1、直流电机 1-1 一台长复励直流发电机 PN 11kW， UN=230V， nN 1450r/min， 2p 4，换向片数 K 93，元件匝数 Ny 331 ，单波绕组，电枢外径 Da 0.195m，额定励磁电流 IfN 0.956A，电机磁路有一定的饱和程度。 （ 1）为改善换向，电刷前移 9O 机械角。试求直轴与交轴电枢反应磁势 Fad和 Faq。 （ 2）电刷顺电枢旋转方向移动时， Fad和 Faq各起 什么作用？ 解： 额定电流 IN=NNUP = 2301011 3 A=47.83A 额定电枢电流 IaN=IN+IfN=(47.83+0.956)A=48.79A 支路电流 ia= a
2、aN2I = 279.48 A=24.40A 极距 =pDa2= 4195.0 m=0.153m 元件数 S=K=93 总导体数 N=2SNy=2 93 313 =620 电枢线负荷 A=aaDiN = 195.0 4.24620 A/m=24694A/m 电刷在电枢表面移过的距离 b =0360 aD=003609 m195.0 =0.0153m (1) 交轴电枢反应 Faq=A(2-b )=24694 )0153.02153.0( A/极 =1511A/极 直轴电枢反应 Fad=Ab =24694 极/0153.0 A =377.8A/极 （ 2）电刷顺电枢旋转方 向移动了 角，因为是发电
3、机，故 Fad起去磁作用。 Faq使气隙磁场发生畸变，因为磁路饱和，故 Faq还有去磁作用。 1-2 一台四极 82kW、 230V、 970r/min 的并励发电机，电枢电路各绕组总电阻 0259.0ar ,并励绕组每极有 78.5 匝，四极串联后的总电阻 8.22fr ，额定负载时，并励电路串入 3.7 的调节电阻，一对电刷压降 2 Ub=2V，基本铁耗及机械损耗 PFe Pmec=4.3kW，附加损耗Pad=0.005PN。试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率、电磁转距和效率。 解：额定电流 INNNUP 2301082 3 A 356.5A 励磁电流 IN=ftfNrr U = 7
4、.38.22230 A=8.68A 额定电枢电流 IaN=IN+IfN=(356.5+8.68)A=365.2A 感应电动势 EN=UN+IaNar +2 bU =(230+365.2 V)20259.0 =241.5V (1) 电磁功率 Pem=ENIaN=241.5365.2W=88.2kW (2) 电磁转矩 Tem=602PNemn=609702 18.88Nm =868.1Nm (3) 输入功率 P1 Pem+PFe+Pmec+Pad=(88.18+4.3+82 005.0 )kW=92.89kW (4) 效率 %28.88%1 0 089.92 82%1 0 01 PP NN 1-3
5、 一台并励直流发电机额定数据为： PN =82kW,Nn =970r/min,UN=230V，极数 2p=2,电枢绕组电阻 ra=0.026 ,一对电刷接触电压降为2 bU =2V，励磁回路电阻 RfN=32 。如果将此发电机作为电动机运行，2 bU =2V，所加电源电压为 UN=220V，试求： （ 1）电动机电枢电流与发电机额定电枢电流大小相同时，电动机转速为多少（假定磁路不饱和）？ （ 2）当电动机电压 U=UN=220V 时，电动机空载运行，此时空载转矩T0为（ 1）中额定运行时电磁转矩的 1.2%，求空载转速 n0。 解：作发电机额定运行时 额定电流 IN =UPNN = A2301
6、082 3 =356.5A 励磁电流 IN =fNNRU= A32230 =7.19A 电枢电流 IaN =IN +IfN =(356.5+7.19)A=363.7A 感应电动势 EN =UN +IaN ra+2 bU =(230+363.70.026+2)V=241.5V (1) 作为电动机运行时，依题意有 电枢电流 Ia=IaN =363.7A 感应电动势 E=UN-IaRa-2 bU =(220-363.70.026-2)=208.5V 励磁电流 It=fNNRU = AA 88.632220 由于磁路不饱和，因此 fI ，故有 NEE Nk e nC nC NfNfnInI 电动机转速
