《电机与拖动》第2章 直流电动机的电力拖动
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。
电机与拖动复习笔记
第0章 绪论：1、电机：利用电磁感应原理实现能量转换的机械2、电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源。
第1章 直流电机1.2绕组1、单叠绕组：ε±=p Z y 21，即][pZy 21=（向下取整）；1=k y ，k y y y -=12。
p 为磁极对数，Z 为槽数，1y 为第一节距（同一个元件的两个边跨过的距离），k y 为换向器节距。
画图步骤：1）计算1y ；2）根据Z 的数目画线（等间距），线的数目和Z 相同。
（Z=16，1y =4）（实线、虚线都画）3）根据1y 的值连接绕组，即编号为1的实线，需要跟编号为5（1+1y ）的虚线相连。
4）将编号为1的实线连接到编号为1换向片（位置自己定，换向片宽度和实线间宽度一样），（换向器编号和实线编号一致），将编号为5的虚线连接到编号为2的换向片。
5）平移将其他的画出来6）画磁极，磁极宽度约为PZ270.倍的实线间宽度，极性交替放在线中，磁极平移距离为PZ2倍的实线宽度；在磁极中心下方画出电刷（N 极下为+，S 极下为—） 单叠绕组特点：1）并联支路对数等于磁极对数，即p a =；2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；3）电枢绕组闭合回路中，感应电动势之和为0，内部无换流4）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a ai I 2=。
a 为支路对数 5）元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上，即1=k y 。
2、单波绕组：ε±=p Z y 21，即][p Z y 21=（向下取整）；pK y k 1±=（向下取整），12y y y k -=。
画图与单叠类似。
特点：1）并联支路数=2，与磁极对数无关，即1=a 。
2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；（理论上电刷用2个就够了，但为了可靠换向，采用全额电刷）3）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a i I 2=。
电机与电力拖动基础教程第2章(4)
第2章 章
能量传递过程中总损耗
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直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章 章
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4.效率 效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励： 他励：I=Ia，与If无关
第2章 章
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空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。 空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电 机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据 数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止， 线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密 集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支 曲线，一般取平均值作为空载特性曲线 一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另 一般取平均值作为空载特性曲线 外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速 实验时一定要保持额定转速。 实验时一定要保持额定转速
第2章 章
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曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线， 称场阻线 场阻线。 场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与 空载曲线相切)时， Rf 称为临 界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发 再增加励磁回路电阻， 电机将不能自励， 电机将不能自励，如B点。 点
第2章直流电机习题解答
第二章 直流电机的电力拖动2-1 一台他励直流电动机的额定数据为： N P =54 kW ，N U =220 V ，N I =270 A ， N n =1150 r /min 。
估算额定运行时的aN E ，再计算N e C Φ、N T 、0n ，最后画出固有机械特性。
解： 估算额定运行时的 V 20922095.095.0=⨯==N aN U Emin)/r /(V 182.01150209===ΦN aN N e n E C N.m 29.469270182.055.955.9=⨯⨯=Φ=Φ=N N e N N T N I C I C Tr/min 1209182.02200==Φ=N e N C U n 在n -T 直角坐标系中过点A （1209，0）和点B （1150，469.29）作直线，该直线就是他励直流电动机的固有机械特性，如题2-1图所示。
2-2 一台他励直流电动机的额定数据为：N P =7.5 kW ，N U = 220 V ，N I =40 A ，N n =1 000 r /min ，a R =0.5 Ω。
