电拖习题解答

第一章 直流电机

1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，a E 又有何区别？它们又是怎样产生的？

解：直流发电机的电磁转矩T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势E a 大于电枢端电压U ，直流电动机的电枢电动势E a 小于电枢端电压U ，电枢电动势E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。

1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？

解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变）

1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？

解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向一个方向旋转。

1-6 一台Z2型直流发电机，min,/1450,230,145r n V U kW P N N N ==-求该发电机额定电流。 解： A U P I N N N 43.630230

101453

=?== 1-7 一台Z2型直流电动机，min,/1500%,90,220,160r n V U kW P N N N N

===-η求该额定电流是多少？

解： A U P I N N N N 08.8089

.022*******=??==η 1-12 如何判断直流电机是发电机运行还是电动机运行？它们的电磁转矩、电枢电动势、电枢电流、端电压的方向有何不同？

解：用E a 与U 的关系来判断：直流发电机的E a >U ，电枢电流I a 与电枢电动势E a 同方向，电磁转矩T 是制动性质的(方向与转向n 相反)，电流是流到电压U 的正端；直流电动机的U > E a ，电枢电流I a 与电枢电动势E a 反方向，电磁转矩T 是驱动性质的(方向与转向n 相同)，电流是从电压U 的正端流出的。

1-13 直流电机的励磁方式有哪几种？在各种不同励磁方式的电机中，电机输入（输出）电流I 与电枢电流I a 及励磁电流I f 有什么关系？

解：直流电机的励磁方式有四种：他励、并励、串励、复励。以直流电动机为励：他励的I=I a （与I f 无关），并励的I= I a + I f ，串励的I= I a = I f ，复励的I= I a + I f 并 。

1-14 一台并励直流电动机，U N =220V ，I N =80A ，电枢回路总电阻R a =0.036Ω,励磁回路总电阻R f =110Ω，附加损耗85.0,01.0==n s pN p η。试求：①额定输入功率P 1；②额定输出功率P 2；③总损耗p E ；④电枢铜损耗cua p ；⑤励磁损耗f p ；⑥附加损耗s p ；⑦机械损耗和铁心损耗之和o p

解：A I I I A R U I f N a f N f 78280 2110

220=-=-==== 1831.38W

149.6-440-219.02-2640 2640149601760060.1491496001.001.01496085.0176001760080220440

110202.219036.078111

2222==---=+==-=-==?===?=?==?===?===?==∑∑s f cua Fe m o

N N S N N N N f f f a a cua

P P P p P P ：P W P P p ：W P ：p

W P ：P W

I U ：P W R I ：P W R I ：P 空载损耗总损耗附加损耗额定输出功率额定输入功率励磁损耗电枢铜耗η

1-15 一台他励直流电动机，额定数据为：min,/1200%,90,220,10r n V U kW P N N N N ===-η电枢回路总电阻Ω=044.0a

R 。试求： 1）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩。2）额定输出转矩和空载

转矩。 解N aN N N N N N N N N I I A U P I I U P ==??==∴= 51.509.02201010 3他励ηη m N T T T m N n P T m N n P T W

I E P V

R I U E R I E U N N N N N em a a em a N N a a a a ?=-=-=?=??==?=?=?==?===?-=-=∴+=96.758.7954.87 58.7955.91200

101055.9 54.8755.91200

07.1100055.9 07.1100051.5078.217 78.217044.051.50220 03

1-19 何谓换向？讨论换向过程有何实际意义？

解：直流电机运行时，电枢绕组的线圈（元件）由一条支路经电刷短路进入另一条支路，该线圈中的电流方向发生改变，这种电流方向的改变叫换向。讨论实际的换向过程，了解影响换向的电磁原因，才能对症下药，实施改善换向的方法。

1-20 换向极的作用是什么？它应当装在何处？换向极绕组应当如何连接？如果换向解：极绕组的极性接反了，电机在运行时会出现什么现象？

换向极的作用是改善换向，它应装在主磁极的几何中心线处，换向极绕组与电枢绕组串联，且使换向极磁通势的方向与电枢磁通势的方向相反。如果极性接错，使两种磁通势的方向相同，那就会更恶化换向，运行时后刷边的火花更大，甚至可能烧坏电刷和换向器。

