《电机学》习题解答(吕宗枢) 17章

第17章 思考题与习题参考答案

17.1 如何判断直流电机是运行于发电机状态还是电动机状态，它们的em T 与n 、a E 与a I 的方向有何不同，能量转换关系有何不同?

答：通过比较a E 和U 的大小来判断。如果U E a >，则为发电机状态，如果U E a <，则为电动机状态。发电机状态时，em T 与n 方向相反， a I 与a E 方向相同，将机械能转换为电能；电动机状态时，n 与em T 方向相同，a E 与a I 方向相反，将电能转换为机械能。

17.2 分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I 、 I a 、I f 的关系式。

答： 他励发电机和电动机：I I a =

并励发电机：f a I I I +=，并励电动机：f a I I I +=

串励电动机：f a I I I ==

复励电动机：并励）串励）((f a f I I I I +==

17.3 直流电机中有哪些损耗? 是什么原因引起的? 为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗? 答：直流电机中有：电枢铁心损耗、机械损耗、附加损耗、电枢回路铜损耗和励磁回路铜损耗。 电枢铁心损耗是由于电枢铁心内磁场交变引起的；机械损耗是由于转动部件摩擦引起的；附加损耗是由于齿槽存在及漏磁场畸变引起的；电枢回路铜损耗是电枢电流a I 在电枢回路总电阻a R 上产生的损耗；励磁回路铜损耗是励磁电流f I 在励磁回路电阻f R 上产生的损耗。铁心损耗与磁通密度幅值及交变频率有关，因为磁密不变，在转速一定时，电枢内磁场的交变频率也不变，所以铁耗是不变损耗；机械损耗与转速有关，当转速一定时，它是不变损耗。

17.4 如果并励直流发电机不能自励建压，可能有哪些原因？应如何处理？

答：（1）主磁极可能没有剩磁，应该通过励磁绕组给主磁极充磁；（2）转向不正确（或励磁绕组与电枢绕组的连接不正确），在有剩磁的状态下改变转向（或转向不变时，改变励磁绕组与电枢绕组的相互连接）；（3）励磁回路电阻过大，超过了临界电阻，此时应减小励磁回路的调节电阻。

17.5 并励直流发电机正转时能自励，反转时能否自励？为什么？

答：正转能自励，说明励磁电流所产生的磁场恰好与剩磁方向相同，如果反转，励磁电流所产生的磁场就会与剩磁方向相反，主极剩磁被削弱，不能建立电压。

17.6 一台他励直流发电机，当励磁电流保持不变时，将转速提高20%，空载电压提高多少？若是

并励直流发电机，当励磁回路电阻不变时，转速提高20%，则电压比前者升高得多还是升高得少？为什么？

答：对于他励发电机，励磁电流不变，主磁通为常数，转速升高%20，空载电压也会升高%20；对于并励发电机，当励磁回路电阻不变时，转速升高%20，电压比前者升高得多（大于%20），因为随着转速升高，电枢端电压增大，励磁回路中电流也会增大，主磁通增加，使得空载电压进一步升高。

17.7 一台并励直流发电机，在600r/min 时，空载电压为125V ，假如将转速提高到1200r/min ，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问电机的空载电压为多少？

答：V 250

17.8 直流电动机起动时，为什么要将串联在励磁回路的电阻短接？

答：将串联在励磁回路中的电阻短接，目的是使励磁电流最大，主磁通最大，以便在限制电枢电流（起动电流）的情况下获得足够大的起动转矩。

17.9 直流电动机的起动电流决定于什么? 正常工作时的工作电流又决定于什么? 答：直流电动机的起动电流（a

st R U I =）取决于电源电压和电枢回路电阻的大小。正常工作时的电流（a

a a R E U I -=）取决于负载的大小，负载增大，转速降低，电动势减小，电流增大。 17.10 起动电流过大会产生什么影响? 如何限制直流电动机的起动电流?

答：起动电流过大，会造成直流电机换向困难，产生强烈火花；并引起电源电压瞬时跌落，影响同一电网上其它设备的运行。为了限制起动电流，可以采用电枢串联电阻起动或降低电压起动。

17.11要改变他励和并励电动机的转向应该怎么办? 仅仅改变电源的正、负极性，能使转向改变吗? 答：对于他励电动机，只要改变电源电压的极性就可改变转向；对于并励电动机，仅仅改变电源电压的极性不能改变转向。因为此时电枢电流和励磁磁场同时改变方向，电磁转矩方向不变。要改变并励电动机的转向，只能改变励磁绕组或电枢绕组的电压极性。

17.12 一台并励直流发电机，,kW 10=N P ,V 230=N U ,r/m in 1450=N n 励磁回路电阻Ω=215f R ，电枢回路电阻Ω=49.0a R ，额定负载时，W 442=Fe p ，W 104=mec p ，忽略附加损耗。试求：(1)励磁电流f I 和电枢电流a I ；(2)电磁功率em P 和电磁转矩em T ；(3)电机的总损耗p ∑和效率η。

解：（1）A U P I N N N 478.43230

10103

=⨯==

A R U I f N f 07.1215

230=== A I I I f N a 548.4407.1478.43=+=+=

（2）V R I U E a a a 829.25149.0548.44230=⨯+=+=

W I E P a a em 48.11218548.44829.251=⨯==

Nm n P T em em 9.731450

48.1121855.955.9=⨯== （3）W p p P P mec Fe em 48.1176410444248.112181=++=++=

W P P p N 48.1764101048.1176431=⨯-=-=∑

%85%10048

.117641010%1003

1=⨯⨯=⨯=P P N η 17.13 一台并励直流电动机，kW 96=N P ，V 440=N U ，A 255=N I ，A 5=fN I ，500min N n r =，0.078a R =Ω。试求：电动机额定运行时的输出转矩、电磁转矩和空载转矩。

解： A I I I fN N a 2505255=-=-=

V R I U E a a N a 5.420078.0250440=⨯-=-=

W I E P a a em 1051252505.420=⨯== Nm n P P T N em em em 74.200760

5002105125602=⨯==Ω=ππ Nm n P P T N N N N 465.1833605002109660

23=⨯⨯==Ω=ππ Nm T T T N em 275.174465.183374.20070=-=-=

17.14 有一台他励直流电动机，kW 30=N P ，V 220=N U ，A 5.158=N I ，min /r 1000=N n ，a R =0.1Ω，保持额定负载转矩不变。求：(1)电枢回路串入 0.3Ω电阻后的稳态转速；(2)电源电压降为180V 时的稳态转速；(3)磁通减弱为80%N Φ时的稳态转速。

解：（1）V R I U E a N N a 15.2041.05.158220=⨯-=-=