《电机与拖动基础(第2版)》(习题解答)

“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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