电机与拖动习题与解答

1、第1 章 电磁学基础知识1.1 简答题1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式L didtddtN d ，以及 dte Blv 中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？答：式 e d 是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与 dt磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应 改写成 e d 或 e N d ，试说明其原因。dt dt3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪

2、个线圈的电流大？为什么？答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e，意味着产生同样的，根据 N?I= ?Rm，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况 下的（ N?I） 空芯 >> （N?I） 铁芯， 所以 I 空芯 >>I 铁芯。4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？8. 铁磁材料是如何分类的？各有什

3、么特点？1.2 分析题1. 变压器原理图如图所示，试回答：（1）当线圈 N1施加正弦电压 U1时，为什么在线圈 N1 及 N2中都会感应出电动 势？（2）当电流 Is增加时，标出这时 N1 及 N2 中感应电动势的实际方向。答：（1）当线圈 N1 流过电流 i1 时，会在铁芯建立磁通， i1 与正方向符合右手 螺旋关系，由于磁通同时交链线圈 N1和 N2，所以当 i1交变时， N1与 N2所 交链的磁链以同一个频率交变，所以在 N1和 N2 中都会感应出电动势。（2）按右手螺旋关系，标出在 N1和 N2中感应出电动势 e1和 e2的正方向， 如图中实线所示，感应电动势表达式分别为N1ddte2

4、N2ddt当电流 i 增加时，也增加， d 0 ，由以上表达式可知， e1 0、 e2 0，说 dt明此时 N1和 N2中感应出电动势的实际方向与 e1和 e2的正方向相反， 如图中虚 线（与实线方向相反）所示。第 2 章 直流电机2.1 简答题1. 直流电动机的电枢绕组中为什么也有感应电动势？其方向与电流方向有何关 系？他励直流发电机空载即电枢电流为零时，有没有电磁转矩？为什么？答： 直流电动机的电枢绕组旋转时，电枢导体切割气隙磁场，在电枢绕组产生 感应电动势，其方向与电枢电流方向相反，称为反电动势。他励直流发电机空载即电枢电流为零（ Ia=0）时，根据 T=Ct Ia，故电磁转矩 T=0.

5、2. 直流电机的电枢铁芯为什么必须采用硅钢片叠成，而机座和主磁极可以采用 整块铁？为什么有的主磁极也采用薄钢板叠成？答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯的磁场是交变的，为了减少铁耗，用硅钢片叠成。 机座和主磁极的磁场是恒定的，故可以采用整块铁。但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面的磁场发生脉动， 引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板叠成。3. 什么是电机的可逆原理？接在直流电源上运行的直流电机，如何判别它是运 行于发电机状态还是电动机状态？答：同一台电机（直流、交流）由于外界使用条件不同，既可以作发电机运行， 也可以作电动机运行。这个电机理论中普适的原理称为电机的可逆原理。

6、 当端电压 U电枢电动势 Ea，电枢电流 Ia 与 Ea 方向一致时，为发电机状态； 当端电压 U电枢电动势 Ea，电枢电流 Ia 与 Ea 方向相反时，为电动机状态；4. 如果将电枢装在定子上，主磁极装在转子上，换向器和电刷如何安装，才能 作直流电机运行？答：这种结构是旋转磁极式，因电刷必须与主极相对静止，所以电刷也应装在 转子上；而换向器必须与电枢相对静止，所以换向器应装在定子上。5. 直流电机电枢绕组是旋转的， 而电枢绕组中的电流又是交流电， 试问电枢电流 所建立的磁场在空间上是恒定的还是交变或旋转的，为什么？答：是恒定的。因为主磁极 N 或 S 下的电枢导体的电流方向不变。6. 直流电

7、机的主磁通既交链电枢绕组， 又交链励磁绕组， 为什么只有电枢绕组中 有感应电动势，而在励磁绕组中没有感应电动势？答：主磁通对励磁绕组来说是恒定不变的，因此励磁绕组中没有感应电动势； 主磁通对电枢绕组来说是交变的，故在电枢绕组中会产生感应电动势。7. 如何改变他励和并励直流发电机的端电压极性？答：他励：使电机反转；或将励磁电压反接； 并励：励磁绕组反接，同时将电机反转。8. 什么是电枢反应？对电机有什么影响？答： 直流电机带上负载运行后，电枢里有电流流过，电枢电流产生电枢磁场， 电枢磁场的出现有可能对主极磁场产生影响，这种影响称为电枢反应。电枢反 应的结果是负载后每极下总的磁通量比空载时要少。而