拖动L T =0. 5N T 恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大?解： V 200405.0220=⨯-=-=Φ=N a N N N e aN I R U n C En /(r/min)1209 1150 T/N.m469.29 题2-1图1V/r.min 2.01000200-===ΦN aN N e n E C r/min 11002.02200==Φ=N e N C U n 由a N T I C T Φ=可知，当L T =0.5N T 时，A 20405.05.0=⨯==N a I Ir/min 10505011002.0205.0110000=-=⨯-=Φ-=∆-=a N e a I C R n n n n2-3 写出题2-3图所示各种情况下系统的运动方程，并说明系统的运行状态。
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机及拖动 第二章习题答案
第二章直流电动机的电力拖动答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系统。
一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。
电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。
答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a=0时的转速，即。
实际上若I a=0，电动机的电磁转矩T em=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I a0（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I a0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，I a=0是理想空载，对应的转速n0称为理想空载转速；是I a= I a0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。
答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。
理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即：答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L）处，满足，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em<T L，而在交点以下（转速减小时）,T em>T L。
一般来说，若电动机的机械特性是向下倾斜的，则系统便能稳定运行，这是因为大多数负载转矩都随转速的升高而增大或者保持不变。
答：只有（b）不稳定，其他都是稳定的。
答：他励直流电动机稳定运行时，电枢电流：可见，电枢电流I a与设计参数U、C eΦ、R a有关，当这些设计参数一定时，电枢电流的大小取决于电动机拖动的负载大小，轻载时n高、I a小，重载时n低、I a大，额定运行时n=n N、I a=I N。
第2章 直流电机的工作原理及拖动
直流发电机的工作原理
同直流电动机一样，直流发电机电枢线圈 中的感应电动势的方向也是交变的，而通 过换向器和电刷的整流作用，在电刷A、 B上输出的电动势是极性不变的直流电动 势。在电刷A、B之间接上负载，发电机 就能向负载供给直流电能。这就是直流发 电机的基本工作原理。
电机的可逆原理
一台直流电机原则上可以作为电动机运行，也 可以作为发电机运行，取决于外界输入能量的 不同条件。 将直流电流施加于电刷，输入电能，电机能将 电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，成为 电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢 旋转，输入机械能，电枢绕组便能切割磁场的 磁磁感应线产生感应电动势，电机能将机械能 转换为直流电能，从电刷端引出直流电动势， 作发电机运行。
2.1 直流电机的基本结构
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复 杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和 起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产 机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采 用直流电动机驱动。 直流电动机的应用: （1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿 山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大 型设备。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机 等。
2.6他励直流电动机的机械特性
所谓直流电动机的机械特性就是电机的转 速 n 随着负载转矩 T 的变化情况，研究电 机转速变化能够有助于更好地控制电机按 照生产工艺的要求拖动生产机械，高效率 、低损耗地运行。
2.6.1. 他励直流电动机机械特性方程
直流电动机的机械特性方程是由感应电动势方程、电磁 转矩方程和电压平衡方程推导出来的，即：
2.8.2 直流电动机的反接制动
对位能负载而言，反接制动有两种情况： 一是转速反向的反接制动，另一是电压反 接的反接制动。
第2章电力拖动系统动力学基础和直流电动机的电力拖动
由于电枢电流反向，电磁转矩为制动转矩，电动机的运 行点沿着能耗制动时的机械特性下降直到原点，电磁转 矩和转速都为零，系统停止转动。
图2-8 能耗制动过程机械特性
图2-9
能耗制动运行机械特性
制动时回路中串入的电阻越小，能耗制动开始瞬间的制 动转矩和电枢电流越大。但电枢电流过大，则会引起 换向困难。因此能耗制动过程中电枢电流有个上限， 即电动机允许的最大电流，由此可计算串入的电阻：
