電機(jī)及拖動(dòng)第二章習(xí)題答案

1、第二章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)答：由電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。般由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源幾部分組成。電力拖動(dòng)系統(tǒng)到處可見(jiàn)，例如金屬切削機(jī)床、橋式起動(dòng)機(jī)、電氣機(jī)車、通風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等。答：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速是指電樞電流 I a=0時(shí)的轉(zhuǎn)速,。實(shí)際上若I a=0，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem=O，這 時(shí)電動(dòng)機(jī)根本轉(zhuǎn)不起來(lái)，因?yàn)榧词闺妱?dòng)機(jī)軸上不帶任何負(fù)載，電機(jī)本身也存在一定的機(jī)械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩（空載轉(zhuǎn)矩）。要使電動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，必須提供一定的電樞電流laO（稱為空載電流），以產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)克服這些機(jī)械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩。由于電動(dòng)機(jī)本身的空載摩

2、擦阻力轉(zhuǎn)矩很小,克服它所需要的電樞電流laO及電磁轉(zhuǎn)矩T0很小，此所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速，這就是實(shí)際空載轉(zhuǎn)速。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速為簡(jiǎn)單地說(shuō)，Ia=0是理想空載，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速no稱為理想空載轉(zhuǎn)速；是la二I aO實(shí)際空載，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速no'的稱為實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，實(shí)際空載轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速。答：固有機(jī)械特性與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)為額定工作點(diǎn)，額定工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩， 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。 理想空載轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之差稱為額定轉(zhuǎn)速降，即：答：電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件有兩個(gè)，一是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn)；二是在交點(diǎn)（Tem=TL）處,滿足，或者說(shuō)，在交點(diǎn)以上（轉(zhuǎn)速

3、增加時(shí)）,Tem<TL,而在交點(diǎn)以下（轉(zhuǎn)速減小時(shí)）,T en>TL。一般來(lái)說(shuō)，若電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是向下傾斜的，則系統(tǒng)便能穩(wěn)定運(yùn)行， 這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩都隨轉(zhuǎn)速的升高而增大或者保持不變。答：只有（b）不穩(wěn)定，其他都是穩(wěn)定的。答：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電樞電流：可見(jiàn)，電樞電流la與設(shè)計(jì)參數(shù)U、ce、Fa有關(guān)，當(dāng)這些設(shè)計(jì)參數(shù)一定時(shí)，電樞電流的大小取決于電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載大小，輕載時(shí) n 高、 la 小，重載時(shí) n 低、 la 大，額定運(yùn)行時(shí) n=nN、l a=lN。 當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，電樞回路串入電阻或改變電源電壓進(jìn)行調(diào)速，達(dá)到穩(wěn)定后，電樞電流仍為原來(lái)的數(shù)值，但磁通減小時(shí)，電樞電流將

4、增大。答：起動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)速n=0,電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen=0,最初起動(dòng)電流。若直接起動(dòng)，由于 Ra 很小， Ist 會(huì)達(dá)到十幾倍 甚至幾十倍的額定電流，造成電機(jī)無(wú)法換向，同時(shí)也會(huì)過(guò)熱，因此不能直接起動(dòng)。答：將處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端從電源斷開(kāi)后投向制動(dòng)電阻兩端，便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)瞬間， n和Ea的大小及方向均不變，I a和Tem的大小不變，但方向改變，之后隨著制動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行，這四個(gè)量均由制動(dòng)瞬間的值逐漸減小到零，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。答：進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，如果不在電樞回路串入制動(dòng)電阻，則制動(dòng)瞬間由于電樞電流將很大。例如，能耗制動(dòng)瞬間電樞電流為, 電壓反接制動(dòng)瞬間Ra 很小，所以 I aB 很

5、大。制動(dòng)時(shí)在電樞回路串入適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻RaB，是為了限制過(guò)在的制動(dòng)電流。由I aB和I aB兩個(gè)公式可知，電壓反接制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)電流laB約為能耗制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)電流I aB的2倍，故電壓反接制動(dòng)時(shí)應(yīng)串入較大的制動(dòng)當(dāng)電電阻。答：這兩種制動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)都是以位能性負(fù)載為前提條件，樞回路串入較大的電阻，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)（工作點(diǎn)）處于第四象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)便處于倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向與電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)相反。而回饋制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速方向不變，但轉(zhuǎn)速值超過(guò)了理想空載轉(zhuǎn)速，這是位能性負(fù)載作用的結(jié)果。答：（1）采用能耗制動(dòng)或倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)； （ 2）采用反向回饋制動(dòng)。答：電動(dòng)

6、狀態(tài)： 電動(dòng)機(jī)把從電網(wǎng)輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從軸上輸出。能耗制動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)將軸上的機(jī)械慣性貯能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路電阻上?；仞佒苿?dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)將軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。反接制動(dòng)狀態(tài)：電網(wǎng)輸入的電能與軸上輸入的機(jī)械能并轉(zhuǎn)換與電能一起都消耗在電樞回路電阻上。答：直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： （1）降壓調(diào)速；（2）電樞回路串電阻調(diào)速；（3）弱磁調(diào)速。前兩種調(diào)速方法適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，后一種調(diào)速方法適用于恒功率負(fù)載。降壓調(diào)速可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性斜率不變，速度穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍較大。串電阻調(diào)速為有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性斜率增大，速度穩(wěn)定性差，受靜差率的限制，調(diào)速范圍很小。弱磁調(diào)

