《电机原理及拖动第4版习题及答案汇总（边春元）第1--9章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机原理及拖动第4版习题及答案汇总（边春元）第1--9章.pdf（106页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电机原理及拖动第4版 习题及答案思考与习题解答i-i 说明直流电机电刷和换向器的作用，在发电机中它们是怎样把电枢绕组中的交流电动势变成刷间直流电动势的?在电动机中，刷间电压本来就是直流电压，为什么仍需要电刷和换向器？答：直流电机的电刷是连接内电路和外电路的装置，换向器可以实现交、直流电势电流的转换。在直流发电机中换向器连接的电枢元件在不同磁极下产生不同方向的交变电势，而电刷位置是固定的，每个旋转到该位置的换向片输出电势极性是一致的，通过静止的电刷可以得到极性固定的电枢电势。在电动机中刷间电压是直流，根据电磁力定律(左手定则)在旋转的电枢元件中，只有不断改变电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到
2、相同方向的电磁力，因此需要电刷和换向器将刷间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电枢才能连续旋转，保证电机正常运行。1-2判断直流电机在下列情况下电刷两端电压的性质：(1)磁极固定，电刷与电枢同向同速旋转。(2)电枢固定，电刷与磁极同向同速旋转。答：(1)交流；(2)直流。1-3 他励直流发电机，额 定 容 量&=1 4 k W,额定电压UN=2 3 0 V,额定转速2=1 4 5 0 r/m i n,额定效率=8 5.5%,试求电机的额定电流与 及额定状态下的输入功率4。解：(1)求电机额定电流,PN 1 4 0 0 0 r.IN=-=-=6 0.8 7 AN UN 2 3 0(2)额定状态
3、下的输入功率4 =殳=-=1 6.3 7人 卬r jN 0.8 5 51-4 他励直流电动机，PN-1.1 k W,UN=1 1 0 V,IN=1 3 A,N=1 5 0 0 r/m i n,试求电动机的额定效率以及额定状态下的总损耗功率Ep o解：(1)求电动机额定效率=PN 二 A 1 1 0 04 -INUN 1 3 x 1 1 0=7 6.9 2%(2)额定状态下总的损耗功率Zp=pt-PN=/；vt/A,-Pv=1 3 x 1 1 0-1 1 0 0 =33QW1-5直流电机的主磁路包括那几部分？磁路未饱和时，励磁磁动势主要消耗在此路的哪一部分？答：直流电机主磁路包括N极铁芯一气隙一
4、电枢齿一电枢轨一相邻S极电枢齿一气隙-S极铁芯一定子物一回到N极。在磁路不饱和时励磁磁动势主要消耗在两段气隙上。1-6直流电机的励磁磁动势是怎么样产生的，它与哪些量有关？电机空载时气隙磁通密度是如何分布的？答：励磁磁动势由励磁电流产生，其数值与励磁电流和励磁绕组匝数有关。电机空载时磁通密度波形近似于梯形波。1-7什么是直流电机磁路饱和系数？饱和系数的过高和过低对电机有何影响？答：磁路饱和系数描述了磁路的饱和程度。如果饱和系数过大说明电机磁路处于过饱和状态，磁路磁阻增大、铁损增加、电机效率下降；饱和系数过低说明电机磁路欠饱和，励磁电流的变化易引起磁通的波动影响电机稳定性，同时由于铁芯未能充分利用
5、，造成材料浪费。1-8 一单叠绕组，槽数Z=24,极数2P=4,试绘出绕组展开图及并联支路图。7 2 0解：计算绕组节距=5,绕组展开图2 p 4图1-7绕组展开图并联支路图1-9图1-8并联支路图教 材 书（第 20页）中的图1 2 所示单叠绕组,去掉A2B2两组电刷，对电机的电压，电流及功率有何影响？答：去掉两组电刷后的并联支路图改为电压不变；电流为原电流的1/2；功率为原功率的1/2。1-10 何谓电枢反应，以直流电动机为例说明在什么情况下只有交轴反应？在什么情况下出现直轴反应？答：当电机带上负载后，电机的合成磁场由空载磁场和电枢磁场共同决定，电枢磁场的出现，使磁场波形发生畸变，这种现象
6、称为电枢反应。当电刷位于几何中线上时，只有交轴电枢反应；当电刷偏离几何中线时存在交轴电枢反应和直轴电枢反应。1-1 1 直流电机交轴反应对磁场波形有何影响，考虑磁路饱和时和不考虑磁路饱和时,交轴反应有何不同？答：电枢反应使主磁场梯形波发生扭曲。对直流发电机来说前极尖去磁；后极尖增磁，对直流电动机来说情形与之相反。不考虑磁路饱和时，发电机前、后极尖的去磁和增磁相等，极下总磁通不变；考虑饱和时去磁大于增磁，总磁通有所减少。1-12 直流发电机中是否有电磁转矩？如果有，它的方向怎样？直流电动机中是否有感应电动势？如果有，它的方向怎样？答：直流发电机中有电磁转矩，其方向与电机转速方向相反，是制动转矩；
