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1、电机与拖动基础（第 3 版）王岩曹李民编清华大学出版社内 容 简 介本书为李发海、王岩编写的 电 机 与拖动基础（第 3版）（清华大学出版社 2 0 0 5 年出版）一书的配套用书，包括该教材中全部思考题和习题的解答，可供采用此书作教材的教师备课时参考，也可供学生作学习参考用书。版权所有，翻印必究。举报电话:0 1 0-6 2 7 8 2 9 8 9 1 3 5 0 1 2 5 6 6 7 8 1 3 8 0 1 3 1 0 9 3 3图书在版编目（C I P）数据电机与拖动基础（第 3版）习题解答/王岩，曹李民编.一北 京：清华大学出版社,2 0 0 6.1I S B N 7-3 0 2-1
2、 2 1 1 1 -7I .电.n.王.曹.川.电 机-高 等 学 校-解 题 电 力 传 动-高等学校-解 题 I V.T M 3 -4 4中国版本图书馆C I P 数据核字（2 0 0 5）第 1 3 2 9 3 3 号出 版 者：清华大学出版社地址：北京清华大学学研大厦h t t p:/w w w .t u p .c o m.c n 邮 编：1 0 0 0 8 4社 总 机:0 1 0-6 2 7 7 0 1 7 5 客户服务:0 1 0-6 2 7 7 6 9 6 9责任编辑：张占奎印 刷 者：北京市人民文学印刷厂装 订 者：三河市春园印刷有限公司发 行 者：新华书店总店北京发行所开
3、本：1 4 0 X2 0 3 印 张:6.1 2 5 字 数:1 5 7 千字版 次：2 0 0 6 年 1月 第 1版 2 0 0 6 年 1月第1次印刷书 号：I S B N 7-3 0 2-1 2 1 1 1 -7/T M 6 9印 数:1 4 0 0 0定 价：1 2.0 0 元第 1章绪论.1思考题解答.1第 2章电力拖动系统动力学.3思考题解答.3习题解答.6第 3章直流电机原理.1 5思考题解答.1 5习题解答.2 1第 4章他励直流电动机的运行.2 8思考题解答.2 8习题解答.3 7第 5章 变 压 器.5 9思考题解答.5 9习题解答.7 2I I第6章交流电机电枢绕组的电
4、动势与磁通势.99思考题解答.99习题解答.108第7章 异 步电动机原理.120思考题解答.120习题解答.131第8章 三相异步电动机的启动与制动.143思考题解答.143习题解答.152第9章 同步电动机.162思考题解答.162习题解答.165第1 0章 三相交流电动机调速.170思考题解答.170习题解答.174第1 1章 电动机的选择.179思考题解答.179第1 2章微控电机.184思考题解答.184习题解答.1881.1通 电 螺 线 管 电 流 方 向 如 图1 所 示，请 画 出 磁 力 线方向。答 向 上，图略。1 .2请画出图1 .2所示磁场中载流导体的受力方向。答垂直
5、导线向右，图略。图1 .1图1 .21 .3请画出图1 .3所示运动导体产生感应电动势的方向。答 从A向B方 向，图略。1 .4螺线管中磁通与电动势的正方向如图1.4所 示，当磁通2变化时，分别写出它们之间的关系式。答(a)e=NdDdt(b)e=-Nddt图1 .3图1 .42.1选择以下各题的正确答案。(1)电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为20N m,飞轮矩为1N m2,不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为。A.20N-m,5N m2 B.4N-m,lN-m2C.4N-m,0.2N m2 D.4N-m,0.04N m2E.0.8N m
6、,0.2N m2 F.lOON m,25N m2(2)恒 速 运 行 的 电 力 拖 动 系 统 中，已 知 电 动 机 电 磁 转 矩 为8ONm,忽略空载转矩，传 动 机 构 效 率 为0.8,速 比 为1 0,未折算前实际负载转矩应为。A.8N-m B.64N mC.80N-m D.640N-mE.800N m F.lOOONm(3)电力拖动系统中已知电动机转速为lOOOr/min,工作机构转 速 为100r/m in,传动效率为0.9,工作机构未折算的实际转矩为120N-m,电动机电磁转矩为20N-m,忽 略 电 动 机 空 载 转 矩，该系统肯定运行于。4 A.加速过程B.恒 速C.
