第二章直流电机的电力拖动

1、第二章 直流电机的电力拖动2-1 他励直流电动机的机械特性指的是什么？是根据那几个方程式推倒出来的？答：据以下三个方程：2-2 他励直流电动机的机械特性的斜率与那些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？答：与所串电阻RC及励磁磁场有关；值较小的机械特性称硬特性，反之为软特性2-3 为什么称为理想空载转速？堵转点是否只意味着电动机转速为零？为什么？答：因为实际中空载转矩T0不可避免，故n0达不到。堵转就是n=0的点。2-4 什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串电阻越大，机械特性越软？答：人为机械特性指通过改变u、R参数得到的机械特性。2-5 为什么降低电源电压的人为机械特性是互相平行

2、的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？答：u与值无关；因为减小，增大，特性边软。2-6 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：系统在某种外界扰动下离开原的平衡状态，在新的条件下获得的新的平衡；或当扰动消失后系统能自动恢复到原来的平衡状态。满足上述条件，系统就是稳定的。系统稳定运行的充分必要条件是：1）电机的机械特性与负载转矩特性必须有交点，在交点处；2）在交点附近应有。2-7 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：Ia由负载TL决定。不能。2-8 他励直流电动机为什么不能直接起

3、动？直接起动会引起什么不良后果？答：起动开始瞬间，由于机械惯性的影响，电动机转速这时起动电流为，因电枢电阻数值很小，因此，很大，可达额定电流的（1020）倍。因此不能直接起动。直接起动可能产生如下后果：1、大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易损坏绕组；2、使换向困难，主要是在换向器表面产生火花及环火，少坏电刷与换向器；3、过大的起动电流还会产生过大的起动转矩，从而使传动机构受到很大的冲击力，加速过快，易损坏传动变速机构；4、过大的起动电流会引起电网电压的波动，影响电网上其他用户的正常用电。2-9 起动他励直流电动机前励磁绕阻断线，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

4、)负载起动，TLTN。答：（1）电机飞车，转速太高，容易造成事故。（2）电机电枢中电流很大，却很可能起动不了，由于，此时磁场只有点剩磁很小。2-10 如何判断他励直流电动机是处于电动运行状态还是制动运行状态？答：电机所发出的电磁转矩与转速方向相同，即为电动状态。若电磁转矩与转动方向相反，则为制动状态。2-11 电动机在电动状态和制动状态下运行时机械特性位于哪个象限？答：电动状态机械特性位于一、三象限；制动状态机械特性位于二、四象限。2-12 能耗制动过程和能耗制动运行有何异同点？答：相同点：两种状态下，电磁转矩都与电机转向相反。不同点：能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向；而能耗运行中负载转矩与电

5、磁转矩反向。2-13 电压反接制动与电动势反接制动有何异同点？答：相同点：两种状态都是制动状态，即电磁转矩都与转向相反。不同点：电压反接制动中，电流方向发生改变；而电动势方向制动中电流流向不变。2-14 什么叫电力拖动系统的过渡过程？在过渡过程中为什么电动机的转速不能突变？答： 指系统从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定运行状态。由于机械惯性时间远大于电磁惯性时间，在过渡过程中可以把电磁量任务是突变的，而机械量不能。2-15什么是机械过渡过程？推导他励直流电动机拖动系统机械过渡过程解析式时作了哪些假定？答：指机械量如转速的变化过程（从一个稳态到另一个稳态）假设：1）电源电压u恒定不变2）磁通恒定

6、不变3）负载转矩TL保持常数不变2-16什么是他励直流电动机拖动系统机械过渡过程的三要素？机电时间常数的大小与哪些量有关？答：三要素指：初始值、稳态值、机电时间常数。机电时间常数与系统的转动惯量、所串电阻、及励磁磁场有关。2-17 他励直流电动机有那几种调速方法？各有什么特点？答：1）电枢串电阻调速特点：优点：设备简单、初投资少；缺点：1、有级调速，级数有限，平滑性差2、轻载时，调速范围小3、低速时，低，电能损耗大4、低速运行，转速稳定性差适用于调速性能要求不高的场合。2）降低电压调速特点：优点：1、电源电压能连续调节，调速的平滑性好，可达到无级调速；2、无论是高速或低速，机械特性硬度不变，低

