03第九章 直流电动机的电力拖动(2)
2013-2014大二(下)电机与电力拖动期末复习题
第一部分直流电机一、填空题：1．当端电压U小于电枢电势Ea直流电机运行于状态。
2．可用电枢电压U与电枢中感应电动势E的大小关系来判断直流电机的运行状态，当时为电动机状态，当时为发电机状态。
3．直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向。
4．直流电机的电磁转矩是由和共同作用产生的。
5．直流发电机中，电枢绕组中的感应电动势是的，电刷间的感应电动势是的。
6．在直流电动机中，电枢绕组的受力方向与运动方向，是拖动性质的转矩。
7．直流电机的励磁方式有，，，。
8、一台并励直流发电机，正转时能自励，反转时自励；二、判断题1．并励直流发电机正转时如能自励，如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，则电机不能自励。
( ) 2．一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）3．一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）4．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（）三、选择题1．直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2．直流电机的电枢电势的大小等于（）。
A、绕组一条支路中各导体的感应电动势之和；B、S极下所有导体的感应电动势之和；C、N极下所有导体的感应电动势之和；D、电枢表面所有导体的感应电动势之和。
3.直流电动机的电刷的功用是( )。
A清除污垢 B. 引入直流电压、电流C.引出直流电压、电流D. 引出交流电压四、简答题1.什么是电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？公式aTICTΦ=中的Φ应是什么磁通？2、、并励直流发电机的自励条件是什么？五、计算题1．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N=17Kw，额定电压U N=220V，额定转速n N=1500r/min, 额定效率ηN=0.83。
求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
2．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢铁损耗P Fe=600W，机械损耗P m=1989W。
第二部分(直流电机的电力拖动-思考题与习题)Word版
第二部分直流电机的电力拖动思考题与习题1、什么叫电力推拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。
2、写出电力拖动系统的运动方程式，并说明该方程式中转矩正、负号的确定方法。
3、怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？4、研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化成一个单轴系统？简化过程要进行哪些量的折算？折算时各需遵循什么原则？5、起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机承担还是由重物承担？提升或下放同一重物时，传动机构的效率相等吗？6、电梯设计时，其传动机构的上升效率η<0.5，若上升时η=04，则下降=15N·m，则下降时的负载时的效率η是多少？若上升时负载转矩的折算值TL转矩折算值为多少？7、从低速轴往高速轴折算时，为什么负载转矩和飞轮矩都要减小？8、起重机提升某一重物时，若传动效率小于0.5，那么下放该重物时传动效率为负值，此时的特理意义是什么？9、生产机械的负载转矩特性常见的哪几类？何谓位能性负载？10、表1中所列各电力拖动系统的数据不全，请通过计算把空格填满，计算时忽略电动机的空载转矩。
表14 17.6 128 0.85 85 78 5.5 16.5 减速11、表2所列电动机拖动生产机械在稳态运行时，根据表中所给数据，忽略电动机的空载转矩，计算表内未知数据并填入表中。
表2生产机械切削力或重物重F,G/N切削速度或升降速度v/m·s-1电动机转速n/r·min传动效率负载转矩TL/N·m电磁转矩Tem/N·m刨床3400 0.42 975 0.80 起重机9800 提升1.4 1200 0.75下降1.4电梯1500 提升1.0 950 0.42下降1.012、如图所示的运动系统中，已知n1/n2=3,n2/n3=2, GD21=80N·m2，GD22=250N·m2，GD 23=750 N·m2，I’L=90 N·m2，（反抗转矩），每对齿轮的传支效率均为η=0.98，求折算到电动机轴上的负载转长和总飞轮矩。
习题二：直流电动机的电力拖动
习题二1、已知切削力F=2000N ，工件直径d=1500mm ，电动机转速n=1450转/分，传动机构的各级速度比为：j 1=2，j 2=1.5，j 3=2。
各转轴的飞轮转矩分别为：()225.3m N GD M ⋅=，()2212m N GD ⋅=，()2227.2m N GD ⋅=，()2239m N GD ⋅=。
各级传动效率分别为：η=0.9，试求：（1） 切削功率 （2） 电动机输出功率 （3） 系统总的飞轮转矩（4） 忽略电动机的空载制动转矩时，电动机的电磁转矩 （5） 车床开车未切削时，若电动机转速加速度dn/dt =800r/min s ，忽略电动机的空载制动转矩，但不忽略传动机构的损耗转矩时，求电动机的电磁转矩。
解：由于上述问题都与电动机有关，所以，首先将各种参数折算到电动机轴上，等效为一简单的单轴系统。
由图可知，系统为4轴变速系统。