U N EaN 110 103.4 Ra 0.036 IN 185 Ea N 103.4 Ce N 0.1034V . min/ r nN 1000
0.8TN TL 制动前电枢电流 I a I N 185 148 A TN TN
制动前电枢电势 Ea U N I a Ra 110 148 0.036 104.67V （1）若采用能耗制动停车，电枢应串入的最小电阻为：
(旋转运动)
起重传动 T ' L d GL R L (直线运动)
折算到电动机轴上的转矩分别为
TL T 'L j
GL R GL v L T 'L j d
2.飞轮矩折算 根据动能守恒定律可知，折算后等效系统存储的动能应 该等于实际系统的动能。因此，对于双轴传动系统有
1 J 2
2
1 1 2 2 J d d J LL 2 2
Jd
JL
所以
-----电动机的转动惯量 -----负载轴的转动惯量
J -----电动机轴上等效的转动惯量
J Jd JL j
2
同理
GD GDd GDL
2 2
2
直流电机及其电力拖动工作原理
直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。
如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。
由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。
小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。
一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。
直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。
按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。
二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。
其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。
然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。
尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。
不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。
第2章 直流电动机的电力拖动
UN n = C eΦ
N
Ra − C eC tΦ
2 N
T
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小， 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有 机械特性是硬特性。 当改变 U 或 Ra 或 Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。 得到的机械特性称为人为机械特性 人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为机械特性
I sc
Ia
Tsc 2 Tsc 1 Tsc
φ
不同时的 n = f (T ) 曲线
β n 特点：1）弱磁，0增大； 2）弱磁， 增大 弱磁， 特点： 弱磁， 增大；
三、机械特性的绘制
1.固有特性的绘制 1.固有特性的绘制
求两点: 已知 PN , U N , I N , n N，求两点:理想空载点
2.人为特性的绘制 2.人为特性的绘制
不变,只在电枢回路中串入电阻 保持U = U N , Φ = Φ N 不变 只在电枢回路中串入电阻R Ω的人为特性
Ra + RΩ UN n = − T 2 C eΦ N C eC tΦ N
n0
β 特点： 不变， 变大； 特点：1）n0 不变， 变大；
越大，特性越软。 2） β 越大，特性越软。
n
Ra
制动的目的是使电力拖动系统停车， 制动的目的是使电力拖动系统停车，转速降低或获得 稳定的下降速度（位能性负载） 稳定的下降速度（位能性负载）。
自由停车法 电磁制动器 能耗制动 电气制动法 反接制动 回馈制动 (再生制动 再生制动) 再生制动
一、能耗制动
1．实现能耗制动的方法
RΩ
＋
Ra
＋
K3
电动状态
φ
U N Ra n = − C eΦ C eΦ
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一章绪论（2学时）第一节教材内容与课程性质第二节本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章电力拖动系统动力学（2学时）第一节电力拖动系统转动方程式第二节负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
《电机与拖动》部分作业题解答
第一章 直流电机1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩 T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流 发电机和直流电动机中的电枢电动势， E a 又有何区别？它们又是怎样产生的？解：直流发电机的电磁转矩 T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩 T 是驱（拖）动 性质的， 它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力， 形成了电磁转矩； 直流发电机的电枢 电动势 E a 大于电枢端电压 U ，直流电动机的电枢电动势 E a 小于电枢端电压 U ，电枢电动势 E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。
