串励直流电动机的电力拖动
第二部分(直流电机的电力拖动-思考题与习题)Word版
第二部分直流电机的电力拖动思考题与习题1、什么叫电力推拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。
2、写出电力拖动系统的运动方程式，并说明该方程式中转矩正、负号的确定方法。
3、怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？4、研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化成一个单轴系统？简化过程要进行哪些量的折算？折算时各需遵循什么原则？5、起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机承担还是由重物承担？提升或下放同一重物时，传动机构的效率相等吗？6、电梯设计时，其传动机构的上升效率η<0.5，若上升时η=04，则下降=15N·m，则下降时的负载时的效率η是多少？若上升时负载转矩的折算值TL转矩折算值为多少？7、从低速轴往高速轴折算时，为什么负载转矩和飞轮矩都要减小？8、起重机提升某一重物时，若传动效率小于0.5，那么下放该重物时传动效率为负值，此时的特理意义是什么？9、生产机械的负载转矩特性常见的哪几类？何谓位能性负载？10、表1中所列各电力拖动系统的数据不全，请通过计算把空格填满，计算时忽略电动机的空载转矩。
表14 17.6 128 0.85 85 78 5.5 16.5 减速11、表2所列电动机拖动生产机械在稳态运行时，根据表中所给数据，忽略电动机的空载转矩，计算表内未知数据并填入表中。
表2生产机械切削力或重物重F,G/N切削速度或升降速度v/m·s-1电动机转速n/r·min传动效率负载转矩TL/N·m电磁转矩Tem/N·m刨床3400 0.42 975 0.80 起重机9800 提升1.4 1200 0.75下降1.4电梯1500 提升1.0 950 0.42下降1.012、如图所示的运动系统中，已知n1/n2=3,n2/n3=2, GD21=80N·m2，GD22=250N·m2，GD 23=750 N·m2，I’L=90 N·m2，（反抗转矩），每对齿轮的传支效率均为η=0.98，求折算到电动机轴上的负载转长和总飞轮矩。
电机与拖动基础9
四象限可逆式直流PWM变换器
具有四象限运行功能的直流PWM变换器如下图所示。
具有四象限运行的H桥直流PWM变换器
下面对直流PWM变换器在四象限的运行情况分别讨论如下：
第I象限运行： 第I象限对应于直流电机处于正向电动机运行状态，此时，电枢 电流和转速（或反电势）的方向均为正。
图a给出了第I象限运行时主回路的电路图。此时，主开关
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电机与拖动基础
直流电动机的电力拖动
直流电动机的四象限运行
到此为止，他 励直流电动机 四个象限的运 行状态全部讨 论过，现将四 个象限运行的 机械特性画在 一起，如右图 所示。可见， 电动机运行状 态分成两大类， T与n同方向时 为电动运行状 态，T与n反方 向时为制动运 行状态。
第II象限运行的直流PWM变换器
下图给出了第II象限运行时的电枢电压和电流的波形。
第II象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形
由上图可见，电枢两端的平均电压为正，而平均电枢电流为负，表明电功率 由直流电机流向电源。
第III象限运行： 第III象限对应于直流电机处于反向电动机状态，此时，转速 （或反电势）与电枢电流均反向。
电流增加。若
下图a给出了第III象限运行时主回路的电路图。图中，主开关 T3 和T4 同时导通，
T4 关断，则电枢回路通过
短路，如图b所示。 D1
第III象限运行的直流PWM变换器 a、b分别给出了电流连续和断续时的电枢电压和电流波形。
第III象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形 第III象限时系统的运行情况与第I象限类似。
反并联连接的两式下直流电的调速
斩控式PWM变换器（又称为斩波器）可以将恒定的直 流电源电压变换为大小和极性均可调的直流电压，从而方 便地实现直流电动机的平滑调速以及四象限运行。 由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR）， 其开关频率高，系统的动态响应快，调速范围宽（可达 1:20000），综合指标明显优于相控式变流器。
电机与拖动复习笔记
第0章 绪论：1、电机：利用电磁感应原理实现能量转换的机械2、电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源。
第1章 直流电机1.2绕组1、单叠绕组：ε±=p Z y 21，即][pZy 21=（向下取整）；1=k y ，k y y y -=12。
p 为磁极对数，Z 为槽数，1y 为第一节距（同一个元件的两个边跨过的距离），k y 为换向器节距。
画图步骤：1）计算1y ；2）根据Z 的数目画线（等间距），线的数目和Z 相同。
（Z=16，1y =4）（实线、虚线都画）3）根据1y 的值连接绕组，即编号为1的实线，需要跟编号为5（1+1y ）的虚线相连。
4）将编号为1的实线连接到编号为1换向片（位置自己定，换向片宽度和实线间宽度一样），（换向器编号和实线编号一致），将编号为5的虚线连接到编号为2的换向片。