7、减速过程答(1 )选 择D。因为转矩折算应根据功率守恒原则。折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为4N m;飞 轮 矩 折 算 应 根 据 动 能 守 恒 原 则，折 算 到 电 动 机 轴 上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为0.04N m 2。(2)选 择D。因 为 电 力 拖 动 系 统 处 于 恒 速 运 行，所 以 电 动 机轴上的负载转矩与电磁转矩相平衡，为80N m,根据功率守恒原则，实际负载转矩为80N mx0.8x10=640N m(3)选 择A o因为工作机构折算到电动机轴上的转矩为120Nm0.9X100r/min1000r/
8、min403Nm小于电动机电磁转矩，故电力拖动系统处于加速运行过程。2.2电动机拖动金属切削机床切削金属时，传动机构的损耗由电动机负担还是由负载负担？答电动机拖动金属切削机床切削金属时，传 动 机 构 的 损 耗由电动机负担，传 动 机 构 损 耗 转 矩A T与 切 削 转 矩 对 电 动 机 来 讲是 同 一 方 向 的，恒 速 时，电 动 机 输 出 转 矩T 2应 等 于 它 们 二 者之和。2.3起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担？提 升 或 下 放 同 一 重 物 时，传 动 机 构 损 耗 的转矩一样大吗？传动机构的效率一样高吗？答起重机提升重物时
9、，传 动 机 构 损 耗 转 矩A T由 电 动 机 负担；下放重物时，由 于 系 统 各 轴 转 向 相 反，性 质 为 摩 擦 转 矩 的AT方向改变了，而电动机电磁转矩T及重物形成的负载转矩方向都没 变，因 此 A T 由重物负担。提升或下放同一重物时，可以认为传5 动机构损耗转矩的大小A T 是相等的。若 把 损 耗 A T 的作用用效率来表示，提 升 重 物 时 为 下 放 重 物 时 为 Q ,由 于 提 升 重 物 与 下放重物时A T 分别由电动机和负载负担，因 此 使 n#n ,二者 之 间的关系为口=2-1n02.4 电梯设计时，其传动机构的效率在上升时为n0.5,请计 算
10、 n=0.4 的电梯卜.降时，其 效 率 是 多 大？若 上 升 时，负 载 转 矩的折算值TF=15Nm,则下降时负载转矩的折算值为多少？AT为多大？答 提 升 时 效 率 n=o.4,下降时效率n =2-1n=2-10.4=-0.5假设不计传动机构损耗转矩A T 时，负载转矩的折算值为Tfj*若传动机构损耗转矩为A T,电梯下降时的负载转矩折算值为T F,则Tfj=TF f =15 x 0.4=6N-mT，F=Tfj n =6 X(-0.5)=-3N-m T=TF-Tfj=15-6=9N mT F 也可以如下计算：T F=TF-2A T=15-2 X 9=-3N m2.5 表 2 所列生产
11、机械在电动机拖动卜.稳定运行时的部分数据，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。7的三级速比j l =2 J 2=l .5 J3=2,各 转 轴 的t轮 矩 为G D 2a =3 .5N -m 2 (指 电 动 机 轴)，G D 2b =2 N m 2 ,G D 2c =2 .7 N m 2 ,G D 2d =9 N -m 2 ,各级传动效率都是9=0.9,求：(1 )切削功率；(2 )电动机输出功率；(3)系统总飞轮矩；(4)忽略电动机空载转矩时，电动机电磁转矩；(5)车床开车但未切削时，若电动机加速度d nd t=8 0 0 r/(m i n-s
12、),忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损 耗，求电动机电磁转矩。图2.1解(1 )切削功率。切削负载转矩T f=F-d2=2 0 0 0 x0.1 52=1 5 0 N-m负载转速n f=nj l j 2 j 31 4 5 02 x 1 .5 x 2=2 4 1 ,7 r/m i n切削功率P f=2兀6 0n f T f=2TI6 0 x 2 4 1 .7 x 1 5 0 =3 7 9 7 W8(2)电动机输出功率P2=Pfn37970.9=4218W(3)系统总飞轮矩GD2=GD2a+GD2bj21+GD2c(jlj2 )2+GD2d(jlj2j3)2=3.5+222+2.7(2 x
13、 1 .5)2+9(2 x 1 .5 x 2)2=4.55Nm2(4)忽略电动机空载转矩时，电动机电磁转矩T=Tfnjlj2j31500.9 x 2 x 1 .5 x 2=27.8N-m(5)传动机构转矩损耗AT=Tfjlj2j31n-11502 x 1 .5 x 210.9-1=2.78N m电磁转矩T=AT+GD2375-d ndt=2.78+4.55375 x 800=12.5N-m2.2 龙门刨床的主传动机构如图2.2 所 示，齿 轮 1 与电动机轴直接相连，经 过 齿 轮 2、3、4、5 依 次 传 动 到 齿 轮 6,再 与 工 作 台 7的齿条啮合，各齿轮及运动物体的数据见表2.
