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 T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势， aE
2、 又有何区别？它们又是怎样产生的？ 解：直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
3、，实现机电能量转换）、换向器（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， m in ,/1450,230,145 rnVUkWP NNN 求该发电机额定电流。 解： AUPI NNN 43.6 3 02 3 0101 4 53 1-7 一台型直流发电机， m in ,/1 5 0 0%,90,2 2 0,1
4、 6 0 rnVUkWP NNNN 求该额定电流 是多少？ 解： AU PI NN NN 08.8 0 89.02 2 0 101 6 03 1-8 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通为 3.5 10-2Wb，电枢总导线数 N=152，转速 min/1200rn 。求电机的电枢电动势。若改为单波绕组，其它条件不变，问电枢电动势为 210V 时，电机的转速是多少？ 解： 1）单叠绕组 ： VnapNnCeEpaa 4.1 0 61 2 0 0105.3260 1 5 2260 2 2 2）单波绕组 m i n/21.1 1 8 4105.31 5 22 1602 1 0pNE
5、a 6 0 an 2,1 2 rpa 1-9 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 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
6、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， UN=220V， IN=80A，电枢回路总电阻 Ra=0.036 ,励磁回路总电阻 Rf=110，附加损耗 85.0,01.0 ns pNp 。试求：额定输入功率 P1；额定输出功率 P2；总损耗 p ； 电枢铜损耗 cuap ； 励磁损耗 fp ； 附加损耗 sp ； 机械损耗和铁心损耗之和 op 解： AIIIARUI
7、 fNafNf 78280 21 1 02 2 0 1 8 3 1 . 3 8 W1 4 9 . 6-4 4 0-2 1 9 . 0 2-2 4 6 0 2 4 6 01 4 9 6 01 7 6 0 060.1 4 91 4 9 6 001.001.01 4 9 6 085.01 7 6 0 01 7 6 0 0802 2 04 4 01 1 0202.2 1 90 3 6.0781112222sfc u aFemoNNSNNNNfffaac u aPPPpPP：PWPPp：WP：pWP：PWIU：PWRI：PWRI：P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
8、一台他励直流电动机，额定数据为： m in ,/1 2 0 0%,90,2 2 0,10 rnVUkWP NNNN 电枢回路总电阻 044.0aR 。试求： 1）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 NNNNNN IIAU PIIUP 51.509.02 2 0 1010 3 他励mNTTTmNnPTmNnPTWIEPVRIUERIEUNNNNNemaaemaNNaaaa96.758.7954.87 58.7955.91 2 0 0101055.9 54.8755.91 2 0 007.1 1 0 0 055.9 07.1 1 0 0 051.5
9、078.2 1 7 78.2 1 70 4 4.051.502 2 0 031-13 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(P2)、 T=f(P2)、 =f(P2)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
10、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
11、）；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（
12、 T=TL） 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 )(Tfn 的？一台他励电动机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 )(Tfn 的。一台他励直流电动机有 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，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
13、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， ,115m i n ,/980,220,21 AIrnNVUkWP NNN 电枢电阻 1.0aR 。计算： 1）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） ARUI aNst 2 2 0 01.02 2 0 2） 11.0200220astNst RIUR20V0 . 1200 astst RIU 2-7 设有一台 并励 直流 电动机接在一电源上，如把外施
14、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方法有：
15、降压、电枢回路串电阻、弱磁调速。 2-9 他励直流电动机， 2 0 2.0m i n ,/1 0 0 0,94,2 2 0,18 aNNN RrnNAIVUkWP ， 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： 201.01000 202.094220 N aaNNe n RIUC1） 4 2 8.02 0 2.094 8 0 02 0 1.02 2 0aa Nepa RICUR2） VRICU aNNe 79.179202.094800201.0 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
16、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 -n0 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 -n0，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， 0 6 5.0m in ,/1 0 0
17、0,1 8 5,1 1 0,17 aNNN RrnNAIVUkWP 已 知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？ 解： 098.01000 065.0185110 N aaNNe n RIUC0.8 时的转速NT m i n/29.1 0 2 40 9 8.0 0 6 5.01 8 58.01 1 08.0 rC RIUn Ne aN 1）能耗制动瞬时 Nk - 1 . 8 II 0 Um in ;/29.1 0 2 4 brn 2 3 6.