5）平移将其他的画出来6）画磁极，磁极宽度约为PZ270.倍的实线间宽度，极性交替放在线中，磁极平移距离为PZ2倍的实线宽度；在磁极中心下方画出电刷（N 极下为+，S 极下为—） 单叠绕组特点：1）并联支路对数等于磁极对数，即p a =；2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；3）电枢绕组闭合回路中，感应电动势之和为0，内部无换流4）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a ai I 2=。
a 为支路对数 5）元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上，即1=k y 。
2、单波绕组：ε±=p Z y 21，即][p Z y 21=（向下取整）；pK y k 1±=（向下取整），12y y y k -=。
画图与单叠类似。
特点：1）并联支路数=2，与磁极对数无关，即1=a 。
2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；（理论上电刷用2个就够了，但为了可靠换向，采用全额电刷）3）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a i I 2=。
串励直流电动机原理讲解
2.7.1 机械特性
1．固有机械特性
图2.30是串励电动机的接 线图，励磁绕组与电枢绕组串联， 电枢电流Ia即为励磁电流If，电枢 电流Ia（即负载）变化将引起主 磁通 变化。
在 Ia 较小，磁路未饱和时，
与
Ia
成正比，即
KIa
（2-23）
式中，K为比例常数。此时，电磁转矩
2.31中BC段。
图2.31 Βιβλιοθήκη 励电动机 的固有机械特性由机械特性曲线可以看出：
（1）特性曲线是一条非线性的软特性，随着负载转矩 的增大（减小），转速自动减小（增大），保持功率 基本不变，即有很好的牵引性能，广泛用于机车类负 载的牵引动力。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通 存车”在现，象n0一。般因可此达，（串5励～电6）动n机N，是空不载允运许行空会载出或现轻“载飞运 行或用皮带传动的。
起（动3）转由矩于大T，em与过I载a的能平力方强成。正比，因此串励电动机的
2．人为特性
串励直流电动机 同样可以采用电枢串 电阻、改变电源电压 和改变磁通的方法来 获得各种人为特性， 其人为机械特性曲线 的变化趋势与他励直 流电动机的人为机械 特性曲线的变化趋势 相似，如图2.32所示。
图2.32 串励直流电动 机的人为机械特性
图2.33 串励电 动机的他励能 耗制动
（2）自励能耗制动 自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后，通过制动电阻形
成回路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁 电流的方向不变，如图2.34（a）所示。自励能耗制动时的机械特 性如图2.34（b）中曲线BO段所示。由图可见，自励能耗制动开 始时制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降，
《电机与拖动基础》试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案选择题11、异步电动机气隙较大，则电动机的（C ）。
A励磁电流较小，功率因数较底；B 励磁电流较大，功率因数较高；C励磁电流较大，功率因数较低D励磁电流较小，功率因数较高；2、直流电动机的换向级的作用是（C）A 产生主磁通B产生换向电流 C 改变电流方向D以上都不对3、直流电动机的换向电流愈大，换向时火花（A）A 愈强B愈弱 C 不便D以上都不对4、频率为50Hz的四十八极交流电机，旋转磁势的转速为（D）r/min。
A．48 B．62.5 C．250 D．1255、频率为40Hz的二十极交流电机，旋转磁势的同步转速为（D）r/min。
A．2400 B．2000 C．120 D．2406、串励直流电动机在一定的负载下运行，若电源电压有所降低，则转子的转速将会（A）A 变大B 保持不变C变小D以上都不对7、直流电动机带上负载后，气隙中的磁场是（C）A 由主级磁场和电枢磁场叠加而成的B 由主级磁场和换向磁场叠加而成的C 由主级磁场，换向磁场和电枢磁场叠加而成的8、直流电动机中电枢的主要作用是（B）A 改善直流电动机的换向B 实现电能和机械能的转换C 在气隙中产生磁通D 产生气隙9、改变电枢回路的电阻调速，只能使直流电动机的转速（B）A 上升B 下降C 保持不变D以上都不对10、三相异步电动机当转差率为1时，此电动机为（C）状态A 制动状态B 同步运行状态C 启动状态D 以上都不是11、变压器带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（B）A 升高B 降低C 不变D以上都不对12、异步电动机要实现回馈制动，则应满足如下条件（D）A 转子转速应小于旋转磁场转速，且同向B转子转速应等于旋转磁场转速，且同向C转子转速应小于旋转磁场转速，且反向D转子转速应大于旋转磁场转速，且同向13、三相异步电动机转子电阻增大时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（B）A Sm减小，Tm增大B Sm增大，Tm 不变C Sm增大，Tm减小D Sm减小，Tm减小14、三相异步电动机定子电压下降时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（C）A Sm不变，Tm不变B Sm减小，Tm增大C Sm不变，Tm减小D Sm不变，Tm增大15、三相异步电动机当转差率小于0时，此电动机为（D）状态A 制动状态B 电动状态C 启动状态D 发电状态16、电力变压器的励磁阻抗表示下面哪一物理量（D）A 输入功率B 输出功率C 铜耗D 铁耗17、单相绕组通以交流电时，其磁势为（D ）A 圆形旋转磁势B 椭圆磁势C 无法确定D 脉动磁势18、电力变压器的作用是下面哪一物理量（B）A 改变交流电电压和功率B 改变交流电电压和交流电电流C 改变交流电电压和频率D 改变直流电电压和交流电电流19、变压器的空载损耗（D ），短路损耗（C ）。
