《电机与拖动》部分作业题解答

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， E a 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， P N 145kW ,U N 230V , n N 1450r /min, 求该发电机1-7 一台 Z2 型直流发电机， P N 160kW ,U N 220V, N 90%,n N 1500r / min,求该额定电流是多少？1-10 电枢反应对气隙磁场有何影响？ 解：电枢反应使合成磁场发生畸变，磁路饱和时有去磁作用。

1-11 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组， 每极磁通为 3.5× 10-2Wb ，电枢总导线数 N=152，转速 n 1200 r / min 。

求电机的电枢电动势。

若改为单波绕组，其它条额定电流。

解：P N U N 145 103 230630.43A 解：P N 160 103 220 0.9 808.08A件不变，问电枢电动势为 210V 时，电机的转速是多少？ 解： 1）单叠绕组 ：pN 2 152 2 a p 2 E a Ce n n 3.5 10 1200 106.4V a 60a 60 2 2）单波绕组Ea60a 210 60 1pN 2 152 3.5 10 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。

1-15 一台他励直流电动机， 额定数据为： P N 10kW,U N 220V, N 90%,n N 1200r /min,电枢回路总电阻 R a 0.044 。

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。

21200 100.9 50.51A 他励 I aN I N U U N N 220 0.9 aN N U N I N R a 220 50.51 0.044 217.78VE a I a 217.78 50.51 11000.07WP em 9.55 11000.07 9.55 87.54N m n N 12003P N 10 103T N 9.55 N 9.55 79.58N mn N 1200T 0 T T N 87.54 79.58 7.96N m1-16 他励直流电动机的工作特性是什么条件下求取？有哪几条曲线？ 解：他励直流电动机的工作特性是在 U=U N ，电枢回路不串附加电阻，励磁电流 I f = I fN 的条件下求取。

有： n=f （P 2）、 T=f （P 2）、η=f （P 2）三条曲线。

1-18 根据图 1-18 连接他励直流电动机的电枢回路和励磁电路，并标出主磁极、换向极的 极性以及各极绕组电流方向。

设电流从 A 电刷流进时，电枢上半部各槽导体电流方向为穿 出纸面，下半部为穿 入 纸面。

解：根据电枢电流方向和转向，用电磁感应的右手定则，判断主磁极N 、 S ，然后连接 励磁回路。

根据电枢电流方向，用右手螺旋方法判断换电枢磁通势 F a 方向；由换向极磁场与电枢磁场（磁通势）方向相反，确定 N C 、S C ，然后连接电枢回路。

a 1, p 2 1184.21r / minP N 解： P N U N I N N I NU E a I a R a E a P em1-19 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 电流电机的电力拖动2-1 什么是电力拖动系统？它包括哪几个部分，各起什么作用？试举例说明。

解：电力拖动系统是由电动机拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。

它包含控 制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源等。

（各作用略，详见 P23）；如电风扇的电动 机是原动机， 单相交流电是它的电源， 风扇叶片是它的机械负载， 开关调速装置是它的控制 设备，轴承是最简单的传动机构。

2-2 从运动方程式中，如何判定系统是处于加速、减速、稳定还是静止的各种运 动 状 态？ 解：从运动方程式中， 以正向运动为例， 当 T>T L 时， dn/dt>0 ，系统处于加速运动状态； 当 T<T L 时，dn/dt<0 ，系统处于减速运动状态； 当 T=T L 时，dn/dt=0 ，系统处于稳定运动 （转）， 或静止状态。

2-4 他励直流电动机在什么条件下得到固有机械特性 n f （T ） 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， P N 21kW ,U N 220V ,nN 980r /min, I N 115 A,电枢 电阻 R a 0.1 。

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？U st I st R a 2 0 0 0 . 1 2 0 V 2-7 设有一台并励 直流 电动机接在一电源上，如把外施电源极性倒换，电动机的转向 是否改变？如何改变电动机的转向？接在 直流 电源上的电动机若为串励 直流 电动机又如 何？解：并励直流电动机的外施电源极性倒换，电枢电流和磁场的方向同时改变，电动机 的转向不变。

必须只能有一个方向改变， 把其中一个绕组的极性改变。

串励直流电动机同理。

2-8 什么叫电气调速？指标是什么？ 他励直流电动机的 调速有哪几种方法？ 解：电气调速是指：人为地改变电动机的参数，使新的人为机械特性与负载特性的交 点变化，所得到的新的稳定转速。

电气调速的指标有：调速范围、调速的相对稳定性、调速 的平滑性、 调速的经济性和调速时的容许输出； 根据转速公式， 他励直流电动机的调速方法解： 1） I st R a 220 0.12200A 2) R stR a 220 st 200 0.1 1有：降压、电枢回路串电阻、弱磁调速。

2-9 他励直流电动机， P N 18kW,U N 220V, I N 94A,nN 100r0/ min,R a 0.202 ，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？2）U C e N I N R a 0.201 800 94 0.202 179.79V2-10 他励直流电动机有几种制动方法， 试说明它们之间有什么共同点？从 电枢电压 特 点、机械特性方程和功率平衡关系来说明他们有什么不同？解：他励直流电动机有能耗制动、反接制动、回馈制动的三种方法，共同的特点是电 磁转矩 T 与转速 n 的方向相反， T 是制动性质的。

能耗制动 U=0，机械特性过原点， 电枢不 从电网吸收电功率，从轴上吸收机械功率；反接制动中的电源反接制动 U=-U N ，机械特性 过-n 0 点，倒拉反接制动 U=U N ，机械特性过 n 0，电枢从电网吸收电功率，也从轴上吸收机 械功率；反向回馈制动 U=-U N ，机械特性过 -n 0，从轴上吸收机械功率，电枢向电网回馈电2-11 一台他励直流电动机， P N 17kW,U N 110V, I N 185A, nN 1000r /min,R a 0.065 已知电动机最大允许电流 I max =1.8I N ，电动机拖动负载 T L =0.8T N 电动运行。

试求：1）若采用能耗制动停车，则电枢回路应串多大电阻？2）若采用反接制动停车，则电枢回路应串多大电阻？1）能耗制动瞬时 n 1024.29r /min; U 0 I bk -1.8I N2）反接制动瞬时 n 1024.29r /min; U -U N I bk -1.8I N解： C e N U N I a R a 220 94 0.202 0.201n N 1000 U C e N I aR a 220 0.201 800 94 0.202 0.428 解： C e N U N I a R a n N 110 185 0.065 1000 0.0980.8T N 时的转速U 0.8I N R a C e N 110 0.8 185 0.065 0.098 1024.29r / m i nU C e N nI bkR a 0 0.098 1024.29 1.8 1 8 5 0.0 6 5 0.2 3 6U C eR a bk 110 0.098 1024.29 1.8 1850.065 0.5672-12 他励直流电动机， P N 5.5kW,U N 220V , I N 30.3A,nN 1000r / min, R a 0.202 ,TL 0.8T N 。