14、3。9 图 2.2表2.3编 号 名 称 齿 数Z重力/NGD2/(N m 2)1 齿 轮 20 8,25 2 齿 轮 55 40.20 3 齿轮 38 19.60 4 齿轮 64 56.80 5 齿轮 30 37.25 6 齿轮 78137.20 7工作台14700(即质量为1500kg)8工 件9800(即质量为1000kg)若已知切 削 力F=9800N,切 削 速 度v=43m/m in,传 动 效 率n=0.8,齿 轮6的 节 距tk6=20m m,电 动 机 转 子 飞 轮 矩GD2=230N,m2,工作台与导轨的摩擦系数u=0.1。试计算：(1)折 算 到 电 动 机 轴 上 的
15、 总 飞 轮 矩 及 负 载 转 矩(包 括 切 削 转矩及摩擦转矩两部分)；(2)切削时电动机输出的功率。1 0 解(1)旋转部分K轮矩GD2a=GD2+GD21+GD22+GD23(Z2/Z1)2+GD24+GD25(Z2/Z1)2(Z4/Z3)2+GD26(Z2/Z1)2(Z4/Z3)2(Z6/Z5)2=230+8.25+40.2+19.6(55/20)2+56.8+37.25(55/20)2(64/38)2+137.20(55/20)2(64/38)2(78/30)2=251.49N-m2工作台和工件总重量G=14700+9800=24500N切削速度v=43m/min=0.72m/s
16、齿 轮 6 转速n6=vtk6 Z6430.02 x 78=27.56r/min电动机转速n=n6Z6Z5Z4Z3Z2Z1=27.56 x7830 x6438 x5520=331.88 r/min宜线运动部分飞轮矩GD2b=365 Gv2n2=365 x24500 x 0.722331.882=42.09N-m21 1 总 轮矩GD2=GD2a+GD2b=251.49+42.09=293.58N m2工作台及工件与导轨的摩擦力f=(G l+G2 川=(14700+9800)x 0.=2450N折算到电机轴上的负载转矩TF=9.55(F+f)vnn=9.55 x(9800+2450)x 0.72
17、0.8x331.88=3l7.25N-m(2)切削时电动机输出的功率P2=TF 0 =317.25 xlit60 x 331.88=11020W=11.02k W2.3 起重机的传动机构如图2.3 所 示，图中各部件的数据见表 2.4。已知起吊速度为12m/min,起吊重物时传动机构效率n=图 2.30.7。试计算：(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮矩；(2)重物吊起及卜.放时折算到电动 机 轴 上 的 负 载 转 矩，其 中 重 物、导轮 8 及 吊 钩 三 者 的 转 矩 折 算 值 及 传动机构损耗转矩；(3)空钩吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩，其 中 导 轮 8 与吊钩的转矩折
18、合值为多少？传 动 机 构 损耗转矩为多少(可 近 似 认1 2为吊重物与不吊重物时，传动机构损耗转矩相等)？表2.4编 号 名 称 齿 数Z GD2/(N-m2)重力/N直径/mm1电动机5.59 2蜗 杆 双 头0.98 3齿 轮15 2.94 4蜗 轮30 17.05 5卷 筒98.00 500 6齿 轮65294.00 7导 轮3.92 150 8导 轮3.92 87 150 9吊 钩490 1 0重物(负载)19600解(1)系统总K轮矩的计算。旋转运动部分恪轮矩GD2a =GD21 +GD22+GD23+GD24Z4Z22+GD25+GD26Z4Z2Z6Z32+GD27+GD28Z
19、4Z2Z6Z3D7D52=5.59+0.98+2.94+17.053022+98+294302X65152+3.92+3.92302X6515X().150.52=5.59+0.98=6.773N-m2+0.089+0.093+0.021重物、吊钩及导轮8的总重量1 3 Gz=G10+G9+G8=19600+490+87=20177N提升速度给定为vz=12m/min=0.2m/s绳索的速度v=2 vz=24m/min卷筒外圆线速度v5=v=24m/min卷筒转速n5=v5n D524n X 0.5=15.3r/min电动机转速n=n5Z6Z3Z4Z2=15.3x6515 x302=993r/
20、min于是得直线运动部分飞轮矩GD2b=365Gz v2zn2=365 x20177 x 0.229932=0.299N m2所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩GD2=GD2a+GD2b=6.773+0.299=7.072N-m2(2)重物吊起及卜.放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。重物吊起时，负载转矩折算值TL=9.55Gz vznn=9.55 x20177 x 0.2993 x 0.7=55.44N-m重物、导 轮8及吊钩三者转矩折算值为T L=9.55Gz vzn=9.55 x20177 x 0.2993=38.81N m14所以传动机构损耗转矩为 T=T L-T L=55.44-38.