8、且电枢电流越大，这个 现象越严重。2.2 计算题1. 某直流发电机的额定功率PN=145KW ，额定电压 UN=230V ，额定转速nN=1450r/min ，额定效率 =90% ，求该发电机的额定电流、额定运行时的输入 功率？解：PNU NIN INPN145000 630(A)U N 230PN145000PIN161( kW )N0.92. 某直流电动机的额定功率 PN=22KW ，额定电压 UN=220V，额定效率 =83%，求该电动机的额定电流、额定运行时的输入功率？解： PNUNIN N IN UPNN N 222020000.83 120.48(A)PINUNI N 220 12

9、0.48 26505(W ) 26.5(kW)3. 某四极直流电机，电枢槽数 z=36，单叠绕组，每槽导体数为 6，每极磁通为2.2×10-2Wb，电枢电流为 Ia=800A，试问：电磁转矩和支路电流分别是多少？解： CT 2pNa 22某他励直流电动机的额定电压 UN=220V，额定电流电流为 IN=10A，额定转速 nN=1500r/min ，电枢回路总电阻 Ra=0.5，试求： （1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩； （2）保持额定时励磁电流及总负载转矩不变时， 端电压降为 190V，则稳定后的 电枢电流和转速是多少？（忽略电枢反应） 解： (1)由于他励 IaN= IN=10

10、A ，所以 EaN U N IN Ra 220 10 0.5 215VPMEaI a215 10 2150(W ) 236 34.395TPM 602 nN2150 602 150013.7(N m)2）由于 I f I fN 不变， 忽略电枢反应，则有N ，又因 总负载转矩不变Tem CT I a 34.395 2.2 10 2 800 605.35(N m)支路电流：Ia ia 2a800 200A4IaTCTTNCT NI aNI N 10AEaI a Ra190100.5 185V由于，所以EaNnNEaEanNEaN185 1500 1291 r/min2155. 某并励直流电动机在

11、某负载时的转速为 n=1000r/min，电枢电流为 Ia=40A ， 端电压为 U=110V ，电枢回路总电阻为 Ra=0.045，其他条件不变，但总负载转 矩 TL 增大为原来的 4 倍，试求：稳定后的电枢电流及转速分别为多少？（忽略 电枢反应） 解：当负载为 TL 时，EaU I aRa 110 40 0.045 108.2 V当负载为 TL4TL 时， 稳定后 I a4TLCTCT4I a 4 40 160AEa U I aRa110 1600.045102.8 V由于不变，EaEaEan 102.8 nnnEa108.21000 950.1r/min第 3 章 直流电动机的电力拖动3

12、.1 简答题1. 写出他励直流电动机的固有机械特性方程式，说明各物理量的含义，并绘制 机械特性曲线。答： n U NCe NRaa T ；2 emCeCT N其中， n-转速； N-每极磁通；UN- 额定电压； Ce-电动势常数； Tem-电磁转矩。Ct-转矩常数；答：直接启动由于电枢电动势 Ea Ce n 0，最初启动电流 I SRa，若直接2. 一般的他励直流电动机为什么不能直接启动？采用什么启动方法较好？启动，由于 Ra很小， I S会十几倍甚至几十倍于额定电流， 无法换向，也会过热， 因此，不能直接启动； 较好的启动方法是降低电源电压启动，启动过程中随着转速不断升高逐渐提高 电源电压，

13、始终保持 IS Iamax，直到U UN ，启动便结束。3直流电动机的电磁转矩是拖动性的转矩，电磁转矩增大时，转速似乎应该上 升，但从直流电动机的转速和转矩特性看，电磁转矩增大时，转速反而下降， 这是什么原因？答： 电磁转矩 Tem CT Ia； 当 Tem增大，则电枢电流 Ia 增大，反电动势Ea Ua I a Ra降低，而反电动势 Ea Ce n ，所以转速 n 下降。4. 请例举几种直流电动机的制动方法，并简要说明其工作原理。答： 1）能耗制动：当需要制动时，将开关 S投向制动电阻 RB 上，电动机便 进入能耗制动状态。2）反接制动：反接制动分为电压反接制动和倒拉反接制动两种。 3）回馈

