(整理)《電氣傳動與調(diào)速系統(tǒng)》課程思考題與習(xí)題解答一.

1、精品文檔第一章 電機(jī)與拖動基礎(chǔ)1、直流電機(jī)定轉(zhuǎn)子各由哪些主要部件組成？各部件的主要作用是什么？直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。包括： （l ）主磁極由主極鐵心和套在鐵心上的 勵磁繞組組成，它的作用是建立主磁場。 （2）換向（附加）極由換向極鐵心和套在上面 的換向極繞組組成，用來改善直流電機(jī)的換向。 （ 3）電刷裝置由電刷、刷握和匯流條組 成，它是將直流電引人或引出電樞的裝置。 （ 4）機(jī)座即電機(jī)定子外殼，起固定與支撐的圖 1-1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1-風(fēng)扇 2-機(jī)座 3-電樞 4-主磁極 5-電刷裝置 6-換向器 7-接線板 8-出線 盒9- 換向磁極10-端蓋11-軸2、直流電機(jī)銘牌上的額定功率

2、、額定電壓、額定電流，對于發(fā)電機(jī)和電動機(jī)各指什么？ 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)： 對發(fā)電機(jī)額定功率指能夠輸出的最大電功率，額定電壓和額 定電流指輸出最高電壓和最大電流（ PN 。UNIN）；而對電動機(jī)額定功率指能夠輸出的最 大機(jī)械功率，額電流指允許輸人的最高電壓和最大電流（PN=U U IN N）。3、直流電機(jī)有哪幾種勵磁方式？不同勵磁方式的電動機(jī)如何實現(xiàn)反轉(zhuǎn)？ 流電機(jī)的勵磁方式分為：他勵、并勵、串勵、復(fù)勵。單獨(dú)改變勵磁繞組極性或者電 樞繞組極性都可使用機(jī)實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，如果兩者極性同時改變，電機(jī)仍將沿原方向運(yùn)轉(zhuǎn)。4、什么叫電樞反應(yīng)？它對電機(jī)產(chǎn)生哪些影響？“電樞反應(yīng)” 就是電樞磁場對主磁場的影響。 產(chǎn)生的影

3、響包括： 使主磁場發(fā)生畸變， 磁力線不再對稱于磁極軸線； 物理中線偏離幾何中線不再重合， 幾何中線處磁場不再為 0；削弱了主磁場。這些影響將對直流電機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生惡劣作用，必須設(shè)法消除。5、串勵直流電動機(jī)有哪些特點？串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性曲線是一條非線性的軟特性， 當(dāng)軸上負(fù)載為 0 時電機(jī)轉(zhuǎn) 速 ，所以串勵直流電動機(jī)不允許輕載工作； 由于它的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正 比，所以起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)；由于電樞與勵磁繞組串聯(lián)，通人直流或交流電流電 機(jī)都不受影響，所以在交流電源情況下亦可正常工作。6直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的感應(yīng)電動勢與電樞電壓 之間的方向相同還是相反？

4、各有何物理意義？直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)輸人的拖動轉(zhuǎn)矩方向相反， 是一對作用力和反作用 力的關(guān)系。隨發(fā)電機(jī)輸出電流的增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大（T= Cr Ia ），所需的輸人轉(zhuǎn)矩也隨著增大，才能維持輸人轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩之間的平衡，使電機(jī)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時功割磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與電樞外加電壓方向相反， 故為反電 勢，它維持了電壓平衡關(guān)系，限制了電樞電流的大小Ia（ UaEa） /（ RaRL ），不致使電動機(jī)電流過大。7直流發(fā)電機(jī)的外特性受哪幾個因素影響？直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性受哪幾個因素 影響？直流發(fā)電機(jī)的輸出特性（ Ua Ea-IaRa）受轉(zhuǎn)速的高低、主磁場的強(qiáng)弱以及電樞回 路電阻大小的影

