17章 直流电机的运行

第17章思考题与习题参考答案17.1如何判断直流电机是运行于发电机状态还是电动机状态，它们的L与n、Ea与七的方向有何不同，能量转换关系有何不同？答：通过比较Ea和U的大小来判断。如果Ea>U，则为发电机状态，如果Ea<U，则为电动机状态。发电机状态时，T^与n方向相反，I与£^方向相同，将机械能转换为电能；电动机状态时，n与T咖方向相同，Ea与Ia方向相反，将电能转换为机械能。17.2分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、Ia、If的关系式。答：他励发电机和电动机：Ia=1并励发电机：Ia=I+七，并励电动机：I=七+七串励电动机：I—I—1亍复励电动机：I=1游励）=Ia+七并励）17.3直流电机中有哪些损耗？是什么原因引起的？为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗？答：直流电机中有：电枢铁心损耗、机械损耗、附加损耗、电枢回路铜损耗和励磁回路铜损耗。电枢铁心损耗是由于电枢铁心内磁场交变引起的；机械损耗是由于转动部件摩擦引起的；附加损耗是由于齿槽存在及漏磁场畸变引起的；电枢回路铜损耗是电枢电流Ia在电枢回路总电阻Ra上产生的损耗；励磁回路铜损耗是励磁电流I在励磁回路电阻R上产生的损耗。铁心损耗与磁通密度幅值及交变f f频率有关，因为磁密不变，在转速一定时，电枢内磁场的交变频率也不变，所以铁耗是不变损耗；机械损耗与转速有关，当转速一定时，它是不变损耗。17.4如果并励直流发电机不能自励建压，可能有哪些原因？应如何处理？答：（1）主磁极可能没有剩磁，应该通过励磁绕组给主磁极充磁；（2）转向不正确（或励磁绕组与电枢绕组的连接不正确），在有剩磁的状态下改变转向（或转向不变时，改变励磁绕组与电枢绕组的相互连接）；（3）励磁回路电阻过大，超过了临界电阻，此时应减小励磁回路的调节电阻。17.5并励直流发电机正转时能自励，反转时能否自励？为什么？答：正转能自励，说明励磁电流所产生的磁场恰好与剩磁方向相同，如果反转，励磁电流所产生的磁场就会与剩磁方向相反，主极剩磁被削弱，不能建立电压。17.6一台他励直流发电机，当励磁电流保持不变时，将转速提高20%，空载电压提高多少？若是并励直流发电机，当励磁回路电阻不变时，转速提高20%，则电压比前者升高得多还是升高得少？为什么？答：对于他励发电机，励磁电流不变，主磁通为常数，转速升高20%，空载电压也会升高20%；对于并励发电机，当励磁回路电阻不变时，转速升高20%，电压比前者升高得多（大于20%），因为随着转速升高，电枢端电压增大，励磁回路中电流也会增大，主磁通增加，使得空载电压进一步升高。17.7一台并励直流发电机，在600r/min时，空载电压为125V，假如将转速提高到1200r/min，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问电机的空载电压为多少？答：250V17.8直流电动机起动时，为什么要将串联在励磁回路的电阻短接？答：将串联在励磁回路中的电阻短接，目的是使励磁电流最大，主磁通最大，以便在限制电枢电流（起动电流）的情况下获得足够大的起动转矩。17.9直流电动机的起动电流决定于什么？正常工作时的工作电流又决定于什么？答：直流电动机的起动电流（it=U）取决于电源电压和电枢回路电阻的大小。正常工作时的a电流（I=^nEa）取决于负载的大小，负载增大，转速降低，电动势减小，电流增大。aRa17.10起动电流过大会产生什么影响？如何限制直流电动机的起动电流？答：起动电流过大，会造成直流电机换向困难，产生强烈火花；并引起电源电压瞬时跌落，影响同一电网上其它设备的运行。为了限制起动电流，可以采用电枢串联电阻起动或降低电压起动。17.11要改变他励和并励电动机的转向应该怎么办？仅仅改变电源的正、负极性，能使转向改变吗？答：对于他励电动机，只要改变电源电压的极性就可改变转向；对于并励电动机，仅仅改变电源电压的极性不能改变转向。因为此时电枢电流和励磁磁场同时改变方向，电磁转矩方向不变。要改变并励电动机的转向，只能改变励磁绕组或电枢绕组的电压极性。17.12一台并励直流发电机，Pn=10kW,Un=230V,nN=1450r/min,励磁回路电阻=215Q，电枢回路电阻R=0.49。，额定负载时，PFe=442W，p^=104W，忽略附加损耗。试求：（1）励磁电流If和电枢电流I,；⑵电磁功率Pem和电磁转矩T。皿；（3）电机的总损耗£p和效耗。解：（1）乌=10x103=43.478A解：（1）Un 230

