1、 电机与拖动基础课后习题 第一章 习题答案 1 直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（ 1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。 （ 2）转子部分：电枢铁心 ，电枢绕组，换向器。 直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心 上主极绕组（励磁绕组） 主磁极的作用是建立主磁通。 换向极也是由铁心 和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件 或用钢板卷焊而成，作用两个：一是 用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把
2、转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。 电枢铁心 一般用原 0.5mm的涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。 换向器是由许多带 有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。 2 一直流电动机，已知 ， 0 . 8 5r / m i n1 5 0 0nV2 2 0Ukw13P NNN 求额定电流 NI 。 解：电动机 NNN IUP
3、 ， 故 5.6985.0220 1013U PI3NNN 3 一直流电动机，已知 ， 0 . 8 9r / m i n1 4 5 0nV2 3 0Ukw90P NNN 求额定电流 NI 。 解： 发电机 NNN IUP ， 故 3 9 12 3 01090UPI3NNN 7 什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应性质是什么？对电动机呢？ 答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。 电刷反应的性质与电刷的位置有关系。 当电刷位于几何中性线上时，发电机的电枢反应性质是交轴电枢反应，此时物理中性线由几何中性线顺转向移动了一个角度，而电动机的电枢反应也是交轴
4、电枢反应，但物理中性线由几何中性线逆转向移动一个角度。 8 什么叫换向？为什么要换向？改善换向的方法有哪些？ 答： 元件从一条支路转入另一条支路时，元件的电流将改变一次方向，这种元件中电流改变方向的过程就称为 换向 。 改善换向的目的在于消除电刷下的火花。 常用的改善换向方法有两种：（ 1）装置换向极；（ 2）正确选用电刷。 10 一台 4 极 82kw、 230v、 930r/min 的并励发电机，在 75 时的电枢回路电阻 0259.0R a ，励磁绕组电阻 8.22Rrf ，额定负载时励磁回路串入调节电阻 5.3Rpf ，电刷压降 V2U2 b ，铁耗和机械损耗 kw3.2Fe pp ，
5、附加损耗 Ns P05.0p 。求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。 解：励磁电流 75.85.38.22 230RR UI pfrf Nf额定电流 5.356230 1082UPI3NNN 电枢电流 3.36575.85.356III fNa 电枢电动势 V5.2 4 120 2 5 9.03.3 6 52 3 0U2RIUE baaNa 电磁功率 kw2.883.3655.241IEP aaem 输入功率 kw6.948205.03.22.88 PPP em0em1 sFe pppp电磁转矩 mN 7.9 0 59 3 0 102.8855.9P55.9PT3NemN
6、emem 效率 %7.86%1006.9482%100PP 1 N11 一台并励直流电动机，在额定电压 v220UN ，额定电流 80IN 的情况下运行， 75 时的电枢电阻 01.0Ra ，电刷接触压 降 V2U2 b ，励磁回路总电阻 110RR pfrf ，附加损耗 NP01.0sp ，效率 85.0 。求：（ 1）额定输入功率 1P ;(2)额定输出功率 2P ；（ 3）总损耗 p ；（ 4）电枢铜耗 cuap ；（ 5）励磁回路损耗 fp （ 6）电刷接触损耗 cubp ；（ 7）附加损耗 sp ；（ 8）机械损耗和铁耗 Fepp 。 解：（ 1）额定输入功率 kw6.1780220
7、IUP NN1 （ 2）额定输出功率 kw96.1485.06.17PP 12 （ 3）总损耗 kw64.296.146.17PP 21 p （ 4）励磁电 流 2110220RR UI pfrf Nf电枢电流 78280I-II fNa 电枢铜耗 w6101.078RI 2a2ac u a p （ 5） 励磁回路损耗 w4401102RRIP 2pfrf2ff ）（ （ 6）电刷接触损耗 w156278U2I bac u b p （ 7）附加损耗 w1501496001.0P01.0P01.0P 2N s （ 8）机械损耗和铁耗 w1 8 3 31 5 0-4 4 0-1 5 6-61-1