5、響（ Ea Ce 沖 n ）：直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，受外加電樞電壓通人 勵磁電流所建立的主磁場以及電樞回路電阻大小的影響。8二負(fù)載的機(jī)械特性有哪幾種？負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間各有什么關(guān)系？ 負(fù)載的機(jī)械特性分為三大類，即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載、泵類和通風(fēng)機(jī)負(fù)載。其 中恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小不變而與轉(zhuǎn)速的方向永遠(yuǎn)相反。 而位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大 小不變方向也不變，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時，負(fù)載轉(zhuǎn) 矩與轉(zhuǎn)速方向相同。恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速之間成反比。 （TK/n ）泵類和通風(fēng)機(jī)負(fù)載的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比（T Kn2）9改

6、變他勵直流電動機(jī)的電樞電壓、電樞回路電阻或勵磁電流時，機(jī)械特性將如 何變化？改變他勵直流電動機(jī)的電樞電壓，機(jī)械特性的斜率不變，理想空載轉(zhuǎn)速n 。與電壓成正比變化， 所以特性平行移動；增大電樞回路電阻， no不變，特性的斜率 p 隨阻值正 比增大，所以特性變軟 ;減小勵磁電流，主磁場減弱， n 0上升，特性的斜率 也增大。10電動機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)有哪些？各如何定義？電動機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)有：（ l ）調(diào)速范圍電動機(jī)帶額定負(fù)載時的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。（ 2）調(diào)速精度（靜差率）在調(diào)速范圍內(nèi)最低轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的機(jī)械特性曲線上的額定 速降 nN 。與該曲線上的比值。（ 3）平滑性 定義為相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比。

7、11直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的功率流程圖有何不同？可變損耗和不變損耗各指什么？ 直流發(fā)電機(jī)的功率流程是原動機(jī)輸人機(jī)械功率，減去空載損耗，轉(zhuǎn)化成電磁功率，再減去電樞（與勵磁）損耗，輸出電功率。圖 l11 直流電機(jī)的功率流程圖 a）直流發(fā)電機(jī)的功率關(guān)系 b）直流電動機(jī)的功率關(guān)系 直流電動機(jī)的功率流程是從電源輸人電功率，減去電樞（與勵磁）損耗，轉(zhuǎn)化成電 磁功率， 再減去空載損耗， 在軸上輸出機(jī)械功率。 可變損耗指的是電樞 （與勵磁） 損耗， 也叫銅損耗，它與電樞（勵磁）電流的平方成正比。不變損耗指的是空載磨擦損耗和鐵心損耗，它們與電流大小無關(guān)。 12他勵直流電動機(jī)為什么不允許直接起動？可采用什么方法起動？

8、 他勵直流電動機(jī)在起動時，由于轉(zhuǎn)速為0，反電勢亦為 0Ea= Ea Ce n ，電源電壓全部加在電樞電阻上，電流過大，所以不允許直接起動?？梢圆捎媒档碗娫措妷夯?電樞回路電阻串電阻的方法起動。13決定電動機(jī)起、制動過渡過程的三要素是什么？ 決定電動機(jī)起、制動過渡過程的三要素是：起始值、穩(wěn)態(tài)值和機(jī)電時間常數(shù)。14如何判斷電動機(jī)處于電動運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)、制動運(yùn)行狀態(tài)？ 判斷電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)要看電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 的方向相同還是相反， 電磁轉(zhuǎn)矩是 拖動轉(zhuǎn)矩還是阻轉(zhuǎn)矩； 同時還要看感應(yīng)電勢 Ea與電樞電壓 Ua 的方向相同還是相反， 感 應(yīng)電勢是輸出電勢還是反電勢。電動運(yùn)行狀態(tài) T 與 n