18、00 6 5.01 8 58.1 29.1 0 2 40 9 8.00abk Nebk RI nCUR2）反接制动瞬时 NbkN - 1 . 8 II -U Um in ;/29.1 0 2 4 rn 5 6 7.00 6 5.01 8 58.1 29.1 0 2 40 9 8.01 1 0abk Nebk RI nCUR 2-12 他励直流电动机， NaNNN TTLRrnNAIVUkWP 8.0,2 0 2.0m i n ,/1 0 0 0,3.30,2 2 0,5.5 。试求： 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
19、在反向 再生 制动运行下放重物，电枢回路不串电阻，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： 194.01000 847.03.30220 N aaNNe n RIUC1) 能耗制动： 35.28 4 7.03.308.0 )4 0 0(1 9 4.00abk Nebk RI nCUR倒拉反接： 43.11847.08.03.30 )400(194.0220abk Nebk RI nCUR2） m i n/85.1 2 3 91 9 4.0 8 4 7.08.03.302 2 0 rC RIUn Ne abk 3)
20、与上面的各小题一样，稳定制动电流： AIbk 3.308.0 m i n/3 0 8.2 2 11 9 4.0 )108 4 7.0(8.03.302 2 0)( rC RRIUn Ne bkabk 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
21、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=5600kV A,UIN/U2N=10kV/3.15kV,Yd11
22、联结，试求：一次、二次绕组的额定相电流。 解： AUSII NNNN 33.3 2 310103 105 6 0 03 33111 AUSIINNNN 60.5 9 231015.33 105 6 0 0333 33222 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
23、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， rm 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=10500kV A,UIN/U2N=35kV/6.6kV，铁心的有效截面SFe=1580cm2，铁心中最大磁通密度 Bm=1
24、.415T,试求高低压侧绕组匝数和电压比（不计漏磁 ）。 解：电压比： 3.5106.6 1035 3321 NNUUk WbBS mFem 22357.0415.1101580 4 7052 2 3 5 7.05044.4 103544.4 311 mfUN 1 3 33.57 0 512 kNN 3-8 一台单相变压器，额定容量为 5kV A,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： AIN 2 7 3.
25、221 1 0 05 0 0 01 AIN 73.2221 1 05 0 0 02 电压比： 102110 21100 k 2）高串、低并： AI N 273.21 AIN 45.451 1 05 0 0 02 20110 21100 k 3）高并、低并： AIN 545.4110050001 AI N 45.452 101101100 k 4）高并、低串： AI N 545.41 AI N 73.222 511021100 k 3-9 有一台单相变压器，已知 964.0,15.0,4.15,19.2 2211 XrXr , V ，U，NN 6 0 0 02 6 08 7 6 221 匝匝 A
26、，I 1802 8.0cos 2 （滞后），用简化等效电路求 I1和 U1。 解： 37.326087621 NNk 89.370.119.237.315.019.2 221 rrr k 35.269 6 4.037.34.15 221 XXX k 8 1 . 6 64.2635.2689.3 jjXrZ kkk 用简化等效电路求解： 设 V0 2 0 2 2 00 37.36 0 0 02 U A3 6 . 8 7- 41.5337.3 87.36 1 8 022 kII AAII 13.1 4 3 41.533 6 . 8 7- 41.5321 kZIUU 121 V1 8 2 . 7 2
27、 1 2 5 4 . 5 9)4 4 . 7 2 ( - 1 4 2 2 . 8 4- 2 0 2 2 0)8 1 . 6 2 6 . 6 43 6 . 8 7- ( - 5 3 . 4 10 2 0 2 2 0 ) ( 77.0)10.1437.182c os (c 1 滞后os AI VU 41.53 59.21254 1 1 3-10 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、 r1很小，因此空 载铜耗 pcu0可忽略不计，因
28、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（ U1 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%,s i nc o s 22 UXr kk 。 3-12 有一三相变压器，已知 SN=750kV A,UIN/U2N=10000kV/400V， Yy0 联结，空载及短路试验数据如下： 试验名称 电压 /V 电流 /A 功率 /W 电源所加位置 空载 400 60 3800 低压侧 短路 440 43.3 10900 高压铡 试计算： 1）折算到高压侧的参数。 （不计温度影响） kNkNNkcu prIIIrIp 22222222 )(
