电机与电气控制技术第1章

1、 第1章 直流电机及电力拖动习题答案简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。答：1） 直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。若磁场BX与导体互相垂直，且导体中通以电流i ,则作用于载流导体上电磁力f。此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。该电磁转矩使电动机旋转。通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。2）直流电机主要由定子和转子部分组成。定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。主磁极的作用是产生恒定、 有一定空间分布形状的气隙磁通密度。整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成

2、，该种机 座能同时起到导磁和机械支撑作用。换向极用来改善直流电机的换向。电刷装置把电机电枢 中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。电刷装置与换向片一起完成机 械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1,即y=yk=1。单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，P =a。2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。3）电刷间电动势等

3、于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。4）电枢电流等于各并联支路电流之和。单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。单波绕组直接相连的两个线圈的对应 边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节 距约等于两个极距。单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数P无关，即a=1。直流电机的励磁方式有几种？画图说明。答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。a）b）C）d）a）他励b）并励C）串励d）复励什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。电刷位于几何中性线上时的电枢反应特点为：1）电枢反应使气隙磁场发生畸变

4、。物理中性线与几何中性线不再重合。2）对主磁场起去磁作用。怎么改善换向？答：1）选用合适的电刷，增加电刷与换向片之间的接触电阻。2）装设换向极。3）安装补偿绕组什么是电动机的转速特性？答：电动机额定电压 UN和额定励磁电流IfN时，转速与负载电流之间的关系。转速特性的表达式：如何改变直流电动机的转向 ？答：一是改变磁场极性；二是改变电源电压的极性使流过导体的电流方向改变。应注意,二者只能改变其一，否则，直流电动机的转向不变。什么是电力拖动系统，有几部分构成？答：电力拖动系统是由电动机拖动并通过传动机构带动生产机械运转的一个动力学整体。 一般情况下，电力拖动系统由电动机、传动机构、工作机构、控制

5、设备及电源五部分组成。生产机械的负载特性常见的有几类？画出其特性曲线。 答：1）恒转矩负载特性。包括反抗性恒转矩负载特性和位能性恒转矩负载特性。2）恒功率负载特性。3）泵与风机类负载特性。n JoOn JoOTLTL恒功率负载特性nnl12 120ILo oTFOTL泵与风机类负载特性nOTL0T-反抗性恒转矩负载特性（a）位能性恒转 矩负载特性什么是电动机的固有机械特性和人为机械特性？人为机械特性有几类，各有何特点， 画图说明。答：电动机自身所固有的机械特性是在电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外 串电阻时的机械特性，这条机械特性称为电动机的固有机械特性。把调节U、R、等参数后得到的机

6、械特性称为人为机械特性。人为机械特性有：1）电枢回路串电阻时的人为机械特性。 与固有特性相比，电枢串入电阻的人为特性的理 想空载转速no不变，但斜率随串联电阻RS的增大而增大，所以特性变软。改变RS的大小， 可以得到一组通过理想空载点 no并具有不同斜率的人为特性，如图所示。n JInoRa+Rs1Rs1Rs1 Rs2Ra+Rs2T em2）降低电枢电压时的人为特性。与固有特性比较，降低电压时人为特性的斜率不变,但理想空载转速no随电压的降低而成正比地减小。因此降低电压时的人为特性是位于固有特nononono2UNUIUULNu2Tem3）减弱励磁磁通时的人为特性。 在实际的运行条件下认为，

7、磁通越小，稳定的转速越高。no2nonono22no2nonono22121 NNno1noN2 1NOlNIKI aa）转速特性OTNT2TK1T Kb）机械特性减弱磁通的人为特性电力拖动系统稳定运行的条件是什么？答：电力拖动系统稳定运行的充分必要条件如下：1） 必要条件：电动机的机械特性与负载特性必须有交点，即存在Tem=TL ；2） 充分条件：在交点处，满足 一。或者说，在交点的转速以上存在TemTL。直流电动机为什么不能直接启动？常用的启动方法有几种？答：电枢电阻Ra很小，所以直接启动电流将达到很大的数值，通常可达到（1020）IN。过大的启动电流会引起电网电压下降，影响电网上其他用户

8、；使电动机的换向严重恶化，甚 至会烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除了个别容量很 小的电动机外，一般直流电动机是不允许直接启动的。为了限制启动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻启动或降低电枢电压启动。直流电动机调速的方法有几种？各有何特点？答：1）电枢回路串电阻调速。电枢串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是：由于 电阻分段调节，所以调速的平滑性差；低速时特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差；轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D 2%;转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低 。2）降压调速。优点是：电源电压能够平稳调节，可以实现无级调速；调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；无论轻载还是重载，调速范围相同， 一般可达D=2.512 ;电能损耗较小。降压调速的缺点是需要一套电压可连续调节的直流电源， 如晶闸管-电动机系统。3）减弱磁通调速。优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好。虽然弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率 增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此弱磁调速的经济性 是比较好的。缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电机换向能力和机械 强度的限制，因此