于是有： 系统总的飞轮转矩为：()()()()223212322122212122 4.5536997.25.05.3111m N j j j GD j j GD j GD GD GD M ⋅=+++=⋅⋅+⋅++=等效()m N 24225.121450321⋅=⨯⨯=⋅⋅=j j j n n m L()()m N 3450.72925.122/5.120002/11321⋅=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅=⋅=D F j j j T j T C L C C L ηη等效于是切削功率为：()()kW 38105.024275.0200060/22/≈⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=Ω⋅=L L L L n D F T P π 电动机输出功率为：()kW 52.12629.0383===CLm P P η 如电动机的空载制动转矩视为T 0，电机处于平稳状态时的电磁转矩则为：()m N 4530⋅=+=等效L em T T T当电动机处于加速状态，但仍为空载时，由牛顿第二定律可知：C L em dt dn GD T T T η/37520⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--等效等效此时的电磁转矩为： ()m N 13.3150.729/8003754.55/37502⋅=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=等效等效L C emT T dt dn GD T η 2、已知龙门刨传动机构如图所示。
电机与拖动基础9
四象限可逆式直流PWM变换器
具有四象限运行功能的直流PWM变换器如下图所示。
具有四象限运行的H桥直流PWM变换器
下面对直流PWM变换器在四象限的运行情况分别讨论如下：
第I象限运行： 第I象限对应于直流电机处于正向电动机运行状态，此时，电枢 电流和转速（或反电势）的方向均为正。
图a给出了第I象限运行时主回路的电路图。此时，主开关
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电机与拖动基础
直流电动机的电力拖动
直流电动机的四象限运行
到此为止，他 励直流电动机 四个象限的运 行状态全部讨 论过，现将四 个象限运行的 机械特性画在 一起，如右图 所示。可见， 电动机运行状 态分成两大类， T与n同方向时 为电动运行状 态，T与n反方 向时为制动运 行状态。
第II象限运行的直流PWM变换器
下图给出了第II象限运行时的电枢电压和电流的波形。
第II象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形
由上图可见，电枢两端的平均电压为正，而平均电枢电流为负，表明电功率 由直流电机流向电源。
第III象限运行： 第III象限对应于直流电机处于反向电动机状态，此时，转速 （或反电势）与电枢电流均反向。
电流增加。若
下图a给出了第III象限运行时主回路的电路图。图中，主开关 T3 和T4 同时导通，
T4 关断，则电枢回路通过
短路，如图b所示。 D1
第III象限运行的直流PWM变换器 a、b分别给出了电流连续和断续时的电枢电压和电流波形。
第III象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形 第III象限时系统的运行情况与第I象限类似。
反并联连接的两式下直流电的调速
斩控式PWM变换器（又称为斩波器）可以将恒定的直 流电源电压变换为大小和极性均可调的直流电压，从而方 便地实现直流电动机的平滑调速以及四象限运行。 由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR）， 其开关频率高，系统的动态响应快，调速范围宽（可达 1:20000），综合指标明显优于相控式变流器。
直流电机的电力拖动第部分
调速系统须满足下列两个准则： （1）在整个调速范围内电机不至于过热，为此，求： Ia ；IN （2）电动机旳负载能力要尽量得到充分利用。
鉴于此，不同类型旳负载必须选择合适旳调速方式。
下面分别就不同调速方式以及多种调速方式所适合旳负载类型加以讨论。
1. 调速方式
电力拖动系统旳调速方式主要分为两大类： （1）恒转矩调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Tem持不变； （2）恒功率调速方式：在保持 Ia 不IN变旳前提下， 保Pe持m 不变。
直流电机旳电力拖动
3.6 直流电动机旳调速
A、与调速有关旳性能指标
a、调速范围D：
定义： 调速范围定义为拖动系统旳最高转速（或速度）与最低转速（或
速度）之比，即：
b、静差率 ：
D nmax vmax nmin vmin
（3-46）
定义： 对调速系统旳静差率即转速变化率，它是指理想空载转速与额定
老式旳可调压电源可采用如图3.24所示旳发电机-电动机旋转机组方案。
图3.24 直流发电机-电动机机组旳可调直流电源 目前应用较为广泛旳是静止变流器方案，如相控变流器和斩控变流器，有关内容已在 《电力电子技术》中简介过。
2. 弱磁升速
图3.25给出了他励直流电动机弱磁调速时旳人工机械特征。
图3.25 励磁变化情况下旳直流电动机人工机械特征和负载特征
结论： 基速下列，他励直流电动机采用恒转矩调速方式，而基速以上，
则采用恒功率调速方式。
图3.27a、b分别给出了他励直流电动机在整个调速过程中旳机械特征与负载能力曲线。
图3.27 他励直流电动机调速过程中所允许旳转矩和功率
2. 调速方式旳选择
电机与电器控制技术课后习题答案
第1章直流电机及电力拖动习题答案1.简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。
答：1）直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。