8、4 9 6 0-1 7 6 0 0 p-p-p-p-P-PPP sc u fc u bc u a21Fe 12 什么叫发电机外特性？他励发电机和并励发电机的外特性有什么不同？为什么？ 答：发动机的外特性是，当 Nnn fNf II 时 U=f（ I）的关系曲线。 并发动电机的外特性和他励发电机的外特性有两点不同：（ 1）并励发电机的电压调整率比他励的大；（ 2）并励发电机的稳态短路电路电流小。 这是由于他励发电机的励磁电流为常数，不受端电压变化的影响。而并励发电机的励磁电流却随电机端电压的降低而减小，这就是使电枢电动势 进一步下降。当负载电阻短路时，电枢端电压为 0，励磁电流也为 0，此时电枢
9、绕组中电流由剩磁电动势所产生，而剩磁电动势不大，所以稳态短路电流也不大。 13 一并励发电机，额定运行时情况正常，当转速降为Nn21时，电枢电压 U=0，试分析原因。 答： 并励发电机能够自励必须满足三个条件：即发电机主磁极必须有一定剩磁，励磁绕组与电枢联接要正确，励磁回路的总电阻要小于临界电阻。对应于不同的转速，临界电阻是不同的。当转速降低时，临界电阻也相应下降。本题中，当转速Nn21n时， 使得励磁回路的总电阻大于临界电阻，不能满足自励的第三个条件，同时电枢电压 U=0. 14 一台并励直流电动机，铭牌数据为 ，kw96PN ，V440UN ，255IN ，5IfN ，minr1550n
10、N 并已知 0.078Ra 。试求： （ 1）电动机额定输出转矩 NT ； （ 2）电动机额定电磁转矩 emT ； （ 3）电动机理想空载转速 0n 。 解：（ 1） mN 5.5911 5 5 0 109655.9n P55.9PT3NNNNN （ 2）额定电枢电流 2 5 052 5 5I-II fNNaN 由电枢回路方程 aaNNeN RInCU 得 r p m/v27.01550 078.0250440n RI-UC N aaNNe 电磁转矩 mN 6.64425027.055.9IC55.9T aNeem （ 3）理想空载转速 r p m1 6 3 027.04 4 0CUn e N
11、0 电机与拖动基础课后习题 第二章习题答案 1 什么叫单轴系统？什么叫多轴系统？为什么要把多轴系统折算成单轴系统？ 答：电动机和工作机构直接相联，这种系统称为单轴系统。 电动机不直接和工作机构相联接，而是通过一套传动机构，使电动机的角速度 传递到工作机构时，变成符合于工作机构所需要的角速度 z ，这种系统称为多轴 系统。 因为，研究多轴系统的运动情况，就必须列出每一根轴的运动方程式和各轴之间互相联系的方程式，这是相当复杂和麻烦的。就电力系统而言，主要是把电动机作为研究对象，并不需要详细研究每根轴的问题。因此，为了简化计算，通常都把多轴系统折算成等效的单轴系统。 2 把多轴系统折算为单轴系统时，
12、哪些量需要进行折算？折算的原则是什么？ 答：需要折算的量有工作机构的负载转矩、系统中各轴的转动惯量 z21 JJJ 、 。对于某些直线运动的工作机构，则必须把进行直线运动的质量 zm 及运动所克服的阻力 zF 折算到电动机轴上。 折算原则是保持拖动系统在折算前后，其传送的功率和贮存的动能不变。 3 一龙门刨床，齿轮 1 与电动机直接联接，各齿轮和工作台的数据及图样见书上。已知： 切削力 8.0m i n/m43N9 8 1 0F czz ，传动效率，切削速度 ，齿轮 6 的节距为 20mm，电动机电枢的飞轮矩为 230 mN ，工作台与床身的摩擦因数为 0.1. 试计算：（ 1）折算到电动机轴
13、上的系统总飞轮矩及负载转矩；（ 2）切削时电动机输出功 率。 解：（ 1）总飞轮矩 2GD 负载转矩 zM 2D2a2 GDGDGD 和直线部分包括旋转部分 22222222562342122623421225242122322212d2amN5.2 5 13078386420552.1 3 73864205525.378.5620556.192.4025.82 3 0ZZZZZZGDZZ-ZZGDGDZZGDGDGDGDGD222212z212b21123456016kbz0zmN98.413.33272.02 4 5 0 0365nGG365GDW2 4 5 0 0W9 8 0 01 4
14、7 0 0GGm i n/r3.3322055386430786.27ZZZZZZnnm i n/r6.2702.078/6072.0tZ/ns/m72.0m i n/m43）（）（）（）（）（）（）（22b2a2 mN5.2 9 398.415.2 5 1GDGDGD 2c1zz21c1zzzmN8.3 1 68.03.3 3 272.09 8 1 01.02 4 5 0 055.9nFGG55.9nF55.9M ）（ 2）切削时电动机输出功率 zP kW1155.9/3.3 3 28.3 1 655.9/nMP 1zz 4 常见的生产机械的负载转矩特性有哪几种？ 答：基本可归纳为三大类：
