《電機技術(shù)應(yīng)用》直流電機結(jié)構(gòu)、原理和銘牌章節(jié)配套習(xí)題

直流電機結(jié)構(gòu)、原理和銘牌1、試敘述直流發(fā)電機的工作原理。答：直流發(fā)電機在原動機的拖動下旋轉(zhuǎn)，電樞上的導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生交變電動勢，再通過換向器的整流作用，在電刷間獲得直流電壓輸出，從而實現(xiàn)了將機械能轉(zhuǎn)換成直流電能的目的。2、試述直流電動機的工作原理。答：直流電動機在外加電壓的作用下，在導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導(dǎo)體進(jìn)異性磁極時，導(dǎo)體中的電流方向也相應(yīng)改變，從而保證了電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，使直流電機能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，把直流電能轉(zhuǎn)換成機械能輸出。3、小型直流電動機多為兩極電動機，一般在結(jié)構(gòu)上只用一個換向極，問能否良好運行，為什么?答：能良好運行，因為一個換向磁極，可以產(chǎn)生兩個磁極；另外因為小型直流電動機的容量較小，用只用一個換向極產(chǎn)生的兩個磁極，足可以保障換向要求。4、試述直流電機的結(jié)構(gòu)組成。答：直流電機由兩大部分組成：定子和電樞。定子由機座、主磁極、換向磁極、端蓋和軸承等組成。轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和軸組成。5、換向器與電刷的作用是什么？答：直流電機內(nèi)部元件流的是交流；所以直流電動機電刷把外部供給的直流電引到換向器上，通過換向器上換向片的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換到元件上的為交流電；直流發(fā)電機內(nèi)部發(fā)的是交流電，引到換向器的換向片上，旋轉(zhuǎn)的換向器通過電刷把內(nèi)部的交流轉(zhuǎn)換外部的直流電。6、試述直流電機的分類。答：按照直流電機的主磁場的不同，可分兩大類，一類是由永久磁鐵作為主磁極；而另一類利用給主磁極繞組通入直流電產(chǎn)生主磁場按照主磁極繞組與電樞繞組接線方式的不同，可以分為他勵式和自勵式兩種，自勵式又可分為并勵、串勵、復(fù)勵等幾種。直流電機電樞繞組1、直流發(fā)電機中電樞繞組元件內(nèi)的電勢和電流是交流的還是直流的?若是交流的,為什么計算穩(wěn)態(tài)電勢E=U+IaRa時不考慮元件本身電感呢?答：直流發(fā)電機中電樞繞組元件內(nèi)的電勢和電流均為交流的,只是通過換向器和電刷的共同作用才轉(zhuǎn)換為直流的。但是在計算穩(wěn)態(tài)電勢E=U+IaRa時又不考慮元件本身的電感作用,這是因為我們考慮是穩(wěn)態(tài)的情況,是取平均值.而非瞬時值。2、為什么疊繞組常采用右行繞組，而波繞組常用左行繞組？因為疊繞組的左行繞組每一元件接到換向片的兩根端接線互相交叉，用銅較多，所以很少采用。而波繞組的右行繞組，其端接線交叉，且比左行繞組的端接線略長，故波繞組常用左行繞組。3、一臺四極直流電機，采用單疊繞組，問:（1）若取下一只電刷，或取下相鄰的兩只電刷，電機是否可以工作？（2）若只用相對兩只電刷，是否可以工作?（3）若電樞繞組中一個元件斷線，是否可以工作?（4）若有一極失去勵磁將產(chǎn)生什么后果?答：從四極單疊繞組電機的繞組并聯(lián)電路圖可以看出:（1）若取下一只電刷，或取下相鄰的兩只電刷時，在電動機運行時，其轉(zhuǎn)矩和功率均減小一半，在發(fā)電機運行時，其電流和功率也均減小一半。雖然電機仍能運行，但其工作情況是不正常的。（2）若只用相對兩只電刷，則無論對發(fā)電機或電動機都不能工作。（3）若一個元件斷線,則該元件所在支路失去作用，電刷端電壓不變，但電流為原來的四分之三，電機功率為原來的四分之三。（4）當(dāng)一極失去勵磁時，該磁極下的一條支路無電勢(發(fā)電機)或不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(電動機)，使功率減小。