电机与电气控制技术第2版 习题解答 第三章 直流电机

《电机与电气控制技术》第2版习题解答

第三章直流电机

3-1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用

答：直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引入的装置。在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流，产生恒定方向的转矩，使电枢旋转。

3-4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C t I a1，E a=C e n中各物理量的涵义。

答：直流电动机电磁转矩T=C T I a

式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数；

：每极磁通；

I a：电枢电流、

T：电磁转矩。

直流电动机电枢电动势公式E a=C e n

式中：C e：与电动机结构有关的另一常数，称电动势系数；

：每极磁通；

n：电动机转速；

E a：电枢电动势。

3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势

答：直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁力线，产生感应电动势，由于该电动势方向与电枢电流的方向相反，故称为反电动势。

3-6试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么

答：直流电动机的基本方程式有电动势平衡方程式、功率平衡方程式和转矩平衡方程式。

1）电动势平衡方程式：U=E a+I a R a

式中U：电枢电压；

E a：电枢电动势；

I a：电枢电流；

R a：电枢回路中内电阻。

2）功率平衡方程式：

电动机的输入电功率P1=P em+P cua

式中P em：电磁功率

P cua：电枢绕组的铜损

电动机输出的机械功率：P2=P em P Fe P m=P1P cua P Fe P m

式中P Fe：电枢铁心损耗；

P m：机械损耗；

P1：电动机输入的电功率。

3）转矩平衡方程式：T2=T T0

式中T2：电动机轴上输出的机械转矩；

T：电动机电磁转矩；

T0：空载转矩。

.何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。

答：直流电动机的机械特性是在稳定运行情况下，电动机的转速n与机械负载转矩T L之间的关系，即n=f(T L)。机械特性表明电动机转速因外部负载变化而变化的情况，由于电动机电磁转矩T近

似等于负载转矩T L ，故n=f(T L )常写成n=f(T)。

他励直流电动机的机械特性方程式为： 2e e t U R n T C C C φφ=- 当U 、R 、数值不变时，转速n 与电磁转矩T 为线性关系。

何谓直流电动机的固有机械特性与人为机械特性

答：当他励直流电动机的电源电压U 、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，其机械特性方程式为：

2

N a e N e t N U R n T C C C φφ=- 人为地改变电动机电源电压U ，气隙磁通和电枢回路串联电阻R pa 等参数，获得的机械特性为人为机械特性。

写出他励直流电动机各种人为机械特性方程式。

答：1）改变电源电压时的人为机械特性方程式。

2

a e N e T N R U n T C C C φφ=- 2）改变磁通时的人为机械特性方程式：

2

N a e e T U R n T C C C φφ=- 3)电枢回路串接电阻R pa 时的人为机械特性方程式。

2

a pa N e N e T N R R U n T C C C φφ+=- 3-10 直流电动机一般为什么不允许采用全压起动

答：直流电动机全压起动时起动电流I st =U N /R a ，由于电枢电阻R a 很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的10~20倍，起动转矩T st =C T N I st 也很大。过大的起动电流一方面引起电网电压下降，影响其他用电设备正常工作，另一方面电动机本身的换向器产生剧烈的火花。而过大的起动转矩将使电动机轴上受到不允许的机械冲击。所以一般不允许采用全压起动。

3-12 他励直流电动机实现反转的方法有哪两种实际应用中大多采用哪种方法

答：他励直流电动机实现反转的方法有改变电枢电压极性与改变励磁电流方向两种。实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。

3-13 他励直流电动机电气制动有哪几种

答：他励直流电动机常用的电气制动有能耗制动、反接制动和发电回馈制动三种。

3-14 何谓能耗制动其特点是什么

答：能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并联接到一个外加的制动电阻R bk 上构成闭合回路。电枢断开电源后，仍按惯性旋转，电枢仍产生电枢电动势，产生电枢电流。但由于电枢电压U=0，由电枢电动势产生的电枢电流为负值，其方向与电动状态时的电枢电流方向相反，由此产生的电磁转矩T 方向也与电动机电动状态时的转速方向相反，电磁转矩T 成为一个制动转矩，使n 迅速下降至零。

在制动过程中，电动机把拖动系统的动能转变为电能并消耗在电枢回路的电阻上，故称为能耗制动。

对于反抗性负载采用能耗制动能获得准确停车。

对于位能性负载，在下放重物时采用能耗制动，先经历电动机能耗制动使电动机转速n=0，然后在位能负载转矩T L 作用下反转，进入稳定能耗制动运行状态。

3-15 试分析电枢反接制动工作原理。

答：电枢反接制动时，是将电枢反接在电源上，同时电枢回路串接制动电阻R bk。在电枢电源反接瞬间，转速n因惯性不能突变，电枢电动势Ea也不变，但电枢电压U已反向，此时电枢电流Ia 为负值，表明制动时电枢电流反向，于是电磁转矩也反向，与惯性转速方向相反，起制动作用，使电动机转速在电磁转矩与摩擦转矩共同作用下迅速下降并至零，若要准确停车，当n接近零时，应立即切断电源，否则将进入反向起动。

3-16 试分析倒拉反接制动工作原理，能实现倒拉反接制动的条件是什么

答：倒拉反接制动发生在起重电动机工作在提升重物的情况下。提升电动机原工作在正转电动状态，D、n a转升提升。当要下放重物时，采用的起重电动机电枢电压极性不变，仍为正转接线，但在电枢电路中串入较大电阻R bk，这时电动机转速因惯性不变，但电枢电流下降，电动机电磁转矩T下降，于是电磁转矩T负载转矩T L，电动机减速至零。转速等于零时，T L仍大于T，在位能负载转矩T L作用下，电动机反向，现在的电磁转矩仍保持原提升方向。与转速n方向相反，电动机处于制动状态，当T=T L时，电动机以稳定转速n b下放重物。由于此运行状态是由位能负载转矩拖动电动机反转而产生，故称为倒拉反接制动。

产生或实现倒拉反接制动的条件是：提升电动机在较大位能负载作用下，电柜回路要串入较大电阻。

3-17 何谓发电回馈制动其出现在何情况下

答：发电回馈制动是指当电动机转速高于电动机理想空载转速，即n n a时，由于电柜电动势E a 大于电柜电压U，从而使电柜电流反向，相当于电动机向电源回馈电能，此时电磁转矩T方向与电动状态时相反，而转速方向未变，起制动作用，电动机处于发电回馈制动状态。

发电回馈制动出现在位能负载高速拖动电动机时与电动机降低电枢电压调速时。

3-18 他励直流电动机调速方法有哪几种各种调速方法的特点是什么

答：他励直流电动机的调速方法有降低电枢电压调速、改变电枢回路串接电阻调速和减弱电动机励磁磁通调速。