若磁场B x与导体互相垂直，且导体中通以电流i，则作用于载流导体上电磁力f。
此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。
该电磁转矩使电动机旋转。
通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。
2）直流电机主要由定子和转子部分组成。
定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。
主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。
换向极用来改善直流电机的换向。
电刷装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。
电刷装置与换向片一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
2.直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即y=y k=1。
单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，p =a。
2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。
3）电刷间电动势等于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。
4）电枢电流等于各并联支路电流之和。
单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。
单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节距约等于两个极距。
单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数p无关，即a=1。
3.直流电机的励磁方式有几种？画图说明。
答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。
a)b)c)d)a）他励b）并励c）串励d）复励4.什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。
《电机与拖动基础》习题解答
《电机与拖动基础》习题解答第一章 直流电机原理P331-21一台并励直流发电机N P =16kW , N U =230V,N I =69.6A ,N n =1600r/min,电枢回路电阻a R =0.128Ω,励磁回路电阻f R =150Ω,额定效率N η=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。
解：fN I =N f U R =230150=1.53A aN I =N I +fN I =69.6+1.53=71.13A aN E =N U +aN I a R =230+71.130.128⨯=239.1Vcua p =2aN I a R =271.130.128⨯=647.6WaN E aN I =239.171.13⨯=17kW输出功率1N p =N N P η=1685.5%1685.5%=18.7kW1-29并励直流发电机N P =7.5kW , N U =220V , N I =40.6A , N n =3000r/min,Ra=0.213Ω.额定励磁电流fN I =0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。
解： a I =N I -fN I =40.6-0.683=40AP 1=N U N I =22040.6⨯=8932W N η=1N p p 100%⨯=75008932100%⨯=84% 2T =9550N N p n =95507.53000⨯=24N ·m cua p =2a I Ra=240⨯0.213=341W2203220.683N f fN U R I ===Ω 2cuf fN f p I R =∙=2200.683N fN U I ∙=⨯=150W0189327500341150941N cua cuf p P P p p =---=---=189323411508441M cua cuf P p p p =--=--=WT =9550M Np n =95508.4413000=27 N ·m 02T T T =-=27-24=3 N ·m第二章 电力拖动系统的动力学P482-9 负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
直流电机拖动课件
n0
nA
A B D
C
E
a
b
Tb
TL
T
他励直流电动机带恒转矩负载
§2.4.2 电力拖动系统稳定运行条件
举例 2
U 1 % 机械特性由 a 变为 b
n
1 . U 变化瞬间
, n 不变 , 工作点 A B ,
n0 nA
A
E
D
a
b
此时 T T b T L
B
d n d t 0 系统加速 n 越来越快
第二章 直流电机的电力拖动
电气控制设备要按一 定规律控制电动机
使电机按预定的要求运行
Байду номын сангаас
建立电力拖动的 运动方程式
深入研究电力拖动系统 的运动规律、运行特性
第二章 直流电机的电力拖动
§2-1 电力拖动系统的运动方程
§2-2 工作机构的转矩、力、飞轮矩和质量的折算
§2-3 生产机械的负载转距特性 §2-4 电力拖动系统静态稳定运行条件
转动部件的机械角速度 d dt 转动部件的角加速度，
§2-1 电力拖动系统的运动方程
T T J d L dt
在工程计算中，常用n代替表示系统速度，用 飞轮矩GD2代替 J表示系统机械惯性
2 n / 60 2G D J m g 2
n
处于新的平衡状态
n0
2.
