第3章直流电机习题解答.docx
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第3章直流电机习题解答
第三章直流电机
习题解答
3-1直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率?
对发电机和电动机有什么不同?
答:
输出功率;对于电动机指轴上的输出机械功率,对于发电机指线段输出的电功率。
3-2.一台p对极的直流电机,采用单叠绕组,其电枢电阻为R,若用同等数目的同样元件接成单波绕组时,电枢电阻应为多少?
答:
P2R.
解析:
设单叠绕组时支路电阻为R1,考虑到并联支路数2a=2p,故有:
R2RP1,则R12PR,单波绕组时,并联支路数2a=2,每条支路有p个R1,
则每条支路电阻为2p2R,并联电阻为p2R。
3-3.直流电机主磁路包括哪几部分?
磁路未饱和时,励磁磁通势主要消耗在哪一部分?
答:
(N极),气隙,电枢齿,电枢磁轭,下一电枢齿,气隙,(S极),定子磁轭,(N极);
主要消耗在气隙。
3-4.在直流发电机中,电刷顺电枢旋转方向移动一角度后,电枢反应的性质怎样?
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度,电枢反应的性质又是怎样?
如果是电动机,在这两种情况下,电枢反应的性质怎样?
答:
当电刷偏离几何中性线时,除产生交轴电枢磁动势外,还会产生直轴磁动势。
对于发电机,当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后,产生的交轴磁动势Faq对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同,产生的直轴电动势Fad
有去磁作用。
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后,产生的交轴磁动势Faq对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同,产生的直轴电动势Fad
有助磁作用。
如果是电动机,两种情况下的影响与发电机恰好相反。
3-5.直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流?
为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势?
答:
交流;因为在元件短距时,元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反,使得元件的平均电动势稍有降低。
但直流电机中不允许元件短距太大,所以这个影响极小,故一般不考虑。
3-6.一台直流电动机运行在电动机状态时换向极能改善换向,运行在发电机状态
后还能改善换向吗?
答:
不能;对电动机来说,换向极极性应与顺着电枢转向的下一个主极性相反,而发电机则应相同。
3-7.一台并励直流电动机在正转时有一定转速,现欲改变其旋转方向,为此停车后改变其励磁电流方向或电枢电流方向均可。
但重新起动后发现该电机在同样情况下的转速与原来的不一样了,问可能是什么原因造成的?
答:
①当电刷不在几何中性线上时,电枢磁场分为直轴和交轴两个分量。
当电枢反向时,直轴电枢磁场的方向将改变(如由去磁变为增磁),这样使磁通发生变化,在拖动恒转矩负载时,转速也将发生变化。
②正转停车后,直流电动机的铁心有剩磁,,改变励磁电流后,新产生的磁场方向与剩磁磁场方向相反,使总磁通减小,由nUIaRa知:
转速n有所增大。
Ce3-8、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。
3-9、不计电枢反应,他励直流电动机机械特性为什么是下垂的?
如果电枢反应去磁作用很明显,对机械特性有什么影响?
答:
因为负载转矩增大,导致电枢电流增大,电枢电动势下降,显然引起转速下降。
如果电枢反应去磁作用很明显,会使每极磁通的减小,电流越大,去磁作用也大,每极磁通的减小越明显,导致机械特性反而上翘。
3-10、何为转速?
负载变化引起的转速变化是不是调速?
直流电动机有几种调速方法?
试分析比较各种方法的特点。
答:
调速就是对控制对象进行速度调整,可以通过机械电气等方法进行调整,调速一般指系统层面即调速系统。
负载变化引起的转速变化不是调速。
直流电动机的调速方法有3种:
调节每极磁通;随着电动机转速的升高,负载转矩相应减小,属恒功率调速。
为避免电动机转子绕组受离心力过大而撤开损坏,弱磁调速时应注意电动机转速不超过允许限度。
调节电枢端电压;电枢回路必须有可调压的直流电源,电枢回路及励磁回路电阻尽可能小,电压降低转速下降,人为特性硬度不变、运行转速稳定,可无级调速。
电枢回路串电阻;这种方法只能使转速往下调。
如果所串电阻连续,电动机转速可以平滑调节,串电阻越大,机械特性越软、转速越不稳定。
优点:
设备简单,操作方便。
缺点:
调速时电动机效率低。
3-11、极数为2的直流电机,只有一个换向极,是否会造成一个电刷换向好,一个电刷换向不好?
答:
一般不会,因为对于两极电机在任意电刷换向时,必有一个线圈处于换向极磁场下面,产生换向极电动势,抵消电抗电势以减小附加电流。
3-12、对伺服直流电电动机有何基本要求?
在结构上是如何满足这些要求的?
