《电机与拖动》部分作业题解答

第一章 直流电机

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，Ea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，以保证电动机能向一个方向旋转。

1-6 一台Z2型直流发电机，PN?145kW,UN?230V,nN?1450r/min,求该发电机额定电流。

PN145?103解： IN???630.43A

UN2301-7 一台Z2型直流发电机，PN?160kW,UN?220V,?N?90%,nN?1500r/min,求该额定电流是多少？

解： IN?PNUN?N160?103??808.08A 220?0.9

1-10 电枢反应对气隙磁场有何影响？

解：电枢反应使合成磁场发生畸变，磁路饱和时有去磁作用。

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1-11 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3.5×10Wb，电枢总导线数N=152，转速n?1200r/min。求电机的电枢电动势。若改为单波绕组，其它条

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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 ：

a?p?2 Ea?Ce?n? 2）单波绕组

pN2?152?n??3.5?10?2?1200?106.4V 60a60?2a?1,p?2 n?Ea60a210?60?1??1184.21r/min ?2pN?2?152?3.5?101-12 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Ea>U，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U > Ea，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。

1-15 一台他励直流电动机，额定数据为：PN?10kW,UN?220V,?N?90%,nN?1200r/min,电枢回路总电阻Ra?0.044?。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。

10?103解：?PN?UNIN?N ? IN???50.51A 他励 IaN?IN

UN?N220?0.9PN?U?Ea?IaRa ?Ea?UN?INRa?220?50.51?0.044?217.78V Pem?EaIa?217.78?50.51?11000.07W T? Pem11000.07?9.55??9.55?87.54N?mnN1200

PN10?103 TN?9.55??9.55?79.58N?mnN1200 T0?T?TN?87.54?79.58?7.96N?m

1-16 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= I fN 的条件下求取。有：n=f(P2)、T=f(P2)、η=f(P2)三条曲线。

1-18 根据图1-18连接他励直流电动机的电枢回路和励磁电路，并标出主磁极、换向极的极性以及各极绕组电流方向。设电流从A电刷流进时，电枢上半部各槽导体电流方向为穿出纸面，下半部为穿入纸面。

解：根据电枢电流方向和转向，用电磁感应的右手定则，判断主磁极N、S，然后连接励磁回路。

根据电枢电流方向，用右手螺旋方法判断换电枢磁通势Fa方向；由换向极磁场与电枢磁场（磁通势）方向相反，确定NC、SC，然后连接电枢回路。

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1-19 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。

1-20 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。

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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P23）；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T>TL时，dn/dt>0，系统处于加速运动状态；当T

2-4 他励直流电动机在什么条件下得到固有机械特性n?f(T)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= I fN （磁通Φ为额定磁通ΦN）的条件下，得到固有机械特性的。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。

2-6 一台直流他励电动机，PN?21kW,UN?220V,nN?980r/min,IN?115A,电枢电阻Ra?0.1?。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）Ist?UN220??2200A Ra0.1 2）Rst?UN220?Ra??0.1?1? Ist200 U st ? IstRa?200?0.1?20V2-7 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

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有：降压、电枢回路串电阻、弱磁调速。

2-9 他励直流电动机，PN?18kW,UN?220V,IN?94A,nN?1000r/min,Ra?0.202?， 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： Ce?N?UN?IaRa220?94?0.202??0.201

nN10001）Rpa?U?Ce?N220?0.201?800?Ra??0.202?0.428?

Ia942）U?Ce?N?INRa?0.201?800?94?0.202?179.79V

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、回馈制动的三种方法，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；反向回馈制动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，PN?17kW,UN?110V,IN?185A,nN?1000r/min,Ra?0.065?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？

解： Ce?N?UN?IaRa110?185?0.065??0.098

nN1000U?0.8INRa110?0.8?185?0.065 ??1024.29r/minCe?N0.098 0.8TN时的转速 n?1）能耗制动瞬时n?1024.29r/min; U?0 Ibk?-1.8IN Rbk?U?Ce?Nn0?0.098?1024.29?Ra??0.065?0.23?6

Ibk?1.8?1852）反接制动瞬时n?1024.29r/min; U?-UN Ibk?-1.8IN

Rbk?

U?Ce?Nn?110?0.098?1024.29?Ra??0.065?0.567?

Ibk?1.8?1855

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