《电机及拖动基础》思考题与习题解答.doc

1、电机及拖动基础 （3 版）浙江机电职业技术学院 胡幸鸣主编思考题与习题解答第一章 直流电机1-1 在直流电机中，电刷之间的电动势与电枢绕组某一根导体中的感应电动势有何不同？解：前者是方向不变的直流电动势，后者是交变电动势；前者由多个电枢元件（线圈）串联而成，电动势相对后者的绝对值要大。1-2 如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，则换向器和电刷应怎样放置，才能作直流电机运行？解：换向器放置在定子上，电刷放置在转子上，才能作直流电机运行1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩 有何区别？它们是怎样产生的？而直流T发电机和直流电动机中的电枢电动势， 又有何区别？它们又是怎样产生的？aE解：直

2、流发电机的电磁转矩 T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩 T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势 Ea 大于电枢端电压 U，直流电动机的电枢电动势 Ea 小于电枢端电压 U，电枢电动势 Ea 都是运动导体切割磁场感应产生的。1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场） 、机座（机械支撑和导磁作用） 、换向极（改善换向） 、电刷（导入或导出电量） ；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组） 、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换） 、换向器

3、（与电刷一起，整流或逆变）1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向同一个方向旋转。1-6 一台直流发电机， 求该发电机额定min,/1450,23,145rnVUkWPNNN电流。解： AUIN.60231-7 一台型直流发电机， 求该额定in,/150%,9,2,1rnVUkPNNN 电流是多少？解： AUIN08.9.20631-8 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组

4、，每极磁通为 3.510-2Wb，电枢总导线数 N=152，转速 。求电机的电枢电动势。若改为单波绕组，其它min/120rn条件不变，问电枢电动势为 210V 时，电机的转速是多少？解：1）单叠绕组 ：VapNCeEpaa 4.1062105.3260 2 2）单波绕组 min/.84.15260n ,1 2r1-9 如何判断直流电机是发电机运行还是电动机运行？它们的电磁转矩、电枢电动势、电枢电流、端电压的方向有何不同？解：用 Ea 与 U 的关系来判断：直流发电机的 EaU，电枢电流 Ia 与电枢电动势 Ea 同方向，电磁转矩 T 是制动性质的( 方向与转向 n 相反) ，电流是流到电压

5、U 的正端；直流电动机的 U Ea，电枢电流 Ia 与电枢电动势 Ea 反方向，电磁转矩 T 是驱动性质的( 方向与转向n 相同) ，电流是从电压 U 的正端流出的。1-10 直流电机的励磁方式有哪几种？在各种不同励磁方式的电机中，电机输入（输出）电流 I 与电枢电流 Ia及励磁电流 If有什么关系？解：直流电机的励磁方式有四种：他励、并励、串励、复励。以直流电动机为励：他励的 I=I a （与 I f 无关） ，并励的 I= I a+ I f ，串励的 I= I a= I f ，复励的 I= I a+ I f 并 。1-11 一台并励直流电动机，U N=220V，I N=80A，电枢回路总电

6、阻 Ra=0.036,励磁回路总电阻 Rf=110，附加损耗 。试求：额定输入功率 P1；额85.0,1.0nsp定输出功率 P2；总损耗 ；电枢铜损耗 ；励磁损耗 ；附加损耗 ；pcuafpsp机械损耗和铁心损耗之和 o解： AIIARUI fNafNf 7820 210183.W49.6-0219.-460 27. 14960851607.3.781122 sfcuaFemoNSNffacu PpP，pIPW，空 载 损 耗总 损 耗附 加 损 耗额 定 输 出 功 率额 定 输 入 功 率励 磁 损 耗电 枢 铜 耗 1-12 一台他励直流电动机，额定数据为： 电枢min,/120%,9

