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didWd1.用电磁感应定律求感应电动势时，公式e=-L-、e=-、e=-N-，以及dtdtdte=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=-置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drd改写成e=或e=N-，试说明其原因。dtdt3. 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，试问哪个线

2、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NI=dRm，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的(NI)>>(NI)，所以I>>I。空芯铁芯空芯铁芯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？各有什么特点?12分析题1. 变压器原理图

3、如图所示，试回答：(1) 当线圈N施加正弦电压U1时，为什么在线圈N及N中都会感应出电动势？(2) 当电流I增加时，标出这时N及N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el和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为de=-N-11dte=-N22dt当电流i增加时，也增加，->0，由以上表达式可知，e<0、e<0，说

4、dt12明此时N1和N2中感应出电动势的实际方向与el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=Ctla，故电磁转矩T=0.2. 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

5、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。当端电压Uv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

6、；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

7、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n=90%，求该发电机的额定电流、额定运行时的

8、输入功率？解：145000230二630(A)-NIN1450000.9=161(kW)2.某直流电动机的额定功率Pn=22KW,额定电压Un=220V,额定效率n=83%,求该电动机的额定电流、额定运行时的输入功率？P22000解：P二UIqnI二二二120.48(A)NNNNNU耳220X0.83NNP二UI二220X120.48二26505(W)二26.5(kW)INNN3.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2.2X10-2Wb，电枢电流为Ia=800A，试问：电磁转矩和支路电流分别是多少？解：CTpN2兀a2x6x362kx2=34.395T二CI二

9、34.395x2.2x10-2x800二605.35(Nm)emTa支路电流：800=a=2a=200A4.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R=0.5Q，试求：Na（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=10A，所以E二U-1R二220-10x0.5二215VaNNNaP二EI二215x10二2150(W)MaaTPPx602150x60N、/=13.7(Nm)Q2兀n

10、2兀x1500NN(2)由于I二I不变，忽略电枢反应，则有二，又因总负载转矩不变ffNN则-NI二10AaNE二U-1R二190-10x0.5二185Vaaa由于二，所以NEEExn185x1500aN=-nn=n=1291r/mmnnE215NaN5.某并励直流电动机在某负载时的转速为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=0.045Q，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，E=U-IR=110-40x0.045=108.2Vaaa当负载为T=4T时,LL

11、T'4T稳定后ia=Co=話=4I=4x40=160Aa=110-160x0.045=102.8V由于不变,E',Een102.8x1000=nn=950.1r/mmnrE108.2a第3章直流电动机的电力拖动3.1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：URn=NaTCoCCo2emeNeTN其中，n-转速；UN-额定电压；Ce-电动势常数；Ct-转矩常数;N-每极磁通；Tem-电磁转矩。1卩AKllj0T、L,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？答：直接启动由于电枢电动势E二Cn二0，最初

12、启动电流I二U，若直接aeSRa启动，由于R很小，I会十几倍甚至几十倍于额定电流，无法换向，也会过热,aS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，始终保持I<I，直到U二U，启动便结束。SamaxN3. 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T二CI；当Tem增大，则电枢电流Ia增大，反电动势emTaemaE二U-1R降低，而反电动势E二Cn，所以转速n下降。aaaaae4请例举几种直流电动机的制动方法，并简要

13、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:P=22kW,U220V,I=115A,n1500r/min,电枢回路总电阻R=0.1Q，

14、忽略空载转矩T：电动机带额定负载运行时，要求把a0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：C-N-Na2200.139额定转速降落An二220-115x0.11500=1582.7r/min二0.139二1582.7-1500二82.7r/min串电阻后转速降落An二n-n二1582.7-1000二582.7r/min,0设电枢串电阻为R,则有Ra+R二空，所以R二少R-R二0.1x-1）二0.6050RAnAnaa82.7aNN厂厂u-cnR或：如果负载不变则电枢电流不变，R+ReN，可求出外串电阻0。a0IN2.一台他励直流电动机的额定数据为：PN=22kW

15、,UN=220V,IN=115A,nN=1500r/min,电枢回路总电阻R=0.1。忽略空载转矩T,电动机带额定负Na0载运行,求：1）额定运行时的电磁转矩；（6分）（2）若需将转速降为n=1000r/min,当采用电枢回路串电阻降速时，应串入多大的电阻？（6分）（3）若需将转速降为n=1000r/min,当采用降低电源电压降速时，外加电压应降为多少？（5分）1)C=NNaeNnN220-115x0.11500二0.1392分)T二CI二9.55CI二9.55x0.139x115二152.66NmemTaeNNU2202)n=n=1582.7r/min0C0.139eN额定转速降落An=n一

16、n=1582.7一1500=82.7r/min0N串电阻后转速降落An二n-n二1582.7-1000二582.7r/min,0设电枢串电阻为R,则有Ra+R=L，所以R二空R-R二0.1x-1)二0.6050RAnAnaa82.7aNN_UCnR或：如果负载不变则电枢电流不变，R+ReN，可求出外串电阻0。a0IN2) 降低电源电压后的理想空载转速：n=n+An=1000+82.7=1082.7r/min01N降低后的电源电压为U,贝UUn1=01UnN0U二鉴U二1082.7x220二150.5V1nN1582.70或U=E+RI二Cn+RI求解。aaaeNaN3某他励直流电动机的额定数据

17、为PN=54kW,UN=220V,lN=270A,nN=1150r/min。估算额定运行时的EaN，再计算CeNTn,n0，最后画出固有机械特性。解：(1)根据额定容量，取EaN=0.95UN=0.95X220=209VE209(2) C二-a二二0.1817eNn1150N(3) C二9.55C二9.55x0.1817二1.735tNeN(4) 额定电磁转矩T二CI二1.735x270二468.5N-mNtNNU220(5) 理想空载转速n=1211r/minoC0.1817eN(6)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机的额定数据如下：PN=29kW,Un=440V,In=76.2A,nN=1050r/min,Ra=0.4Q,试求：1）电动机拖动位能性负载（Tl=0.8Tn）,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