7、直流电动机中有电枢电势，其方向与电源电压方向相反。1-13 直流电机中感应电动势是怎样产生的？它与那些量有关、在发电机和电动机中感应电动势各起什么作用？答：直流电机电枢绕组导体在旋转中切割主磁场磁力线产生感生电势，对于结构一定的电机，感生电势的大小与磁通量和电机转速有关。在发电机中它是电源电势，可以提供输出电能；在电动机中它是反电势，可以抑制电枢电流过高。1-14 直流电机中电磁转矩是怎样产生的？它与那些量有关、在发电机和电动机中电磁转矩各起什么作用？答：在磁场中的电枢元件导体流过电流时会受到电磁力的作用，在电机结构一定时，电磁力的大小与磁场磁感应强度和导体中电流的强弱有关，总的电磁力与电枢半
8、径的乘积即电磁转矩。在发电机中的电磁转矩与电机转速方向相反，是制动转矩；在电动机中的电磁转矩与电机转速方向相同，是拖动转矩。1-1 5 怎样判断一台直流电机工作在发电机状态还是工作在电动机状态？答：电磁转矩与电机旋转方向相同，电机处于电动状态；电磁转矩与电机旋转方向相反，电机处于发电状态。1-1 6 在直流电机中，证明E=T Q,从机电能量转换的角度说明该式的物理意义。答：证明电磁功率计算公式：E I=C-n I=-d）/?/=网-1 Q=CT-（b-I-Q-=TQ*60a*2兀 a 2na r a T Y u电磁功率依靠磁场作用进行机电能量交换，磁场对电系统和机械系统的作用与反作用表现在感应
9、电势和电磁转矩上。磁场与交链绕组发生相对运动产生感应电势，只要有感应电势电机就能从电系统吸收或送出电能；绕组中通过电流并与气隙磁场相互作用产生电磁转矩,通过电磁转矩电机能向机械系统送出或吸收机械能。电机通过电势和转矩进行能量交换，具体表现在电磁功率上既可以用电功率E j/“来表示，也 可 以 用 机 械 功 率 来 表 示。1-1 7 并励直流发电机必须满足哪些条件才能建立起正常的输出电压？答：满足三个基本条件，1）要有剩磁；2）剩磁电压方向与建立磁场的电压方向一致;3）励磁回路总电阻要小于临界电阻。1-1 8 并励直流发电机正转时能够自励，反转后是否还能自励？若再反转的同时把励磁绕组的两个端
10、子反接，是否可以自励？电枢端电压是否改变方向？答：不能自励。因为反转后剩磁方向与建立磁场的电压方向不一致，不能满足自励的基本条件。如果电机反转同时将励磁绕组反接是可以自励的，但电枢端电压的方向与正转时相反。1-19 一台直流发电机，当分别把它接成他励和并励时，在相同的负载情况下，电压调整率是否相同？如果不同，哪种接法电压调整率更大？为什么？答：他励直流发电机和并励直流发电机在相同负载情况下电枢电流是不同的，并励发电机由于电枢电流除了提供负载电流以外还要供给发电机本身的励磁电流，所以电压调整率要比他励发电机大。1-2 0 一台直流电动机，拖动一台直流发电机。当发电机负载增加时，电动机的电流和机组
11、转速如何变化？说明其物理过程。答：发电机负载增加（即电流增大），其制动电磁转矩也增大，则拖动它的电动机必须增加拖动转矩与之平衡。因此在磁通不变时，电动机电枢电流也增大，机组转速会下降：如果要维持机组转速不变，可以减小电动机电枢回路的电阻或者提升电动机的端电压。1-2 1 一台并励直流发电机，&=1 6左皿,（4=2 3 0匕 几=6 9.6 A,N=1 6 0 0 m i n,电枢回路电阻&=0.1 2 8Q,励磁回路电阻号=1 5 0 Q,环=85.5%,试求额定工作状态下的励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。解：1）额定工作状态下的励磁电流=%=2 3 0/1 5
12、 0 =1.5 3 A於Rf2）额定工作状态下的电枢电流laHm=6 9.6 +1.5 3 =7 1.1 3 A3）额定工作状态下的电枢电势EaN=UN+IaN/?（=2 3 0 +7 1.1 3 x 0.1 2 8=2 3 9.1 V4）额定工作状态下的电枢铜耗pcuN=7 1.1 3 2 x o 1 2 8=6 4 7.6 W5）额定工作状态下的输入功率=1 8.7 K W6）额定工作状态下的电磁功率&=2 3 9.1 x 7 1.1 3 =1 7 K W1-2 2如何改变他励，并励和串励直流电动机的旋转方向答：将电枢端电压接线或者励磁电压接线之一反接。1.2 3他励直流电动机正在运行时，