對于多極電機，還可能產(chǎn)生不平衡情況。4、某六極直流電機電樞為單迭繞組，每極磁通2.1×10-2Wb,電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝398，轉(zhuǎn)速n＝1500r/min，求電樞電動勢Ea；若其它條件不變，繞組改變?yōu)閱尾?，求電樞電動勢Ea＝230V時的轉(zhuǎn)速。解：單迭繞組并聯(lián)支路對數(shù)a＝p＝3單波繞組并聯(lián)支路對數(shù)a＝1，p＝35、某四極直流電機，電樞槽數(shù)Z＝36，單疊繞組，每槽導(dǎo)體數(shù)為6，每極磁通2.2×10-2Wb,電樞電流Ia＝800A，問此時電磁轉(zhuǎn)矩為多少？如改為單波繞組，保持支路電流不變，其電磁轉(zhuǎn)矩為多少？解：極對數(shù)p＝2；單疊繞組時支路對數(shù)a＝2，電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)N＝36×6＝216單波繞組a＝1，支路電流電樞電流電磁轉(zhuǎn)矩6、某四極他勵直流電機電樞繞組為單波，電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝372，電樞回路的總電阻R＝0.208,運行于U＝220V的直流電網(wǎng)并測得n＝1500r/min，每極磁通＝0.01Wb，鐵耗pFe＝362W，機械損耗p＝204W，附加損耗忽略不計，試問（1）此時該機是運行于發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)？（2）電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩為多少？（3）輸入功率與效率為多少？答：（1）單波繞組a＝1Ea<U，所以該機運行于電動機狀態(tài)。（2）輸入功率：輸出功率：效率：直流電機磁路及電樞反應(yīng)1、何謂電樞反應(yīng)?電樞反應(yīng)對氣隙磁場有什么影響?公式Ea=CeΦn和Tem=CMΦIa中的Φ應(yīng)該是什么磁通？答：直流電機在負(fù)載運行時，氣隙磁場由勵磁磁勢和電樞磁勢共同產(chǎn)生，由于電樞磁勢的存在使負(fù)載時氣隙磁場和空載時僅由勵磁磁勢產(chǎn)生的主磁場有所不同，電樞磁勢對主磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響：1、使氣隙磁場發(fā)生畸變。2、考慮飽和時，還存在去磁效應(yīng)，使每極磁通比空載時略有減小。2、在直流發(fā)電機和直流電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞轉(zhuǎn)方向的關(guān)系有何不同?電樞電勢和電樞電流方向的關(guān)系有何不同?怎樣判別直流電機運行于發(fā)電機狀態(tài)還是運行于電動機狀態(tài)?答：在直流發(fā)電機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方向相反，電樞電勢和電樞電流方向相同。在直流電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電樞旋轉(zhuǎn)方向相同，電樞電勢和電樞電流方向相反。當(dāng)端電壓U大于電樞電勢Ea時，直流電機運行于電動機狀態(tài)，當(dāng)端電壓U小于電樞電勢時，直流電機運行于發(fā)電機狀態(tài)。3、什么是物理中性線，什么是幾何中性線？答：物理中性線：電樞表面上磁感應(yīng)強度為零的地方;幾何中性線：相鄰主極間的平分線。直流電機的勵磁方式1、試畫出直流他勵電機、直流串勵電機、直流并勵電機的電路模型圖。答：2、并勵發(fā)電機能夠自勵發(fā)電必須具備的三個條件是什么？答：①并勵發(fā)電機的主磁場要有剩磁；②勵磁電流產(chǎn)生的磁場必須與剩磁方向一致；③勵磁回路的電阻必須小于臨界電阻。3、直流電機有幾種勵磁方式，各自有什么的特點。答：直流電機勵磁方式：他勵、并勵、串勵、復(fù)勵；他勵電機的勵磁繞組與電樞繞組電源各自獨立。并勵電機的勵磁繞組并接在電樞繞組兩端，共用一個電源；串勵電機的勵磁繞組串接在電樞繞組中，共用一個電源；復(fù)勵電機有兩套勵磁繞組一個并接在電樞繞組中，一個串接在電樞繞組中，共用一個電源，按二者產(chǎn)生的磁場是增加還是減少，分為積復(fù)勵和差復(fù)勵。