21、81=16.63Nm重物下放时，负载转矩折算值T L=T L-2 A T =55.44-2 X 16.63=22.18N m(3)空钩吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。空钩吊起时负载转矩TLO=TL 8,9 +AT=I.11+16.63=17.74N-m空钩下放时负载转矩T L0=TL8,9-A T=1 .11-16.63=-15.52N m3.1换向器在直流电机中起什么作用？答在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在 直 流 电 动 机 中，换向器起逆变作用，即 把 电 刷 外 电 路 中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件
22、中。3.2直流电机的主磁极和电枢铁心都是电机磁路的组成部分，但其冲片材料 个用薄钢板，另个用硅钢片，这是为什么？答在直流电机中，励磁绕组装在定子的主磁极上，当励磁绕组通入直流励磁电流并保持不变时，产生的主磁通相对于主磁极是静止不变的，因此在主磁极中不会产生感应电动势和感应电流（即涡流），就不会有涡流损耗，所以主磁极材料用薄钢板。但是转动着的电枢磁路却与主磁通之间有相对运动，于 是 在 电 枢 铁 心 中会产生感应电动势和感应电流（即涡流），产生涡流损耗。另 外，电枢中还会产生因磁通交变形成的磁滞损耗。为了减少电枢铁心损耗，常用而又行之有效的办法就是利用硅钢片叠装成直流电机的电枢铁心。为了进一步
23、减小涡流损耗，把硅钢片表面涂上绝缘漆，进一步阻碍涡流通过。1 6 3.3直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率？答直流电机铭牌上的额定功率指的是直流电机工作在满负荷下的输出功率。对直流发电机而言，指的是输出的电功率；对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率。3.4直流电机主磁路包括哪儿部分？磁路未饱和时,励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答直流电机的主磁路由以下路径构 成：主 磁 极N经定、转子间的空气隙进入电枢铁心，再从电枢铁心出来经定、转子间的空气隙进入相邻的主磁极S,经定子铁心磁舸到达主磁极N,构 成 闭合路径。磁路未饱和时，铁的导磁率是空气的几百到上千倍，所以尽管定转子间的空气隙很小
24、，但磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所 以，励磁磁通势主要消耗在空气隙匕3.5填空。(1)直 流 电 机 单 叠 绕 组 的 支 路 对 数 等 于，单 波 绕 组的支路对数等于。(2)为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应放置在。答(1)直 流 电 机 单 叠 绕 组 的 支 路 对 数 等 于 主 磁 极 对 数，单波绕组的支路对数等于Io(2)为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应放置在对准主磁极中心线换向器的表面。3.6说明下列情况下无载电动势的变化：(1)每极磁通减少10%,其他不变；(2)励磁电流增大10%,其他不变；(3)
25、电机转速增加20%,其他不变。答根据直流电机感应电动势与主磁通 的 大 小 成 正 比，与电机转速成正比的关系，可得出以下结论：(1)每极磁通减小10%,其他不变时,感应电动势减小10%;1 7(2)励磁电流增大10%,其 他 不 变 时，假 定 磁 路 不 饱 和，则每极磁通量增大10%,因此感应电动势增大10%;(3)电机转速增加2 0%,其他不变时，感应电动势增加2 0%.3.7主磁通既链着电枢绕组又链着励磁绕组，为什么却只在电枢绕组里产生感应电动势？答直流电机在稳态运行时，主 磁 通 相 对 于 励 磁 绕 组 是 静 止的，所以在励磁绕组中不会产生感应电动势。由于电枢在旋转，主磁通与
