗与铁损耗之和为WPPPPPcufcuaFemec5.16475.54564128341.10一台并励直流电动机的额定数据为，NP=17kW，NI=92A，NU=220V，aR=0.08Ω，Nn=1500r/min，电枢回路总电阻R=0.1Ω，励磁回路电阻fR=110Ω，试求：(1)额定负载时的效率；(2)额定运行时的电枢电动势aE；(3)额定负载时的电磁转矩。解：(1)额定负载时的输入功率KWWIUPNN24.2020240922201584.024.20171PPNN=84%(2)ARUIfNf2110220AIIIfNa90292VRIUEaNa211901.0220(3)额定负载时的电磁转矩mNnPPTNNN2.10815001416.3210176060/231.11一台并励直流发电机，电枢回路总电阻aR=0.25Ω，励磁回路电阻fR=44Ω，当端电压NU=220V，负载电阻LR=4Ω时，试求：(1)励磁电流和负载电流；(2)电枢电动势和电枢电流；(3)输出功率和电磁功率。解：(1)ARUIfNf544220ARUILNL554220(2)AIIIfLa60555aaNaIRUE=220+0.2560=235V(3)输出功率LNIUP2=22055=12100W=12.1KW电磁功率cufcuaMPPPP2=12.1+3-23-2104451025.060=12.1+0.9+1.1=14.1KW1.12一台他励直流发电机，额定转速为1000r/min，当满载时电压为220V，电枢电流为10A，励磁电流保持为2.5A。已知在n=750r/min时的空载特性如下表所列：If/A0.41.01.62.02.52.63.03.64.4Ea/V3378120150176180194206225试求：(1)转速为额定、励磁电流保持2.5A时的空载电动势；(2)如果将发电机改为并励，且n=Nn，为保持同样的空载电动势，磁场回路的电阻应为多少？(3)如果保持磁场回路电阻不变，电机为并励，此时能够自励建压的临界转速为多少？(4)如果保持n=Nn，电机为并励，此时能够自励建压的临界电阻为多少？解：(1)nCEeaaE与n成成正比，转速为额定、励磁电流保持2.5A时的空载6电动势为VEa7.2347501000176(2)AIf5.2，min/1000rn，AIa10时的电压U=220V，可知电枢电阻压降为234.7-220=14.7V，电枢电阻为14.7/10=1.47Ω，将发电机改为并励，设励磁电流要增加X，为(2.5+X)，X比较小，可以认为aE与励磁电流成比例增大为)5.25.27.234X（，空载时电枢电流就是励磁电流，产生的电枢电阻压降为)5.2107.14X（，保持同样的空载电动势234.7V不变，得到方程式7.234)5.2107.14)5.25.27.234XX（（(938.8-14.7)X=36.75X=36.75/924.1=0.0398AfI=2.5+0.0398=2.5398A磁场回路的电阻为4.925398.27.234fR(3)当磁场回路的电阻为92.4不变时，要产生如表中的最小励磁电流0.4A时，励磁绕组电压为0.492.4=36.96V，加上电枢电阻压降(14.7/10)0.4，其和即为电电枢电动势VEa548.374.0107.1496.36此时电机能够自励建压的临界转速为min/4.85333548.37750rn若电机转速低于临界转速，励磁电流小于0.4A，电压就建立不起来。(4)min/1000rnnNAIf4.0时，VEa44750100033，减减去电枢电阻压降(14.7/10)0.4，其差V4.434.0107.14-44）（即为励磁绕组电压，所以临界电阻为5.1084.04.43cfR若励磁电阻大于108.5Ω，电压就建立不起来。第二章2.1变压器能改变交流电的电压和电流，能不能改变直流电的电压和电流？为什么？答：变压器能改变交流电的电压和电流，但不能改变直流电的电压和电流。因为变压器是应用电磁感应原理而工作的，只有当一次绕组接交流电源时，一次绕组才会流过交流电流，在铁心中产生变化的磁通，从而在二次绕组中产生感应电动势；如果一次绕组接直流电源，7则一次绕组流过的是直流电流，在铁心中产生的磁通是恒定不变的，不能在二次绕组中产生感应电动势，所以变压器只能改变交流电的电压和电流，不能改变直流电的电压和电流。2.2变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成而不用整块钢制成？答：变压器的绕组流过交流电流时会在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，统称为铁损耗。磁滞损耗与铁磁材料的磁滞回线面积有关，硅钢片的磁滞回线较窄，磁滞损耗较小。涡流损耗与铁磁材料的电阻成反比，与钢片厚度的平方成正比，硅钢片是在电工钢中加入少量的硅而制成，电阻率较大，用硅钢片叠成的铁心，铁损耗较小，所以变压器的铁心要用硅钢片叠成而不用整块钢制成。2.3一台变压器额定电压为220/110V，若把二次绕组(110V)接在220V交流电源上，主磁通和励磁电流将如何变化？答：若忽略变压器绕组漏阻抗压降，则绕组的端电压与感应电动势相等。正常工作时铁心磁路处于饱和状态。若把额定电压为110V的二次绕组接在220V交流电源上，二次绕组感应电动势将增大一倍，感应电动势与铁心磁通成正比，所以铁心磁通也将增大一倍，由于铁心磁路处于饱和状态，励磁电流将不只是增大一倍，而将增大许多倍。2.4一台变压器一次绕组额定电压为220V，不小心把一次绕组接在220V的直流电源上，会出现什么情况？答：若把额定电压为交流220V的变压器一次绕组接在220V直流电源上时，铁心中产生的磁