7、,20,1rVUkWPNN回路总电阻 。试求：04.aR1）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩。2）额定输出转矩和空载转矩。解： NaNNN IAUPIIP 51.09.21 3他 励mNTnPWIEVRREUNNemaa 96.758.4.7 1205.954.87.9. 78.1.21. 031-13 他励直流电动机的工作特性是什么条件下求取？有哪几条曲线？解：他励直流电动机的工作特性是在 U=UN，电枢回路不串附加电阻，励磁电流 If= I fN 的条件下求取。有：n=f(P 2)、T=f(P 2)、=f(P 2)三条曲线。1-14 何谓换向？讨论换向过程有何实际意义？解：直流电机运行

8、时，电枢绕组的线圈（元件）由一条支路经电刷短路进入另一条支路，该线圈中的电流方向发生改变，这种电流方向的改变叫换向。讨论实际的换向过程，了解影响换向的电磁原因，才能对症下药，实施改善换向的方法。1-15 换向极的作用是什么？它应当装在何处？换向极绕组应当如何连接？如果换向解：极绕组的极性接反了，电机在运行时会出现什么现象？换向极的作用是改善换向，它应装在主磁极的几何中心线处，换向极绕组与电枢绕组串联，且使换向极磁通势的方向与电枢磁通势的方向相反。如果极性接错，使两种磁通势的方向相同，那就会更恶化换向，运行时后刷边的火花更大，甚至可能烧坏电刷和换向器。第二章 电流电机的电力拖动2-1 什么是电力

9、拖动系统？它包括哪几个部分，各起什么作用？试举例说明。解：电力拖动系统是由电动机拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统。它包含控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源等。 （各作用略，详见 P22） ；如电风扇的电动机是原动机，单相交流电是它的电源，风扇叶片是它的机械负载，开关调速装置是它的控制设备，轴承是最简单的传动机构。2-2 从运动方程式中，如何判定系统是处于加速、减速、稳定还是静止的各种运动状态？解：从运动方程式中，以正向运动为例，当 TTL 时，dn/dt0，系统处于加速运动状态；当 TTL 时，dn/dt0 ，系统处于减速运动状态；当 T=TL 时，dn/dt=0，系统处于稳定运

10、动（转） ，或静止状态。2-3 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是什么？解：电力拖动系统稳定运行的必要条件是：电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性曲线有交点；充分条件是：交点（T=T L）处满足 dT/dn dTL/dn。2-4 他励直流电动机在什么条件下得到固有机械特性 的？一台他励电动机)(Tfn的固有机械特性有几条？人为机械特性有几类？有多少条？解：他励直流电动机在 U=UN，电枢回路不串入附加电阻，励磁电流 If= I fN （磁通 为额定磁通 N）的条件下，稳定运行时得到固有机械特性 的。一台他励直流电)(f动机有一条固有机械特性；人为机械特性有降压、电枢回路串电阻、弱磁三大类

11、，有无数条。2-5 起动直流他励电动机时为什么一定先加励磁电压？如果未加励磁电压，而将电枢接通电源，会发生什么现象？解：他励直流电动机起动时，先加励磁电压是保证磁路中有正常磁通，否则先加电枢电压，磁通仅为剩磁通是很小的，可能会发生转速太高的“飞车”现象。2-6 一台直流他励电动机， 电,15min,/980,2,1 AIrnNVUkWPNNN 枢电阻 。计算：1.0aR1）全压起动时电流 Ist。2）若限制起动电流不超过 200A，采用电枢串电阻起动的最小起动电阻为多少？采用减压起动的最低电压为多少？解：1） ARUIaNst 201.2） 1.02astNtRIUV. astt2-7 设有一

12、台并励直流电动机接在一电源上，如把外施电源极性倒换，电动机的转向是否改变？如何改变电动机的转向？接在直流电源上的电动机若为串励直流电动机又如何？解：并励直流电动机的外施电源极性倒换，电枢电流和磁场的方向同时改变，电动机的转向不变。必须只能有一个方向改变，把其中一个绕组的极性改变。串励直流电动机同理。2-8 什么叫电气调速？指标是什么？他励直流电动机的调速有哪几种方法？解：电气调速是指：人为地改变电动机的参数，使新的人为机械特性与负载特性的交点变化，所得到的新的稳定转速。电气调速的指标有：调速范围、调速的相对稳定性、调速的平滑性、调速的经济性和调速时的容许输出；根据转速公式，他励直流电动机的调速

