17章 直流电机的运行 课后答案

Pem E a I a 251.829 44.548 11218.48W
Tem 9.55 Pem 11218.48 9.55 73.9 Nm n 1450
（3） P 1 P em p Fe p mec 11218.48 442 104 11764.48W
n 与 Tem 方向相同， E a 与 I a 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 a I 并励发电机： I a I I f ，并励电动机： I I a I f 串励电动机： I I a I f 复励电动机： I I f (串励） I a I f ( 并励） 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 I a 在电枢回路总电阻 Ra 上产生的损 耗；励磁回路铜损耗是励磁电流 I f 在励磁回路电阻 R f 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
3
CE
E a 204.15 0.20415 nN 1000
U N I N ( Ra Rs ) 220 158.5 (0.1 0.3) 156.6V 电枢回路串电阻后： E a
n1 Ea 156.6 767.08r / min C E 0.20415
p P1 PN 11764.48 10 10 3 1764.48W

PN 10 10 3 100% 100% 85% P1 11764.48
17.13 一 台 并 励 直 流 电 动 机 ， PN 96kW ， U N 440V ， I N 255A ， I fN 5A ，
5
2.②
3.④
4.④
5.②
6.③
7.④
8.②
9.①
10.③
3. 答：曲线 1 为他励发电机外特性，曲线 2 为并励发电 机外特性。 后者电压变化率大。 他励发电机外特性下降有两个 原因（1）电枢反应去磁作用使电枢电动势减小； （2）电枢回 路电阻压降； 并励发电机除了上面两个原因外， 还因电枢端电 压下降造成励磁电流减小， 引起电枢电动势进一步降低， 所以 其外特性比他励发电机外特性下降多，电压变化率较大。
R f 215 ，电枢回路电阻 Ra 0.49 ，额定负载时， p Fe 442 W ， pmec 104 W ，忽略附加损
耗。试求：(1)励磁电流 I f 和电枢电流 I a ；(2)电磁功率 Pem 和电磁转矩 Tem ；(3)电机的总损耗 p 和效 率 。 解： （1） I N
PN 10 10 3 43.478 A 230 UN
2
If
U N 230 1.07 A 215 Rf
I a I N I f 43.478 1.07 44.548 A
（2） E a U I a Ra 230 44.548 0.49 251.829V
17.14 有一台他励直流电动机， PN 30kW ， U N 220V ， I N 158.5A ， n N 1000r / min ，
Ra =0.1 ，保持额定负载转矩不变。求：(1)电枢回路串入 0.3 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 时的稳态转速。 解： （1） E a U N I N Ra 220 158.5 0.1 204.15V
C E 0.8C E 0.8 0.20415 0.16332
U I N Ra 220 198.125 0.1 200.2V Ea
n3
Ea 200.2 1225.8r / min C E 0.16332
17.15 一台并励直流电动机，额定功率 PN =10kW，额定电压 U N =220V，额定电流 I N =54.8A，额 定转速 n N =1000r/min，额定励磁电流 I f =1.6A，电枢回路总电阻 Ra =0.4 。当电动机满载运行时， 电源电压突然下降到 200V，如果负载转矩保持不变，试求：(1)电压刚下降瞬间的电枢电流；(2)稳定 运行后的电枢电流；(3)稳定运行后的转速。 解：(1) I a I N I f 54.8 1.6 53.2 A
E a U N I a Ra 220 53.2 0.4 198.72V
CE E a 198.72 0.2 nN 1000
电压刚下降瞬间，励磁电流不变，所以 E a 不变
Ia
U E a 200 198.72 3 .2 A Ra 0 .4
1
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： 250V 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（ I st
n
Ea 176.59 981r / min C E 0.18
第 17 章 自测题参考答案
一、填空题 1. 大、小； 2. 相同、相反； 3. 制动、驱动； 4. 铜损耗、空载损耗； 5. Tem 、 E a I a ； 6. 不能、能； 7. 大、端电压下降后使励磁电流减小，感应电动势降低； 8. 0（或最小） 、得到足够大的起动转矩； 9. 下降、增大； 10. 升高、增大 二、选择题 1.③ 三、简答题 1. 答：有电枢串电阻调速、降低电压调速和减弱磁通调速三种方法。 电枢回路串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是电阻只能分段调节，调速平滑性差，低 速时特性软，转速相对稳定性差，限制了调速范围，由于串入电阻，损耗大，效率低。 降压调速优点是电压能够平滑调节，可以实现无级调速，调速前后特性硬度不变，负载变化时，速 度稳定性好，调速范围较宽，调速前后效率基本不变，经济性较好。但降压调速需要一套电压可连续调 节的直流电源。 弱磁调速的优点是通过电流较小的励磁回路进行调节，控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平 滑性好，调速前后效率基本不变，经济性较好。缺点是特性变软，转速升高受到电机换向性能和机械强 度的限制，升速范围不可能很大。 2. 答：并励直流电动机运行过程中励磁绕组断线可能有两种后果，一是由于磁通减小为剩磁通， 电磁转矩减小，带不动负载导致电机停转，此时电枢电流达到很大值，可能烧毁绕组。二是在空载和轻 载时会出现“飞车” ，使换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身事故。若起动时断线，因磁 通仅为很小的剩磁通，起动转矩很小，不足以克服阻力转矩，电机不能起动。
U ）取决于电源电压和电枢回路电阻的大小。正常工作时的 Ra
电流（ I a
U Ea ）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。 Ra
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 ， PN 10kW , U N 230V, n N 1450r/min , 励 磁 回 路 电 阻
Tem Pem Pem 2n N
PN PN 2n N
60

105125 2007.74 Nm 2 500 60