4、一臺并勵直流發(fā)電機數(shù)據(jù)為PN=82kW，UN=230V，nN=970r/min，電樞繞組總電阻Ra=0.0259Ω，并勵繞組內(nèi)阻rf=22.8Ω，額定負(fù)載時，并勵回路串入的調(diào)節(jié)電阻RfΩ=3.5Ω，一對電刷壓降2ΔU=2V，試求額定負(fù)載時，發(fā)電機的勵磁電流、額定電流、電樞電流和電樞電動勢。答：（1）求電磁功率勵磁電流為：額定負(fù)載電流為：電樞電流為：電樞電動勢為：直流電機基本方程式及功率平衡1、一臺并勵直流發(fā)電機，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=6kW，UN=230V，nN=1450r/min，Ra=0.57Ω（包括電刷接觸電阻），勵磁回路總電阻Rf=177Ω，額定負(fù)載時的電樞鐵損PFe=234W，機械損耗為Pmec=61W，求：（1）額定負(fù)載時的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩。（2）額定負(fù)載時的效率。解：（1）所以（2）2、一臺他勵直流電動機數(shù)據(jù)為：PN=7.5kW，UN=110V，IN=79.84A，nN=1500r/min，電樞回路電阻Ra=0.1014Ω，求：（1）U=UN，Φ=ΦN條件下，電樞電流Ia=60A時轉(zhuǎn)速是多少？（2）U=UN條件下，主磁通減少15%，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TN不變時，電動機電樞電流與轉(zhuǎn)速是多少？（3）U=UN，Φ=ΦN條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.8TN，轉(zhuǎn)速為（—800）r/min，電樞回路應(yīng)串入多大電阻？解：（1）（2）TN不變，Tem不變，即CTΦNIN=CTΦIa（3）不計空載轉(zhuǎn)矩時，Tem=TL，故：解得：3、一臺并勵直流發(fā)電機，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=23kW，UN=230V，nN=1500r/min，勵磁回路電阻Rf=57.5Ω，電樞電阻Ra=0.1Ω,不計電樞反應(yīng)磁路飽和。現(xiàn)將這臺電機改為并勵直流電動機運行，把電樞兩端和勵磁繞組兩端都接到220V的直流電源，運行時維持電樞電流為原額定值。求（1）轉(zhuǎn)速n；（2）電磁功率；(3)電磁轉(zhuǎn)矩。解：（1）電動機運行：（2）（3）直流電機基本特性1、試?yán)脵C械特性公式，分析并勵直流電動機負(fù)載過大燒毀電動機的原因。答：直流電動機的機械特性公式，并勵直流電動機負(fù)載過大，速度降低嚴(yán)重時，會堵轉(zhuǎn)，電流額定電流，則內(nèi)阻損耗將會很大，時間長了，則燒毀電動機。2、名詞解釋（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨電機轉(zhuǎn)速n變化而改變的負(fù)載。（2）恒功率負(fù)載：電機轉(zhuǎn)速變化時，而負(fù)載從電動機吸收的功率為恒定值。（3）通風(fēng)機類負(fù)載：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即TL=Kn23、電樞串接電阻時人為機械特性的特點？答：（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與固有特性時相同，且不隨串接電阻Rad的變化而變化；（2）電樞串接電阻Rad的變化，獲得不同斜率的射線族。（3）隨著Rad的加大，特性的斜率β增加，轉(zhuǎn)速降落Δn加大，特性變軟，穩(wěn)定性變差。4、電源電壓改變時人為機械特性的特點（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0發(fā)生變化，隨電源電壓的而降低。（2）由于Rad=0，特性斜率β不變，機械特性由一組平行線所組成。（3）特性斜率β不變，轉(zhuǎn)速降落Δn不變，因此其特性較串聯(lián)電阻時硬。