若 n 的过程中
, D 点 U 恢复 E
nA
A B D
C
E
a
n 不变
工作点变为
b
T T L 加速
A 点 (T T L , n n A )
电机拖动复习资料答案
直流电机1、直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置、等部分组成。
转动部分称为转子，它的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
2、单叠和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别为2p 、 2 。
3、直流电机电枢绕组有叠绕组和波绕组两种基本联接方式，一般来说对电流大、电压较低的直流电机，电枢绕组应采用叠绕组。
4、直流电机的电枢反应的定义是通常把电枢磁动势对空载气隙磁通密度分布的影响称为电枢反应，当电刷在几何中性线时，对于电动机来讲，产生气隙磁场畸变性质的电枢反应，其结果使前极端磁场增强和后极端磁场减弱，物理中性线（逆着）电枢旋转方向偏移。
5、电枢绕组的感应电动势简称电枢电动势。
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组一条并联支路的感应电动势。
6、直流电机的电磁转矩是由电枢电流和磁场共同作用产生的。
直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向相反，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向相同。
7、直流电机电枢绕组中一个元件经过电刷短路从一条支路转到另一条支路里时，电流的方向改变的过程称为换向。
改善换向的方法一般有装换向极和选择合适的电刷两种方法。
8、直流电机的励磁方式有并励、他励、串励和复励。
9、并励直流发电机自励建压的条件是电机磁路中要有剩磁、励磁绕组并联到电枢两端的极性正确、励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻。
10、直流电动机的工作特性是指电动机在端电压U=U N、励磁电流I=I N、电枢回路不串电阻的条件下，电动机的转速n、电磁转矩T、效率与电枢电流I a之间的关系。
11、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当 U=E a+R a I a时为电动机状态，当 U=E a-R a I a时为发电机状态。
12、直流电机的转向是由电枢电流方向和磁场方向确定的，改变转向的方法有改变电枢电流方向和改变励磁方向两种。
电机与电力拖动复习题(2)
电机与电力拖动复习题一、 填空题1、 在电力拖动系统的基本运动方程式中，当电磁转矩T 大于负载转矩T L 时，电动机将做___加速______（加速、减速、稳态）运动。
2、 电力拖动系统的运动是由电力拖动系统中的____合成转矩___ 产生的。
3、 一台直流电机满足一定的条件既可以做电动机使用，也可以做发电机使用，该现象称为直流电机的 可逆 运行。
4、 直流电动机的转矩平衡方程式为_____ T=TL+T0 _。
5、 直流电动机中电磁转矩是____驱动___转矩，直流发电机中电磁转矩是__制动__转矩。
（驱动、制动）6、 他励直流电动机的调速方法有改变__电枢电压___调速、改变 电枢回路电阻调速和改变励磁 电流 三种。
7、 他励直流电动机的制动方法有__能耗制动__ __、反接制动_、 回馈制动_ 三种。
8、 变压器的空载试验可以测定变比k 、铁损耗P Fe 和 励磁阻抗 等参数，变压器的短路试验可以测定 铜 损耗和 短路 阻抗。
9、 交流异步电动机的转子分为鼠笼式和____绕线式_______两种。
10、三相异步电动机中旋转磁场的方向由三相交流电源的___相序_____决定。
11、同步电机主要由 磁极 和 电枢 两部分组成。
12、伺服电机的作用是把所接受的电信号转换为电机转轴的角位移或 角速度 。
13、电力拖动系统是采用__电动机_______为原动机拖动生产机械完成加工任务。
14、电力拖动系统的基本运动方程式为 dtdn GD T T fz .3752=- 。
15、直流电动机的基本结构由 定子 、 转子 和 气隙 三部分构成。
16、直流电动机按励磁方式分类有：___他励_____电动机和____自励_____电动机。