26、电枢绕组之间有相对运动，所 以 会 在 电 枢 绕 组 中 产 生 感 应电动势。这里电枢绕组中的感应电动势，实 际 是 指 电 枢 中 各 导 体感应电动势。至于正、负 电 刷 间 的 感 应 电 动 势，即 电 枢 电 动 势，也就是支路电动势，还 要 看 正、负 电 刷 放 在 换 向 器 表 面 上 的 什 么 位置。位置放得合适，电枢电动势可达最大值；放 得 不 合 适，在 相 同的情况下，电枢电动势可以为零。3.8指 出 直 流 电 机 中 以 下 哪 些 量 方 向 不 变，哪 些 量 是 交变 的：(1)励磁电流；(2)电枢电流；(3)电枢感应电动势；(4)电枢元件感应电动势；
27、(5)电枢导条中的电流；(6)主磁极中的磁通；(7)电枢铁心中的磁通。答(1)励磁电流是直流电流，不交变；(2)电 枢 电 流 指 的 是 电 刷 端 口 处 的 总 电 流，为 直 流 电 流，不交 变；(3)电枢感应电动 势 指 的 是 电 刷 端 口处 的 总 感 应 电 动 势，为直流电动势，不交变；(4)电枢元件有效导体不断交替切割N极磁力线和S极磁力1 8线，产生感应电动势为交流电动势；(5)电枢导条中的电流为交变电流，对发电机而言，导条中的交变感应电动势经换向器、电 刷、外 电 路 构 成 闭 合 回 路，形 成 电 枢导条交流电流；对电动机 而 言，电枢端电流经 电刷、换 向
28、器 进 入 电枢导条，形成交变电流；(6)励 磁 绕 组 通 入 直 流 励 磁 电 流 形 成 主 磁 通，显 然 主 磁 极 中的磁通不交变；(7)主磁通本身不交变，但 电 枢 铁 心 的 旋 转 使 得 电 枢 铁 心 中的任意一点都经历着交变的磁通，所 以 电 枢 铁 心 中 的 磁 通 为 交 变磁通。3.9如何改变他励直流发电机 的 电 枢电动势的方向？如何改变他励直流电动机空载运行时的转向？答通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继 而 改 变 主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向；也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。通过改变励磁电流的方向，继而改变主
29、磁通的方向，即可改变他励直流电动机旋转方向；也 可 通 过 改 变 电 枢 电 压 的 极 性 来 改 变他励直流电动机的旋转方向。3.1 0 电磁功率代表了直流发电机中的哪一部分功率？答在直流发电机中，电 磁 功 率 指 的 是 由 机 械 功 率 转 化 为 电功率的这部分功率。3.11 一台他励直流发电机由额定运行状态转速下降到原来的60%,而励磁电流、电枢电流都不变，贝IJ。A.E a下降到原来的60%B.T卜.降到原来的60%C.E a和T都下降到原来的60%D.端电压下降到原来的60%答直流电机的感应电动势与每极磁通量中成正比，与电机2 0答他励直流电动机的电磁转矩克服机械摩擦等转
30、矩总是要和负载转矩相平衡。电磁转矩的大小与主 磁 通 的 大 小 成 正 比，与电枢电流大小成正比。当 负 载 为 恒 转 矩 负 载 时，电 磁 转 矩 基 本 不变，因此减小磁通，将使电枢电流增大。3.1 6 如何解释他励直流电动机机械特性硬、串 励 直 流 电 动机机械特性软？答他励直流电动机在励磁电流 定的情况下，主磁通中基本不变。当负载转矩增大时，电枢电流随之成正比增力II。根 据 电枢回路电压方程Ea=U-R a Ia,由 于 电 枢 电 阻R a比 较 小，感 应 电动 势E a有所减小，但减小量不大。又根据Ea=Ce N的计算Ce N =EaNn N209115 0=0.181
31、7(3)C t中N的计算Ct(I)N =9.5 5 Ce(P N =9.5 5 x 0.1817=1 .735(4)额定电磁转矩TN的计算T N =Ct n=0,最初启动电流IS=URa,若直接启动，由 于 R a 很 小，IS 会十几倍甚至几十倍于额定电流，无 法 换 向，同 时 也 会 过 热，因 此 不能直接启动。比较好的启动方法是降低电源电压启动，只 要 满 足T(I.1-1,2)T L 即 可 启 动，这 时 IS W la m a x。启 动 过 程 中，随着转速不断升高逐渐提高电源电压，始终保持la W la ma x这 个 条 件，直至U=U N,启动便结束了。如果通过自动控制