5、改變主磁通Φ時人為機械特性的特點（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與磁通Φ成反比，即當(dāng)Φ下降時，n0上升。（2）不同的磁通Φ，所得機械特性曲線斜率β不同。（3）磁通Φ下降，特性斜率β上升，且β與Φ2成反比，曲線變軟；（4）一般Φ下降，n上升，但負(fù)載過大速度反而會下降。6、他勵直流電動機的機械特性指的是什么？是根據(jù)哪幾個方程式推導(dǎo)出來的？答：據(jù)以下三個方程：7、一臺直流他勵電機額定功率PN=96KW，額定電壓UN=440V，額定電流IN=250A，額定轉(zhuǎn)速ｎＮ=500r╱min,電樞回路總電阻Rａ=0.078Ω；求：①理想空載轉(zhuǎn)速ｎ0②固有機械特性斜率β答：①理想空載轉(zhuǎn)速計算理想空載轉(zhuǎn)速②固有機械特性斜率計算直流電機的啟動1、容量為幾個千瓦時，為什么直流電動機不能直接起動？答：直流電動機的直接起動電流為Ist=UN/Ra，由于UN>>Ra,無論功率大小，Ist都將達(dá)到額定電流的十幾倍，甚至幾十倍，這是電動機本身所不能允許的，所以直流電動機不能直接起動。2、他勵直流電動機起動時，為什么要先加勵磁電壓，如果未加勵磁電壓（或因勵磁線圈斷線），而將電樞通電源，在空載起動或負(fù)載起動會有什么后果。答：根據(jù)直流電動機的機械特性公式，他勵直流電動機起動時，若先將電樞通電源，后加勵磁電壓（或因勵磁線圈斷線），即磁場可能約等于零，則理想空載轉(zhuǎn)速很大，嚴(yán)重會產(chǎn)生“飛車”，負(fù)載時，會出現(xiàn)“悶車”而燒毀電機。3、并勵直流電動機的起動電流決定于什么?正常工作時電樞電流又決定到什么?4、電樞回路串電阻起動的特點？答：（1）電樞串接的附加電阻Rfj越大，電樞電流流過Rfj所產(chǎn)生的損耗就越大。（2）屬于有級起動，主要是電阻連續(xù)變化困難引起。（3）只能用于容量較小、不頻繁起動、也不長時間運行的電動機。（4）實現(xiàn)方法簡單。5、要想改變并勵電動機，串勵電動機及復(fù)勵電動機的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)該怎么辦？答：要想改變并勵電動機的旋轉(zhuǎn)方向，只要把勵磁繞組接到電樞的兩出線對調(diào)一下或者調(diào)換電樞繞組的兩出線端。要想改變串勵電動機的旋轉(zhuǎn)方向，只要調(diào)換電樞繞組的兩出線端，保持勵磁繞組的電流方向不變。要想改變復(fù)勵電動機的旋轉(zhuǎn)方向，則需用時調(diào)換串勵、并勵繞組的兩出線端。6、并勵直流電動機正轉(zhuǎn)能自勵，反轉(zhuǎn)能否自勵？答：正轉(zhuǎn)時能自勵。反轉(zhuǎn)時，不改變勵磁繞組的接線，并勵直流電動機是不能自勵的。原因在于正轉(zhuǎn)時，勵磁電流所產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向相同，從而實現(xiàn)自勵，而反轉(zhuǎn)時，它們的方向相反，削弱內(nèi)磁場，不能自勵。7、某他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)如下：PN＝60kW,UN＝220V，IN＝350A，nN＝1000r/min.（1）如果該機直接起動，起動電流為多少？（2）為使起動電流限制在2IN，應(yīng)在電樞回路串入多大電阻？（3）如果采用降壓起動且起動電流限制在2IN，端電壓應(yīng)降為多少？答：直流電機的調(diào)速電動機的Tem是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，Tem增大時，n反而下降，這是什么原因？2、一臺他勵直流發(fā)電機和一臺并勵直流發(fā)電機，如果其他條件不變，將轉(zhuǎn)速提高5%，問空載電壓哪一臺提得更高？為什么？答：當(dāng)轉(zhuǎn)速提高后，并勵發(fā)電機空載電壓提得更高些。因空載電壓就等于發(fā)電機的電樞電勢E，由E=CeΦn可知，E∝Φn。對于他勵發(fā)電機，其If與電樞回路無關(guān)，Φ是常量，故E∝n，當(dāng)n提高5%時，E也增高5%。而對于并勵發(fā)電機，其If∝E，當(dāng)n升高時會使得E增加，并且E的增加會使得If增加，并導(dǎo)致Φ增加，將進(jìn)一步使E增加。