直流电机习题课-20101117

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Electric Machinery
(1)空载时，当励磁电流保 持 2 .5 A时，转速变化不改变气 隙磁场 E a 176 E a = C e Φ n, C e Φ = = = 0.2347 n 750 ∴ 当转速为 1000r/min 时 , U 01 = E a1 = C e Φ n1 = 0 .2347 * 1000 = 234 .7 V ( 2 )当转速为 900 r / min 时， U 02 = E a 2 = C e Φ n 2 = 211 .2 V (3) 计算满载时的电动势 E aN = U N + I aN Ra = 230V + 10 A × 1 .5Ω = 245V ( E aN = U N + I aN R + 2 ∆ U s = 230V + 10 A × 1 .3Ω + 2V = 245V ) PeN = E aN I aN = 245V × 10 A = 2 .45 kW
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Uf If
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(1)励磁绕组的电阻和变阻器电阻 Rf = = 220V 220V = 24.44Ω, R变 = − R f = 26.718Ω 9A 4. 3 A
(2)由于是恒转矩负载，变阻器短路前后Te不变 Ea I a Ea1 I a1 Ea 2 I a 2 Te = = const , = Ω n1 n2 当R变 = 26.718时 Ea1 = U − I a1 Ra = 220V − 100 A × 0.1Ω − 2 = 208V 当变阻器短路时： Ea 2 = U − I a 2 Ra = 220 − I a 2 × 0.1 − 2 ∴ 208V ×100 A (220V − I a 2 × 0.1 − 2) × I a 2 = 1450r / min 850r / min 解方程得：I a 2 = 57.457 A (3)Te = Pe 208V ×100 A = = 136.98 N ⋅ m 1450r / min Ω 2π 60
U − IaR n = C eφ
1.剩磁的影响。 1.剩磁的影响。 剩磁的影响
a
φ 的一部分用来抵消剩磁
2.电枢位置不在几何中心线。 2.电枢位置不在几何中心线。If变向前后直轴电枢反应的效 电枢位置不在几何中心线 果是相反的，导致Φ 果是相反的，导致Φ不一样
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· · ·
· ·
· · · · · · ·
· · · · · · · + + + + +
Fa
++
β
bβ
Faq
++ +++ ++
bβ
· · ·
·
Fad
·
+ + ++
+
+ b + β + + b β +
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1 直流发电机中，当电刷顺电枢旋转方向移动一个角度，电枢反应的
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3-13 一台四极 一台四极82kW，230V，970r/min的并励发电机，R（750）＝ 的并励发电机， ， ， 的并励发电机 0.0259Ω R f（750）＝22.8Ω 额定负载时励磁回路中 串入 串入3.5 的调节电 ， （ 阻，电刷压降为2V，铁耗和机械损耗共2.5kW，杂散损耗为额定功率的 电刷压降为 ，铁耗和机械损耗共 ， 0.5％，试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。 ％，试求额定负载时发电机的输入功率 ％，试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率和效率。
不计磁饱和时： 交轴电枢反应既无增磁、亦无去磁作用 不计磁饱和时： 交轴电枢反应既无增磁、 计磁饱和时： 交轴电枢反具有一定的去磁作用 计磁饱和时：
b0 ba(x)
O
bδ(x)
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（二）直轴电枢反应： 直轴电枢反应： 若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度， 若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度， 对主极磁场而言，直轴电枢反应将是去磁的。 对主极磁场而言，直轴电枢反应将是去磁的。若电 刷逆着旋转方向移动一度，直轴电枢反应时增磁的。 刷逆着旋转方向移动一度，直轴电枢反应时增磁的。 电动机的情况恰好相反。 电动机的情况恰好相反。
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P1＝Pe＋P0＝
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＝88.198＋2.5＋0.5％×82＝91.108kW 88.198＋2.5＋0.5％ 82＝
P2 82 η= = *100% = 90% P1 91.108
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ห้องสมุดไป่ตู้
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3-15 一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车， 一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车， 仅改变励磁电流的方向后重新启动运转， 仅改变励磁电流的方向后重新启动运转，发现此时转速与原 来不同，是什么原因？ 来不同，是什么原因？ 分析：转速变化，由于仅有If方向变化，U、Ia、Ra都没 变化，由下式可知一定是主磁通 φ 变化了。
(1) (2) (3)
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78 120 150 176 194 206 225 240
额定转速、励磁电流为2.5A时，空载电压为多少？ 额定转速、励磁电流为2.5A时，空载电压为多少？ 若转速为900r/min，空载电压为多少？ 若转速为900r/min，空载电压为多少？ 满载时电磁功率为多少？
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If不变 Φ不变
他励空载： 他励空载：Ea＝U0=Ce n Φ
n
20％ 20％
U0
20％ 20％
并励空载： 并励空载：Ea＝U0=Ce n Φ＝RfIf
n
U0
Rf不变
If
Φ
n
9
U0
增幅大于20％ 增幅大于20％
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3-12 一台他励直流发电机的额定电压为230V，额定电流为 一台他励直流发电机的额定电压为230V， 10A，额定转速为1000r/min，电枢电阻R=1.3 10A，额定转速为1000r/min，电枢电阻R=1.3 ，电刷压降 2∆Us=2V，励磁绕组电阻Rf=88 。已知在750r/min时的空载 =2V，励磁绕组电阻R 已知在750r/min时的空载 特性如下表示 If/A 0.4 1.0 1.6 2.0 2.5 3.0 3.6 4.4 5.2 E0/V