32、使启动过程中始终有 la =la ma x 为最理想。4.2 他励直流电动机启动前，励磁绕组断线，启动时，在下面两种情况卜会有什么后果：(1)空载启动；(2)负载启动,TL=TN.答他励直流电动机励磁绕组断线，启 动 过 程 中 磁 通 则 为剩磁磁通，比 8 N 小很多。2 9（1 ）空载启动当最初启动电流IS W lamax时，启 动 转 矩T S就会 比 空 载 转 矩M 0大很多，因此电动机可以启动，但启动过程结束后的稳态转速则非常高，因 为 稳 定 运 行 时 要 满 足Ea UN,Ea=Ce8n,8很 小，n就很高，机械强度不允许，电动机会损坏。（2）负载启动，TL=TN当la W
33、 lam ax时，电 磁 转 矩 比 负 载 转 矩T L小，电 动 机 不 启 动。这样如果采用降压启 动 时，电 源 电 压 继 续 上 升，电 枢 电 流 继 续 增大，电磁转矩T继续增大，从动转矩来讲会达到大于1 .1 T N,但 是由 于 中很 小，会使电枢电流远远超过lamax,不 能 换 向，同 时 也 会 由于过热而损坏电动机。当 然，用电枢串电阻启动的结果也相同。4.3图4.1所示为一台空载并励直流电动机的接线，已知按图（a）接线时电动机顺时针启动，请标出按图（b）、（c）、（d）接 线 时，电动机的启动方向。图4.1答直流电机的电磁转矩T=C t中必。按 图（b）接 线 时
34、，主 磁通中改变方向，电枢电流也改变方向，所以电磁转矩T方 向 不 变，故电机顺时针启动；按 图（c）接 线 时，主 磁 通 中 改 变 方 向，电 枢 电流方向不变，所 以 电 磁 转 矩T改 变 方 向，故 电 机 逆 时 针 启 动；按图（d）接线时，主 磁 通 中 方 向 不 变，电 枢 电 流 改 变 方 向，所 以 电 磁转 矩T改变方向，故电机逆时针启动。3 0 4.4判断下列各结论是否正确。(1 )他 励 直 流 电 动 机 降 低 电 源 电 压 调 速 属 于 恒 转 矩 调 速 方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。()(2)他励直流电动机电源电压为额定值，电枢回路不串电阻，
35、减弱磁通时，无论拖动恒转矩负投还是恒功率负毂，只要负载转矩不过大，电动机的转速都升高。()(3 )他励直流电动机降 压 或 串 电 阻 调 速 时，最 大静差率 数 值越 大，调速范围也越大。()(4)不考虑电动机运行在电枢电流大于额定电流时电动机是否因过热而损坏的问题，他励电动机带很大的负载转矩运行，减弱电动机的磁通，电动机转速也一定会升高。()(5)他 励 直 流 电 动 机 降 低 电 源 电 压 调 速 与 减 少 磁 通 升 速，都可以做到无级调速。()(6)降 低 电 源 电 压 调 速 的 他 励 直 流 电 动 机 带 额 定 转 矩 运 行时，不论转速高低，电枢电流I a =
36、I N o ()答(1 )错 误；(2 )正 确；(3 )正 确；(4 )错 误；(5)正 确；(6)正确。4.5n N=1 50 0 r/m i n的 他 励 直 流 电 动 机 拖 动 转 矩T L =T N的恒转矩负载，在固有机械特性、电 枢 回 路 串 电 阻、降 低 电 源 电 压及减弱磁通的人为特性上运行，请在下表中填满有关数据。U (R a +R)Z Q n()/(r m i n -1 )n/(r-m i n -1 )l a/AU N ON 0 .5 1 6 50 1 50 0 58 U N ON 2.5 0 .6 U N N 0 .5 U N 0 .8 O N 0 .5 答 U
37、 =U N ,中=中N ,R a +R2.5。时n O =1 6 50 r/m i n ,n =9 00r/m i n ,l a =58 AU =0.6UN ,=N ,R a +R =0.50 时3 2答设工作点A1的 转 速 为n l ,固 有 机 械 特性(中=中N )上转速等于n l的点为B,理想空载点为C(n =n 0,T=0)o改变磁通 的瞬 间，转 速n l不 变，电 动 机 运 行 点 为B,这样电磁转矩T T 1。在 下 坡 路 上 行 驶 时，位能性负载转矩与负载转矩正方向相反，T 2 0,特性在I I V象限。在下坡路上行驶时，负 载 机 械 特 性 如 图4.4(a)所
38、示，前 进 时的T L 1 =T 1 +T 2;后退时的T L 2 =-T 1 +T 2。显 然，前 进 时，电动机可能运行的状态有三种：(1 )正 向 回 馈 制 动 运 行，工 作 点 为B;(2 )反接制动运行，工 作 点 为C;(3 )能 耗 制 动 运 行，工 作 点 为D.后退时的运行状态为反向电动运行。该 图 中A点 为 平 路 行 驶 时的工作点。在上坡路上行驶时，负 载 机 械 特 性 如 图4.4(b)所 示，前 进 时的T L 1 =T 1 +T 2;后退时的T L 2 =-T 1 +T2。显 然，前 进 时，电动机的运行状态为正向电动运行，工作点为B。后退时，电动机可能