17、通过改变他励直流电动机的__电压__ 、___励磁电流 和 电枢回路电阻 等参数可以获得人为的机械特性。
18、他励直流电动机的启动方法有__减压启动__和___电枢回路串电阻启动__ 两种。
电机拖动第二章
dT dTz < dn dn
稳定运行点
不稳定运行点
dT dTz < dn dn
已知某电动机的机械特性如图2-40特性 所示。试问该机分别与 特性l所示 已知某电动机的机械特性如图 特性 所示。 特性2、特性3、特性4这三种负载配合时 平衡点A， ， ， 这三种负载配合时， 特性 、特性 、特性 这三种负载配合时，平衡点 ，B，C，D 中哪些是稳定哪些是不稳定的?为什么 为什么? 中哪些是稳定哪些是不稳定的 为什么
n+ T TZ=T2+T0
v
2-2
生产机械的负载转矩特性
n
TZ
负载转矩特性： 负载转矩特性：指负载转矩与机械的转速的 关系，n=f (TZ )。 各种生产机械负载转矩特性可归纳为三类。 一、恒转矩负载特性 又可分为两种类型： 反抗性恒转矩负载：其负载转矩大小与转速 反抗性恒转矩负载 无关，但其方向始终与转向相反。 位能性恒转矩负载：其负载转矩的大小和方 位能性恒转矩负载 向均与转速无关。
电枢串联电阻时的 人为机械特性
特点： 特点： (1) n0不变，它是通过理想空载 不变， 不变 的直线。 点 的直线。 (2)β>βN ，特性变“软”。 特性变“
2、降低端电压的人为特性 、
n=
U
Ce Φ N
−
Ra ′ T = no − β N T 2 Ce C m Φ N
特点： (1) n ' 0 ∝ U (2) β= βN 它是平行并低于固有特性的直线。
理想鼓风机的 负载特性
实际鼓风机的 负载特性
2-3
他励直流电动机的机械特性
一、直流电动机机械特性的一般形式 电动机的电磁转矩T与其转速n的关系，即n=f(T)。励磁方 式不同，直流电动机的机械特性也不同。
《2011年10月电机与拖动基础》习题选
《电机与拖动基础》习题选电力拖动(1)5-1他励直流电动机的铭牌数据：P N=1.75千瓦,U N=110伏,I N=20.1安,n N=1450转/分，试计算：（1）固有特性曲线，并用坐标纸画出；（2）50%额定负载时的转速；（3）转速为1500转/分时的电枢电流值。
5-2 他励直流电动机的铭牌数据同上，试计算磁通为80%额定值、电枢电压为50%U N时的人为特性，并用坐标纸画出。
5-3他励直流电动机的数据：P N=10千瓦;U N=220伏;I N=53.7安,n N=3000转/分；试计算：（1）固有特性；（2）当电枢电路总电阻为50% R N ()时的人为特性；R N=U N/I N（3）当电枢电路总电阻为150% R N时的人为特性；（4）当电枢电路端电压U=50% U N时的人为特性；（5）当磁通为80%额定值时的人为特性。
并作出其机械特性图。
5-4 一台他励电动机数据如下：P N=21千瓦,U N=220伏,I N=112安,n N=950转/分（1）若负载转矩为0.8T N时，求电动机转速；（2）若负载转矩为0.8T N时，在电枢电路中串联30%R N附加电阻，求电阻接入瞬间和转入新的稳态时的转速、电枢电流和电磁转矩；（3）若将电枢电压降低至额定电压的20%，磁通为额定磁通的70%，求额定负载时电机的转速。
5-5一直流电动机有下列数据：U N=220伏,I N=40安,n N=1000转/分，电枢电路总电阻R a=0.5欧，当电压降到180伏，负载为额定负载时，求：（1）电机接成他励时（励磁电流不变）的转速和电枢电流；（2）电机接成并励时（励磁电流随电压正比变化）的转速和电枢电流（设铁心不饱和）。
5-6他励电动机铭牌数据：P N=2.5千瓦，U N=220伏，I N=12.5安，n N=1500转/分，R a=0.8欧。
（1）运行中在n=1200转/分时使系统转入能耗制动停车，问保证起始制动电流为2I N时，电枢应串入多大电阻？如电枢不接入制动电阻，则制动电流为多大？（2）若负载转矩为位能转矩，要求在T2=0.9T N时保证电机以120转/分的转速能耗制动稳速下放重物，问所需制动电阻为多大？（3）绘出上述两种情况的机械特性。
电机与电力拖动基础 (全)PPT教学课件
1
If —— 激磁绕组中的激磁电流； Rm —— 该段的磁组； Ф—— 磁通量
Φ
说明:当I较小时磁路的磁阻为气隙
2
磁阻且为常数,故If与Φ是线性的 If较大时铁心饱和,磁阻加大Φ增
加变慢If与Φ为非线性关系. 电机的饱和程度对电机的性能有很
0
大的影响.