7、 n= NNffN nEEII = m in/9 7 05.2 4 1 5.2 0 888.6 19.7 r =875.2r/min (2) 依题意，空载时电磁转矩 Tem0=T0=1.2%Tem 即 CT 0Ia =0.012CT Ia 空载电枢电流 Ia0=0.012I0=0.012363.7A=4.36A 空载感应电动势 E0=UN-Ia0ra-2 bU =(220-4.360.026-2)V=217.8V 由 nnIC IC aE aE 000EE 空载转速 n0= m in/2.914m in/2.8755.208 8.2170 rrnEE 1-4两台完全相同的并励直流电机，机械上用
8、同一轴联在一起，并联接于 230V的电网上，轴上不带其他负载，在 1000r/min时，空载特性如下： It/A 1.3 1.4 E0/V 186.67 195.83 现电机 A的励磁 电流为 1.4A，电机 B的为 1.3A，电枢电路总电阻（包括电刷接触电阻）为 0.1 ，转速为 1200r/min，如忽略电枢反应的影响，试问： （ 1） 哪台是发电机？哪台是电动机？ （ 2） 两机的总的机械损耗于铁耗是多少？ （ 3） 只调节励磁电流（例如对调两机的励磁电流值），是否能改变两机的运行状态（保持转速不变）？ （ 4） 是否可以在 1200r/min 时，两机都从电网吸取功率或向电网送出功率？
9、 解：（ 1）从 n=1000r/min的空载特性折算到 n=1200r/min时的空载特性如下： It/A 1.3 1.4 E0/V 224 235 今电机 A 的电枢电动势 Ek=235Uk=230V,电机 B 的电枢电动势EB=224UN=230V ， 所 以 电 机 A 是 发 电 机 ， 电 机 B 是 电 动机 。 （ 2）电机 A的电枢电流 IaA= AAR Ua NA 501.0 2 3 02 3 5E 电机 A的电磁功率 PemA=EAIaA=235 31050 kW=11.75kW 电机 B的电枢电流 IaB=aBRENU = 1.0 224230 A 60A 电机 B的电
10、磁功率 PemB =EB IaB =22460 310 KW=13.44kW 两台电机的电磁功率之差便是两机的总的机械损耗和铁耗，即 P emB P emA （ P mec P Fe ） A +（ P mec P Fe ）B =(13.44-11.75)KW (3) 调节励磁电流能改变两电机的运行状态，例如对调两机的励磁电流，便对调两机的运行状态（转速不变）。 (4) 可以调节励磁电流使两机能都在 1200 minr 时都作电动机运行，同时从电网上吸取功率，但不能都作发电机用，同时向电网送出功率。 1-5一台并励发电机， PN =7.2KW， UN =110V， nN =900 minr ,N
11、 =85%，Ra =0.08 （包括电刷接触电阻）， IfN =2A。若总制动转矩不变，在电枢回路串入一电阻使转速降低到 450r/min，试求串入电阻的数值、输出功率和效率（假如 P0 n）。 解 电动机额定运行时 额定电流 IN =NNNUP = 85.0*110 10*2.7 3 A=77A 电枢电 流 IaN=IN-IfN=(77-2)A=75A 感应电动势 EN=UN-IaNRa=(110-75*0.08)V=75A 串电阻调速后，因为总制动转矩不变，古电磁转矩不变。又由于励磁电流不变，主磁通不变，由 Tem=CT Ia 可知，电枢电流不变。调速后的电枢电流 Ia =IaN =75A