1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？ 解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场） 、机座（机械支撑和导磁作 用）、换向极（改善换向） 、电刷（导入或导出电量） ；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外 圆槽中安放电枢绕组） 、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量 转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变）1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？ 解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变 电整流成为电刷间方向不变的直流电。
在直流电动机中起逆变作用， 即把电刷间的直流电逆 变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向一个方向旋转。
1-6 一台 Z2 型直流发电机， P N 145kW ,U N 230V , n N 1450r /min, 求该发电机1-7 一台 Z2 型直流发电机， P N 160kW ,U N 220V, N 90%,n N 1500r / min,求该额定电流是多少？1-10 电枢反应对气隙磁场有何影响？ 解：电枢反应使合成磁场发生畸变，磁路饱和时有去磁作用。
1-11 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组， 每极磁通为 3.5× 10-2Wb ，电枢总导线数 N=152，转速 n 1200 r / min 。
-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？公式中aTICTΦ=的应是什么磁通？Φ2、、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。
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。
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由于电枢电阻Ra较小，Ф N数值大，所以特性曲线斜率β 小，固有 机械特性曲线为硬特性。
17
2.2
电力拖动系统的特性
（2）人为机械特性
人为机械特性：人为地改变电源电压、磁通和电枢回路串电阻等一个或几 个参数的特性。
1）电枢串电阻时的人为机械特性
保持电源电压和磁通为额定值，当他励直流电动机的电枢回路中串入电 阻Rpa时，电枢回路总电阻 ，此时的人为机械特性方程式为 R Ra R pa
图2-5 他励直流电动机降低 电枢电压时的人为机械特性
19
2.2
电力拖动系统的特性
3）减弱磁通时的人为机械特性 当电枢电压为额定值，电枢回路不串接电阻时，改变磁通的人 为机械特性方程式为
UN Ra n T 2 Ce Ce CT
由上式可知，理想空载转速n0与磁通成 反比，磁通Ф 减弱，n0增大；斜率β 与磁通 Ф 成反比，磁通减弱会使斜率增大。弱磁人 为机械特性曲线如图2-6所示。
Tst 1 (1.5 ~ 2.0)Tst 2
1、测量改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速
Rf调至最小，改变串入电动机电枢回路的调节电阻R1，测量相应 的转速n，填入表2-3中，并绘制R1-n曲线。
表2-3 改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速测量
R 1/ Ω
R1m
3/4R1m
1/2R1m
1/4R1m
0
n/r/min
9
任务2
调节他励电动机的转速
a
3/4R1 电枢电 流Ia/A 励磁电 流If/A
0
f
电枢电 励磁电 电枢电 励磁电 I电枢电 励磁电 I 流Ia/A 流If/A 流Ia/A 流If/A 流Ia/A 流If/A
任务2
调节他励电动机的转速
保持电源电压为额定电压UN，分别改变串入电动机电枢回路的调 节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf，观察转速变化情况。
4
2.1
直流电动机的启动、调速、 反转观察
直流电动机的起动
任务1
任务2
调节他励电动机的转速
任务3
改变电动机的转向
5
任务1
直流电动机的起动
1、接线图
按图2-1接线，检查电动机和测功机之间是否用联轴器联结好，电 动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程、极性是否正确 。
图2-1
他励直流电动机的启动、调速、反转电路图
Ia
电动机旋转方向 电枢电流
/ A 励磁电流 I f /
A
7
任务1
直流电动机的起动
4、记录电枢电流值和励磁电流值
保持电源电压U1不变，逐渐减小电阻R1的值直至最小，将电枢电 流值和励磁电流值记录在表2-2中。
表2-2 电阻值 电流类型 测量值
8
他励直流电动机不同电阻值时电流的测量 2/4R1 1/4R1
Ra R pa UN n T Ce N Ce CT 2 N
从上式可知，理想空载转速n0不变，机械特性 的斜率β 随着串电阻的增大而增大，机械特性的硬 度减小，特性曲线变软，如图2-4所示。由图可知， 电枢回路串入不同电阻时，电动机的转速发生变化， 图2-4 他励直流电动机电枢 电路串电阻的人为机械特性18 因此可通过电枢回路串电阻进行调速。
图2-9 恒功率负载特性曲线
3、泵与风机类负载特性
泵与风机类负载的特点是：负载的转矩 与转速的平方成正比，负载特性为一条抛物 线，如图2-10曲线1所示。
图2-10 泵与风机类负载特性
23
2.2
电力拖动系统的特性
四、电力拖动系统的稳定运行条件
电力拖动系统的稳定运行，就是系统因外界因素的干扰离开平衡 状态，在外界因素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态，或在新的条 件下达到新的平衡状态。 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是
14
2.2
电力拖动系统的特性