13、方法有：降压、电枢回路串电阻、弱磁调速。2-9 他励直流电动机， ， 20.min,/10,94,20,18aNN RrAIVUkWP求在额定负载下：设降速至 800r/min 稳定运行，外串多大电阻？采用降压方法，电源电压应降至多少伏？解： 201.10.NaenRIC1） 48.948.2aaepaIUR2） VCNe 79.120.01.2-10 他励直流电动机有几种制动方法，试说明它们之间有什么共同点？从电枢电压特点、机械特性方程和功率平衡关系来说明他们有什么不同？解：他励直流电动机有能耗制动、反接制动、再生制动的三种方法，共同的特点是电磁转矩 T 与转速 n 的方向相反，T 是制动性

14、质的。能耗制动 U=0，机械特性过原点，电枢不从电网吸收电功率，从轴上吸收机械功率；反接制动中的电源反接制动 U=-UN，机械特性过-n 0 点，倒拉反接制动 U=UN，机械特性过 n0，电枢从电网吸收电功率，也从轴上吸收机械功率；反向再生制动 U=-UN，机械特性过-n 0，从轴上吸收机械功率，电枢向电网回馈电能。2-11 一台他励直流电动机， 已知065.min,/10,85,1,7aNRrAIVUkWP电动机最大允许电流 Imax=1.8IN，电动机拖动负载 TL=0.8TN 电动运行。试求：1）若采用能耗制动停车，则电枢回路应串多大电阻？2）若采用反接制动停车，则电枢回路应串多大电阻？

15、0.8 解： 时 的 转 速NT098.1065.8 NaenRIUCmin/2.49.8.0 rInea1）能耗制动瞬时 Nk-1.8II 0 Uin;/2104brn 236.05.18.29.4abkNebkRICUR2）反接制动瞬时 NbkN-1.8II - min;/29.104rn 567.0.185.29.04abkNebkI2-12 他励直流电动机， 。试NaNN TLRrnAIVUkWP 8.,2.mi,/,3.,5. 求：1）如果用能耗制动、倒接反接制动以 400r/min 的速度下放位能负载，则应串入多大的制动电阻？2）电动机在反向再生制动运行下放重物，电枢回路不串电阻，

16、求电动机的转速。3）现用制动电阻 Rbk=10，求倒拉反接制动的稳定制动电流和稳定转速，并定性画出机械特性。解： 194.0187.302 NaenIUC1) 能耗制动： 35.287.3.)(.abkebkRICR倒拉反接： 4.1.0.0)4(192abkNebkInU2） min/85.3194.087.32rCRInNeabk3) 与上面的各小题一样，稳定制动电流： AIbk.0in/38.21194.0)87(32)( rIUnNebkabk 定性画机械特性略。2-13 一台串励电动机与一台他励电动机都在额定负载下工作，它们的额定容量、额定电压和额定电流都相同，如果它们的负载转矩都同

17、样增加 50%，试问哪一台电动机转速下降得多？哪一台电动机电流增加得多？解：串励直流电动机的转速下降的多（机械特性软） ；他励直流电动机电流增加的多。第三章 变压器3-1 变压器是根据什么原理工作的？它有哪些主要用途？解：变压器是根据电磁感应原理工作的，它主要有变压、变流、变换阻抗的作用。可作为电力变压器、仪用互感器、电子线路中的电源变压器等。3-2 变压器的主要组成部分是什么？各部分的作用是什么？解：变压器的主要组成部分是铁心和绕组。铁心是变压器的磁路，绕组是变压器的电路。3-3 变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成？为什么要交错装叠？解：铁心作为变压器的磁路，应该是用导磁性能好的硅钢片叠成，交