14、制动：电动状态下运行的电动机，在某种条件下（如电动机拖动的 机车下坡时）会出现运行转速 n 高于理想空载转速 n0 的情况，此时 Ea>U，电 枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变：由驱动转矩变成制动转矩。从能量传递方向看，电机处于发电状态，将机车下坡时失去的位能变成电能回馈给电 网，这种状态称为回馈制动状态。3.2 计算题1.他励直流电动机额定数据为： PN=22kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500r/min ，电 枢回路总电阻 Ra=0.1 ，忽略空载转矩 T0，电动机带额定负载运行时，要求把 转速降到 1000r/min ，若采用电枢串电阻调速，需要串入的电阻值？解

15、： Ce NU NI N RanN220 115 0.11500n0Ce N220 1582.7 r/min0.139额定转速降落 n n0 nN1582.7 1500 82.7r/ min串电阻后转速降落 nn0n 1582.71000 582.7r / min ，设电枢串电阻为 R，则有Ra Rn ，所以 RRanNn Ra Ra nN582.70.1 (58822.77 1) 0.605或：如果负载不变则电枢电流不变，RaU N Ce Nn ，可求出外串电阻 R 。 INPN=22kW ，UN=220V ，IN=115A， 忽略空载转矩 T0，电动机带额定负解：1）CeU NI N Ra

16、nN220 115 0.1 0.13915002 分）TemCTIa9.55CeN I N 9.55 0.139 115 152.66 N·m2)n0UNCe N2200.1391582.7 r/min额定转速降落 nn0 nN1582.7 1500 82.7r/ min串电阻后转速降落n n01582.71000 582.7r / min ，设电枢串电阻为 R，则有Ra Rn ，所以 RRanNRa RanN582.70.1 (3 * 5 *8822.77 1) 0.605或：如果负载不变则电枢电流不变，Ra RU N Ce Nn ，可求出外串电阻 R 。 IN2） 降低电源电压后

17、的理想空载转速：n01 n nN 1000 82.7 1082.7r /min降低后的电源电压为 U1，则U1n01UNn0n011082.7U101UN220 150.5Vn01582.7或 U EaRaIaCe NnRaIN 求解。3)Ct N9.55CeN 9.55 0.18171.7354)额定电磁转矩 TNCt NI N 1.735270468.5N m5)理想空载转速 n0U N2201211r/min0.1817Ce N6)固有机械特性上两个特殊点：理想空载点( 1211r/min, 0Nm)；额定工作点 1150r/min，468.5Nm); 机械特性曲线略。4一台他励直流电动

18、机的额定数据如下：PN=29kW，UN=440V，IN=76.2A，nN=1050r/min ，Ra=0.4，试求：1)电动机拖动位能性负载( TL =0.8T N )，采用能耗制动，要确保最大制动电流不超过2IN，制动电阻应选多大？最后下放的稳定转速为多少？2)电动机拖动一位能性负载(TL=0.8TN)，在电压反接时作回馈制动下放，下放转速为1200r/min ，问电枢回路应串联多大的电阻？答： Ce NUNRaI N440 0. 4 76.2 0.391050nN1)能耗制动开始瞬间的制动电流最大，电机工作在B 点，转速为440 0. 4 0. 8 76. 20.391065. 7 r / min所串电阻为 R 1Ce NnA2I NRa最后下放速度为nRanDR1DCeNnBnAUNRa0. 8I NCe N2. 327 0.8IN426 r/min （对应 D 点）3)回馈制动以 1200r/min 的速度下放重物，如图中 E 点所示，所需电阻R3UNCe N nE0. 8I NRa440 0. 39 ( 1200) 0. 40. 8 76. 20. 062. 一台他励直流电动机的额定数据为： nN=1500r/min，电枢回路总电阻 Ra=0.1 载运