二、他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性是电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回 路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与 电磁转矩之间的关系： n f (T ) 。
1、机械特性方程式
他励直流电动机的接线图如图2-2所示。 由图可知，他励直流电动机的机械特性方程 式为
图2-6 他励直流电动机 的弱磁人为机械特性 20
2.2
电力拖动系统的特性
三、生产机械的负载特性
生产机械的负载特性也称为负载转矩特性，简称负载特性，是 电动机的转速与负载转矩之间的关系：n f (TL ) ，即负载的机械特 性。大致可分为三类：恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风 机类负载特性。
电动机拖动单轴旋转系统的旋转运动方程式为
T TL J d dt
在实际工程计算中一般不用转动惯量而用飞轮矩，不用角速度 而用旋转速度。因此，转动惯量表示为
GD 2 J m 4g
2
角速度化为旋转速度的形式：
2n / 60
12
2.2
1、运动方程式
电力拖动系统的特性
由以上几式可知，工程计算中运动方程的形式为 GD 2 dn T TL 375 dt 由上式可知： （1）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统处 于稳定运行状态，电动机静止或作恒转速运动。 （2）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统加 速运行。 （3）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统减 速运行。
6
任务1
直流电动机的起动
2、调节电阻
将电动机电枢调节电阻R1调至最大，励磁调节电阻Rf调至最小。
3、观察他励直流电动机的旋转方向、测量启动电流
先接通励磁电源U2，再接通可调直流稳压电源U1，此时，电动机 开始旋转。将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在表 2-1中。
表2-1 他励直流电动机旋转方向的观察和启动电流的测量
U st I st Ra (1.5 ~ 2) I N Ra
随后电压要不断升高，使启动电流和启动转 矩保持在一定的数值上，直到升至额定电压 UN后， 电动机进入稳定运行状态。启动过程的机械特性 如图2-13所示。
图2-13 减压启动 的机械特性图 27
2.3
他励直流电动机的启动和反转
3、电枢回路串电阻启动
2.2
电力拖动系统的特性
2）改变电源电压时的人为机械特性 当磁通为额定值，电枢回路不串联电阻时，改变电枢外加电压的 人为机械特性方程式为
n U Ce N Ra T 2 Ce CT N
由上式可知，降低电枢电压后，理想 空载转速n0与电压U成正比下降，特性曲线 的斜率β 保持不变。因此在降低电枢电压 的情况下，人为特性是一组平行线，如图 2-5所示。
电枢回路串电阻启动是在启动时，电源电压的值保持不变，通 过在电枢回路中串入启动电阻来限制启动电流，并随着转速的上升 逐级将启动电阻短接切除的启动方式。 他励直流电动机串二级电阻启动电路图及其机械特性如图 2-14a、 b所示，其中R1、R2为各级串入的启动电阻。 为了保证启动过程中既有足够大的启动转矩又要限制电流不能 过大，启动过程中通常取
U R n T n0 T n0 n 2 Ce Ce CT
图2-2
他励直流电动机接线图 15
2.2
电力拖动系统的特性
1、机械特性方程式
由于Ce、CT是由电动机结构决定的常数，当U、R、Ф 的数值不变 时，转速n与电磁转矩T为线性关系。他励直流电动机的机械特性如图 2-3所示。
1、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL与转速n无关的特性， 即TL=常数。根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载特性 又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两类。
21
2.2
电力拖动系统的特性
（1）反抗性恒转矩负载 该类负载转矩的大小恒定不变，方向总是与 转速的方向相反，即其性质总是起反抗运动的阻 转矩性质，特性曲线为一、三象限内的直线，如 图2-7所示。 （2）位能性恒转矩负载
图2-3 他励直流电动机的机械特性
16
2.2
电力拖动系统的特性
2、机械特性的分类
他励直流电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。 （1）固有机械特性 当电动机中的电源电压、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，也称自然特性。由以上条件得到固 有机械特性方程式
n UN Ra T 2 Ce N Ce CT N
2、测量改变励磁回路的调节电阻时的转速
R1调至最小，改变励磁回路的调节电阻Rf，测量相应的转速n，填
入表2-4中，并绘制Rf-n曲线。
表2-4 R f/ Ω n/r/min
改变励磁回路的调节电阻时的转速测量 Rfm 3/4Rfm 1/2Rfm 1/4Rfm 0
10
任务3
改变电动机的转向
将电枢回路调节电阻R1调至最大值，调节转矩到零，断开U1，再 断开U2，使他励电动机停机，然后将电枢或励磁回路的两端接线对调
图2-12 他励直流电动 机的全压启动电路图
2.3
2、减压启动
他励直流电动机的启动和反转
减压启动是为减小启动电流，在启动前降低电动机电枢两端的电 源电压。电动机启动后，随着转速n的上升，电动势Ea也逐渐增大，Ia 相应减小，启动转矩也减小。要保证获得足够的启动转矩(即Tst>TL)， 所以启动时通常把电流限制在（1.5～2）IN范围内，那么启动电压为
二、他励直流电动机启动方法
他励直流电动机的启动方法有全压启动、减压启动、电枢回路串 电阻启动。 25
2.3
1、全压启动
他励直流电动机的启动和反转
全压启动又称为直接启动，就是在直流电动机的电枢上直接接上 额定电压后启动，其电路如图2-12所示。启动转矩为：