电机与拖动技术(基础篇)习题解答

① ；
②2a=2p；
③电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势；
④电枢电流等于各并联支路电流之和。
1-6单波绕组的特点有哪些？
答:单波绕组具有以下特点：
① ；
②并联支路对数a=1；
③电枢电动势等于支路感应电动势；正负电刷间电动势最大。
④电枢电流等于并联支路电流之和。
（2）充分条件：在交点Tem=TL处，满足 < 。或者说，在交点的转速以上存在Tem<TL，而在交点的转速以下存在Tem>TL。
Tem=TL
（1）这样，仅用一个运动方程式 就可以研究实际多轴系统的问题
（2）负载转矩、负载力、飞轮矩、运动质量的折算
（3）负载转矩、负载力折算：功率不变
飞轮矩、动力质量的折算：保持系统储存的动能不变
第1章
思考题与习题
1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么?
答：（一）定子
1．主磁极：建立主磁通，包括：铁心：由低碳钢片叠成
绕组：由铜线绕成
2．换向磁极：改善换向，包括：铁心：中大型由低碳钢片叠成。
小型由整块锻钢制成。
绕组：由铜线绕成。
3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。
它反映了负载变化时转速的变化程度，即转速的稳定性。静差率的大小与机械特性的斜率（或硬度）及理想空载转速n0的大小有关。特性斜率小（硬度大）、理想空载转速高，则静差率就小，反之就大。电枢串电阻调速时，n0不变，转速越低，需要串联的电阻越大，机械特性的斜率越大，转速降落Δn也越大，所以静差率越大；降压调速时，虽然机械特性的斜率（或硬度）不变，但n0减小了，所以低速时的静差率大。
1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？
答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组内部的交流电流引出到外电路变为直流电。同时把电动机外部的直流电引入到电枢绕组内部变为交流电。电刷固定不动，换向器旋转，因而配合默契，缺一不可。
1-5单叠绕组的特点有哪些？
答:单叠绕组有以下特点：
③主磁场具有饱和特性
④励磁回路电阻小于其临界值。
答:一是由于负载电流的增加引起电阻压降的增加；二是由于负载电流的增加引起电枢反应的去磁作用加剧，使产生的感应电动势减小。对于并励直流发电机还有另外一个原因，就是由于端电压的下降引起励磁电流减小，导致每极磁通减小，使端电压进一步减小。
n=1500r/min
（a）稳定；（b）稳定；（c）稳定；（d）不稳定；（e）不稳定；（f）稳定
解：（1）
过（0，n0）和（TN，nN）两点作直线即为固有机械特性
（2） =
（3） =
（4） =
解：（1）
0.2
根据：
代入数据得：
解得:
(1)电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻
(2)转速n
(3)电磁转矩Tem
(1)电力拖动(2)电动机(3)生产机械
(1)电枢电流(气隙磁场)
(1)使气隙磁场畸变(2)去磁作用
A
C
错
错
错
答：
(1)安装换向极
(2)正确选用电刷
直流发电机: >U
直流电动机 <U
V
第3章
以电动机带动生产机械运转的拖动方式称为电力拖动，凡是由电动机作原动机，拖动生产机械运转，能完成生产任务的系统，都称为电力拖动系统。
（1）
（2）确定转矩正、负号的规则如下：
3.电枢回路串电阻启动
电枢回路串电阻启动，能量损耗较大，经济性较差，常用于容量不大，对启动性能要求不高的场合。
电动状态的电磁转矩与转速同向，制动状态的电磁转矩与转速反向。
1．能耗制动
常用于反抗性负载电器制动停车。
2．回馈制动
回馈制动在 ＞ 时出现。
3．反接制动
电源反接制动适用于要求强烈而迅速反转的场合；倒拉反接制动适用于位能性负载低速下放重物的场合。
(1)硬
(2)软
B
C
错
错
错
A点稳定，B点不稳定
（1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在Tem=TL；
（2）充分条件：在交点Tem=TL处，满足 < 。或者说，在交点的转速以上存在Tem<TL，而在交点的转速以下存在Tem>TL。
解：（1）
（r/min）
计算额定电磁转矩
过（0，n0）和（TN，nN）两点作直线即为固有机械特性