第二章 直流电机的电力拖动

2-3 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是什么？

解：电力拖动系统稳定运行的必要条件是：电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性曲线有交点；充分条件是：交点（T=T L ）处满足 dT/dn< dT L /dn 。

2-4 他励直流电动机在什么条件下得到固有机械特性)(T f n =

的？一台他励电动机的固有机械特性有几条？人为机械特性有几类？有多少条？

解：他励直流电动机在U=U N ，电枢回路不串入附加电阻，励磁电流I f = I fN （磁通Φ为额定磁通ΦN ）的条件下，得到固有机械特性的。一台他励直流电动机有一条固有机械特性，人为机械特性有降压、电枢回路串电阻、弱磁三大类，有无数条。

2-6 一台直流他励电动机，,115min,/980,220,21A I r nN V U kW P N N N ====电枢电阻Ω=1.0a R 。计算：

1）全压起动时电流I st 。

2）若限制起动电流不超过200A ，采用电枢串电阻起动的最小起动电阻为多少？采用减压起动的最低电压为多少？

解：1）A R U I a N st 22001

.0220=== 2）Ω=-=-=11.0200

220a st N st R I U R 20V

0.1200 =?==a st st R I U

2-9 他励直流电动机，Ω=====202.0min,/1000,94,220,18a N N N R r nN A I V U kW P

求在额定负载下：设降速至800r/min 稳定运行，外串多大电阻？采用降压方法，电源电压应降至多少伏？

解： 201.01000

202.094220 =?-=-=ΦN a a N N e n R I U C

1）Ω=-?-=-Φ-=428.0202.094

800201.0220a a N e pa R I n C U R 2）V R I n C U a N N e 79.179202.094800201.0=?+?=+Φ=

第四章 三相异步电动机

4-2 三相异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？试问工频下2、4、6、8、10极的异步电动机的同步转速各为多少？频率为60Hz 时的呢？

解：三相异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电动机的极对数成反比。工频下2、4、6、8、10极的异步电动机的同步转速各为3000、1500、1000、750、600r/mim ；频率为60Hz 下2、4、6、8、10极的异步电动机的同步转速各为：3600、1800、1200、900、720 r/mim 。

4-3 旋转磁场的转向由什么决定？

解：在三相绕组空间排序不变的情况下，由三相电流的相序决定。

4-4 试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。

解：当三相异步电动机接到三相交流电源上，气隙中产生旋转磁场，则静止的转子绕组便相对切割磁场，感应出电动势。转子绕组是闭合的，就有转子电流产生，该电流再与旋转磁场相互作用，便在转子绕组中产生电磁力f ，而转子绕组中均匀分布的每一导体上的电磁力对转轴的力距之总和即为电磁转矩T ，它驱动转子沿旋转磁场的方向旋转起来。三相异步电动机的转子转速最终不会加速到等于旋转磁场的转速。因为如果同步，转子绕组与旋转磁场之间没有相对运动，就不会感应电动势并产生电流，也不会产生电磁转矩使转子继续转动。所以转子的转速n 总要略低于旋转磁场的转速n 1，这就是异步电动机的“异步”由来。

4-7 一台三相异步电动机的min /960,50r n Hz f N N ==，该电动机的极对数和额定转差率是多少？另有一台4极三相异步电动机，其s N =0.03，那么它的额定转速是多少？

解：因异步电动机额定转速n N 略低于但很接近于对应的同步速，因此选择1000r/min 的同步速，其极对数为

额定转差率： 对4极s N =0.05的电动机：

47505060601=?==n f p 04.01000

960100011=-=-=n n n s N N

n N =n 1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

4-10 一台△联结的Y132M-4异步电动机，其P N =7.5kW ，U N =380V ，n N =1440r/min, ηN =87%,82.0cos =N ?，求其额定电流和对应的相电流。 解：A Cos U P I N N N N

N 97.1582.087.03803105.7331=????==?η

A I I N

N 22.9397

.153 11===∴??接法

4-19 异步电动机主磁通的大小是由外施电压大小决定的还是由空载电流大小决定的？

解：异步电动机主磁通的大小是由外施电压大小决定的（频率一定）。

4-28 为什么异步电动机的功率因总数是滞后？

解：因为三相异步电动机要从电网吸收感性无功电流建立旋转磁场，对电网来说异步电动机永远是一个感性负载，即功率因总数是滞后。只不过空载时，功率因数低些，负载时功率因数高些。

