电机学习题及答案

直流电机1-1 一台长复励直流发电机PN11kW，U N=230V，n N1450r/min，2p4，换向片数 K 93，元件匝数 Ny3 ，单波绕组，电枢外径 Da0.195m，额定励磁电流1IfN0.956A，电机磁路有一定的饱和程度。（1）为改善换向，电刷前移 9 机械角。试求直轴与交轴电枢反应O磁势 Fad和 Faq。（2）电刷顺电枢旋转方向移动时，F ad和 Faq各起什么作用？解：额定电流IN= = A=47.83AUP2301额定电枢电流IaN=IN+IfN=(47.83+0.956)A=48.79A支路电流ia= = A=24.40AN2I79.48极距= = m=0.153mpDa24195.0元件数S=K=93总导体数N=2SNy=2 =620931电枢线负荷A= = A/m=24694A/maDiN195.0426电刷在电枢表面移过的距离= = =0.0153mb036a0m195.(1) 交轴电枢反应Faq=A( -b )=24694 A/极2 )0153.2.(=1511A/极直轴电枢反应Fad=A =24694 =377.8A/极b极/0153.A（2）电刷顺电枢旋转方向移动了 角，因为是发电机，故 Fad起去磁作用。F aq使气隙磁场发生畸变，因为磁路饱和，故 Faq还有去磁作用。1-2一台四极 82kW、230V、970r/min 的并励发电机，电枢电路各绕组总电阻 ,并励绕组每极有 78.5匝，四极串联后的总电0259.ar阻 ，额定负载时，并励电路串入 3.7 的调节电阻，一对8.f 电刷压降 2 Ub=2V，基本铁耗及机械损耗 PFeP mec=4.3kW，附加损耗 Pad=0.005PN。试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率、电磁转距和效率。解：额定电流IN A356.5AUP23018励磁电流IN= = A=8.68AftfrU7.3820额定电枢电流IaN=IN+IfN=(356.5+8.68)A=365.2A感应电动势EN=UN+IaN +2 =(230+365.2 =241.5VarbUV)2059.(1) 电磁功率Pem=ENIaN=241.5 365.2W=88.2kW(2) 电磁转矩Tem= = N =868.1N602Nemn9718.m(3) 输入功率P1P em+PFe+Pmec+Pad=(88.18+4.3+82 )kW=92.89kW05.(4) 效率 %28.1089.2%10N1-3一台并励直流发电机额定数据为：P N=82kW, =970r/min,UNNn=230V，极数 2p=2,电枢绕组电阻 ra=0.026 ,一对电刷接触电压降为 2 =2V，励磁回路电阻 RfN=32 。如果将此发电机作为电动机bU运行，2 =2V，所加电源电压为 UN=220V，试求：（1）电动机电枢电流与发电机额定电枢电流大小相同时，电动机转速为多少（假定磁路不饱和）？（2）当电动机电压 U=UN=220V时，电动机空载运行，此时空载转矩T0为（1）中额定运行时电磁转矩的 1.2%，求空载转速 n0。解：作发电机额定运行时额定电流 IN= = =356.5AUPA23018励磁电流 IN= = =7.19AfR电枢电流 IaN=IN+IfN=(356.5+7.19)A=363.7A感应电动势 EN=UN+IaNra+2 =(230+363.7 0.026+2)bUV=241.5V(1) 作为电动机运行时，依题意有电枢电流 Ia=IaN=363.7A感应电动势 E=UN-IaRa-2 =(220-363.7 0.026-2)=208.5VbU励磁电流 It= =f A8.6320由于磁路不饱和，因此 ，故有fI NENkenCNfI电动机转速 n= = =875.2r/minfI min/9705.2418.67r(2) 依题意，空载时电磁转矩Tem0=T0=1.2%Tem即 CT =0.012CT IaIa空载电枢电流 Ia0=0.012I0=0.012 363.7A=4.36A空载感应电动势 E0=UN-Ia0ra-2 =(220-4.36 0.026-2)V=217.8VbU由 nICaE00空载转速 n0= min/2.914i/2.875.1rr1-4两台完全相同的并励直流电机，机械上用同一轴联在一起，并联接于 230V的电网上，轴上不带其他负载，在 1000r/min时，空载特性如下：It/A 1.3 1.4E0/V 186.67 195.83现电机 A的励磁电流为 1.4A，电机 B的为 1.3A，电枢电路总电阻（包括电刷接触电阻）为 0.1 ，转速为 1200r/min，如忽略电枢反应的影响，试问：（1） 哪台是发电机？哪台是电动机？（2） 两机的总的机械损耗于铁耗是多少？（3） 只调节励磁电流（例如对调两机的励磁电流值） ，是否能改变两机的运行状态（保持转速不变）？（4） 是否可以在 1200r/min时，两机都从电网吸取功率或向电网送出功率？