39、运行在三种状态：(1)反向回馈制动运行，工作点为C;(2)倒拉反转运行，工 作 点 为D;(3)能 耗 制 动 运 行，工 作 点 为E。该 图 中A33 图 4.4点为平路行驶时的工作点。4.9 采 用 电 动 机 惯 例 时，他 励 直 流 电 动 机 电 磁 功 率 PM=EaIa=T O 0,说 明 了 电 动 机 内 机 电 能 量 转 换 的 方 向 是 机 械 功 率转换成电功率，那么是否可以认为该电动机运行于回馈制动状态，或者说就是一台他励直流发电机？为什么？答 他 励 直 流 电 动 机 运 行 时 P M 0,说明T 与 n 方 向 相 反，因此电动机运行于制动状态。制 动
40、 运 行 状 态 包 括 回 馈 制 动 运 行、能耗制动运行、反接制动过程及倒拉反转等制动状态，而直流发电机状态仅仅是回馈制动运行这一种。因 此 仅 仅 从 P M 0 说 明 电机是一台发电机的看法是错误的，判 断 他 励 直 流 电 动 机 运 行 于 发电机状态还必须增加一个条件，即运行于回馈制动状态的条件是：P M 0,PI=U Ia 0,P M 0;(2)P 1 0,P M 0;(3)U N la 0,E a la 0;(4)U =0,n 0;(5)U =U N ,I a 0;(6)E a 0;(7)T 0,n 0,U =U N;(8)n 0;(9 )E a U N ,n 0;(1
41、0)T Q 0,P l=0,E a 0,P M 0 时，电动状态，正 转；(2)P l 0,P M 0 时，倒拉反接制动，反 转；(3)U N la 0,E a la 0 时，回馈制动,正转或反转；(4)U =0,n 0 时，能耗制动，反 转；(5)U =U N,I a 0 时，回馈制动，正 转；(6)E 0 时，电动状态，反 转；3 7(7)T 0,n 0,U =U N 时，倒拉反接制动，反 转；(8)n 0 时，回馈制动，反 转；(9)E a U N,n 0 时，回馈制动，正 转；(1 0)T Q 0,P l=0,E a Ia =Ct ON0.8 Ct 6 NX 20.5=25.6A改变磁
42、通后的转速nr=UN Ra I aCeD40=220-0.37 6 x 25.60.8 x 0.1364=19 28 r/min(2)T L=TN,改变磁通前后转速的计算。改变磁通前电动机工作在额定运行状态，故n N =1500r/min改变磁通后的电枢电流1 a =C t NC t(DI N =C t(D N0.8 C t 6 NX 41 =51 .2 5A改变磁通后的转速=U N-R a I aC e(D2 2 0-0 3 76 x 51 .2 50.8x 0.1 3 64=1 840 r/mi n4.4 Z 2 -6 2他 励 直 流 电 动 机 的 铭 牌 数 据 为：P N=1 3
43、k W,U N =2 2 0 V,I N =68.7A,n N =1 50 0 r/mi n ,R a =0 .2 2 4 Q,电 枢 串 电阻调速，要 求5 ma x =3 0%,求：(1 )电动机带额定负载转矩时的最低转速；(2)调速范围；(3)电枢需串入的电阻最大值；(4)运行在最低转速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率(忽略T 0)及外串电阻上的损耗。解(1 )电动机带额定负载转矩时的最低转速计算。电动机的C e G N =U N -R a I Nn N2 2 0 -0 .2 2 4 x 68.71 50 0=0.1 3 64理想空载转速n 0 =U NCeDN2200.13
44、64=1613r/min4 1最低转速时的转差率A n ma x =3 ma x n O =0 .3 x 1 61 3 =483 .9r/mi n最低转速n mi n =n O -An ma x=1 61 3 -483 .9=1 1 2 9r/mi n(2)调速范围D =n ma xn mi n1 50 01 1 2 9=1 .3 2 9(3)电枢回路需串入的电阻最大值计算。n ma x =(R a +R ma x )I NC e(D NR ma x =C e(I)N An ma xI N-R a0.1 3 64x 483 .968.7-0.2 2 4=0.73 7。(4)运行在最低转速带额定
