“电机与拖动基础（第2版）”习题解答
第三章 直流电机原理
3-1 换向器在直流电机中起什么作用？
答：
换向器是直流电机最重要的部件之一，对于直流发电机，是将电枢绕组元件中的交变电动势转换为电刷间的直流电动势；对于直流电动机，则是将输入的直流电流转换为电枢绕组元件中的交变电流，以产生恒定方向的电磁转矩。
3-2 说明下列情况下空载电动势的变化：
（1）每极磁通减少10%，其他不变； （2）励磁电流增大10%，其他不变； （3）电机转速增加20%，其他不变。 答：
根据直流电机感应电动势（即空载电动势）的基本计算公式 Ea?Ce?n
（1）若每极磁通?减少10%，则空载电动势Ea减小10%；
（2）若励磁电流?f增大10%，因电机磁路存在非线性的磁饱和效应，空载电动势
Ea将增大，但低于10%；
（3）如电机转速n增加20%，则空载电动势Ea增大20%。
3-3 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感应电动势？
答：
因为主磁通是由定子励磁绕组通入直流励磁电流而产生，是一恒定的磁场，它与励磁绕组间没有相对运动，所以只在转子电枢绕组里感应电动势。
3-4 他励直流电动机的电磁功率指什么？
答：
他励直流电动机的电磁功率Pem是指由定子方通过气隙传入转子方的功率，可以由
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定子方的输入电功率P1扣除定子铜耗?pCua来计算，也可以由转子方的输出机械功率
P2加上铁心损耗?pFe、机械摩擦损耗?pm和附加损耗?padd来计算，即
Pem?P1??pCua?P2??pFe??pm??padd
3-5 他励直流电动机运行在额定状态，负载为恒转矩负载，如果减小磁通，电枢电流是增大、
减小还是不变？ 答：
根据他励直流电动机的电压平衡方程和转矩平衡方程
Ua?Ea?IaRa?Ce?n?IaRa，Te?TL?CT?Ia
如果减小磁通?，则感应电动势Ea减小，电枢电流Ia将增大，以保持转矩Te?TL的平衡关系。
UN?220V，nN?1500r/min，?N?83%。3-6 某他励直流电动机的额定数据为PN?17kW，
计算额定电枢电流、额定转矩和额定负载时的输入电功率。 解：
额定负载时的输入电功率 P1N? 额定电枢电流
P20.48?1031N??93.09(A) IN?UN220PN??17?20.48(kW) 0.83 额定转矩
P TN?9.55N?nN17?1309.?55?1500108?.23 (Nm)
3-7 有一他励直流电动机的额定数据为PN?5kW，UN?220V，nN?1000r/min，
ΔpCua?500W，P0?395W，计算额定运行时电动机的Te，TL，T0，P1，?N，Ra。 解：
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PN5?103?9.55??47.75(N?m) 负载转矩TL?9.55nN1000 空载转矩T0?9.55P0395?9.55??3.77(N?m) nN1000 电磁转矩Te?TL?T0?47.75?3.77?51.52(N?m)
输入功率P1?Pem??pCua?PN?P0??pCua?5?0.395?0.5?5.895(kW) 额定效率?N? 电枢电阻Ra?PN5?100%??100%?84.8% P5.8951?pCua?pCua500???0.696(?) 2P5895IN22()(1)220UN
3-8 有一他励直流发电机的额定数据为：PN?46kW，UN?230V，nN?1000r/min，
Ra?0.1?，已知P0?1kW，Δpadd?0.01PN，求额定负载下的P1、Pem及?N。
解：
电枢电流IN?PN46??0.2(A) UN2302Ra?0.22?0.1?4(kW) 定子铜耗?pCua?IN 输入功率P1?PN??pCua?P0??padd?46?4?1?0.01?46?51.46(kW) 电磁功率Pem?PN??pCua?46?4?50(kW)
第四章 直流电机拖动基础
4-1 直流电动机一般为什么不允许直接起动？可采用什么方法起动比较好？
答：
所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速的过程。他励直流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。他励直流电动机当忽略电枢电感时，电枢电流为
Ia?UN?Ea Ra － 14 －
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在起动瞬间，电动机的转速n?0，感应电动势Ea?CeΦNn?0，电枢回路只有电枢绕组电阻Ra，此时电枢电流为起动电流Ist，对应的电磁转矩为起动转矩Tst，并有
Ist?UN，Tst?CTΦNIst RaIN，约为(10~20)IN，这么大的起动电
由于电枢绕组电阻Ra很小，因此起动电流Ist流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；同时电枢绕组也会因过热而损坏；另外，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。因此除了微型直流电动机由于Ra较大、惯量较小可以直接起动外，一般直流电动机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。
由Ist?UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。串电阻起动操作较简单、可靠，但起动电阻要消耗大量电能，效率较低。因此，目前已较少使用，只在应用串电阻调速的电力拖动系统中才使用这种起动方法；降压起动需要可调的直流电源，可采用基于电力电子器件的可控整流器向直流电机供电。采用降压起动方法，可使整个起动过程既快又平稳，同时能量损耗也小。此外，可控直流电源还可用于调速，因而在电机拖动系统中得到广泛应用。
4-2 为什么要考虑调速方法与负载类型的配合？怎样配合才合理？试分析恒转矩调速拖动
恒功率负载，以及恒功率调速拖动恒转矩负载两种情况的机械特性。 答：
为了使电机得到充分利用，根据不同的负载，应选用相应的调速方式。通常，恒转矩负载应采用恒转矩调速方式，恒功率负载应采用恒功率调速方式，这样可使调速方式与负载类型相匹配，电动机可以被充分利用。
例如初轧机主传动机构，在转速比较低时，压下量较大，即负载转矩大，可采用恒转矩调速方式；转速高时，压下量减小，即负载转矩随转速的升高而减小，为恒功率负载，因此，要与恒功率调速方式相配合。所以，在采用他励直流电动机拖动的初轧机主传动系统中，在额定转速nN以下一般用改变供电电压调速，在nN以上用弱磁调
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