13、励磁回路突然断线会有什么现象发生？答：飞车事故。1-2 4判断下列两种情况下哪一种可以使接在电网上的直流电动机变为发电机；（1）加大励磁电流，使。增加，试图使（2）在电动机轴上外加一个转矩使旋转速度上升，使灯。答：（2）1-2 5 他励直流电动机，在拉断电枢回路电源瞬间（n未变），电机处于什么运行状态，端电压多大？答：发电制动状态，端电压为纥1-2 6直流电动机电磁转矩是拖动性质的，电磁转矩增加时，转速似乎应该上升，但从机械特性上看，电磁转矩增加时，转速反而下降，这是什么原因？答：当磁通不变时电磁转矩的增加是靠电枢电流增加来实现的，电枢电流的增加同时也会导致电枢回路电阻压降的增加，由于电源电压
14、不变，电 枢 电 势=/-/&下降，而电枢电势E =QS-，因为式中磁通不变所以转速下降。1-2 7说明直流电动机理想空载转速许的物理意义？答：理想空载转速是当凡,=U时的一种理想状态，此时电枢电流为0,电磁转矩为0,电动机没有能量输出，输入的机械功率用于克服电动机的空载损耗。依靠电动机本身是无法达到理想空载转速的，必须加外力拖动。1-2 8与他励，并励直流电动机相比，串励直流电动机的工作特性有何特点？答：串励直流电机的工作特性很软，它的起动转矩较大，其理想空载转速为无穷大。串励电机适合起动困难永不空载的情况。1-2 9 并 励 直 流 电 动 机 旦=7.5公匕。=2 2 0匕4=40.6A
15、,%=30 0 0/7 m i n ,R“=0.2 13Q ,额定励磁电流/刀=0.68 3A,不计附加损耗，求电机在额定状态下的电枢电流，额定效率，输出转距，电枢铜耗，励磁铜耗，空载损耗，电磁功率，电磁转矩及空载转矩。解：求额定状态下下列参数1）电枢电流aN/一/加=40.6-0.68 3=39.9 17 A2）额定效率=俞=纭 鬻 8 3.9 7%。8 4%3）输出转矩T、N=9 550 殳=9 5 5 0 -=2 3.8 7 5N -m2 N nN 30 0 04）电枢铜耗%“=心&=39.9*2 x 0.2 13=339.38 W5）励磁铜耗pf=UfII N=2 2 0 x 0.68
16、 3=150.2 6W6）空载损耗p 7 50 0p =q_ p-pf-PN=-39 9.38-150.2 6-7 50 0 =8 7 8.9 3W7,v 1 0.8 47）电磁功率PM=PN+p.=7 50 0 +8 7 8.9 3=8 37 8.9 3W8）电磁转矩T QO C 8 37 8.9 3X10-葭=9 550-=9 550-=2 6.61 N-mN nN 30 0 09）空载转矩T0=TN-T2N=2 6.67 -2 3.8 7 6=2.8 N m1-30 并 励 直 流 发 电 机PN=2.1k W,UN=110 2,N=115（h 7 m i n，4 =0.0 2。,/加=
17、5 A,把它接在 110 V 直流电网上，试求额定电枢电流时电机转速。解：额定电枢电流时电机转速发电机额定电流：=p2=津2 7 0巴0 0=2 45.454N UN 110发电机电枢电流：10 alN=2 45.45+5=2 50.45A电机的电势常数：Q/=+,褐=110+250.45x0.02=。/e N nN 1150出立+、士 t/A,-/,/?,110-2 50.45x 0.0 2 ,八“，.作为电动机时转速：n=-纥=-=10 50 r/m i nO.I1-31 一 台 他 励 直 流 电 动 机&=1.1A W,=1 10匕4=13A,N=150 0 z 7 m i n,R“=
18、1 Q,将它用作他励直流发电机,并保持n=nN,（t=（iN,Ia=la N时，求电机的输出电压。解：直流电动机电枢电势：Ea M=4*凡=110 13x 1=9 7 VE Q 7电势常数：C*v=3 _=二L=0.0 65e N nN 150 0转速不变、磁通不变，直流发电机电枢电势：EaC=Ea M=9 7 V发电机输出电压：Uc=EaC-心4=9 7 -13x 1 =8 4V1-32 并 励 直 流 电 动 机PN=9 6 k W,UN=440匕 9=2 55A /加=5 A,nN=50 0 r/m i n,Ra=0.0 7 8 Q ,试求（1）额定输出转距；（2）额定电磁转距（3）空载
19、转距（4）理想空载转距（5）实际空载转距。解：1）额定输出转矩7；w=9 5 5 0 =x 9 550 =18 33.6-m2 N%50 02）额定电磁转矩额定电枢电流：/“N =/可一/例=2 55-5=2 50 A磁通不变的电势常数：C 2N=一心”=例-25X.078=0 84nN 50 0磁通不变的转矩常数：=9.55C/N=9.55X0.8 4=8.0 2额定电磁转矩：TN=8.0 2 x 2 50 =2005-m3）空载转矩W 加=2 0 0 5-18 33.6=1 7 L 4 M？4）理想空载转速UNC N440-=52 3.8 r/m i n0.8 45）实际空载转速n=%-凡