9、 同向， T 表現(xiàn)為拖動轉(zhuǎn)矩， Ea 與 Ua 反向， Ea 表現(xiàn)為反電勢。發(fā)電運(yùn)行狀態(tài) T與 n反向，T 表現(xiàn)為阻轉(zhuǎn)矩， Ea與Ua同向， Ea表現(xiàn)為輸出電勢。 制動運(yùn)行狀態(tài)與發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)相同，只不過慣性動能或位能所發(fā)出的電沒有輸出， 而是全部消耗在電樞回路的電阻上，變?yōu)闊崮苌l(fā)掉。15三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場有哪些特點？其轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)向、 幅值和極對數(shù)各取決 于什么？三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場性質(zhì)如下：轉(zhuǎn)速：為同步速n160f1 / p ，與電源頻率成正比，與定子極對數(shù)成反比。轉(zhuǎn)向：取決于輸人電流的相序，電機(jī)總是由超前相向滯后 相的方向旋轉(zhuǎn)。幅值大?。?基波磁勢 F11.35W1KWI1/P瞬

10、時位置： 哪相電流達(dá)正最大值時， 旋轉(zhuǎn)磁勢 的幅值恰好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線處。極對數(shù)：取決于定子繞組在定子槽中的布置，或者 說取決于定于繞組元件的節(jié)距。16畫出三相異步電動機(jī)的 T 型等值電路，寫出基本方程式17改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)定于端電壓或轉(zhuǎn)子回路串人電阻將使機(jī)械特性如何變化？改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)定子端電壓時，同步速 nl 不受影響，根據(jù)參數(shù)表達(dá)式可看出， 臨界轉(zhuǎn)差的大小不變，電磁轉(zhuǎn)矩的平方與電源電壓成正比，所以當(dāng)降低定子電壓時，電 動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)矩都會成平方倍減小，這顯然會對電動機(jī)的運(yùn)行造成重要影 響，在拖動重載時甚至無法正常工作。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串人電阻時， 同步速 n1也不受影響， 根據(jù)

11、參數(shù)表達(dá)式臨界轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電 阻大小無關(guān)， 而臨界轉(zhuǎn)差的大小與轉(zhuǎn)子電阻成正比變化， 所以串人適當(dāng)電阻可以增大電 動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩，常用于三相異步電動機(jī)帶重載起動。18三相異步電動機(jī)有哪些起動方法？各有什么特點？ 三相異步電動機(jī)的起動可以分為兩大類（l ）小容量電機(jī)輕載起動時電流不大可直接起動；重載時需采用特殊制造的電機(jī)，即深槽轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)或雙鼠籠異步電動機(jī)， 利用趨膚效應(yīng)以獲得大的起動轉(zhuǎn)矩。 （ 2）大容量電機(jī)輕載起動時必須降低定子端電壓， 以減小起動電流。常用的降壓方法有定子串電阻或電抗，定子串自耦變壓器，星-三角變換等；重載起動時可采用轉(zhuǎn)子串電阻或者串頻敏變阻器的起動方法。19三相異步電動機(jī)

12、的調(diào)速方法有哪些？各有什么優(yōu)缺點？ 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有（ l）定子調(diào)壓，調(diào)速范圍窄，若加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋可得 到較好的調(diào)速特性。 （ 2）定子調(diào)頻，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能好，應(yīng)用越來越廣。 （ 3）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，方法簡單易行，但由于特性變軟，低速時損耗大且運(yùn)行不穩(wěn)定，只用于 要求不高的場合。 ( 4)轉(zhuǎn)子串電勢調(diào)速也叫串級調(diào)速，是一種節(jié)能的調(diào)速方法，它將轉(zhuǎn) 差損耗回收加以利用，因增加設(shè)備較多，所以只適用于大功率電機(jī)的調(diào)速。( 5)變極調(diào)速，利用改變定子繞組接線進(jìn)行調(diào)速，無須投入其他設(shè)備，但需特殊制造電機(jī)，只有少 數(shù)幾級速度。(6)轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，由于特性軟，要加負(fù)反饋環(huán)節(jié)，調(diào)速性能好，但只