答:
可控性好。
转速和转向完全由控制电压的大小和极性决定,并线性控制特性为最佳。
运行稳定性。
在宽调速范围内具有下降的机械特性,最好为线性机械特性。
伺服性好,能敏捷地跟随控制信号的变化,起、停迅速。
为满足上述要求,直流伺服电动机大都采用他励或永磁励磁方式,并在设计中力求磁路不饱和、电枢反应影响小、起动转矩大、转动惯量小。
3-13、计算下列电枢绕组的节距,并绘出绕组展开图和电路图:
(1)右行单叠短距绕组:
2p=4,QU=s=k=22;
(2)左行单波绕组:
2p=6,QU=s=k=22。
解:
(1)计算节距
合成节距等于换向节距y=yc=1
第一节距y1Qu225(短距绕组,有利于换向和节约端部用铜)
12p4
第二节距y2y1y4绘制绕组展开图
S
S
N
N
1314151617
B2
2122
1920
678910111213141516171819
2345
A2
1
234
5
6
7
8
A1
B1
8
91011
绘制电路图
ap
121A1A21123
12
11
13
22
3
4
5
6
10
9
8
7
14
15
16
17
21
20
19
18
B2
2)计算节距
yyc
K1221
p3
y1
Qu
2p
22
4;y2yy17436
绘制绕组展开图
21221234567891011121314151617181920
S
S
N
N
N
2
3
6
8
17
18
20
21
22
4
5
A1
B1
A2
B2
A3
B3
S
9
10
11
12
13
14
15
16
绘制电路图
ap
201362114722
3-14、一台直流电机的极对数3p=,单叠绕组,并联支路数26a=,电枢总导体数a398Z=匝,气隙每极磁通-2=2.110WbΦ,当转速分别为1500r/min和500r/min时,求电枢感应电动势的大小。
若电枢电流Ia=10A,磁通不变,电磁转矩是多大?
解:
当n11500rmin时,Ea1Cen16.632.11021500208.9V;
2
n2500rmin时,Ea1Cen16.632.110250069.6V。
(2)TeCTΦIa63.342.11021013.30Nm。
3-15一台他励直流电动机的额定数据为:
PN6kW,UN220V,nN1000r/min,pCua500W,pCuf100W,p0395W。
计算额定运行时电动机的T0、TN、Pe、N。
解:
额定运行状态下:
额定负载时发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率
解:
额定负载状态下:
台100kW、230V的并励发电机,每极励磁绕组有1000匝,在额定转速
下,空载产生额定电压需励磁电流7A,额定电流时需9.4A的额定电流才能达到同样的电压,今欲将该机改为平复励,问每极应加多少匝串励绕组。
解:
IN
PN100*103434.78A,
UN230
说明负载时有94007000A2400A的去磁作用,现用串励绕组将其改为平复励,则串励绕组应产生2400A的励磁磁动势对去磁作用进行补偿,因此所需匝数
为:
3-18一台5.5kW、110V的并励直流电动机,额定电流为80安,额定转速为1470r/min,电枢回路总电阻为0.15欧姆(包括电刷接触电阻),励磁回路电阻为138欧姆,设在额定负载下突然在电枢回路中串入0.4欧姆电阻,若不计电枢回路电感,并略去电枢反应,试计算
(1)串入电阻瞬间的电枢电势、电枢电流及电磁转矩;
(2)电枢电流的稳态值;
(3)进入稳态后电机的转速。
解:
额定负载时,电枢电流为:
Ea11079.2*0.1598.12V
1)串入电阻的瞬间,电机转速不变,电枢电动势不变,故:
Ea'11079.2*0.1598.12V
2)稳定后:
Ia''Ia79.2A
3)
Ea''11079.2*(0.150.4)66.275V
3-19一台96kW的并励直流电动机,额定电压为440V,额定电流为255A,额定励磁电流为5A,额定转
速为500r/min,电枢回路总电阻为0.078(包括电刷接触电阻),不计电枢反应,试求
(1)电动机的额定输出转矩;
(2)额定电流时的电磁转矩;(3)电动机的空载转速。
2)
IaINIf2255220A
EaUNIaRa440220*0.078422.84V
3)
EaCen
n0UNnN440*500520.29r
0EaNN422.84min
3-20某他励直流电动机的额定数据为:
PN=7.5kW,UN=220V,IN=40A,nN=1000r/min,ra=0.5。
拖动TL=0.5TN恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大?
解:
CTIaN
TL
0.5TN
0.5PN
N
7500
0.5*35.83Nm2π*1000
2π*60
TTeLNIN
35.83*4018.75A
76.43
Ea
Ea
UNI
Cen
Ea
EnN
EaN
ra22018.75*0.5210.625V
21200.6025*10001053rmin
3-21两台完全相同的并励直流电机同轴联在一起,并连接于230V的电网上,轴上不带其它负载,在1000r/min时空载特性如下,
If/A
1.3
1.4
E0/V
186.67
195.83
电机A的励磁电流为1.4A,电机B的励磁电流为1.3A,电枢回路总电阻为0.1欧姆,转速为1200r/min,若忽略电枢反应,求
(1)各台电机的运行状态;各台电机的电枢电流及电磁功率。
解:
(1)
EaCen,U230V故在n'1200rmin时,1200
对于电机A,Ea1200*186.67224.004V,EaU,电动机状态a1000
1200
对于电机B,Ea1200*195.83237.996V,EaU,发电机状态a1000
(2)
对于电机A,IaUEa230224.00459.96AaRa0.1
PeEaIa224.004*59.9613.431KW对于电机B,IaEaU234.99623049.96A
aRa0.1
PeEaIa234.996*49.9611.74KW