电机与拖动基础习题1第36章.doc

电机与拖动基础习题1(第3-6章)第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用?在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。

在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。

2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率?直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分? 磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分?直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。

磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。

4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空载运行时的转向?通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。

改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。

5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗?电枢铜损耗随负载变化吗?直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。

铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。

这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。

当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。

它与负载的变化几乎没有关系。

电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。

电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。

6、他励直流电动机的电磁功率指什么?在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。

7、 不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的? 如果电枢反应去磁作用很明显,对机械特性有什么影响？因为负载转矩增大，导致点数电流增大，电枢电动势下降显然引起转速下降。

如果电枢反应去磁作用明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。

二、计算题：1、某他励直流电动机的额定数据为: P N = 17kW, U N =220V , n N = 1500 r / min,η N = 0 .83。

计算 I N , T 2 N 及额定负载时的P 1 N 。

2、已知某四极他励直流电动机的额定功率P N =100kW ，额定电压U N =330V ，额定转速n N =730r/min ，额定效率h N =91.5%，额定运行时每极气隙磁通F N =6.98×10-2Wb ，电机电枢绕组采用单波绕组，电枢总导体数N =186。

求额定感应电动势和额定电磁转矩。

解：（1）计算额定感应电动势极对数为： p =2；支路对数： a =1；电动势常数为： 感应电动势为：（2）计算额定电磁转矩 电枢电流为： 电磁转矩为： 3、一台四极他励直流电机，电枢采用单波绕组，总导体数为N =372，电枢回路总电阻为R a=0.21W 。

电机接在电网电压U =220V 上运行，此时转速n =1500r/min ，2.6160186260=⨯⨯==a pN C e V 316V 7301098.62.6Φ2N a =⨯⨯⨯==-n C E e A331A 915.0330101003N N N N =⨯⨯==ηU P I mN 1378m N 3311098.62.655.9Φ2N N N ⋅=⋅⨯⨯⨯⨯==-I C T T每极磁通F =0.011Wb ，空载损耗p 0=566W 。

试求（1）电机运行在发电机还是电动机状态；（2）电磁转矩；（3）电机的输入功率；（4）效率。

解:(1)电机的运行状态由题意得知，并联支路数a =1，则电枢感应电动势为：可见，电机运行在电动机状态。

(2)电磁转矩电枢电流为： 电磁转矩为：(3)输入功率输入功率为：(4)效率输出功率为： 效率为： 4、有一他励直流电动机接在额定电压为220V 的电网上额定运行时，电动机的额定电枢电流I a=15A ，电枢回路总电阻R a=0.7Ω。

试求：（1）电动机额定运行时的反电动势；（2）若因某种原因，使电网电压下降至200V ，但励磁电流和负载转矩均未发生变化，求在达到新平衡点后电动机的反电动势。

解：（1）额定运行时的反电动势 （2）新平衡点时的反电动势 三、应用题1、如图所示为某钢厂热轧机主轧辊的直流电动机驱动系统。

轧机的轧辊由两台直流电动机分别驱动。

根据工艺要求，轧机工作时，应使两台电动机的转速一致，以保证钢材质量。

为使两台电动机转速一致，需采用转速闭环控制，通过调节电枢电压，使两台电机转速同步。

试简述该系统的原理。

()V5.209V 7.015220a a N aN =⨯-=-=R I U E ()V5.189V 7.015200a a a =⨯-=-=R I U E 220V V6.204V 1500011.01603722Φ60a =<=⨯⨯⨯⨯==U n a pN E A 3.73A 21.06.204220a a a =-=-=R E U I m N 52.95m N 21.06.204220011.0123722Φ2Φ2a a a ⋅=⋅-⨯⨯⨯⨯=-==πππR E U a pN I a pN T kW 13.16W 3.73220a 1=⨯==UI P ()kW43.14W 5663.736.2040a a 2=-⨯=-=p I E P %5.89%10013.1643.1412=⨯==P P η图中来自上位控制调节器的速度指令信号同时送给两个直流驱动系统的控制器，直流驱动系统的控制器根据转速偏差改变晶闸管整流装置（VT）的触发脉冲角度，以调节直流电动机的电枢电压，达到控制转速的目的。

为了使电枢电流平滑，主回路中串入了电抗器L。

第四章：他励直流电动机的运行一、简答题：1、一般的他励直流电动机为什么不能直接启动? 采用什么启动方法比较好?他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=CeΦn=0,最初启动电流IS=U/Ra,若直接启动,由于Ra很小,IS会十几倍甚至几十倍于额定电流,无法换向,同时也会过热,因此不能直接启动。