12、 调速后的电动势为 ENNEnn A104900450 52A 需串入的调节电阻为 Rj aNI EU Ra （ 08.075 52110 ） 0.693 因为电磁转矩保持不变，因此 Pem n,又因 P0 n,故输出功率P2 =(Pem P0 )n0调速后的输出功率为 P2=NNPnn= kWkW 6.32.7900450 调速后的输入功率为 P1=UN(Ia+If)=110(75+2)W=8.47kW 调速后电动机的效率为 1002 qPP %5.42%1 0 047.8 6.3 1 6 一 台 并 励 直 流 发 动 机 ， PN 7.2kW,UN=110V,nN=900r/min,Ra
13、=0.08 ( 包 括 电 刷 接 触 电阻 ), %85N ,IfN=2A,保持总制动转矩不变。 （ 1） 若在电枢回路中 突然串入 0.2 的电阻，问串入电阻瞬间的电磁转矩是多少？稳定运行的转速是多少？ （ 2） 当电枢回路不串电阻而将磁通 降低到 0.8N 时，稳定转速是多少？ 解 （ 1）额定运行时 额定电流 IN=NNNUP = AA 77%85110 102.7 3 额定电枢电流 IaN=IN IfN（ 77 2） A 75A 额定感 应电动势 EN=UN IaNRa (110 75 08.0 )V 104V CE N = 1156.0900104 NNnE串入电阻瞬间，由于电动机
14、的机械惯性，转速来不及变化，即 n=nN;又由于励磁电流不变， 不变，因为 E 亦不变，即 E EN。电枢电流突变为 I a AARR EU ja NN 43.212.008.0 1 0 41 1 0 电磁转矩也随着突变为 Tem =CT N Ia =9.55CE N Ia =9.55 mN 43.211156.0 达到稳定状态后，由于总制动转矩不变，因此电磁转矩等于额定电磁转矩， 即 CT N Ia= CT N IaN 故稳定后电枢电流仍为调速前的数值，即 Ia=IaN=75A 此时电枢电动势为 E UN Ia(Ra+Rj)=110-75 )2.008.0( V=89V 故稳定后的转速为 n
15、= NNnEE m in/770m in/90010489 rr (2) 不串电阻而采用降低磁通调速，稳定时，根据（ 1）分析可知，电枢电流仍为调速前之数值，故感应电动势保持调速前之数值不变，即 E EN 104V 因此 CE n=CE NnN 稳定后的转速为 n=NNn= m in/1125m in/9008.01 rr 1 7 并励电动机在运行中 励磁回路断线，将会发生什么现象？为什么？ 答 励磁回路断线时，只剩下剩磁。在 断线出瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变。电枢电势 E CE n与磁通成比例减小。由Ia=aREU 可知， Ia将急剧增加到最大值，当 Ia增加的比率大于电磁转矩大于
16、负载转矩，电动机转速明显提高。随着转速的升高，电枢电动势增加， Ia 从最大值开始下降，可能在很高的转速下 实现转速和电枢电流都远远超过额定值，这是不允许的。从理论上讲，当励磁回路断线 势，若是电动机的剩磁非常小，而电枢电流的 增大受到电枢回路电阻的限制，可能出现电枢电流增大的比率小于磁通 下降的比率，在负载力矩一定时，电枢的电磁力矩小于制动力矩，因而转速下降。但在这种情况下，电枢电流仍然时远远的超了额定电流值。可见，并励电动机在运行中励磁回路断线可发生两个方面的影响：一方面引起电枢电流的大幅度增加，使电动机烧毁：另一方面，可能引起转速急剧升高。过高的转速造成换向不良，致使电动机转子遭到破坏。因此，并励电动机在运行中应绝对避免励磁回路断线。针对励 磁回路断线的故障，应采取必要的保护措施。 1 8 并励直流电动机数据如下：额定功率 PN 2。 5kW,额定电压UN=220V,额定电枢电流 IaN=13.7A,额定转速 nN=500r/min,电枢电路电阻（包括电刷接触电阻） Ra=1.4 ,励磁绕组电阻 rf=134 ,额定转速下的空载特性如下： If/A 0 0.2 0.4 0.52 0.7 0.8 0.9 1.0 1.3 1.64