20、-x r.=52 3.8 0-O7 8-x l 7 1.4=52 1.8 r/m i nCM，XCMN 0.8 4X8.0 21-33 并励直流电动机UM=2 2 0 V,=8 1.7 4,%,=8 5%,电枢电阻凡=0.1。,励磁回路电阻R/=8 8.8 0。试画出功率流程图，并求出额定输入功率，额定输出功率，总损耗,电枢回路铜损耗，励磁回路铜损耗，机械损耗与铁损耗之和（不计附加损耗）解：1）功率流程图p f 2f P C.=1；&P n=pm+pFe+P sP=U I PM=E“1“=TQ-2=(。2）额定输入功率=2 2 0 x 8 1.7 =17.9 7左 W3）额定输出功率PN=17
21、.9 7 x 0.8 5=15.2 7后W4）总损耗P=PPN=17.9 7 -15.2 7 =2.7 Z W5）电枢回路铜损耗P-不了 x凡=(8 1.7 2.47 7)2 x 0.1=62 7.7 W6）额定励磁电流:八七鼠4 77A7）励磁回路铜损耗P f=U N=2 2 0 x 2.47 7 =544.9 4W8）机械损耗与铁损之和（忽略附加损耗）P o=Pm+pFe=X p-pcu-pf=2 7 0 0-62 7.7 -544.9 4=152 7.36W1-34 一 台 并 励 直 流 电 动 机 PN=15k W,UN=440匕 =19 L 4,4V=4A,6=0.0 8 2。，N
22、=7 50 m i n,不计电枢反应影响，试求：（1）额定输出转距（2）额定电磁 转 距（3）理想空载转距（4）实际空载电流及空载转距解：1）额定输出转矩TM=9550%=9550 x 二=955N 加nN 7502）额定电磁转矩额定电枢电流：，例=1%-4=187A磁通不变的电势吊数：C N=-=0.566N 750磁通不变的转矩常数：G、%=9.55,%=9.55X0.566=5.41额定电磁转矩：TN=G耙I,=5.41x187=1011.277-3）理想空载转速L _ 440C&N 0.566777.39r/min4）实际空载电流及空载转速空载转矩：=1011.2 955=56.2N加
23、实际空载电流：/=V =%=10.39A C i/5.41R n non实际空转速：n=nn J x/0=777.39-曰 一x 10.39=775.88r/minC&N 0.5661-35 并 励 直流电动 机，PN=nkW,UN=220V,IN=91A,/?w=1500r/min,R,=0.074Q,/网=2.5/1,求电枢电流为50A时的电机转速。解：额定电枢电流：/“N =4一/於=91-2.5=88.5A额定磁通的电势常数：C/N=UNH=220-88.5x0.074=0 J 4 2e N nN 1500电枢电流 50A 时的转速:nJ-忆 I=220-Q74x50=1523r/m
24、in%C仲N 0.1421-3 6换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组如何励磁?磁场的方向应如何确定？答：换向极用于改善直流电机的换向，它装在直流电机的几何中线上；它的绕组应与电枢绕组串联且换向极绕组产生的换向磁场应与电枢磁场方向相反。1-3 7 何谓直线换向，延迟换向？怎样才能实现直线换向？答：当换向元件中各电势之和为0 时，换向电流与时间呈线性关系，即直线换向；当换向元件中的自感电势、互感电势及电枢反应电势的作用大于换向电势时，电流变化慢于直线换向，即延迟换向；反之，当换向电势起主要作用时电流变化比直线换向快，即超越换向。要实现直线换向，可加装换向极绕组使换向元件中合成电势为0 即可实
25、现直线换向。1-3 8 说明直流电动机和直流发电机怎样用移刷的办法改善换向？答：直流电动机应逆电机转向移动电刷一个合适角度；而直流发电机应顺电机转向移动电刷一个合适角度。1-3 9 怎样安装补偿绕组？它的作用是什么？答:在主磁极沿气隙表面安放补偿绕组，与电枢绕组串联，并使两绕组中电流方向相反，以抵消电枢反应。1-40 一台直流发电机改作发电机运行，换向极绕组的接法是否需要改接？为什么？答：不需要。因为电枢绕组与换向绕组串联，在电枢电流变换方向时换向绕组电流也随之改变了。思考与习题解答2-1 什么是电力拖动系统？包括哪几部分？都起什么作用？举例说明。答：电力拖动系统包括以下五个部分(1)电源：为