15、一、恒转矩负载（负载转矩 zT 的大小为定值，与转速无关。根据负载转矩是否转向可分为，反抗性的恒转矩负载和位能性的恒转矩负载） 二、恒功率负载（负载功率 zP 一定，负载转矩 zT 和转速 zn 成反比） 三、通风机负载（负载转矩与转速的平方成正比， 2z knT ） 5 什么叫电动机的固有机械特性和人为机械特性？ 答：固有机械特性是指当电动机的工作电压和磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性。 人为机械特性是指人为的改变电动机参数或电枢电压而得到的机械特性。 6电力拖动稳定运行的条件是什么？一般要求电动机的机械特性是向下倾斜还是向上翘的？为什么？ 答：电动机稳定运行的条件是：
16、 在工作点上，有 dndTdndT 2em 成立。 一般要求电动机的机械特性是向下倾斜的。 因为，大多数负载转矩都是随转速的升 高而增大或者说保持恒值。 7一台他励直流电动机，铭牌数据如下： ， A6.12IV2 2 0UkW2.2P NNN min/r1500n N 。求：（ 1）绘出固有机械特性；（ 2）当Na I21I 时，电动机转速 n；（ 3）当 min/r1550n N 时，电枢电流 aI 。 解： 4 0 2.28 0 1.16.12 2 2 0 0-6.122 2 03221I P-IU3221R 22N NNNa ）（）（取 2 24.113.055.9C55.9C13.01
17、500 26.12-220n RI-UCeTaNNe （ 1）由 e aaeN CRI-CUn 知 T3 9 2.123 0 8.1 6 9 2T13.055.9 2-0 . 12 2 0nTC55.9 R-CUn 222eaeN ）（ min/r1692n 0 12.4 T4.12-1692n 0 （ 2）当Na I21I 时 mN8 2 1.76.122113.055.9ICTae n=1692-12.4 7.821=1595r/min （ 3） A25.92 1 5 5 013.02 2 0R E-UI a aNa 8根据题 7 中电动机数据，（ 1）绘出电枢串入附加电阻 2Rpa 时的
18、人为机械特性；（ 2）绘出当 N8.0 时的人为机械特性；（ 3）绘出当电压NU21U时的人为机械特性；（ 4）分别求出上述三种情况当 Na II 时，电动机的转速。 解：由题可知 （ 1） T8.241 6 9 2T13.09 . 5 5 22-1 6 9 2n2 （ 2） T3 7 5.192 1 1 5T8.0 4.12-0 . 81 6 9 2n2 （ 3） 12.4T-846n （ 4） mN6429.156.1213.055.9TII Na ， 第一种情况 : in1 3 0 4 .0 6 r / m1 5 .6 42 4 .8-1 6 9 2n 第二种情况： in1 8 1 1
19、.9 8 r / m1 5 . 6 4 2 91 9 . 3 7 5-2 1 1 51 9 . 3 7 5 T-2 1 1 5n 第三种情况： m i n/r06.6 5 26 4 2 9.154.128 4 61 2 .4 T-8 4 6n 9一台直流他励电动机，铭牌数据如下： A6.68IV2 2 0UkW13P NNN ， ， min/r1500n N ，该电动机作起重电机用，在额定负载时，试问：（ 1）要求电动机以 800r/min 的速度下放重物，应该采取什么措施？（ 2）要求电动机以 1800r/min的速度下放重物，应采取什么措施？ 解：求固有机械特性 25.0297.0222.
20、06.68 1 3 0 0 0-6.622203221I P-IU3221R 22NNNNa 135.01 5 0 0 25.06.68220n RI-UC aaNe I0 . 1 3 50 . 2 5-1 6 2 9nT4 3 6.11 6 2 9nTC55.9 R-CUn 2eae N ，）（ （ 1） ，下放800r/m inn 串一个电阻 53.425.0781.4R781.469.68 800135.0220I EURRpcNapca （ 2）能耗制动 292.325.0542.3R542.3RR6.681 8 0 0135.06.68RR-nCICRR-TC9 . 5 5RR-ns
21、sasaeesa2ea ）（）（反接制动 NU- sR 0 8 6.025.03 3 6.0R3 3 6.06.681 3 5.0R25.01 6 2 91 8 0 0T1 3 5.055.9R25.0-1 6 2 91 8 0 0TC55.9RR-CU-npspsN2sN2esaeN）（ 10根据题 9 的电动机数据，起吊重物，在负载转矩Nz T21T 时，运行在固有特性上，现用电枢反接法进行制动，问：（ 1）若制动开始时的瞬时电流不大于 N2I ，在电枢回路中应串入多大电阻？（ 2）当转速制动到零时，若不切断电源，电动机运转状态如何？ 解：由题 知 m i n/r5 4 7 6.1 5 6 5I8 5 2.1-1 6 2 9nT21T1 . 4 3 6 T-1 6 2 9nN ，（ 1）8 9 4.225.01 4 4.3R1 4 4.3RRI2 nC2 2 0RR EUI2IppaNepaaNNz （ 2）反转 会超过 -1629r/min 11根据题 9 的电动机数据，起吊重物，在负载转矩Nz T21T 时，运行在固有特性上，现用能耗制动，问：（ 1）若制动开始时的瞬时电流不大于 N2I ，制动电阻应为多大？（ 2）若转速制动到零时，不采取其他措施，电动机的运转状态如何？ 解：（ 1）由前几题知： n=1565.476r/min