所以轉(zhuǎn)速提高后，并勵發(fā)電機的空載電壓將升得更高些。3、某串勵電動機，PN=14.7KW，UN=220V，IN=78.5A，nN=585r/min，Ra=0.26Ω（包括電刷接觸電阻）。欲在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變條件下把轉(zhuǎn)速降到350,需串入多大電阻？答：對于串勵電動機4、他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)：PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝30A，nN＝1000r/min,電樞回路總電阻Ra＝0.4Ω,TZ=0.8TN.試求：（1）如果電樞回路中串入電阻Ra＝0.8Ω,求穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速和電流；（2）采用降壓調(diào)速使轉(zhuǎn)速降為500r/min，端電壓應(yīng)降為多少？穩(wěn)定后電流為多少？（3）如將磁通減少15％，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速與電流；（4）如果端電壓與磁通都降低10％，求穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速與電流。答：額定運行時，串入電阻RZ＝0.8Ω，TZ=0.8TN，因電磁轉(zhuǎn)矩不變，所以Ia1＝0.8IN=24(A)n2＝500r/min，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，所以穩(wěn)定后電流不變，Ia2＝0.8IN=24(A)(3)Φ3=0.85ΦN，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，穩(wěn)定后電流（3）U4＝0.9UN,Φ4=0.9ΦN穩(wěn)定后電流：5、他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)與題4相同，該機采用調(diào)壓調(diào)速，試問：（1）若該機帶動TZ＝TN的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)端電壓降為U＝1/3UN時，電動機的穩(wěn)定電流與轉(zhuǎn)速為多少？能否長期運行？（2）若該機帶動PZ＝1/2PN的恒功率負(fù)載，當(dāng)U＝1/3UN時，電動機的穩(wěn)定電流與轉(zhuǎn)速為多少？能否長期運行？直流電機的制動1、什么是電氣制動？電氣制動有什么特點？有哪幾種方法？答：所謂的電氣制動就是使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩成為制動轉(zhuǎn)矩的一種制動。特點是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動性質(zhì)根據(jù)實現(xiàn)制動的方法和制動時電機內(nèi)部能量傳遞關(guān)系的不同，電氣制動的方法有能耗制動、反接制動和回饋制動三種制動方法。2、能耗制動過程和能耗制動運行有何異同點？答：相同點：兩種狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩都與電機轉(zhuǎn)向相反。不同點：能耗制動中負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩同向；而能耗運行中負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩反向。3、反接制動有哪幾種形式？各有什么特點？有兩種形式，一種是電源反接（電樞電壓）制動，另一種是轉(zhuǎn)速反向的反接制動（倒拉反接制動）。電源反接制動：是正在運行的電機，利用電氣控制將其電樞回路的電源反接，電機一方面從電源吸收能量，另一方面將電樞儲存的慣性動能，二者一并轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞回路電阻上的一種電氣制動。這種制動方