26、拖动系统提供能源；(2)电动机：拖动系统的动力设备；(3)传动机构：将机能量传递给工作机械；(4)工作机构：完成生产工艺要求的设备；(5)控制设备：根据工艺要求，向电动机发出各种指令。2-2电力拖动系统运动方程式中T,7；及”的正方向是如何规定的？如何表示它们的实际方向？答：电磁转矩T与电机转向一致为正方向；负载转矩T L 与电磁转矩方向相反为正方向；电机转速n与电磁转矩方向一致为正方向。它们的实际方向，可以根据参考方向加正负号来表示。2-3 试说明G O?与J的概念。它们之间有什么关系？答：J是系统转动惯量，是物体绕固定轴旋转时惯性的度量；G D?是系统飞轮力矩，是转动部分重力与回转直径平方
27、的乘积，作为一个整体参数代替转动惯量J进行工程计算，它们之间的关系是：4g2-4从运动方程式如何看出系统是处于加速，减速，稳速或静止等运动状态？答：运动方程式7一 乙=包-玄，T-T,=Td,当 T d 0 时系统加速；当 T d 22=1 5.2 7 V-/n2,G D 8N-m2,G D：=2 4 N -m2,G D；=1 4 N m2,G D：=3 8 N .m2,GD=2 6N-m2,GD-=4 2 N -m2,电动机转矩的飞轮力矩GOj=2 0 0 N.加2。试求：(1)折算到电动机轴上的总飞轮力矩及负载转矩(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。解.传动机构
28、各级速比为T号*比5 唠=(|=3 4=泮氤kz8 _ 4 6 _ n4z7 1 4 nf,J=J,W 4=8 7.4 6nf7iDs 3.1 4X0.53.6 7 r/mi n电动机转速=jnf=8 7.4 6 x 6.3 7 =5 5 7 r/mi n（!）r =9.5 5 厂+（%+%）i M，=1 9.7 6 M,平移部分折算到电机轴上的飞轮力矩为G D；=3 6 5 且 口 =3 6 5 g （.+：，）.=i A 5 N-m2q n-n2系统总的等效飞轮力矩为G必=GD；+也 淖+毁*+出 乌+缚+G%=7.36N而 片（jj）2 （./2(2)舄=9 5 5 01 9.7 5 x
29、 5 5 79 5 5 0=1.1 5碗2-1 3 某拖动系统的传动机构如图2-1 6 所 示（教材5 7 页）。根据工艺要求，生产机械轴平均加速度必须为4 ,“/力=3 r/（mi n.s）,但按现有的传动系统加速度过大。为此用增加飞轮的办法来减少起动加速度，现只有一个飞轮，其飞轮力矩为G 2 =6 2 5 M n 2。问将此飞轮装在哪根轴上才能满足要求？图中各轴的飞轮力矩及转速如下：G D：=8 0 N.m2,nt=2 5 0 0 r/mi n;G D22=2 5 0 N.m2,n2=1 0 0 0 r/mi n;GD32=7 5 0 N.ZM2.n=5 0 0 r/mi n;负载转矩T
30、m=1 0 0 N.m,电动机电磁转矩T=3 0 N.m,不计电动机空载转矩T。解：方法一，折算到电机轴上。G D2 d n系统等效运动方程：丁-五系统总速比/=2.=5 2 3T 100折算到电动机轴上等效负载转矩Tm e=20N.mj 5 n-Jnm ,-=J-=5x3=15r/(rmn.5)dt dt五7/dt=(30-20)x375/15=250N，设 X 为加装飞轮力矩的轴速比GErq=GD；+GD；/j；+GD；/j2+GD2/x2250=80+250/2.52+750/52+625/x2x=2.5.应GOz加在中间轴上。方法二，折算到负教轴上的电动机转矩T e gTeq=Tj=3
31、0 x5=150N.m满足=3 r/mi n.s 时系统等效飞轮力矩G%dtqGD2,(l50-100)=-x 3 GErq=6250 N.m不加飞轮时折算到负载轴上的系统总飞轮力矩GD。？GD；a=GD：(2)+GD；()2+GD；+GD2x2=80 x(型+250 x(幽 牛 +750=3750N./%,400 500与 G%的差值为 G%-G%=6250-3750=2500N.m现有飞轮的飞轮力矩G；,=625NM 试求：(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮力矩；(2)以匕“=120m/min提升和下放重物时折算到电动机轴上的负载转矩。解：各级速比 j,=Z2/Z,=100/20=5j2=