励磁支路总电阻R 220/4.3＝ 励磁支路总电阻R＝220/4.3＝51.16 Ω Rf=220/9=24.44 Ω R滑 =51.16-24.44＝26.72Ω =51.16-24.44＝ Tl不变，机械损耗等不计 不变，
Tl = Tem = C T φ1I a 1 = C T φ 2 I a 2 Ia1 Ia 2 E2 φ2 E 2 n1 C en 2 = = = .......... ...(*) E1 φ1 E 1n 2 C e n1
分析思路： 分析思路：负载时的电枢磁动势和电枢反应 电枢电流i 电枢电流 a 电枢磁动势f 电枢磁动势 a
空载磁场b 空载磁场 0
电枢反应
电枢磁场b 电枢磁场 a
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气隙合成磁场b 气隙合成磁场 δ
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Electric Machinery b）合成磁场分布
(一)交轴电枢反应 a）负载时的合成磁场
分析： 分析：并励发电机
额定负载时： 额定负载时：If = U N (R f +R串) = 230（22.8+3.5） 8.745A = I=P/UN=82000/230=356.52A Ia＝ I + If＝365.265A Pe＝P2+Ia2R + 2△UsIa＋If2Rf＝88.197kW
或者： Pe＝EaIa＝(U+ I aR+2△Us)Ia=(230+365.27*0.0259+2)*365.265＝ R+2△ =(230+365.27*0.0259+2)*365.265＝ 或者： 88.197kW（推荐） 88.197kW（推荐）
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直流电机
卢 斌
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3-1 直流电机有哪些励磁方式
励磁方式
他励 并励
U Ea,Ia I + Uf - I f + U Ea I +
自励 串励
U I=If Ea + Ia
复励
U Ea I + Ia If
U=Uf
Ia If
2
Ia=I
Ia=I+If
Ia=I=If
Ia=I+If
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3-6 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，
质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？ 质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？ 如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质又是怎样？ 如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质又是怎样？
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3-17 一台 一台96kW的并励直流电动机，额定电压为 的并励直流电动机， 的并励直流电动机 额定电压为440V，额定电流为 ， 255A,额定励磁电流为 ，额定转速为 额定励磁电流为5A，额定转速为500r/min，电枢电阻为 额定励磁电流为 ，电枢电阻为0.07欧， 欧 电刷压降2∆Us=2V，不计电枢反应，试求（1）电动机的额定输出转距； 电刷压降 ，不计电枢反应，试求（ ）电动机的额定输出转距； （2）额定电流时的电磁转矩（3）电动机的空载转速。 ）额定电流时的电磁转矩（ ） 输出转矩 T 2 =
3-16 一台 一台17kW、220V的并励直流电动机，电枢总电阻 ＝0.1欧，电刷压降为 的并励直流电动机， 、 的并励直流电动机 电枢总电阻Ra＝ 欧 2V，在额定电压下电枢电流为 ，在额定电压下电枢电流为100A，转速为 ，转速为1450r/min,并励绕组与一变阻器串 并励绕组与一变阻器串 联以限制励磁电流为4.3A。当变阻器短路时，励磁电流为9A，转速降低到 联以限制励磁电流为 。当变阻器短路时，励磁电流为 ， 850r/min,电动机带有恒转矩负载，机械损耗等不计，试计算（1）励磁绕组的电 电动机带有恒转矩负载， 电动机带有恒转矩负载 机械损耗等不计，试计算（ ） 阻和变阻器电阻（ ）变阻器短路后，电枢电流的稳态值；（ ；（3） 阻和变阻器电阻（2）变阻器短路后，电枢电流的稳态值；（ ）电磁转矩值
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3-7 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是 直流？ 直流？为什么在稳态电压方程中不出现元件本身的电感 电动势？ 电动势？
电枢元件内的电动势和电流是交流
直流发电机：尽管单个元件内的电动势是交流， 直流发电机：尽管单个元件内的电动势是交流，但稳态电 压方程考察的对象是电刷间的输出电动势（ 压方程考察的对象是电刷间的输出电动势（由于换向器的 整流”作用，电刷间输出电动势是直流电动势）， ），所以 “整流”作用，电刷间输出电动势是直流电动势），所以 不会出现元件本身的电感电动势 直流电动机： 直流电动机：导体中的电流随其所处的磁极极性的改变而 同时改变方向，使得电磁转矩不变。 同时改变方向，使得电磁转矩不变。换向器将外电路的直 流电改变为线圈内的交流电(“逆变 作用)。 逆变” 流电改变为线圈内的交流电 逆变”作用 。电压方程与 元件的电感电动势无关。 元件的电感电动势无关。
性质是： (1) 使主磁场发生畸变 （2）具有去磁作用是主磁场减弱 直流发电机中，当电刷逆电枢旋转方向移动一个角度，电枢反应的性 质是： (1)使主磁场发生畸变 （2）具有去磁作用是主磁场增强 2. 直流电动机中，当电刷顺电枢旋转方向移动一个角度，电枢反应的 性质是： (1) 使主磁场发生畸变 （2）具有去磁作用是主磁场增强 直流电动机中，当电刷逆电枢旋转方向移动一个角度，电枢反应的 性质是： (1) 使主磁场发生畸变 （2）具有去磁作用是主磁场减弱
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3-11 一台他励发电机的转速提高 ％，空载电压会提高多 一台他励发电机的转速提高20％， ％，空载电压会提高多 不变）？若为并励发电机， ）？若为并励发电机 少 （If不变）？若为并励发电机，则电压升高的百分值 比他励发电机多还是少(Rf不变)？ 比他励发电机多还是少 不变 ？
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直流电机稳态电压方程式
发电机： 发电机：
Ea=U+IaR+2∆Us=U+IaRa Ia=I+If （并励）， a=I（他励、串励） 并励）， ），I （他励、串励）
电动机： 电动机：
U=Ea+IaR+2∆Us=Ea+IaRa Ia=I-If（并励）， a=I（他励、串励） 并励）， ），I （他励、串励）