1-3简述直流电动机的工作原理
答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a为例），电枢绕组的a导体处于N极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a处于S极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组内部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。这就是直流电动机的工作原理。
1-7画图表示单叠绕组的各种节距。
答:第一节距
第二节距
换向节距
合成节距
1-8画图表示单波绕组的各种节距。
答:第一节距
第二节距
换向节距
合成节距
1-9直流电机绕组元件的电动势和电刷两端的电动势有什么区别？
答：直流电机绕组元件的电动势是一个绕组元件产生的感应电动势，而电刷两端的电动势可以是多个绕组元件感应的电动势相串联之和。
（1）当转速下降到零时，电磁转矩 仍小于负载转矩 ，
（2） ＞
1．能耗制动
能耗制动的特点是：控制线路比较简单，制动过程中不需要从电网吸收电功率，比较经济安全，但在转速降到较低时，制动转矩变得很小，制动作用大为减弱。
2．回馈制动
回馈制动在 ＞ 时出现，在调速过程中不需改变接线，电动机从电动状态自然转入回馈制动状态运行，线路简单，实现容易。另外，回馈制动将系统存储的机械能转变成电能回馈给电网，节省能源，经济性好。
n=500r/min
单叠
单波
解:
解：①
额定输出转矩
②
解：①额定输出转矩
②额定负载时电磁转矩：
励磁电流
电枢电流
③额定负载时效率
答:(1) 发电机磁路中必须有剩磁。
(2) 励磁绕组与电枢绕组的连接要正确。
(3) 励磁回路的总电阻应小于发电机运行转速对应的临界电阻。
(1)主(2)电枢(3)电枢磁场(4)主磁场
当 ＜ 时，则转速变化率dn/d＜0，电力拖动系统减速运行。
当他励直流电动机的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性。其固有机械特性的方程式为：
如果人为地改变电动机机械特性中磁通、电源电压和电枢回路串联电阻任意一个或两个、甚至三个参数，这样的机械特性称为人为机械特性。
1-10一台直流发电机，PN=145 kW，额定电压UN=230V，nN=1450r/min，求该电机的额定电流？
解：
1-11一台直流电动机，PN=10 kW，UN=230V，nN=1550r/min，ηN=90%，其额定电流是多少？
解：
1-12一台直流发电机，PN=100kW，UN=230V，nN=2850r/min，ηN=85%，求该电机的额定电流及额定负载时的输入功率。
1）电磁转矩Tem与转速n的正方向相同时为正，相反时为负；
2）负载转矩TL与转速n的正方向相反时为正，相同时为负；
3）惯性转矩 的大小及正、负号由Tem和TL的代数和决定。
（3）当 = 时，转速变化率dn/dt=0，则电力拖动系统处于稳定运行状态，电动机静止或作匀转速运动。
当 ＞ 时，则转速变化率dn/dt＞0，电力拖动系统加速运行。
1-2简述直流发电机的工作原理
答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a为例),电枢绕组的a导体处于N极底下,由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a处于S极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。这就是直流发电机的工作原理。
1．调速范围
调速范围是生产机械所能达到的最高转速 与最低转速 之比。用D表示，即
2．静差率（相对稳定性）
调速的相对稳定性是指负载转矩变化时，转速随之变化的程度，常用静差率 来衡量。
3．调速的平滑性
调速的平滑性可用平滑系数表示，其定义是相邻两级转速之比，即：
K值越接近1，调速平滑性越好。当K=1时，称为无级调速，即在调速范围内，转速可以达到任意值。
4．调速的经济性
调速的经济性是指对调速设备的投资和电能损耗、调速效率等经济效果的综合比较。无论采用哪一种调速方法，都希望初始投资越小越好，运行费用越低越好。
5．调速时的容许输出
容许输出是指保持额定电流条件下调速时，电动机容许输出的最大功率或最大转矩与转速的关系。容许输出的最大转矩与转速无关的调速方法称为恒转矩调速方法；容许输出的最大功率与转速无关的调速方法称为恒功率调速方法。