32、Z4/Z3=124/30=4.13=Z6/Z5=92/25=3.68卷筒回转半径 p =0.76r=0.76 x-=0.76 x=0.228加2 2卷筒转动惯量 J =叫 7?2=130 x0.2282=6.76kg-m2卷筒飞轮力矩 G。=4 g J=4x9.81x6.76=265N 加提升部分重力 G,=（加+%）g=（6000+200）9.81=60822N(1)折算到电机轴上总的飞轮力矩=21+1+10+8-Z-+4.13214+2653.682 0 2 Y+365 X 60822 X 1950；空+=45.35N2(2)折算到电机轴上等效负载转矩不考虑传递效率：T=9.55G,*=1
33、22.28N mn只传递效率：7=7cz x7c,n x Ha=0.953*0.97X0.96=0.8T 177 92提升时：T T=12=152.867V-meqm r/c 0.8损耗：AT=1即1 -4刖=152.86-122.28=30.58N-m下放时：Teqm J=久的 AT=122.2830.58=9 1.7N 加第三章直流电机的电力拖动3-1他励直流电动机的机械特性指的是什么？是根据哪几个方程式推导出来的。答：他励直流电动机的机械特性是在电源电压、气隙磁通及电枢回路总电阻均不变时电机的转速与电磁转矩之间的函数关系。它是根据电压平衡方程式、电磁转矩公式、电动势公式推导出来的。3-2
34、什么叫硬特性？什么叫软特性？他励直流电动机机械特性的斜率与哪些量有关？什么叫机械特性的硬度？答：机械特性的硬度就是机械特性曲线斜率的倒数，斜率越小机械特性越硬；斜率越大特性越软，电动机运行时若T变化引起的n变化较小，则这种电动机机械特征为硬特性；反之，若T的变化引起的n变化较大，即为软特性。他励直流电动机机械特性的斜率与电枢回路总电阻4+凡 成 正比，与气隙磁通Q的平方成反比。机械特征的硬度是指在机械特性曲线的工作范围内某一点的电磁转矩对该点转速的导数 四.d n3-3什么叫固有机械特性？从物理概念上说明为什么在他励直流电动机固有机械特性上对应额定电磁转矩7；时，转 速 有 的 降 落？答：当
35、电动机。=UN，0 =4V，K=0时的机械特性成为固有机械特征电动机在理想空载（耳,=UN，T=0）下运行时E =UN，电动机转速N=乌=%，在额定状态下运动 时/=，电枢绕组产生电压降/“,，此 时 电 枢 电 动 势 纥=乂-/八6,，转速=N=吸;，产 生 转 速 降=An.v a=JN3-4什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串越大，机械特性越软？答：通过改变电动机的电枢电压、气隙磁通、电枢回路电阻等电气参数而获得的电动机机械特性称人为机械特性。在相同的负载转矩下，电枢回路外串电阻&越大，机械特性的斜R+R率夕=二八:就越大，机械特性曲线就越陡，负载转矩变化时引起的转矩变化
36、就越大，因此使特性变软。3-5为什么降低电源电压的人为机械特是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？答：降低电源电压调速时。=么,，电枢回路不串电阻，因此不通电源电压的各条人为机械特性曲线的斜率4=不变，而理想空载转速与电源电压成比例降低，因此不同GGON电源电压下各机械特性互相平行。弱磁时。=。心电枢回路不串电阻。I 后，“0=乌 tC&N同时因。I ,电动机产生同样的电磁转矩所需的t ,因而/“R t ,使A?t ,由这两个原因使电动机的机械特性曲线斜率增大硬度变小。3-6什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？答：处于某一转速下运行的电力拖动系统，由
37、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能回复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。系统稳定的充分必要条件是：在交点T =T,处满足竺也。dn dn3-7他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或改变电源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？答：他励直流电动机稳定运行时T =TL,/“=口 二。若。=常数，则/仅由7；决定。CT（p改变U或电枢回路电阻的瞬间，因系统机械惯性使n不能突变，Ej也不能突变，破坏了电1 1 ,动机电压平衡关系，因而/也会发生变化，例如Ui I