解：（1）从 n=1000r/min的空载特性折算到 n=1200r/min时的空载特性如下：It/A 1.3 1.4E0/V 224 235今电机 A的电枢电动势 Ek=235Uk=230V,电机 B的电枢电动势EB=224UN=230V，所以电机 A是发电机，电机 B是电动机 。（2）电机 A的电枢电流IaA= ARUaN501.23E电机 A的电磁功率PemA=EAIaA=235 kW=11.75kW3105电机 B的电枢电流IaB= = A60AaBRENU1.024电机 B的电磁功率P =E I =224 60 KW=13.44kWemBa310两台电机的电磁功率之差便是两机的总的机械损耗和铁耗，即P P （P P ） +（P P ） =(13.44-emBeAmecFeAmecFeB11.75)KW(3) 调节励磁电流能改变两电机的运行状态，例如对调两机的励磁电流，便对调两机的运行状态（转速不变） 。(4) 可以调节励磁电流使两机能都在 1200 时都作电动机运行，minr同时从电网上吸取功率，但不能都作发电机用，同时向电网送出功率。1-5一台并励发电机，P =7.2KW，U =110V，n =900 , =85%，R =0.08 （包括电刷NNNminrNa接触电阻） ，I =2A。若总制动转矩不变，在电枢回路串入一电阻使f转速降低到 450r/min，试求串入电阻的数值、输出功率和效率（假如 P n） 。0解 电动机额定运行时额定电流 I = = A=77ANUP85.0*1273电枢电流 I aN=IN-IfN=(77-2)A=75A感应电动势 E N=UN-IaNRa=(110-75*0.08)V=75A串电阻调速后，因为总制动转矩不变，古电磁转矩不变。又由于励磁电流不变，主磁通不变，由 Tem=CT Ia可知，电枢电流不变。调速后的电枢电流I =I =75AaN调速后的电动势为E 52ANnA10495需串入的调节电阻为R R （ ） 0.693jaNIUa08.7521因为电磁转矩保持不变，因此 P n,又因 P n,故输出功率em0P =(P P ) n0调速后的输出功率为2emP2= =NkW6.32.7945调速后的输入功率为P1=UN(Ia+If)=110 (75+2)W=8.47kW调速后电动机的效率为 02q%5.42107.86316 一台并励直流发动机，PN7.2kW,U N=110V,nN=900r/min,Ra=0.08 (包括电刷接触电阻),IfN=2A,保持总制动转矩不变。%85（1） 若在电枢回路中突然串入 0.2 的电阻，问串入电阻瞬间的电磁转矩是多少？稳定运行的转速是多少？（2） 当电枢回路不串电阻而将磁通 降低到 0.8 时，稳定转N速是多少？解 （1）额定运行时额定电流IN= =UPA7%85102.73额定电枢电流IaN=INI fN（772）A75A额定感应电动势EN=UNI aNRa(11075 )V104V08.C =156.904n串入电阻瞬间，由于电动机的机械惯性，转速来不及变化，即n=nN;又由于励磁电流不变， 不变，因为 E亦不变，即 EE N。电枢电流突变为I a AREUjN43.21.08.1电磁转矩也随着突变为T =C I =9.55CE I =9.55emNaNa mN43.2156.0达到稳定状态后，由于总制动转矩不变，因此电磁转矩等于额定电磁转矩，即C Ia= C IaNTNTN故稳定后电枢电流仍为调速前的数值，即Ia=IaN=75A此时电枢电动势为EU NI a(Ra+Rj)=110-75 V=89V)2.08.(故稳定后的转速为n= Nnmin/70i/90148rr(2) 不串电阻而采用降低磁通调速，稳定时，根据（1）分析可知，电枢电流仍为调速前之数值，故感应电动势保持调速前之数值不变，即EE N104V因此 C E n=CE NnN稳定后的转速为n= =Nnmin/125in/908.1rr17 并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？为什么？答 励磁回路断线时，只剩下剩磁。在 断线出瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变。电枢电势 EC E n与磁通成比例减小。由 Ia= 可知，I a将急剧增加到最大值，当 Ia增加的比率大于电REU磁转矩大于负载转矩，电动机转速明显提高。随着转速的升高，电枢电动势增加，I a从最大值开始下降，可能在很高的转速下 实现转速和电枢电流都远远超过额定值，这是不允许的。从理论上讲，当励磁回路断线势，若是电动机的剩磁非常小，而电枢电流的 增大受到电枢回路电阻的限制，可能出现电枢电流增大的比率小于磁通下降的比率，在负载力矩一定时，电枢的电磁力矩小于制动力矩，因而转速下降。但在这种情况下，电枢电流仍然时远远的超了额定电流值。可见，并励电动机在运行中励磁回路断线可发生两个方面的影响：一方面引起电枢电流的大幅度增加，使电动机烧毁：另一方面，可能引起转速急剧升高。过高的转速造成换向不良，致使电动机转子遭到