13、適用于小功率電機(jī)的調(diào)速。20他勵直流電動機(jī)和三相異步電動機(jī)的能耗制動有什么不同？ 他勵直流電動機(jī)的能耗制動是將電樞電源斷開，給電樞串人適當(dāng)電阻， 使慣性旋轉(zhuǎn) 的轉(zhuǎn)子槽導(dǎo)體切割主磁場發(fā)電， 即將動能轉(zhuǎn)為電能，再變成消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上的熱 能，同時產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。而三相異步電動機(jī)的能耗制動是斷開定子三相電源的同時，給 任意兩相繞組通人一個直流電流，建立一個極性不變的磁場，使慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割這 個磁場，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。21一臺他勵直流電動機(jī)的銘牌額定數(shù)據(jù)為： 17KW 220V 90A 1500r/min Ra 0.376 ，拖動恒轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載運(yùn)行。求：(1) 這臺電動機(jī)固有機(jī)械特性上的理想空載點、

14、 額定工作點、 堵轉(zhuǎn)點的電樞電流和轉(zhuǎn) 速？(2) 將電樞電壓降為 150V ，電動機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速各為多少？( 3)若把磁通減小到 0.8 N ，電動機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速各變?yōu)槎嗌?？解?1) Ce N (UN I N Ra) / nN (220 90 0 376)/15000 124 理想空載點 no UN /Ce N 220 / 0.124 1774(r / min); Ia 0 額定工作點 nN 1500 / min; IN 90(A) 堵轉(zhuǎn)點 n o;Is UN /Ra 220 / 0.3763 585(A)Ia IN 90A;n (Ua INRa)/Ce N (150 90 0.37

15、86) / 0.124 935(r /min)( 3)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，磁通減小 20%則 Ia 增加 20%； Ia 1.2 90 108n (UN I N Ra) / 0.8ce N (220 90 0.376)/0.8 0.12 1875(r /min)22 、一臺他勵直流電動機(jī)的銘牌額定數(shù)據(jù)為：13KW 220V 68.7A 1500r/minRa 0.224 ，要求調(diào)整精度30% ，試求：(1) 采用電樞串電阻調(diào)速時的調(diào)速范圍有多少？最低轉(zhuǎn)速時串多大電阻？(2) 采用降低電樞電壓調(diào)速的調(diào)速范圍有多少？最低轉(zhuǎn)速時的電壓為多少？解： ce N (U N INRa)/nN (220 68.7

16、0.224) / 1500 0.1364(1) no UN /ce N 220 / 0.1364 1613(r / min)n no1613 0.3 484(r /mi n )nmin non 1613 484 112(9r /mi n)調(diào)速范圍 D nmax / nmin 1500 /1129 1.33R ( n/ IN) Ra (484 / 68.7) 0.224 6.821( )(2) nN I N Ra 68.7 0.224 15.4( r / min)nominnN /15.4 / 0.3 51.3(r /min)nmax n0minnN 51.3 15.4 35.9(r / min

17、).D n max / nmin 1500 / 35.9 41.78Ua Ea IN Ra Ce Nnmin 68.7 0.224 0.1364 35.9 15.4 20.3(V )23、一臺他勵直流電動機(jī)的電樞額定電壓220V 、額定電流 74A，額定電流 74A，額定轉(zhuǎn)速 1500r/min 電樞額定電動勢 204.6V ，電機(jī)鐵損耗 PFe=326W ，機(jī)械械磨擦損耗 Pm=240W ，忽略雜散損耗， 求這臺電動機(jī)額定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩、 輸入功率和效率各為 多少？解：TN INEa 74 204.6 15.14(KW )P1 U NIN 220 74 16.28(KW )P2 P1 PF