38、 瞬间Ea不变，/“=4 J。ra当达到新的稳定状态后T =TL,Ia=,若TL中恒定则/不变。CT（P3-8他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？答:起动瞬间电枢电势为零，起动电流1“=2竺，电枢电阻很小起动电流很大，过大此电枢电流产生强烈的换向器火花，损坏换向器和电刷；另外大电流转矩的冲击也可造成拖动机构损坏。3-9起动他励直流电动机前励磁绕组断线，没发现就起动了下面两种情况会引起什么后果？（1）空载起动；（2）负载起动，答：（1）一般情况下电动机或多或少总有一定的剩磁，由于空载转矩较小，电动机可能会克服空载转矩而起动，但稳定运行时由于磁通很小，转速将会很高，如果电
39、机的机械强度不允许就会损坏电机；(2)不能起动，长时间的堵转会烧坏电枢绕组。如果采用降压起动由于剩磁通很小，电枢电流不能产生起动所需转矩，故不能起动。3-1 0 他励直流电动机有几种调速方法？各有什么特点？答：3种。(1)电枢回路串电阻：调速设备简单，操作方便。但属分级调速平滑性差，轻载时调速范围小，损耗大效率低。(2)降低电源电压：可实现无级调速，轻载或重载的调速范围不变，特性硬度较高负载变化时稳定性好，损耗小效率高。但需要一套电压可连续调节的直流电源。(3)减弱磁通：一般是基速以上的调速，调节方便、损耗小，可实现无级调速。但转速不能升的太高，调速范围有限。通常与降压调速配合使用。3-1 1
40、 静差率与机械特性的硬度有何区别？解：静差率是在某一调节转速下，电动机从理想空载转速到额定负载时的转速变化率5%=Q l x 1 0 0%。静差率是电动机调速性能好坏的一个指标，6%越小，负载变化时转%速的变化越小，转速相对稳定性越好。机械特性的硬度是指在机械特性曲线的工作范围内某点的，=a,它表示电动机运行时由于转速变化(d n)而引起转矩变化(d T)的大小。d n当电动机运行时由于外界干扰(U,7；变化)一起转速变化曲，若a 大,则电磁转矩的变化江 也大，使电动机能较快地达到新的稳定状态。因此a的大小表示电动机在工作点上运行时抗扰动能力的大小。3-1 2 调速范围与静差率有什么关系？为什
41、么要同时提出才有意义？答：调速范围D是额定负载下的最高转速和最低转速之比。D与 8%相互制约：因为6%n n n w二 3一%,。=皿，因 此 导 出 迺 一，由此式可见，D与 6 是一一对应的，n0(n.m i n (1 -3.)m i3n，U而且相互制约。对于某种调速方法，例如电枢回路串电阻调速，此时0 =-J,“m a x =N c 机都是常数，如果要求6小，则 D就大。对于不同调速方法，相同的6 要求对应的D也不同。例如降压调速时，%=，。=乌，。与 U 成正比例下降，与电枢串电阻调速相比，C 仲N在相同的6 下可以得到较大的调速范围。因此只有在满足一定的静差率要求下的调速范围才有意义
42、。例如降压调速和电枢串电阻调速都能把转速从匹调到零，如果没有对静差率的要求，这 两 种 调 速 方 法 的 调 速 范 围 都 可 达 到 无 限 大 这 时。也就没有意义了。3-1 3 什么叫恒转矩调速方式和恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各属于哪种调速方式？答：恒转矩调速方式是在整个调速范围内，保持4 =r的条件下电动机允许输出的转矩为常数；恒功率调速方式是在整个调速范围内/,=IN保持的条件下电动机的允许输出的功率为常数。串电阻调速和调压调速属恒转矩调速，弱磁调速属恒功率调速。3-14电动机的调速方式为什么要与负载性质匹配？不匹配时有什么问题？答：电动机调速方式与负载性质匹配
43、是指恒功率负载采用恒功率调速方式，恒转矩负载采用恒转矩调速方式，这样就能保证在调速范围内电动机电流均保持额定值不变，可以充分利用电动机，如果二者不匹配，例如恒功率负载采用恒转矩调速方式。恒功率负载功率PL=(=常数，n=nmin时，乙最大。n=时，/最小。为使电动机不过载，应 按 =m i n95so P下的负载转矩为电动机的额定转矩，即 留=N，/=几。如果采用恒转矩调速方式，例如降压调速，此时。=伽，在T =&时，T =TN=CTNIN,电动机可以充分利用。但电动机在nm i n n nm a x下运行时，电磁转矩因TL J而降低，/=IN,电动机就CT PN不能充分利用了。对于恒转矩负载
44、采用恒功率调速方式的情况，例如弱磁调速。由于恒转矩负载7；=常数，6=黑，=m i n 时功率2 最小，=m ax 时功率4 最大。为了电动机9 5 5 0 P不过载，应选=时的电动机功率为额定功率，此时。=-=。以 小，电动机可 m ax充分利用。但在T降速，使 电 动 机 在 /m ax 的某一转速下稳定运行时，乙仍为。，但因0 T,故(E0,Tn方向一致时，T为拖动转矩，电动机为电动状态；当U T与n方向相反，T为制动转矩，电动机为制动状态。3-17电动机在电动状态和制动状态下时机械特性位于哪个象限？答：电动状态位于第一、三象限；制动状态位于第二、四象限。3T 8能耗制动过程和能耗制动运