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分 直流电机一、填空题： 1、直流电动机的工作原理是把 能转化为 能。
直流发电机的工作原理是把 能转化为 能。
（直流电；机械；机械；直流电）2、直流发电机的工作原理用 定则判断感应电动势的方向。
直流电动机的工作原理用 定则判断电磁力的方向。
（右手；左手）3、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)4、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（E a 〈U ；E a 〉U ）5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式。
（叠绕组；波绕组）6、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）7、电动势常数e C 与转矩常数T C 之间的关系为______。
（T C =9.55e C ）二、选择题1、电机的电流小于额定电流，称为（ ）运行。
（1） （1）欠载 （2）过载 （3）额定2、电机的电流大于额定电流，称为（ ）运行。
（2） （1）欠载 （2）过载 （3）额定3、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机。
（3） （1）他励 （2）并励 （3）复励 （4）串励 4、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（ ）中。
（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组5、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（ ） （3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
三、计算题1、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N =3.5kW ，U N =220V ，I N =20A ，n N =1000r/min,电枢电阻R a =1Ω，△U b =1V ，励磁回路电阻R 1=440Ω，空载实验：当U=220V,n=1000r/min 时，I 0=2A ，试计算当电枢电流I a =10A 时,电机的效率（不计杂散损耗）。
第4章 直流电动机的电力拖动
展，已将直流电机的励磁部分用永磁材料替代，产生了永磁无刷直流电机。
电机内部的电磁作用原理与直流电机相同。所以无刷直流电机的过载能力 高，高速性能好。由于这种直流电机的体积小，结构简单，效率高，无转
子损耗，所以目前已在中、小功率范围内得到广泛的应用。
25
4.4
直流电机的应用
4.4.1 直流电机应用概述
4
4.1
4.1.2
他励直流电动机的启动
直接启动
直接起动又称为全压起启动: 直接起动不需要专用起动启设备，操作简便，主要缺
点是起动启电流太大。额定功率在几百瓦以下的直流电动
机才能直接起启动 。
直接起动机特性曲线
5
4.1
他励直流电动机的启动
4.1.3 电枢回路串电阻起动 一般的直流电动机，在起动时在电枢回路中串入电阻来限 制起动电流。
10
4.2
他励直流电动机的制动
4.2.2 反接制动 1.电源反接制动
电源反接原理接线
+ 1 2 RZ
2 TL d o T em
电源反接机械特性
R a+ R Z n n0 a 1 Ra
-
Ia
TM Ea n TM
f -n
0
+
-
c
机械特性方程式:
Ra RZ Ra RZ U n Tem n0 Tem CE CE CT 2 CE CT 2
+ RZ T Ia
em
机械特性
U Ia
n n0 1
正向
U
-
+ RZ T em
n
n
Ea
+ TL Uf -
Ea
d
电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式
一、运动方程式
电力拖动系统运动方程式描述了系统的运 动状态，系统的运动状态取决于作用在原动
U
机转轴上的各种转矩。
M
根据如图给出的系统（忽略空载转矩），
可写出拖动系统的运动方程式：
Tem TL
第二章 直流电动机的电力拖动
计算各级起动电阻的步骤：
（1）估算或查出电枢电阻Ra ； （2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流 I；1
（3）选取起动级数 m；
（4）计算起动电流比：β m U N
I1 Ra
m取整数
（5）计算转矩: T2
T1 β
，校验：T2
(1.1 ~ 1.3 )TL
如果不满足，应另选T1或 m值并重新计算，直到满足该条件为止.