I=Un=230=1.07AfRf215=In+If=43.478+1.07=44.548A（2）E=U+1R=230+44.548x0.49=251.829VP=EI=251.829x44.548=11218.48WT=9.55'=9.55x11218.48=73.9Nmemn 1450（3）P1=P+Pf+p =11218.48+442+104=11764.48WZp=P]-Pn=11764.48-10x103=1764.48W门=—nx100%= ~——x100%=85%P 11764.48117.13一台并励直流电动机，Pn=96kW,Un=440V,'=255A,I^=5A,nN=500rjmin,R=0.078Q。试求：电动机额定运行时的输出转矩、电磁转矩和空载转矩。解JIN-IN=255—5=250AE=Un-1R=440-250x0.078=420.5VPemTem=EI=420.5x250=PemTem105125-em=—em=^ ——=2007.74NmO 2m 2兀-500N60 60PP 96x103=-n= n—= - =1833.465NmO 2m 2兀x500N60 60T=T—气=2007.74-1833.465=174.275Nm17.14有一台他励直流电动机，P=30kW,Un=220V，I=158.5A，n^=1000r/min，R/0.1O，保持额定负载转矩不变。求：（1）电枢回路串入0.3O电阻后的稳态转速；（2）电源电压降为180V时的稳态转速；（3）磁通减弱为80%①n时的稳态转速。解：（1）E=Un—y=220-158.5x0.1=204.15V

C①=E=204.15=0.20415e nN 1000电枢回路串电阻后：E，=Un—In(R+R)=220—158.5x(0.1+0.3)=156.6Vn=丘任='56.6=767.08r/min1Ce①0.20415(2)电压降低后：E"=U—1尸=180-158.5x0.1=164.15Vn=E&='64.15=804.07r/minCeO 0.20415(3)磁通减小后：I=二=8：=198.125Aa0.8 0.8气O'=0.8匕①=0.8x0.20415=0.16332200.2E”，=U-IR=220-198.125x0.1=200.2V200.2n=Ea,=—=1225.8r/minCeO'0.1633217.15一台并励直流电动机，额定功率七=1收，额定电压Un=220V，额定电流十54.8人,额定转速nN=1000r/min，额定励磁电流If=1.6A，电枢回路总电阻R=0.4Q。当电动机满载运行时，电源电压突然下降到200V，如果负载转矩保持不变，试求：（1）电压刚下降瞬间的电枢电流；（2）稳定运行后的电枢电流；（3）稳定运行后的转速。解：(1)I=七—I,=54.8—1.6=53.2AE=Un—IR=220—53.2x0.4=198.72VCO=Ea=198,72=0.2En^ 1000电压刚下降瞬间，励磁电流不变，所以Ea不变0.4I=N=200一198〃2=3.2A0.4aRa(2)稳定运行后CO'=200CO=槊x0.2=0.18e220e220

I''=地=I''=地=220x53・2=58.52A（3）E'=U'一IR=200-58.52x0.4=176.59VaaaEn=—a~r=17659=98b/minCe①'0.18第17章自测题参考答案一、 填空题大、小；2.相同、相反；3.制动、驱动；4.铜损耗、空载损耗；5.TQ、EI；6.不能、能；7.大、端电压下降后使励磁电流减小，感应电动势降低；8.0（或最小）、得到足够大的起动转矩；9.下降、增大；10.升高、增大二、 选择题1.③ 2.② 3.④ 4.④ 5.② 6.③ 7.④ 8.② 9.① 10.③三、 简答题答：有电枢串电阻调速、降低电压调速和减弱磁通调速三种方法。电枢回路串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是电阻只能分段调节，调速平滑性差，低速时特性软，转速相对稳定性差，限制了调速范围，由于串入电阻，损耗大，效率低。降压调速优点是电压能够平滑调节，可以实现无级调速，调速前后特性硬度不变，负载变化时，速度稳定性好，调速范围较宽，调速前后效率基本不变，经济性较好。但降压调速需要一套电压可连续调节的直流电源。弱磁调速的优点是通过电流较小的励磁回路进行调节，控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好，调速前后效率基本不变，经济性较好。缺点是特性变软，转速升高受到电机换向性能和机械强度的限制，升速范围不可能很大。答：并励直流电动机运行过程中励磁绕组断线可能有两种后果，一是由于磁通减小为剩磁通，电磁转矩减小，带不动负载导致电机停转，此时电枢电流达到很大值，可能烧毁绕组。二是在空载和轻载时会出现“飞车”，使换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身事故。若起动时断线，因磁通仅为很小的剩磁通，起动转矩很小，不足以克服阻力转矩，电机不能起动。

答：曲线1为他励发电机外特性，曲线2为并励发电机外特性。后者电压变化率大。他励发电机外特性下降有两个原因（1）电枢反应去磁作用使电枢电动势减小；（2）电枢回路电阻压降；并励发电机除了上面两个原因外，还因电枢端电压下降造成励磁电流减小，引起电枢电动势进一步降低，所以其外特性比他励发电机外特性下降多，电压变化率较大。答：当U=Un，七=I押（中二中/，电枢回路调节电阻R=0时的机械特性称为自然机械特性。当U丰Un，或I,丰I创，或电枢回路调节电阻R丰0时的机械特性称为人为机械特性。人为机械特性分为三种：电枢串电阻人为机械特性、降压人为机械特性、弱磁人为机械特性。和自然机械特性比较，电枢串电阻人为机械特性理想空载转速不变，曲线斜率增大，特性变软；降压人为机械特性，理想空载转速下降，曲线斜率不变，特性硬度不变；弱磁人为机械特性，理想空载转速升高，曲线斜率增大，特性变软。四、计算题P 15X103n—= =79.93AU/n 220x0.853,U220I=rn=-44=5Af,U220I=rn=-44=5AfaNNUN1.51aN2201.5x74.93-0.2=1.76QaNNUN1.51aN2201.5x74.93-0.2=1.76Q（2）I='=220=1100A

s’R0.2I——sIaN1100

74.93=14.682.解：（DInP N—UN^N7.5x103=110x0.829=82.25A110

41.5=110

41.5=2.65AU=NRfIn=I