电机与拖动基础习题1（第3-6章）

第三章：直流电机原理

一、简答题：

1、换向器在直流电机中起什么作用?

在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、

负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。

2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率?

直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直

流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值

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?

直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁

轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。

4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空载运行时的转向?

通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动

势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。 改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。

5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗? 电枢铜损耗随负载变化吗?

直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢

铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。

6、他励直流电动机的电磁功率指什么?

在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。 7、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？

因为负载转矩增大，导致点数电流增大，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明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。

二、计算题：

1、某他励直流电动机的额定数据为: PN = 17kW, UN =220V, nN = 1500 r / min,η N = 0 .83。计算 IN , T2 N 及额定负载时的P1 N。

2、已知某四极他励直流电动机的额定功率PN=100kW，额定电压UN=330V，额定转速nN=730r/min，额定效率hN=91.5%，额定运行时每极气隙磁通FN=6.98×10-2Wb，电机电枢绕组采用单波绕组，电枢总导体数N=186。求额定感应电动势和额定电磁转矩。 解：（1）计算额定感应电动势

极对数为： p=2；支路对数： a=1；电动势常数为： Ce?感应电动势为：

Ea?CeΦNn?6.2?6.98?10?2pN2?186??6.260a60?1?730V?316V （2）计算额定电磁转矩

PN100?103?A?331A电枢电流为： IN?UN?N330?0.915电磁转矩为：T N ?CTΦNIN?9.55?6.2?6.98?10?2?331N?m?1378N?m3、一台四极他励直流电机，电枢采用单波绕组，总导体数为N=372，电枢回路总电阻为Ra=0.21W。电机接在电网电压U=220V上运行，此时转速n=1500r/min，每极磁通F=0.011Wb，空载损耗p0=566W。试求（1）电机运行在发电机还是电动机状态；（2）电磁转矩；（3）电机的输入功率；（4）效率。 解:(1)电机的运行状态

由题意得知，并联支路数a=1，则电枢感应电动势为：

Ea?pNΦn?2?372?0.011?1500V?204.6V?U?220V60a60?1

可见，电机运行在电动机状态。 (2)电磁转矩 电枢电流为： I a?电磁转矩为： T?U?Ea220?204.6?A?73.3ARa0.21(3)输入功率

pNpNU?Ea2?372220?204.6ΦIa?Φ??0.011?N?m?95.52N?m2?a2?aRa2??10.21P1?UIa?220?73.3W?16.13kW输入功率为：

(4)效率

输出功率为： P 2 ?EaIa?p0??204.6?73.3?566?W?14.43kWP14.43?100%?89.5%效率为： ??2?P116.134、有一他励直流电动机接在额定电压为220V的电网上额定运行时，电动机的额定电枢电流Ia=15A，电枢回路总电阻Ra=0.7Ω。试求：（1）电动机额定运行时的反电动势；（2）若因某种原因，使电网电压下降至200V，但励磁电流和负载转矩均未发生变化，求在达到新平衡点后电动机的反电动势。

解：（1）额定运行时的反电动势 EaN?UN?IaRa??220?15?0.7?V?209.5V（2）新平衡点时的反电动势 Ea?U?IaRa??200?15?0.7?V?189.5V三、应用题

1、如图所示为某钢厂热轧机主轧辊的直流电动机驱动系统。轧机的轧辊由两台直流电动机分别驱动。根据工艺要求，轧机工作时，应使两台电动机的转速一致，以保证钢材质量。为使两台电动机转速一致，需采用转速闭环控制，通过调节电枢电压，使两台电机转速同步。试简述该系统的原理。

图中来自上位控制调节器的速度指令信号同时送给两个直流驱动系统的控制器，直流驱动系统的控制器根据转速偏差改变晶闸管整流装置（VT）的触发脉冲角度，以调节直流电动机的电枢电压，达到控制转速的目的。为了使电枢电流平滑，主回路中串入了电抗器L。

第四章：他励直流电动机的运行

一、简答题：

1、一般的他励直流电动机为什么不能直接启动? 采用什么启动方法比较好?

他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=CeΦn=0,最初启动电流IS=U/Ra,若直接启动,由于Ra很小,IS会十几倍甚至几十倍于额定电流,无法换向,同时也会过热,因此不能直接启动。比较好的启动方法是降低电源电压启动,只要满足T≥(1.1～1.2)TL即可启动,这时IS≤Iamax。启动过程中,随着转速不断升高逐渐提高电源电压,始终保持Ia≤Iamax这个条件,直至U=UN,启动便结束了。

2、什么是固有机械特性和人为机械特性？试说明他励直流电动机的各种人为机械特件的变化特点。

固有机械特性是指在电源电压U=UN，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻Rc=0时，n=?(T)的机械特性。当改变电气参数如变电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到的机械特性称为人为机械特性。

（1） 电枢回路串电阻时的人为机械特性的特点

①理想空载点n0与固有机械特性的相同；

②斜率b随外串电阻Rc的增大而增大，使特性变软。

（2） 改变电枢电源电压时的人为机械特性

①理想空载点n0与固有机械特性的相同；

②斜率b随外串电阻Rc的增大而增大，使特性变软。 （3）减弱气隙磁通时的人为机械特性

①与固有机械特性比，斜率β随磁通Ф减少而增大，特性变软；

②特性的理想空载转速n0随气隙磁通Ф减弱而增大，故特性上移。

3、直流电动机起动有哪些要求？直流电动机常用的起动方法有哪些？各种起动方法的主要特点是什么？为什么一般直流电动机不能采用直接起动？ ①起动电流的小；②起动转矩的大；③起动时间的短；④起动过程的平稳性；⑤起动过程的经济性。启动方法：直接起动、降压起动、电枢回路串电阻起动； 直接起动的特点：不需附加起动设备，接线最简单，操作方便。但由于自身电枢