4-29 一台三相异步电动机，s N =0.02，，问此时通过气隙传递的电磁功率有百分之几转化为转子铜耗？有百分之几转化为机械功率？

解：此时通过气隙传递的电磁功率有百分之二转化为转子铜耗。有百分之九十八转化为机械功率。

4-30 一台三相异步电动机输入功率为8.6kW,s=0.034，定子铜耗为425W ，铁耗为210W ，试计算电动机的电磁功率P em 、转差功率p Cu2和总机械功率P m 。

解：电磁功率：P em =P 1-p Fe -p Cu1=8600-210-425=7965W

转差功率：p Cu2=sP em =0.034×7965=270.81W

总机械功率P m = P em - p Cu2=7965-270.81=7694.19W

4-31 有一台Y 联结的4极绕线转子异步电动机，P N =150kW ，U N =380V ，额定负载时的转子铜耗P Cu2=2210W ，机械损耗P m =3640W ，杂散损耗P s =1000W,试求额定负载时：

1）电磁功率P em 、转差率s 、转速n 各为多少？

2）电磁转矩T 、负载转矩T N 、空载转矩T 0各为多少？

解：1）kW p p p P P s m cu N em 85.155164.221.21502=+++=+++=

0142.085

.155210.22===em cu N p p s min /7.1478)0142.01(1500)1(1r s n n N =-=-=

2） m N n P T em ?=?==245.9921500

15585055.955.91 m N n P T N N N ?=?==1.9697

.147815000055.955.9

m N T T T N ?=-=-=145.231.969245.9920

第五章 三相异步电动机的电力拖动

5-10 为什么在减压起动的各种方法中，自耦变压器减压起动性能相对最佳？

解：在减压起动的各种方法中，如果电网限制的起动电流相同时，用自耦变压器减压起动将获得较大的起动转矩，可带动较重的负载起动，这就是自耦变压器减压起动的主要优点之一。另起动自耦变压器的

二次绕组一般有三个抽头，用户可根据电网允许的起动电流和机械负载所需的起动转矩进行选配，较灵活。

5-11 某三相笼型异步电动机的额定数据如下：,380,300V U kW P N N ==min,/1450,527r n A I N N ==起动电流倍数为7，起动转矩倍数K M =1.8，过载能力5.2=m

λ，定子△联结。试求：

①全压起动电流I st 和起动转矩T st 。

②如果供电电源允许的最大冲击电流为1800A ，采用定子串电抗起动，求串入电抗后的起动转矩'st T ，能半载起动吗？

③如果采用Y-△起动，起动电流降为多少？能带动1250N ·m 的负载起动吗？为什么？

④为使起动时最大起动电流不超过1800A 而且起动转矩不小于1250N ·m 而采用自耦变压器减压起动。已知起动用自耦变压器抽头分别为55%、64%、73%三档，则选择哪一档抽头电压？这时对应的起动电流和起动转矩各为多大？

5-11 解：

1）全压起动时的I st 和T st ： A I I N st 368952777=?=?=

m N T K T N M st ?=???==55.35561450

1030055.98.13

2）若采用串电抗器起动，则

N N N st st T T T k T T 5.0428.0)

1800/5277(8.122'<=??== 可见串电抗器后不能满足半载起动的要求，不能采用。

3）若采用Y/△起动

A I I st st 7.12293

36893'=== m N T T st st ?===5.11853

55.35563'<1250m N ? 不能带动1250N.m 的负载起动，故不能采用Y/△起动。

4）若采用自耦变压器起动： 应满足：

1800/52771250/55.3556?≥≥k 即： 432.1687.1≤≤k

698.0159.0≤≤k

取标准抽头：64% 验证：

A A I st 1800151164.05272'<=?=

m N m N T st .1250.76.145664.055.35562'>=?=

5-24 为什么说变频调速是笼型三相异步电动机的调速发展方向？

解：变频调速平滑性好，效率高，机械特性硬，调速范围宽广，只要控制端电压随频率变化的规律，可以适应不同负载特性的要求。是异步电动机尤为笼型电动机调速的发展方向，随着电力电子技术、计算机控制技术的发展，使变频调速得到了广泛应用的保证（变频器实现）。