二是去磁作用。
答：在直流发电ห้องสมุดไป่ตู้中也有电磁转矩，电磁转矩的方向与电枢旋转方向相反。
如何？
答：直流电动机工作时，电枢回路有感应电动势产生，电动势方向与电枢电流方向相反。
答：换向磁极装于几何中性线位置，是因为换向元件处于几何中性线。
答：换向极绕组与电枢绕组串联。
答：
改善换向的方法：
答：
答:坐标不同
形状相同。
（1）这样才能启动，否则启动不了（转速达不到要求）
（2）损耗大，转速达不到要求。
1．直接启动
不采取任何限制启动电流措施，方法简单，只限于功率很小的家用电器中的直流电动机。
2.降压启动
降压启动需要可调的直流电源，自动控制程度较高。设备投资较大，但它启动电流小，升速平稳，且启动过程中能量损耗小，在对启动性能要求较高的场合得到广泛应用。
设有一电力拖动系统，原来处于某一转速下运行，由于受到外界某种扰动，如负载的突然变化或电网电压的波动等，导致系统的转速发生变化而离开了原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当外界扰动消失后能自动恢复到原来的转速下继续运行，则称该系统是稳定的。
（1）必要条件：电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，即存在Tem=TL；
答：电动机的理想空载转速是指电枢电流Ia=0时的转速，即。实际上若Ia=0，电动机的电磁转矩Tem=0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流Ia0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流Ia0及电磁转矩T0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，Ia=0是理想空载，对应的转速n0称为理想空载转速；是Ia=Ia0实际空载，对应的转速n0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。
3．反接制动
反接制动的特点是：
制动过程中，制动转矩随转速降低的变化较小，制动较强烈。在电动机静止不动时，也存在制动转矩；制动过程中，要从电网吸收大量电能，电枢反接制动到转速为零时，不及时切断电源，电动机就会反向启动。
答：静差率是指电动机由理想空载到额定负载时的转速降落ΔnN=n0-nN与理想空载转速n0之比，即：
（2）
1054.88（r/min）
（3） =1100（r/min）
=0A
第4章
（1）直接启动启动电流很大，通常为额定电流的10～20倍
（2）过大的启动电流使电网电压迅速下降，引起电网电压的波动，影响其他设备的正常工作。会使电刷与换向器间产生强烈的火花，使电动机在正常运行时的转速降落增大，换向恶化，甚至会烧毁电动机。
直流发电机: >U
直流电动机 <U
直流发电机电枢电流方向为输出,电动势为电源电动势（ 同向），直流电动机电枢电流方向为输入,电动势为反电动势（ 反方向）。
直流发电机电磁转矩为制动转矩（ 反向），直流电动机为驱动转矩（ 同向）。
功率:
转矩:
电压:
内在联系:
答：①有剩磁。
②要求电枢转向及励磁绕组接线正确。
解：
解:图略。
=
a=p=2
解:图略。
=
=
a=1
答案:
定子转子
答案:
机械电;电机械
答案:
叠
相反相同
答案:
p1
答案:B
答案:D
答案:错
答案:对
答案:对
答案:错
答案同思考题与习题1-2
答案同思考题与习题1-3
解：
解：
=
a=p=1
解：
=
=
a=1
第2章
答：
答：
电枢反应结果：一可能使气隙磁场畸变，一极尖磁场增强另一极尖磁场削弱。
4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
（二）转子
1．电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由硅钢片叠成。
2．电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。由铜线绕成。
3．换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。
4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。