电机与拖动习题及解答

第1章 电磁学基础知识1.1 简答题1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ⋅-=、dt d e ψ-=、dtd Ne Φ⋅-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？答：式dtd e ψ-=是感应电动势的普遍形式。

其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。

2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dtd Ne Φ⋅=，试说明其原因。

3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？答：空芯的线圈电流大。

因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N •I=φ•Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N •I ）空芯>>（N •I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。

4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？1.2 分析题1. 变压器原理图如图所示，试回答：（1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势？（2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。

答：（1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2所交链的磁链以同一个频率交变，所以在N1和N2中都会感应出电动势。

（2）按右手螺旋关系，标出Ф在N1和N2中感应出电动势e1和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为dtd Ne Φ11-=dtd Ne Φ22-= 当电流 i 增加时，Ф也增加，0>dtd Φ，由以上表达式可知，01<e 、02<e ，说明此时N1和N2中感应出电动势的实际方向与e1和e2的正方向相反，如图中虚线（与实线方向相反）所示。

第2章直流电机2.1 简答题1. 直流电动机的电枢绕组中为什么也有感应电动势？其方向与电流方向有何关系？他励直流发电机空载即电枢电流为零时，有没有电磁转矩？为什么？答：直流电动机的电枢绕组旋转时，电枢导体切割气隙磁场，在电枢绕组产生感应电动势，其方向与电枢电流方向相反，称为反电动势。

他励直流发电机空载即电枢电流为零（Ia=0）时，根据T=CtФIa，故电磁转矩T=0.2. 直流电机的电枢铁芯为什么必须采用硅钢片叠成，而机座和主磁极可以采用整块铁？为什么有的主磁极也采用薄钢板叠成？答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减少铁耗，用硅钢片叠成。

机座和主磁极的磁场是恒定的，故可以采用整块铁。

但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面的磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板叠成。

3. 什么是电机的可逆原理？接在直流电源上运行的直流电机，如何判别它是运行于发电机状态还是电动机状态？答：同一台电机（直流、交流）由于外界使用条件不同，既可以作发电机运行，也可以作电动机运行。

这个电机理论中普适的原理称为电机的可逆原理。

当端电压U<电枢电动势Ea，电枢电流Ia与Ea方向一致时，为发电机状态；当端电压U>电枢电动势Ea，电枢电流Ia与Ea方向相反时，为电动机状态；4. 如果将电枢装在定子上，主磁极装在转子上，换向器和电刷如何安装，才能作直流电机运行？答：这种结构是旋转磁极式，因电刷必须与主极相对静止，所以电刷也应装在转子上；而换向器必须与电枢相对静止，所以换向器应装在定子上。

5.直流电机电枢绕组是旋转的，而电枢绕组中的电流又是交流电，试问电枢电流所建立的磁场在空间上是恒定的还是交变或旋转的，为什么？答：是恒定的。

因为主磁极N或S下的电枢导体的电流方向不变。

6.直流电机的主磁通既交链电枢绕组，又交链励磁绕组，为什么只有电枢绕组中有感应电动势，而在励磁绕组中没有感应电动势？答：主磁通对励磁绕组来说是恒定不变的，因此励磁绕组中没有感应电动势；主磁通对电枢绕组来说是交变的，故在电枢绕组中会产生感应电动势。

7. 如何改变他励和并励直流发电机的端电压极性？答：他励：使电机反转；或将励磁电压反接；并励：励磁绕组反接，同时将电机反转。

8. 什么是电枢反应？对电机有什么影响？答：直流电机带上负载运行后，电枢里有电流流过，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场的出现有可能对主极磁场产生影响，这种影响称为电枢反应。

