电机与拖动思考题与习题的解答讲解.docx

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电机与拖动思考题与习题的解答讲解

附录:

第2章思考题及答案

2-1直流电机的主要部件是什么？

各有什么作用？

答：

直流电机的主要包括定子、转子

定子部分：

包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置

1）主磁极：

建立主磁通，包括：

铁芯：

由低碳钢片叠成

绕组：

由铜线绕成

2）换向磁极：

改善换向，包括：

铁芯：

中大型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：

由铜线绕成。

3）机座：

固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4）电刷装置：

引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

转子部分：

包括电枢铁芯、电枢绕组、换向片

1）电枢铁心：

构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由电工钢片叠成。

2）电枢绕组：

产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3）换向片：

换向用，由铜线围叠而成。

4）

2-2在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？

答：

在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整流成出线端的直流电。

直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电变成电枢绕组中的交变电流。

2-3直流发电机是如何发出直流电的？

如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？

答：

直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势（如题图2-3所示瞬间以导体a为例），电枢绕组的a导体处于N极底下，由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，处于S极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙。

。

。

。

。

。

，它通过换向装置后，才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而A、B电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且A刷恒与N极下导体相连，B刷恒与S极底下导体相连），则由A刷引出的电动势方向恒为⊙（流出），若定义为正极，则Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕（流入），为负极，因此，由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。

由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。

2-4何谓电枢反应？

电枢反应对气隙磁场有什么影响？

答：

直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应.电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.

2-5公式和中的应是什么磁通？

答：

公式中的为每个极面下的气隙磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.

2-6直流电机有哪几种励磁方式？

在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？

答：

励磁方式有：

题图2-6直流电机的励磁方式

2-7“直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？

答：

由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。

这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。

发电机

交流（内电路）直流（外电路）

电动机

因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。

2-8造成换向不良的主要电磁原因是什么？

采取什么措施来改善换向？

答：

电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中的电流由正变成，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。

不良换向会引起火花和环火，使电机遭到损坏。

改善换向的方法有：

装设换向极。

在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。

2-9直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？

答：

电枢电动势

其中，Ce是电机的电动势结构数，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数2a，是每个极面下的磁通，n是电机转速。

电磁转矩

CT是电机的电磁转矩结构常数，，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数2a，是每个极下的磁通，是电枢电流。

2-10如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？

它们的功率关系有什么不同？

答：

用感应电动势和端电压的大小来判断。

当时为发电机状态，由原动机输入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率，再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率的形式输出；当时，为电动机运行状态，电源输入的功率，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率，再扣除空载损耗后，输出机械功率。

2-11并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，电机会有什么后果？

若在起动时就断线（电机有剩磁），又会有什么后果？

答：

并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（），主磁通将减小至剩磁通值，在断线瞬间，由于惯性，电机转速不会发生变化，则电枢电动势大大减小，从而电枢电流急剧增大，电枢绕组可能被烧坏。

对于电磁转矩，当电枢电流增大的速度大于主磁通减小的速度时，则也会增大。

如果负载转矩不变，致使电机转速迅速升高，若在空载或轻载时，转速会剧增，致使电机受损、甚至会造成人身伤害事故。

2-12试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？

答：

讨论他励和并励发电机

他励发电机：

稍下倾曲线（端电压U随负载电流I增大稍有下降），原因有：

①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁通减小，使电枢电动势Ea减小。

②负载增加，电枢绕组电阻压降IaRa增大。

并励发电机：

下倾曲线（端电压U随负载电流增大下降幅度较他励发电机大），原因是：

除①、②两原因与他励发电机相同外，因并励发电机的If=U/Rf，因此由①、②原因引起U减小，致使If减小（他励发电机If不变），磁通Φ减小，Ea进一步减小，致使端电压下降幅度较大。