(3)计算理想空载点：Tem
0 , n0
UN CeΦN
性方程式。
(4)计算额定工作点：TN CTΦN I N ,n nN
第二章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。
工作点
第二章 直流电动机的电力拖动
改变制动电阻R的B 大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从 而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 越RB小,特性曲线的 斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。
制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月21 日星期 三下午9 时4分1 秒21:0 4:0120. 10.21
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午9时 4分20. 10.2121 :04October 21, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三9时4 分1秒21 :04:012 1 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时4 分1秒下 午9时4 分21:0 4:0120. 10.21
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2120.1 0.2121:0421:04 :0121:0 4:01Oc t-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月21日 星期三9 时4分1 秒Wed nesday , October 21, 2020
图2.34 串励电动机的自励能耗制动
2．反接制动
串励直流电动机的反接制动也有电枢电压反 接和倒拉反接制动两种，制动的原理、物理过 程和他励直流电动机相同，反接制动时，电枢 中也必须串入足够大的电阻以限制电流。
应该说明的是在进行反接制动时，电流 Ia 与
磁通 只能有一个改变方向，通常是改变电枢
电流的方向，即改变电枢电压的极性，而励磁 电流的方向维持不变。
Tem
CTI a
CT
KI
2 a
（2-24）
由此可得
Ia
Tem CTk
（2-25）
固有机械特性表达式为
n
UN
Ce
Ra R f
CeCT 2
Tem
图2.30 串励电动机 接线图
（2-26）
将式（2-23）和式（2-25） 代入式（2-26）中，可以得到
在轻载路不饱和时串励直流 动机的机械特性为
n CTK UN Ra Rf
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相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三9 时4分1 秒20.10. 21
谢谢大家！
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21:04:0121 :04:012 1:04W ednesd ay , October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2121:04:0121 :04:01 October 21, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日下午9 时4分2 0.10.21 20.10.2 1
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2120 .10.21 Wednes day , October 21, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2 1:04:01 21:04:0 121:04 10/21/2 020 9:04:01 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2121 :04:012 1:04Oc t-2021- Oct-20
2.7 串励直流电动机的电力拖动
2.7.1 机械特性
1．固有机械特性
图2.30是串励电动机的接 线图，励磁绕组与电枢绕组串联， 电枢电流Ia即为励磁电流If，电枢 电流Ia（即负载）变化将引起主 磁通 变化。
在 Ia 较小，磁路未饱和时，
与 Ia 成正比，即 KIa
（2-23）
式中，K为比例常数。此时，电磁转矩
起（动3）转由矩于大T，em过与载Ia的能平力方强成。正比，因此串励电动机的
2．人为特性
串励直流电动机 同样可以采用电枢串 电阻、改变电源电压 和改变磁通的方法来 获得各种人为特性， 其人为机械特性曲线 的变化趋势与他励直 流电动机的人为机械 特性曲线的变化趋势 相似，如图2.32所示。
图2.32 串励直流电动 机的人为机械特性
2.7.3 串励直流电动机的电气制动
对于串励直流电动机，由于理想空载转 速为无穷大，所以它不可能有回馈制动运转状 态，只能进行能耗制动和反接制动。 1．能耗制动
串励直流电动机的能耗制动分为他励式和 自励式能耗制动两种。
（1）他励能耗制动
他励能耗制动是把励磁绕组由串励形式改接成 他励形式，即把励磁绕组单独接到电源上，电枢绕组 外由接于制串动 励电 直阻 流电RB动后机形的成励回磁路绕，组如电图阻2.33RF（很a小），所如示果。采 用原来的电源，因电压较高，则必须在励磁回路中串 入流一个的较方大向的与限电流动电状阻态R时sf 相。同此，外否还则必不须能保产持生励制磁I动电f 转矩（因 Ia 已反向）。他励能耗制动时的机械特性 为一直线，如图2.33（b）中直线BC段所示，其制动 过程与他励直流电动机的能耗制动完全相同。他励能 耗制动的效果好，应用较广泛。
CeK Tem CeK
A Tem
B
（2-27）
式中 、 ,该式表明转 A CTK UN CeK
B Ra R f CeK
速n与 Tem 成反比，其机械特性如
图2.31中AB段。
当 Ia 较大，磁路饱和时， 基本保持不变，此时机械特性与
他励直流电动机的机械特性相似，
为较“硬”的直线特性，如图
2.31中BC段。
图2.31 串励电动机 的固有机械特性
由机械特性曲线可以看出：
（1）特性曲线是一条非线性的软特性，随着负载转矩 的增大（减小），转速自动减小（增大），保持功率 基本不变，即有很好的牵引性能，广泛用于机车类负 载的牵引动力。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通 存车”在现，象n0一。般因可此达，（串5励～电6）动n机N，是空不载允运许行空会载出或现轻“载飞运 行或用皮带传动的。
图2.33 串励电 动机的他励能 耗制动
（2）自励能耗制动 自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后，通过制动电阻形
成回路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁 电流的方向不变，如图2.34（a）所示。自励能耗制动时的机械特 性如图2.34（b）中曲线BO段所示。由图可见，自励能耗制动开 始时制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降， 同时磁通也减小，从公式 Tem CT Ia 可见，制动转矩下降很快， 制动效果变弱，制动时间较长且制动不平稳。由于这种制动方式 不需要电源，因此主要用于事故停车。