电机学作业及答案(直流电机)

直流电机章节作业

1. 一台Z 2型直流发电机，额定功率为P N =145千瓦，额定电压U N =230伏，额定转速n N =1450

转/分，求该发电机的额定电流？

解： A U P I N N N 4.630230

145000=== 2. 把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（激磁电阻保持不变）？若是一台并激发电机，则电压升高得多还是少（激磁电阻保持不变）？

解： n C E U e a Φ==0

对于他励发电机： C R U I f f f ==

， 即Φ=C ，

故

0'''02.12.1)2.1(U n C n C n C E U e e e a =Φ=Φ=Φ==，空载电压增加1.2倍。 对于并励发电机：若Φ=C 情况同上，空载电压U o 增加1.2倍，但由于U o 增加的同时，f f R U I 0

=

也相应加，从而导致Φ也增大。所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。

3. 何谓直流电机的电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？公式n C E e a Φ=和a T em I C T Φ=中的Φ应是什么磁通？

答：直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强. 公式中的Φ为每个极面下的气隙磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.

4. 一台四极82kW ，230V 、970rpm 的他励直流发电机，如果负载时每极的合成磁通量恰好等于空载额定转速下产生额定电压时每极磁通量，请计算电机输出额定电流时的电磁转矩。 解：由题意可知，空载时：N N e U n C E =Φ=0 所以额定情况下：N

N N e N T N N e N T aN T e U P n C U C I n C U C I C T ==Φ= m N m N n P N N ⋅=⋅⨯⨯==3.807970

108255.955.93

5.一台并励直流发电机，min /1450,115,35r n V U kW P N N N ===，电枢回路电阻Ω=0243.0a R ，一对电刷压降V U b 22=∆，励磁回路电阻Ω=1.20f R ，求额定时的电磁功率和电磁转矩？

解：励磁电流

A R U I f f 72.51.20115===

负载电流

A U P I N N N 3.30411535000===

电枢电流 A

I I I f N a 31072.53.304=+=+= 电枢电动势

V U R I U E b a a N a 533.12420243.03101152=+⨯+=∆++=

电磁功率 W I E P a a M 23.38605310533.124=⨯==

电磁转矩

Nm n P T N M M 2.2541450605.3895509550=⨯== 6.试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？

答： 讨论他励和并励发电机

a a a R I E U -=

他励发电机：稍下倾曲线（端电压U 随负载电流I 增大稍有下降），原因有：

①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁

通减小，使电枢电动势E a 减小。

②负载增加，电枢绕组电阻压降I a R a 增大。并

励发电机：下倾曲线（端电压U 随负载电流增大下降幅度较他励发电机大），原因是：除①、②两原因与他励发电机相同外，因并励发电机的I f =U /R f ， 因此

由①、②原因引起U 减小，致使I f 减小（他励发电机I f 不变），磁通Φ减小，E a 进一步减小，致使端电压下降幅度较大。

7.并激直流发电机正转能自激，反转能否自激？为什么？如果反接励磁绕组，电机并以额定转速反转，这种情况能否自激建压？

答：不能自激，由于反向旋转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，其产生的磁通方向与剩磁方向相反，将剩磁抵消。

能自激建压，电机反转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，由于反接励磁绕组，励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向相同，使磁通增大，感应电势越来越大，建立起电压。

8.并激直流电动机的起动电流取决于什么？正常工作时的电枢电流又决定于什么？

答：起动时：n=0, n C E e a Φ=

a a a a R U R E U I =-=

起动电流大小取决于外加电压和电枢回路电阻。

正常工作时，由于反电动势Ea 的作用，此时 Φ≈Φ=-=

T T em a a a C T C T R E U I 2

故工作时，电枢电流大小却取决于负载转矩的大小。

N U 题图2-12 机械特性曲线

9.一台并励直流电动机，

A I r n V U kW P N N N N 9.88min,/3000,220,17====，电枢回路总电阻Ω=114.0a R ，励磁回路电阻Ω=5.181f R ，忽略电枢反应的影响，求：

（1）电动机的额定输出转矩；

（2）额定负载时的电磁转矩；

（3）额定负载时的效率；

（4）在理想空载时（0=a I ）的转速；

（5）当电枢回路中串入一电阻R=0.15Ω时，在额定转矩下的转速

解： ①额定输出转矩 Nm n P T N N N 1.5430001795509550=⨯==

②额定负载时电磁转矩：

励磁电流

A R U I f N f 21.15.181220===

电枢电流 A

I I I f N a 7.8721.19.88=-=-= 07.03000114.07.87220=⨯-=-=

ΦN a a N N e n R I U C

Nm I C I C T a N e a N T em N 63.587.8707.055.955.9=⨯⨯=Φ=Φ=

③额定负载时效率 869.09.88220170001=⨯===N N N N I U P P P η ④min /314307.02200r C U n N e N ==Φ=

⑤当电枢回路串入Ω=15.0R ，在

N T 时转速： min /281207.0)15.0114.0(7.87220)(r C R R I U n N e a a N =+-=Φ+-=

10.一台17kW 、220V 的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12欧，电枢总电阻为0.2欧，在额定电压下运行时，电枢电流65A ，转速为670rpm 。试确定因负载增大而使得电枢电流增大到75A 时，电动机的转速和电磁转矩（假设磁路线性）

解：V U N 220=：A I a 65=时，转速min 670r n =

()V V V R R I U E f a a N a 2.199)2.012.0(65220=+⨯-=+-=

A I a 75'=时：()

V V V R R I U E f a a N a

196)2.012.0(75220''=+⨯-=+-= min 3.571min 67075652.199196'''''r r n C C E E C E n e e a a e a =⋅⋅=⋅ΦΦ⋅=Φ=