第2章练习题题解及答案

2-1试判断下列电刷两端电压的性质

1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；

2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。

解：

由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：

1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，因为电刷与磁极相对运动，电刷两端电压为交流。

2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转，因为电刷与磁极相对静止，电刷两端电压为直流。

2-2一台直流电动机，额定功率为PN=160千瓦，额定电压UN=220伏，额定效率ηN=85%，额定转速nN=1500转/分，求该电机的额定电流？

解：

额定电流

2-3一台直流发电机，额定功率为PN=145千瓦，额定电压UN=230伏，额定转速nN=1450转/分，额定效率ηN=85%，求该发电机的额定电流？

解：

额定电流

2-4试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系？

解：

发电机电动机

电动势平衡关系

功率平衡关系

转矩平衡关系

2-5一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为马，电枢总导体数为152根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？

解：

2-6一台四极直流电动机，nN=1460r/min，Z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为马，单迭绕组，问电枢电流为800安时，能产生多大的电磁转矩？

解：

2-7直流发电机和直流电动机的电枢电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？

直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？

解；直流发电机电枢电动势为电源电动势（Ea与Ia同向），直流电动机为反电动势（Ea与Ia反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。

直流发电机电磁转矩为制动转矩（Tem与n反向），直流电动机为驱动转矩（同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力而形成转矩。

2-8把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？

若是一台并励发电机，则电压升高得多还是少（励磁电阻保持不变）？

解：

对于他励发电机：

，即=C，

故，空载电压增加1.2倍。

对于并励发电机：

若=C情况同上，空载电压Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同时，也相应加，从而导致也增大。

所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。

2-9他励直流电动机的额定数据如下：

，，估计电枢回路总电阻的值。

解：

由于一般电机额定运行时效率最高，最高效率时可变损耗与不变损耗相等，即

所以估计电枢回路的电阻为：

2-11一台并励直流发电机，励磁回路电阻负载电阻，电枢回路电阻，端电压U=220V。

试求：

（1）励磁电流和负载电流I；

（2）电枢电流和电动势（忽略电刷电阻压降）；

（3）输出功率和电磁功率。

解：

（1）励磁电流

负载电流

（2）电枢电流

电枢电动势

（3）输出功率

电磁功率

或

2-12一台并励直流发电机，，电枢回路电阻，一对电刷压降，励磁回路电阻，求额定时的电磁功率和电磁转矩？

解：

励磁电流

负载电流

电枢电流

电枢电动势

电磁功率

电磁转矩

2-13并励直流电动机的铭牌数据如下：

，，，，。

电枢总电阻，电枢反应忽略不计。

求：

（1）额定运行时的输出转矩与电磁转矩。

（2）理想空载转速与实际空载转速。

（3）如果额定运行时总负载转矩不变，则串入电阻瞬间电枢电流与转速各为多少？

（4）保持额定运行时总负载转矩不变，则串入而稳定后的电枢电流与转速各为多少？

解:

（1）输出转矩

额定运行时，电枢电流：

额定运行时，电枢电动势：

额定运行时，电磁转矩：

（2）由于额定励磁下，且不计电枢反应，所以空载时的主磁通与额定磁通相同，，则额定运行时

所以：

得，理想空载转速为：

实际空载有损耗，由额定运行时转矩平衡方程为：

为不变损耗引起的转矩为制动转矩，所以空载时的制动转矩也为此转矩。

又

得：

则实际空载转速为：

（3）串入电阻，由于惯性转速瞬间不变，瞬间电流为：

电枢电流与转速各为多少？

（4）由于磁通和负载都不变，所以串入电阻稳定时的电枢电流为：

不变。

而稳态时的反电动势为：

则最后的转速为n：

稳态时：

额定时：

由以上两个式子可得串入电阻后最后稳定的转速为：

一、填空题：

1、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）

2、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。

（Ea〈U；Ea〉U）

3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。

（叠绕组；波绕组；叠）

4、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）

5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。

（2p；2）

6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。

（每极气隙磁通量；电枢电流）

7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。

（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）

二、判断题

1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（  ）（F）

2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极