45、行有何异同点？答：电枢回路都不接在电源电压上，而接能耗制动电阻，消耗系统动能。但一个是过渡过程，一个是稳定运行状态。3-19电压反接制动与电动势反接制动有何异同点？答：两者相同点是：（1）瓦,与U同极性串联，电磁功率为负；（2）都从电源输入电功率“，从轴上吸收机械功率6,扣除空载损耗外后转变为电磁功率4 =耳,/，这两部分功率都消耗在电枢回路的电阻上。两者不同点是（1）电压反接制动输入的机械功率是由系统释放的动能提供，电动势反接制动输入的机械功率是由位能负载减少的位能提供。（2）电压反接制动仅是一个制动减速的过程，转速降到零时制动结束；电动势反接制动是一种稳定运行状态。3-20他励直流电动机拖
46、动反抗性恒转矩负载，最大起动转矩2最大制动转矩也为2，。负载转矩为1v，采用三级起动和反接制动。试画出机械特性和原理性电路图，说明电动机从静止状态正向起动到额定运行点，再经反接制动停车，再反向起动到额定运行点的整个过程。图 3-6三级起动机械特性曲线答：图3-5为三级起动，反接制动的原理性电路图。图 中KMF为正向接触器的接点，KMR为反向接触器的接点，KM为反接制动接触器的接点。R”4 3为各级起动电阻，反接制动电阻为R =+RC2+6.3 +4 4。正向起动时K M F、K4闭合。电枢中串入全部起动电阻R=Rcl+R，2 +R0电动机起dt动，T 5。工作点沿机械特性升速（见图3-6）。至
47、 b点，此时K 1 闭合，切除R”，电枢回路中总电阻为/?2 =6 2 +凡 3 +凡，相应的机械特性为图3-6 中的直线2。因拖动系统机械惯性，切除电阻瞬间n不变。工作点从b点过渡到曲线2的 c点。此时电动机电磁转矩大于负载转矩，丝 0,n t。至 d点，K 2 闭合，相应机械特性为直线3上 的 e点，此时电dt动机电磁转矩大于负载转矩，n t ,至 f 点，K 3 闭合，工作点从f点过渡到固有特性上的g点，电动机电磁转矩大于负载转矩，电动机在固有特性上升速至A点，T=TN,=,，=0,电动机稳定运行于额定工作点，起动过程结束。dt反接制动时K MF 断开，K MR闭合，改变电动机电源电压极
48、性，同时K l、K2、K 3、K 4 全部断开，电动机电枢回路中串入反接制动电阻H =R“+4*+4 3 +&4。相应机械特性为图3-6 中的直线5,因转速瞬间不变，电动机工作点从固有特性上的A点过渡到反接制动特性上的B 点，此时电动机电磁转矩小于负载转矩，0,n ,工作点沿曲线5 变化至n=0dt时，反接制动结束，此时电枢中串入全部起动电阻R =R“+凡Z+R,3。相应的机械特性为i n 象限中的直线6.工作点从C 过渡到特性6上的D 点。开始反向启动，其过程与正向起动相似，只是T、N、均为负值。3-2 1 拖动位能性恒转矩负载的他励直流电动机，有可能在反向电动状态下运行吗？若可能请举一例，
49、并说明条件及在机械特性上标出工作点。答：有可能。当电动机拖动一台电动小车下坡时，可在回馈制动状态运行（第二象限），此时串电阻电压反接，就能经反接制动到反向起动进入第三象限，在反向电动状态下稳定运行。其机械特性上运行的工作点如图3-7 所示。图 3-7 小车下坡时可能的运行状态以起重机为例：电动机拖动位能性负载时作用到电动机轴上的转矩按其性质分为两类,一是重物重力产生的位能性转矩7；,另一类是由传动机构产生的摩擦转矩7；。7；的性质是其方向与n 无关。7；与 n方向相反时为阻转矩，相同时为拖动转矩；7；的方向则与n有关，它总是阻碍运动的，当 n改变方向时，7；的方向也随之改变。设以提升时n的方向
50、为正，则提升重物时7；、的方向均与n方向相反，它们的符号均为正，电动机的负载转矩为TL=TK.+Tm,负载机械特性位于I 象限。下放重物时,n为负，7；的方向不变，仍为正，但已成为拖动转矩，而7m的方向则因n的改变而改变，符号变为负，仍为阻转矩。故下放重物时电动机的负载转矩为/=，,+，就是说下放重物时7；由工,克服。如果 7；,则的特性将位于H I 象限，如 图 3-a）所示。这是电动机负载转矩7；J与-n 同方向，是拖动转矩。在这种情况下如果改变电动积极性使其反转，电磁转矩T与-n 同向，也是拖动转矩。结果在T +，的作用下，电动机翻转调速很快升高，而电动机的转矩也随之减小,直到=%时 T