18、错装叠的目的是使各层磁路的接缝互相错开，以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小励磁电流，提高运行时的功率因数。3-4 一台三相变压器，已知 SN=5600kVA,UIN/U2N=10kV/3.15kV,Yd11 联结，试求：一次、二次绕组的额定相电流。解： AUINN 3.210356311 ASI 60.5925.322 3-5 变压器主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？在等效电路中如何反映它们的作用？解：变压器主磁通 通过铁心闭合，同时交链一次、二次绕组，并产生感应电动势 1 和 2，如果二次绕组与负载接通，则在电动势作用下向负载输出电功率，所以主磁通 起着传递能量的媒介作用；另有一小

19、部分漏磁通主要由非磁性材料（空气或变压器油等）形成闭路，只与一种绕组交链，虽感应漏电动势，但不参与能量传递。在等效电路中， Xm 是反映主磁通磁化能力的励磁电抗，r m 是反映主磁通交变时产生铁耗对应的励磁电阻；X1 或 X2 是反映漏磁通对应的漏电抗。3-6 一台单相变压器，额定电压为 220V/110V，如果不慎将低压侧误接到 220V 的电源上，对变压器有何影响？解：如果不慎将低压侧误接到 220V 的电源上，则电压上升，磁通上升，空载电流增加的比例更大，大于额定电流，变压器绕组过热将“烧”掉。3-7 有一台单相变压器，已知 SN=10500kVA,UIN/U2N=35kV/6.6kV，

20、铁心的有效截面SFe=1580cm2，铁心中最大磁通密度 Bm=1.415T,试求高低压侧绕组匝数和电压比（不计漏磁）。解：电压比： 3.5106.21NUk WbBSmFem 2357.041.8.5.43.11 f3.7012kN3-8 一台单相变压器，额定容量为 5kVA,高、低压侧绕组均为两个匝数相同的线圈，高、低压侧每个线圈额定电压分别为 1100V 和 110V，现将它们进行不同方式的联结，试问每种联结的高、低压侧额定电流为多少？可得几种不同的电压比？解：1）高压绕组串联、低压绕组串联： AIN273.105AIN73.21052电压比： k2）高串、低并： IN.1A450221

21、k3）高并、低并： IN.A45.210k4）高并、低串： IN. AIN73.25102k3-9 有一台单相变压器，已知 ,964.0,15.,4.,19.222XrXr（滞后） ，用简化等V，U，N6028761 匝匝 AI808cos效电路求 I1和 U1。解： 37.2608Nk 89.370.192.159.1rk 5643742X. .68.jjrZkk用简化等效电路求解：设 V0 2 37.602U A36.87- 41.5.8 12 kII. .367- 4521kZIU121V8.7 54.9)4.2 (-0)81.6 436- ) (.0)132cos(1 滞 后AIU4.

22、53 13-10 为什么变压器的空载损耗可以近似看成是铁耗，短路损耗可以近似看成是铜耗？负载时的实际铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别？为什么？解：电力变压器空载时，空载损耗 p0是铁耗和空载铜耗之和。不过因 I0、r 1很小，因此空载铜耗 pcu0可忽略不计，因此空载损耗 p0近似为铁耗 pFe; 电力变压器做短路试验时，短路损耗是铜耗与铁耗之和，因为短路电压很低，磁通小,铁耗很小，故短路损耗 pk近似为铜耗 pCu；负载时的实际铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗对比情况是，铁耗基本不变（U 1不变） ，但铜耗是与电流的平方正比，所以负载时的铜耗：3-11 变压器负载后的二次电压是否总比空载时的低？会不会比空载时高？为什么？解：变压器负载后的二次电压不一定总比空载时的低，可能会比空载时高，当。压使 二 次 电 压 大 于 空 载 电,0%,sinco22UXrkk kNkNkcurIIr222)(