7、速时稳定性好；3、低速时电能损耗小，效率高。缺点：设备的初投资大。适用于对调速性能要求较高的设备上。3）减弱励磁磁通调速特点：优点：1、电流较小的励磁电路中进行调节、控制方便，功率损耗小2、用于调速的变阻器功率小，可较平滑调速，实现无级调速。缺点：调速范围较小。2-18 静差率与机械特性的硬度有何区别？答：，机械特性越硬，越小。可以利用来衡量机械特性的硬度。2-19 调速范围与静差率有什么关系？为什么要同时提出才有意义？答：调速范围，其中nmin受到调速相对稳定性限制，而稳定性则通过（静差率）反映，故同时考察D与对调速系统才有意义。2-20什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

8、三种调速方法各属于哪种调速方式？答： 恒转矩调速方式：当采用电枢串电阻调速和降低电枢电压调速时，则电动机容许输出的转矩为常数。由此可见，这两种调速方法在整个调速范围内，不论转速等于多少，电动机容许输出的转矩都为一恒值，因此称为恒转矩调速方式。恒功率调速方式：当采用弱磁调速时，磁通是变化的，因此容许输出转矩与转速n成反比。而输出功率，即为一恒定值。故称为恒功率调速方式。串电阻调速和降电压调速属于恒转矩调速方式，弱磁调速属于恒功率调速。2-21 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：电动机的容许输出转矩和容许输出功率，仅仅表示电动机的利用限度，并不代表电动机的实际输出，电

9、动机的实际输出是由负载的需要来决定的。负载有三种类型：恒转矩负载、恒功率负载、通风机型负载。每种类型的负载，在不同转速下所需要的转矩和电流是不同的。所以要根据电动机所拖动负载的性质来选择调速方式，达到合理使用电动机的目的。2-22是否可以说他励直流电动机拖动的负载只要转矩不超过额定值，不论采用哪一种调速方法，电动机都可以长期运行而不致过热损坏？答：不可以。串电阻调速和降压调速可以这样认为，但弱磁调速时时，绕组，故不能长时间运行。2-23 一台他励直流电动机，铭牌数据为PN=60kW，UN=220V，IN=305A，nN=1000r/min，试求：（1） 固有机械特性并画在坐标纸上。（2） T=

10、0.75TN时的转速。（3） 转速n=1100r/min时的电枢电流。解：（1），通过（1058，0）及（1000，605.8）可以作出固有机械特性（2）（3）n=1100r/min 2-24 电动机的数据同上题，试计算并画出下列机械特性：（1） 电枢回路总电阻为0.5RN时的人为机械特性。（2） 电枢回路总电阻为2RN的人为机械特性。（3） 电源电压为0.5UN，电枢回路不串电阻时的人为机械特性。（4） 电源电压为UN，电枢不串电阻，=0.5N时的人为机械特性。注：RN=UN/IN称为额定电阻，它相当于电动机额定运行时从电枢两端看进去的等效电阻。解：（1）当外串后总电阻为0.5Rn时：（2）

11、当电枢总电阻为时：（3）（4）2-25 Z271型他励直流电动机,PN=7.5kW， UN=110V， IN=85.2A， nN=750r/min，Ra=0.129。采用电枢串电阻分三级起动,最大起动电流为2ln，试计算各级起动电阻值。解：选，2-26 一台他励直流电动机，PN=7.5kW，UN=220V， IN=41A， nN=1500r/min，Ra=0.376，拖动恒转矩负载运行，T=TN。当把电源电压降到U=180V时，问：（1） 降低电源电压瞬间电动机的电枢电流及电磁转矩是多少？（2） 稳定运行时转速是多少？解：机械特性 （1）当在额定点运行时 降压瞬间 180 (2) 2-27上题

12、中的电动机拖动恒转矩负载运行，T=TN ，若把磁通减小到=0.8N,。计算稳定运行时电动机的转速是多少?电动机能否长期运行?为什么?解: 当T=TN,时 电机不能长期运行2-28 他励直流电动机的数据为PN=13kW，UN=220V， IN=68.7A， nN=1500r/min，Ra=0.224。采用电枢串电阻调速，要求max=30%，求：（1） 电动机拖动额定负载时最低转速。（2） 调速范围。（3） 电枢需串入的电阻值。（4） 拖动额定负载在最低转速下运行时电动机电枢回路输入的功率，输出功率（忽略T0）及外串电阻上的消耗的功率。解: (1) (2) (3) 1133(4) 2-29 上题中