If
二、主磁极磁势产生的气隙磁密在空间的分布
气隙磁密的概念：
本课程的性质、任务及学习方法
1、性质：在工业电气自动化专业中，《电机原 理及拖动》是一门十分重要的专业基础课或称 技术基础课。
2、任务：我们所从事的专业决定了我们是从使 用的角度来研究电机的。因此，我们着重分析 各种电机的工作原理和运行特性，而对电机设 计和制造工艺涉及得不多。但对电机的结构还 要有一定深度的了解。
1.静止部分 (1)主磁极:由极身和极掌组成,固定在磁轭
(机座)上.在磁极上套入激磁绕
组(线圈).主磁极总是偶数,且N
磁轭
极和S极相间出现.极掌对激磁
极掌极身
线圈 绕组起支撑作用,且使磁通在气
隙中有较好的分布波形.
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
自锁电路目录?第一章直流电机原理?第二章电力拖劢系统的劢力学基础?第三章直流电劢机的电力拖劢?第四章发压器?第五章三相异步电劢机原理?第六章三相异步电劢机的电力拖劢?第七章同步电劢机?第八章控制电机?第九章电力拖劢系统中电劢机的选择3学习方法
电机及拖动基础
电路
由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路称为电路。 电路导通叫做通路，只有通路才有电流通过。 电路在某一处位置断开，叫做断路或开路。
电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2
电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图
晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统 晶闸管励磁的发电机 电动机机组调速系统
(3)机械特性方程 机械特性方程
U0 --整流电压 整流电压 R0 -- 整流装置内阻
调压调速时的机械特性
(4)调压调速特点 调压调速特点 1) 调速范围广； 调速范围广； 2) 调速平滑性高； 调速平滑性高； 3) 设备投资大； 设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采 采用可控硅直流电源时效率高， 用机组时效率较低。 用机组时效率较低。
3.3
他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法： 电气调速方法： 电气调速方法 由转速调节特性来看: 由转速调节特性来看
欲改变电动机的转速， 欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电 包括改变U 和改变R 压 Ua （包括改变 和改变 )，或改变励磁 实现。 磁通 Φ 实现。
2.降低电源电压 降低电源电压
使用的可调直流电源有： 使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置 (2)电动机 发电机机组。 电动机-发电机机组 电动机 发电机机组。 容量较大时用机组作为可调直流电源， 容量较大时用机组作为可调直流电源，而用 晶闸管装置调节发电机G的励磁电流 的励磁电流。 晶闸管装置调节发电机 的励磁电流。
静差率与调速范围的关系： 静差率与调速范围的关系：
静差率与调速范围是互相联系的两项指标， 静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统 决定于低速特性的静差率。 可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。
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n nz (nst nz )et / TtM
或
n nz (1 et / TtM ) nst et / TtM
11
其中：nST为速度的起始值
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
能耗制动
• 能耗制动时的n = f（t）和I = f（t）曲线
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 电枢反接的反接制动 – 如下图所示，若需要电动机快速停车或反 转，可突然断开K1 、K2 ，并接通K3 、K4 ， 这样电枢电源将反接，注意电枢中要串入 电阻RW。
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
EN U N Ra Rz 2I N 2I N
UN Rz Ra 2I N
7
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
18
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 电枢反接的反接制动 – 反接制动时：
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
U Ea U Ea Ia Ra RΩ Ra RΩ
4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
5
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
能耗制动
• 能耗制动机械特性方程式（U=0）：
3.3 回馈制动
Ra Rz Ra Rz n T Ia 2 CeCT Ce
9
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
能耗制动
• 能耗制动时的n = f（t）和I = f（t）曲线
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
GD2 dn T () Tz () 375 dt Ra Rz n T 2 CeCT
动，这种制动又成为倒拉反接制动。
15
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 转速反向的反接制动 – 电枢电路的电压平衡方程式变为