7、速控制方便，能量損耗小， 調(diào)速平滑， 受最高轉(zhuǎn)速限制， 調(diào)速范圍不大。答：靜差率是指電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落nN=n0-nN與理想空載轉(zhuǎn)速no之比，即:它反映了負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的變化程度，即轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。靜差率的大小與機(jī)械特性的斜率 （或硬度）及理想空載轉(zhuǎn)速 n0 的大 小有關(guān)。特性斜率?。ㄓ捕却螅?、理想空載轉(zhuǎn)速高，則靜差率就 小，反之就大。電樞串電阻調(diào)速時(shí)， n0 不變，轉(zhuǎn)速越低，需要串聯(lián)的電阻越大，機(jī)械特性的斜率越大，轉(zhuǎn)速降落n也越 大，所以靜差率越大；降壓調(diào)速時(shí)，雖然機(jī)械特性的斜率（或 硬度）不變，但 n0 減小了，所以低速時(shí)的靜差率大。答：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式是指在調(diào)速過(guò)程中電

8、動(dòng)機(jī)的電樞電流保持在額定值的前提下， 其輸出轉(zhuǎn)矩是恒定的。 恒功率調(diào)速方式是指在調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的電樞電流保持在額定值的前提下， 其輸出功率是恒定的。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速和電樞串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式。答：調(diào)速方式與負(fù)載類型相匹配時(shí)，可以按照負(fù)載實(shí)際大小選擇一臺(tái)合適額定功率的電動(dòng)機(jī)， 在整個(gè)調(diào)速過(guò)程中電流的大小始終等于或接近額定電流，保證電動(dòng)機(jī)能得到充分得用。例如，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 （降堿度調(diào)速或電樞串電阻調(diào)速）、拖動(dòng)恒功率性質(zhì)的負(fù)載時(shí)采用恒功率調(diào)速方式（弱磁調(diào)速），在整個(gè)過(guò)程中就能保證電樞電流始終等于額定值，即能保證電動(dòng)機(jī)得

9、到充分利用， 所以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式、恒功率負(fù)載配恒功率調(diào)速方式是理想的配合。如果恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配恒功率調(diào)速方式或恒功率負(fù)載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，這兩種情況都不是合理的配合， 因?yàn)樵谡{(diào)速過(guò)程中不是出現(xiàn)過(guò)載運(yùn)行就是出現(xiàn)輕載運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)不可能在任何轉(zhuǎn)速 下都得到充分利用。解: (1)2.26解：(1)由上一題可知:則固有特性為:(2) 電樞串電阻時(shí)no不變，斜率變?yōu)?故串電阻的人為特性為:(3) 電壓下降一半時(shí)P不變，理想空載轉(zhuǎn)速 no下降一半。故降壓的人為特性為:（4）磁通減少30%寸，no和P均變化。弱磁人為特性為:（機(jī)械特性曲線圖略）解：（1）直接起動(dòng)電流和起動(dòng)電流倍數(shù)分別為:解：起動(dòng)電流比

10、為:各級(jí)起動(dòng)電阻為：解:(1)當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1200r/min時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為:此時(shí)進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入制動(dòng)電阻為:當(dāng)忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，Tem=TL,將已知數(shù)據(jù)代入能耗制動(dòng)機(jī)械特性:解得當(dāng)考慮空載轉(zhuǎn)矩時(shí)， Tem=TL+T0。額定電磁功率：空載轉(zhuǎn)矩：制動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩：由能耗制動(dòng)機(jī)械特性：解得解:先畫出機(jī)械特性草圖，如圖所示。圖中 A 點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)，B點(diǎn)為反接制動(dòng)起始點(diǎn)，根據(jù)題意，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為。電壓反接制動(dòng)特性為通過(guò)B點(diǎn)和(0，-no)點(diǎn)的直線。(1) 限制最大制動(dòng)電流為2.21 N,電樞回路應(yīng)串入的電阻為:其中 將已知數(shù)據(jù)代入 RB 式中，得:(2) 當(dāng)制動(dòng)到C點(diǎn)，n=0時(shí)，電源不切斷，電機(jī)

11、能否反轉(zhuǎn),這取決于C點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩TemC是否大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩?？紤]到負(fù)載是反 抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為:計(jì)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為:其中點(diǎn)處，n=0, Ea=0，電樞電流大小為:點(diǎn)處的電磁轉(zhuǎn)矩大小為:可見(jiàn)在C點(diǎn)處n=0時(shí)，存在TemOTL，故電機(jī)將反轉(zhuǎn)加速運(yùn)行，直到D點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，這時(shí)電機(jī)處于反向電動(dòng)狀 態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為:解：參見(jiàn)圖。根據(jù)代入已知數(shù)據(jù):可以解出制動(dòng)瞬間電磁轉(zhuǎn)矩為:(2)由得n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩:因?yàn)樗圆荒芊崔D(zhuǎn)。解：（1）(3) 降壓瞬間n不突變，Ea不突變，電流突變?yōu)?穩(wěn)態(tài)后電流I a恢復(fù)到原來(lái)值(0.81 N),穩(wěn)態(tài)后轉(zhuǎn)速為:(4)根據(jù)解：（1）根據(jù)：代入數(shù)據(jù)得：解得:(2)根據(jù):代入數(shù)據(jù):解得:解：畫出機(jī)械特性草圖，如圖所示。在固有特性曲線1上，A點(diǎn)是額定工作點(diǎn)。(2)在降壓人為特性曲線2上，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為靜差率為:在弱磁人為特性曲線3 上:C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和轉(zhuǎn)速分別為