电枢反应的结果是负载后每极下总的磁通量比空载时要少。

而且电枢电流越大，这个现象越严重。

2.2 计算题1. 某直流发电机的额定功率P N =145KW ，额定电压U N =230V ，额定转速n N =1450r/min ，额定效率η=90%，求该发电机的额定电流、额定运行时的输入功率？解： )(630230145000A U P I I U P N N N N N N ===⇒= )(1619.0145000kW P P NNIN ===η2. 某直流电动机的额定功率P N =22KW ，额定电压U N =220V ，额定效率η=83%，求该电动机的额定电流、额定运行时的输入功率？解： )(48.12083.022022000A U P I I U P NN N N N N N N =⨯==⇒=ηη)(5.26)(2650548.120220kW W I U P N N IN ==⨯==3. 某四极直流电机，电枢槽数z=36，单叠绕组，每槽导体数为6，每极磁通为2.2×10-2Wb ，电枢电流为Ia=800A ，试问：电磁转矩和支路电流分别是多少？解： 395.342236622=⨯⨯⨯==ππa pN C T)(35.605800102.2395.342m N I C T a T em ⋅=⨯⨯⨯==-Φ支路电流：A a I i a a 20048002===4. 某他励直流电动机的额定电压U N =220V ，额定电流电流为I N =10A ，额定转速n N =1500r/min ，电枢回路总电阻R a =0.5Ω，试求： （1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩；（2）保持额定时励磁电流及总负载转矩不变时，端电压降为190V ，则稳定后的电枢电流和转速是多少？（忽略电枢反应）解： （1）由于他励Ia N = I N =10A ，所以V R I U E a N N aN 2155.010220=⨯-=-=)(215010215W I E P a a M =⨯==)(7.1315002602150260m N n P P T N M NM⋅=⨯⨯=⨯==ππΩ（2）由于fN f I I =不变，忽略电枢反应，则有N ΦΦ=，又因总负载转矩不变 则10=====N aN NT N T a I I C T C T I ΦΦ A 1855.010190=⨯-=-=a a a R I U E V由于N ΦΦ=，所以12912151500185=⨯=⨯=⇒=aN N a a N aN E n E n n E n E r/min 5. 某并励直流电动机在某负载时的转速为n=1000r/min ，电枢电流为Ia=40A ，端电压为U=110V ，电枢回路总电阻为R a =0.045Ω，其他条件不变，但总负载转矩T L 增大为原来的4倍，试求：稳定后的电枢电流及转速分别为多少？（忽略电枢反应）解：当负载为T L 时，2.108045.040110=⨯-=-=a a a R I U E V当负载为L L T T 4='时， 稳定后16040444=⨯==='='a T LT L aI C T C T I ΦΦ A 8.102045.0160110=⨯-='-='a a aR I U E V 由于Ф不变，1.9502.10810008.102=⨯='='⇒''=a a a a E n E n n E n E r/min第3章 直流电动机的电力拖动3.1 简答题1. 写出他励直流电动机的固有机械特性方程式，说明各物理量的含义，并绘制机械特性曲线。

答： em NT e aN e T C C R C n 2N U Φ-Φ=； 其中，n---转速；U N ---额定电压；Ce---电动势常数； Ct---转矩常数； ΦN ---每极磁通；Tem---电磁转矩。

2. 一般的他励直流电动机为什么不能直接启动？采用什么启动方法较好？ 答：直接启动由于电枢电动势0=Φ=n C E e a ，最初启动电流aS R UI =，若直接启动，由于a R 很小，S I 会十几倍甚至几十倍于额定电流，无法换向，也会过热，因此，不能直接启动；较好的启动方法是降低电源电压启动，启动过程中随着转速不断升高逐渐提高电源电压，始终保持max a S I I ≤，直到N U U =，启动便结束。

3．直流电动机的电磁转矩是拖动性的转矩，电磁转矩增大时，转速似乎应该上升，但从直流电动机的转速和转矩特性看，电磁转矩增大时，转速反而下降，这是什么原因？答： 电磁转矩a T I C Φ=em T ； 当T em 增大，则电枢电流I a 增大，反电动势a a a a R I U E -=降低，而反电动势n C E e a Φ=，所以转速n 下降。

4. 请例举几种直流电动机的制动方法，并简要说明其工作原理。

答：1）能耗制动：当需要制动时，将开关S 投向制动电阻RB 上，电动机便进入能耗制动状态。

2）反接制动：反接制动分为电压反接制动和倒拉反接制动两种。

3）回馈制动：电动状态下运行的电动机，在某种条件下（如电动机拖动的机车下坡时）会出现运行转速n 高于理想空载转速n0的情况，此时Ea>U ，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变：由驱动转矩变成制动转矩。

从能量传递方向看，电机处于发电状态，将机车下坡时失去的位能变成电能回馈给电网，这种状态称为回馈制动状态。

3.2 计算题1.他励直流电动机额定数据为：P N =22kW ，U N =220V ，I N =115A ，n N =1500r/min ，电枢回路总电阻R a =0.1Ω，忽略空载转矩T 0，电动机带额定负载运行时，要求把转速降到1000r/min ，若采用电枢串电阻调速，需要串入的电阻值？解：139.015001.0115220=⨯-=-=ΦN a N N N e n R I U C 7.1582139.02200==Φ=N e N C U n r/min 额定转速降落m in /7.8215007.15820r n n n N =-=-=∆串电阻后转速降落m in /7.58210007.15820r n n n =-=-=∆，设电枢串电阻为R ，则有Na a n n R R R ∆∆=+，所以Ω=-⨯=-∆∆=605.0)17.827.582(1.0a a N R R n n R 或：如果负载不变则电枢电流不变，NN e N a I n C U R R 'Φ-=+Ω，可求出外串电阻ΩR 。