比较好的启动方法是降低电源电压启动,只要满足T≥(1.1～1.2)TL 即可启动,这时IS≤Iamax。

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Ia≤Iamax这个条件,直至U=UN,启动便结束了。

2、什么是固有机械特性和人为机械特性？试说明他励直流电动机的各种人为机械特件的变化特点。

固有机械特性是指在电源电压U=U N，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻R c=0时，n=ƒ(T)的机械特性。

当改变电气参数如变电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到的机械特性称为人为机械特性。

（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性的特点①理想空载点n0与固有机械特性的相同；②斜率b随外串电阻R c的增大而增大，使特性变软。

（2）改变电枢电源电压时的人为机械特性①理想空载点n0与固有机械特性的相同；②斜率b随外串电阻R c的增大而增大，使特性变软。

（3）减弱气隙磁通时的人为机械特性①与固有机械特性比，斜率β随磁通Ф减少而增大，特性变软；②特性的理想空载转速n0随气隙磁通Ф减弱而增大，故特性上移。

3、直流电动机起动有哪些要求？直流电动机常用的起动方法有哪些？各种起动方法的主要特点是什么？为什么一般直流电动机不能采用直接起动？①起动电流的小；②起动转矩的大；③起动时间的短；④起动过程的平稳性；⑤起动过程的经济性。

启动方法：直接起动、降压起动、电枢回路串电阻起动；直接起动的特点：不需附加起动设备，接线最简单，操作方便。

但由于自身电枢电阻大，可以直接起动外，一般直流电动机不允许直接起动。

减压起动的特点：起动平稳，起动过程中能量损耗小，可实现软起动；但是需一套专用调压设备，投资大。

电枢回路串电阻起动方法特点：设备简单，操作方便；但是起动过程中能量损耗大，不适用于频繁起动的场合。

起动瞬间，转速n=0，电枢反电动势未建立，E a=C e Fn=0，使额定电压全部加在电枢内阻R a上，此时起动电流I s=U N/R a，由于R a很小，故I s很大，为额定电流I N的10～20倍，如此大的起动电流会造成换向困难，严重时会出现环火；过大的I s会引起电网电压的波动，影响接于同一电网的其他用电设备的正常运行；4、起动他励直流电动机时为什么一定要先加励磁电压？如果未加励磁电压，而将电枢电源接通，将会发生什么现象？不加励磁电压的话，励磁回路不能建立磁场，电枢通电后没有磁感线可以切割，无法产生动力，电机不转，时间稍微长点，电机会烧掉。

5、试分别说明他励直流电动机能耗制动、反接制动、回馈制动的实现方法、基本原理和制动性能。

6、什么是电气调速？怎样评价调速性能的好坏？调速范围与静差率之间有什么关系？选择调速方法的原则是什么？改变电机的电气参数从而改变电机的运转速度叫做电气调速静差率与调速范围是相互制约的两个指标，如果系统对静差率要求高（静差率越小），则调速范围越小；反之，如果系统对静差率要求不高，则可得到较大的调速范围。

调速范围与静差率要合适，调速平稳，调速经济8、电气调速有哪几种？各种调速方式的主要特点是什么？降低电枢电源电压调速；电枢回路串电阻调速；减弱磁通调速降低电枢电压调速方法的特点：人为机械特性与固有机械特性平行，静态稳定性好，调速范围大，如果能连续改变电枢电压，则转速能平滑调节，调速平滑性好，能实现无级调速，调速过程中能量损耗小，但需要一套专门的调压设备，初投资较大。

电枢串电阻调速方法的特点：串入电阻越大，特性越软，空载或轻载时调速效果不明显，静态稳定性差，调速范围不大，因电阻是分段调节，故属于有级调速，调速过程中能量损耗大，但设备简单，操作方便，投资少。

减弱磁通调速方法的特点：机械特性斜率大，静态稳定性差，由于是在基速以上调速，电动机最高转速受换向能力和机械强度的限制，一般为（1.2~2）n N，故调速范围有限，但励磁电流的控制与调节方便，调速过程中能量损耗小，易实现无级调速。

二、计算题：1、一台他励直流电动机额定数据为：P N=100kW ，U N=220V ，I N=517A ，n N=1200r/min 。

试求：（1）固有机械特性方程式；（2）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩；（3）额定输出转矩和空载转矩；（4）理想空载转速和实际空载转速；（5）电机额定运行，分别求电枢回路外串电阻R c=0.206Ω时的转速、电压U =50V 时的转速和磁通Φ=75%ΦN 时的转速。