18、e Pm 16280 362 204 15.714P2 / P1 15.714 /16.28 0.96524、一臺并勵直流電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：17KW 220V 300r/min 88.9ARa 0.114 ，勵磁電阻 Rf 181.5 ，忽略電樞反應(yīng)，試求：額定負(fù)載時電動機(jī)的 輸出轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)和效率？解： P2N 17 KWP1 UNI N 17 / 19.558 0.87If U f /Rf 220 / 181.8 1.2(A)Ia IN I f 88.9 1.2 87.7( A)22PM P1 PCUf PCUa 19558 1.22 181.5 87.72 0.114 18.42(K

19、W ) 25、一臺他勵直流電動機(jī)用于吊重物，其額定數(shù)據(jù)如下：29KW 440V 76A1000r/min, Ra 0.377 ，忽略空載損耗，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 0.8TN 試求：(1)電動機(jī)以 500r/min 的速度吊起重物，電樞回路需串多大電阻？(2)有哪幾種方法可使負(fù)載以 500r/min 的速度下放？電樞回路各需串多大電阻？(3) 當(dāng)以 500r/min 的速度吊起重物時， 將電樞電壓突然反接， 并使電流不超過 2IN ， 最后穩(wěn)定下放速度為多少？解：(1) Ce N (U N INRa)/nN (440 76 0.377)/1000 0.411n (U N IaRa ) / Ce N

20、(400 0.8 76 R)/0.411 500R (400 0.411 500)/0.8 76 3.85 (7 )電樞回路需串電阻： 3.857 0.377 3.48( )(2)采用倒拉下放重物：500 (400 0.8 76 R)/ 0.411R (440 0.411 500) / 0.8 76 10.6( )電樞回路需串電阻 10.6 0.377 10.223( ) 采用能耗下放重物：500 0.8 76 R/ 0.411R 0.411 500/ 0.8 76 3.38( )電樞回路需串電阻 3.38 0.377 3.003( )(3) R (Ce Nn UN)/2IN (0.411 5

21、00 440)/2 76 4.247( ) n ( UN IaRa ) / Ce N ( 440 0.8 76)/0.411 121(8r /mi n)26、一臺三相四極異步電動機(jī)， 150KW 38V/50HZ 1460 r/min, 過載能力3.1，求這臺電動機(jī)的固有機(jī)械特性。解：固有機(jī)械特性的四個殊點(1) 同步點 T=0，S=0，n1 60f1/P 60 50/2 150(0r /mi n)(2)額定工作點 nN 1460r / min ，SN (n1 nN)/n1 (1500 146)0/1500 0.0267TN 9.55PN /nN 9.55 150 103 /1460 981(

22、 NM )(3) 臨界點 Tm TN 3.1 981 3041( NM )Sm SN2 1 0.0267(3.1 3.12 1) 0.16(4) 起動點 n 0' S 1'2Tm2 3041TSm 9 4 (9NM )11Sm0.1627、一臺三相極異步電動機(jī)S， m10KW0. 1638V50HZ 21.6A ，定子繞組 Y 接，額定運(yùn) 行時，定子銅耗 Pcul 557W ，轉(zhuǎn)子銅耗 Pcu2 314W ，鐵耗 PFe 27W ， 機(jī)械磨擦損 耗 Pm 77W ，附加損耗 Ps 200W試求其額定轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩各為多少？解： PM P2 Ps Pm 10000 200 77 314 10591SN Pcu2 / pN 314 / 10591 0 03n1 60 f / p 60 50 /1500(r / min)nN n1(1 SN) 1500(1 0.03) 1455(r /min)TN 9.55PN /nN 9.55 10 103 /1455 65.66( NM )TN 9.55PN /n1 9.55 10591/1500 67.46( NM )28、一臺三相六極異步電動機(jī)， 28KW 380V/50HZ 950r/min cos 1N 0.88 , 定子銅耗、鐵耗共 2.2KW ，機(jī)械損耗 1.1K