3.3 回馈制动
I a ( Ra RΩ ) U (Ea ) U Ea
动特性方程式为
4.他励直流电动机的调速 – 转速反向的反接制
GD2 ( Ra RW ) TtM 375CeCT 2
21
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 电枢反接时的过渡过程－制动过程
3.3 回馈制动
GD2 dn T Tz 375 dt
TtM
n n0
Ra RΩ T 2 CeCT
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
Ra Rz n Ia Ce
n nz (nst nz )et / TtM
Ce n z Ce nst Ce nz t / TtM Ia ( )e R R R
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
机吸收机械能并转化为电能。
•
假设他励直流电动机顺时针旋转为 参考（正）方向
3
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动 •
3.1 能耗制动 3.2 反接制动 1) 2)
制动的目的
使电力拖动系统停车； 使电力拖动系统转速降低；
两边同乘以Ia
2 I a ( Ra RΩ ) UIa Ea I a
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
– 上式表明，UIa 与EIa 两者之和消耗在电枢 电路的电阻Ra+RW上。
17
3、他励直流电动机的制动
– 其机械特性位于第二象限如下图所示
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
6
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
能耗制动
• 制动电阻的计算 – 制动电阻Rz越小，制动时的机械特性越平， 制动转矩绝对值越大，制动越快。 – 制动电阻又不能太小，否则制动电流超出 允许值。 – 一般最大制动电流按不超过2IN选择Rz，则
TtM
n n0
Ra RΩ T 2 CeCT
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
dn Ra RΩ n n z nz n0 T ( ) 2 z dt CeCT
n (n速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
16
Ra RΩ n n0 T 2 CeCT
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 转速反向的反接制动
I a ( Ra RΩ ) U (Ea ) U Ea
U N EN 2U N Ra RW 2I N 2I N
UN RW Ra I N 20
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 电枢反接时的过渡过程－制动过程
3.3 回馈制动
GD2 dn T Tz 375 dt
能耗制动
• 电动机带位能负载时的能耗制动 – 如右图所示，电 动机初始状态为 n=0，T=0，电动 机在位能负载的 作用下反向加速， 随着转速的增加， T也不断增大， 直 到 T=Tz ， 转 速 稳定，匀速下放 重物。
8
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
– 这时，Ia（T）为负，n为正，T与n反向，电 动 机 为 制 动 状 态 ； 此 时 电 枢 反 接 ， n0=U/(Ce)为负， n0与n反向，故也称反接制动。
19
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
反接制动
• 电枢反接的反接制动 – 运动方程式为
3.他励直流电动机的制动 •
3.1 能耗制动 3.2 反接制动 1)
他励直流电动机的两种运转状态
电动运转状态——电动机电磁转矩的方向 与转速的方向相同，此时电网向电动机输
3.3 回馈制动
入电能，并变为机械能以带动负载
制动运转（电气制动）状态——电动机电 磁转矩与转速的方向相反，此时，用电动
4.他励直流电动机的调速 2)
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
3.3 回馈制动
3)
使位能负载工作机构匀速下降。
4.他励直流电动机的调速 •
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩 1) 2) 3)
使电力拖动系统停车的方法
断电源自由停车 — 较慢，生产效率低； 机械制动 — 电磁制动器，即机械抱闸； 电气制动 — 能耗制动、反接制动、回馈 制动（再生制动）
3.3 回馈制动
矩方向为顺时针。由于电枢回路串接较大电
阻RW ，使电动机起动转矩Tst<Tz ，这时位能 负载在Tz的作用下电动机逆时针旋转。这时
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
电动机电磁转矩为正，转速为负，电动机为
制动状态。对于转速n的负方向，好像电枢 已被反接（n与n0 方向相反），故称反接制
I z (I st I z )et / TtM
12
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动
n
能耗制动
• 能耗制动使得n = f（t）和I = f（t）曲线
Ia Iz 0
3.3 回馈制动
4.他励直流电动机的调速
4.1 调速指标 4.2 降低电枢端电压调速 4.3 弱磁调速 4.4 调速时的功率与转矩
GD2 ( Ra Rz ) dn Tz ( Ra Rz ) n 2 375CeCT dt CeCT 2
当T=Tz 时
Tz ( Ra Rz ) n nz CeCT 2
10
3、他励直流电动机的制动
3.他励直流电动机的制动
3.1 能耗制动 3.2 反接制动