电阻大，可以直接起动外，一般直流电动机不允许直接起动。

减压起动的特点：起动平稳，起动过程中能量损耗小，可实现软起动；但是需一套专用调压设备，投资大。

1、一台三相电力变压器，Yy联结，SN=100kVA，U1N/U2N=6/0.4kV，每相参数：r1=4.2Ω，x1=9Ω，rm=514Ω，zm=5550Ω。求：I1N、I0及每相的z1、xm、U1、E1、I0、I1z1。 解：（1）原边阻抗和励磁电抗

（2）原边电压、电流和感应电动势

（3）励磁电流和原边阻抗压降

2、一台单相变压器，其额定参数为 额定容量SN=10kVA，额定频率fN=50Hz，额定电压U1N/U2N=380/220V，一次绕组漏阻抗z1=（0.14+j0.22）Ω，二次绕组漏阻抗z2=（0.035+j0.055）Ω，励磁阻抗zm=（30+j310）Ω，负载阻抗zL=（4+j3）Ω。试分别用“T”形等效电路和“Γ”形简化等效电路计算当一次侧加额定电压时，一、二次侧的实际电流、励磁电流以及二次侧的电压。 解：（1）用“T”形等效电路计算 变压器的电压比为

k?U1N380??1.73U2N220SN10?103?A?26.32A一次额定电流为 I 1N ?U1N380

二次额定电流为

用“T”形等效电路求解，二次侧折算到一次侧的参数为

I2NSN10?103??A?45.45AU2N220z?z1??zm??z2?zL????zm?z2?zL???(11.51?j9.4665)??14.90?39.436???取参考相量为380∠0°V，则所求各电流为 ?U?1380?0?I1???25.50??39.436?Az14.9?39.436?

??U??I?z?373.68??0.317?V?E1111??I?2??E?1?24.67??37.447?A??z2?zL??E1?Im??1.20??84.789?Azm

即一次电流I1=25.50A，二次电流I2=k I2′=42.68A，励磁电流Im=1.20A，二次电压U2=I2|zL|=213.40V。 （2）用“Γ ”形等效电路计算

变压器的电压比、 一次额定电流、二次额定电流与“T”形等效电路相同，用“Γ”形简化等效电路计算二次侧折算到一次侧的参数为 z?

???zm??z1?z2?zL??zm?z1?z2?zL???(11.4872?j9.4597)??14.88?39.471???取参考相量为380∠0°V，则所求各电流为

U?1380?0??I1???25.54??39.471?Az14.88?39.471?

??U??380?0?V?E11? ?E1?Im??1.22??84.472?Azm??I?2???E1?24.69??37.469?A??z1?z2?zL即一次电流I1=25.54A，二次电流I2=k I2′=42.71A，励磁电流Im=1.22A，二次电压U2=I2|zL|=213.55V。

3、晶体管功率放大器对输出信号来说相当于一个交流电源，如图所示，其电动势Es=8.5V，内阻Ra=72Ω。另有一扬声器电阻RL=8Ω。现采用两种方法把扬声器接入放大器电路作负载，一种直接接入，另一种是经过变比k=3的变压器接入。忽略变压器的漏阻抗和励磁电流。求：1）两种接法时扬声器获得的功率； 2）要使放大器输出功率最大，变压器变比应为多少？3）变压器在电路中的作用是什么？

解：（1-1）直接接入时 电源输出的电流为

I1?Es/(Rs?R)?8.5/(72?8)?0.106(A)扬声器获得的功率为 P1?（1-2）通过变压器接入时

I12R?0.1062?8?0.09(W)

电源输出的电流为 扬声器获得的功率为

I2?Es/(Rs?R?)?Es/(Rs?k2R)?8.5/(72?32?8)?0.06(A)P2?I22R??0.062?72?0.26(W)（2）要使放大器输出功率最大

要求电源的外阻等于其内阻即Rs=R′=k2R，则变比 （3）变压器在电路中的作用是变阻抗。 三、分析题

1、试判别下图三相变压器的连接组别 ABEABCEABZXYcyxzbAaCBk?Rs/R?72/8?3EAEBECXYabEabZcEaEbEcxyzEab

2、试判别下图三相变压器的连接组别

ABEABCBEABzbEabAayZXxYcCEAEBECXYZabcEabEaEbEcxyz

3、画出图所示各变压器的相量图，并指出其联接组标号。

4、试判别下图三相变压器的连接组别

AXaxBYbyCZcz

第六章：交流电机电枢绕组的电动势与磁通势

简答题：

1、单相交流绕组的磁动势具有什么性质，试写出计算其振幅的表达式？

2、试说明旋转磁场产生的条件。圆形旋转磁场产生的条件又是什么？如何改变旋转磁场的转向？

3、交流电动机的频率、极对数与同步转速之间有什么关系？试求：（1）当f=50Hz，p=1时，同步转速n1；（2）当f=60Hz，p=32时，同步转速n1；（3）当f=50Hz，n1=600r/min时，极对数p。

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