45、负载转矩时，电 动 机 输 入 功 率、输出功率及外串电阻损耗的计算。输入功率P l=U N I N =2 2 0 x 68.7=1 51 1 4W输出功率(忽略空载损耗)P 2 =P M =C e D N n mi n I N=0.1 3 64 x 1 1 2 9 x 68.7=1 0 579W外串电阻损耗p =I 2N R ma x =68.72 x 0 .73 7=3 478W4.5习 题 4.4中 的 电 动 机，降 低 电 源 电 压 调 速，耍 求 6 ma x3 0%,求：(1 )电动机带额定负载转矩时的最低转速；(2 )调速范围；4 2(3)电源电压需调到的最低值；(4)电 动
46、 机 带 额 定 负 载 转 矩 在 最 低 转 速 运 行 时，电 动 机 的 输入功率及输出功率(忽略空载损耗)。解(1 )电动机带额定负载转矩时最低转速的计算。额定负载时的转速降 n N =R a I NC e N0 .2 2 4 x 68.70.1 3 64=1 1 2 .8 r/mi n最低转速n mi n =n NS ma x-An N1 1 2.80.3-1 1 2 .8=2 63 .2 r/mi n(2)调速范围D =n ma xn mi nn Nn mi n1 50 02 63 .2=5.70(3)电源电压需调到的最低值。最低转速时的理想空载转速n 0 mi n =n N8
47、ma x1 1 2.80.3=3 76 r/mi n最低电压U mi n =C e N -n O mi n=0.1364 x 376=51.3V(4)电动机带额定负载转矩在最低转速运行时的输入功率及输出功率。输入功率Pl=Umi n IN=51.3 x 68.7=3524W输出功率4 3 P 2 =P M =C e N n mi n I N=0 .1 3 64 x 2 63 .2 x 68.7=2 2 66W4.6某生产机械采用他励直流电动机作原动机，该电动机用弱磁调速，数 据 为：P N=1 8.5k W,U N =2 2 0 V,lN=1 0 3 A,n N =50 0 r/mi n ,最
48、高转速 n ma x =1 50 0 r/mi n ,R a =0 .1 8。0(1 )若电 动 机 拖 动 恒 转 矩 负 载T L =TN,求 当 把 磁 通 减 弱 至O =13N时电动机的稳定转速和电枢电流。电 机 能 否 长 期 运 行？为什么？(2)若电动机拖动恒功 率 负 载P L =PN,求 中=13中N时 电 动机的稳定转速和转矩。此时能否长期运行？为什么？解(1 )拖 动 恒 转 矩 负 载T L =TN时，电 机 转 速 与 电 流 的计算。电动机的C e N为C e(D N =U N -I N R an N2 2 0-1 0 3 x 0.1 850 0=0 .40 3拖
49、动恒转矩负载运行减弱磁通时，有T L =T N =C e N I N =C e O I a l磁通减弱到二13N时电枢电流la i =NOI N =O N13ONX 1 0 3 =3 0 9A减弱磁通后的稳定转速n=U N -la i R aC e 4 5(1 )该电动机拖动恒转矩负载T L =TN时的最低转速及此时的静差率S ma x ;(2)该电动机拖动恒功率负载P L =PN时的最高转速；(3)系统的调速范围。解(1 )电动机拖动恒转矩负载时的最低转速及此时静差率6 m ax计算。额定磁通下的C e中N为C e N =U N -R a I Nn N440 -0 .3 76 x 761 0
50、 0 0=0.41 1 4降低电源电压调速时，由负载引起的转速降为 n =R a I NC e O N0 .3 76 x 760.41 1 4=69.5r/mi n最低转速n mi n =n O mi n -An=2 50 -69.5=1 80 r/mi n静差率6 ma x =Ann O mi n69.52 50X 1 0 0%=2 7.8%(2)电动机拖动恒功率负载时的最高转速。最高转速时的C e P为C e G=U Nn O ma x4401 50 0=0 .2 93 3最高转速n ma x =n O ma x -Ra INCe(D=1500-0.376 x 760.4114=143 l