13、的电动机，如果采用降低电源电压调速，要求max=30%，求：（1） 电动机拖动额定负载运行时的最低转速。（2） 调速范围。（3） 电源电压需调到的最低数值。（4） 电动机拖动额定负载运行在最低转速时，从电源输入的功率及输出功率（不计T0）。解: (1) (2) (3) (4) 2-30 他励直流电动机PN=29kW，UN=440V，IN=76A， nN=1000r/min，Ra=0.376，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速n0min=250r/min，最高理想空载转速n0max=1500r/min，试求：（1） T=TN时的最低转速及此时的静差率。（2） 拖动恒功率负载P2=P

14、N时的最高转速。（3） 调速范围。解: (1) (2) (设x为弱磁系数)当时,设电机转速为nx,转矩为Tx 代入机械特性n中,整理有解得 或拖动恒功率时最高转速为1410.(3) 弱磁时拖动恒转矩负载的转速2-31 一台他励直流电动机PN=3KW，UN=110V，IN=35.2A，nN=750r/min，Ra=0.35。电动机原工作在额定电动状态下，已知最大允许电枢电流为Iamax=2IN，试问：（1） 采用能耗制动停车，电枢中应串入多大电阻？（2） 采用电压反接制动停车，电枢中应串入多大电阻？（3） 两种制动方法在制动到n=0时，电磁转矩各是多大？（4） 要使电动机以-500r/min的转

15、速下放位能负载，TL=TN，采用能耗制动运行时电枢应串入多大电阻？ 解: （1）能耗制动：代入数据，可解得 （2） （3）能耗制动时：n=0 则T=0；反接制动时：将U=，代入：得（4） 2-32 一台他励直流电动机，PN=13KW，UN=220V，IN=68.7A，nN=1500r/min，Ra=0.195，拖动一台起重机的提升机构。已知重物的负载转矩TL=TN，为了不用机械闸而由电动机的电磁转矩把重物吊在空中不动，问此时电枢回路中应串入多大电阻？解：固有机械特性若使重物吊在空中不动，即时解得 2-33 他励直流电动机的技术数据为PN=29KW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r

16、/min，Ra=0.377，Iamax=1.8IN，TL=TN。问电动机拖动位能负载以-500r/min的转速下放重物时可能工作在什么状态？每种运行状态电枢回路中应串入多大电阻（不计传动机构中的损耗转矩和电动机的空载转矩）？要求画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500r/min速度下放重物的转换过程。解：若只可进行一次变换则有可能的工作状态：能耗制动，转速反向的反接制动。i） 能耗制动 若-500下放，则则，此时校核制动瞬间的电流 可见 故不可采用。ii）将（IN，-500）代入得 变换瞬间 满足要求如图转换过程：2-34 电动机的数据同上题，拖动一辆电车，摩擦负载转矩TL1=0.8T

17、N，下坡时位能负载转矩TL2=1.2TN，问：（1） 电车下坡时在位能负载转矩作用下电动机的运行状态将发生什么变化？（2） 分别求出电枢不串电阻及电枢串有0.5电阻时电动机的稳定转速。解：（1）在位能负载转矩作用下，电机从正向电动状态逐渐过渡到正向回馈制动的发电状态。（2） 电机不串电阻时：电机串0.5电阻时：2-35 一台他励直流电动机的数据与题233相同，拖动起重机的提升机构，不计传动机构的损耗转矩和电动机的空载转矩，求：（1） 电动机在反向回馈制动状态下下放重物，Ia=60A，电枢回路不串电阻，求电动机的转速及转矩各为多少？回馈到电源的功率多大？（2） 采用电动势反接制动下放同一重物，要

18、求转速n=-850r/min，问电枢回路中应串入多大电阻？电枢回路从电源吸收的功率是多大？电枢外串电阻上消耗的功率是多少？（3） 采用能耗制动运行下放同一重物，要求转速n=-300r/min，问电枢回路中应串入的电阻值为多少？该电阻上消耗的功率为多少？解： （1）（2） （3）2-36 设题233中的电动机原工作在固有特性上，T=0.8TN，如果把电源电压突然降到400V，求：（1） 降压瞬间电动机产生的电磁转矩T=？画出机械特性曲线并说明电动机工作状态的变化；（2） 电动机最后的稳定转速为多少？解：（1）电源电压降到400V， （2）2-37 252型他励直流电动机，PN=4kW，UN=220V，IN=22.3A，nN=1000r/min，Ra=0.91。TL=TN，为了使电动机停转，采用电压反接制动，已知电枢回路串入的制动电阻Rc=9，求：（1） 制动开始时电动机产生