电机与拖动习题及解答.doc

第1章 电磁学基础知识1.1 简答题1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式、，以及中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？答：式是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成或，试说明其原因。3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e，意味着产生同样的，根据NI=Rm，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（NI）空芯（NI）铁芯，所以I空芯I铁芯。4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？1.2 分析题1. 变压器原理图如图所示，试回答：（1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1 及N2中都会感应出电动势？（2）当电流Is增加时，标出这时N1 及N2中感应电动势的实际方向。答：（1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通，i1与正方向符合右手螺旋关系，由于磁通同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2所交链的磁链以同一个频率交变，所以在N1和N2中都会感应出电动势。（2）按右手螺旋关系，标出在N1和N2中感应出电动势e1和e2的正方向，如图中实线所示，感应电动势表达式分别为当电流 i增加时，也增加，由以上表达式可知，、，说明此时N1和N2中感应出电动势的实际方向与e1和e2的正方向相反，如图中虚线（与实线方向相反）所示。第2章 直流电机2.1 简答题1. 直流电动机的电枢绕组中为什么也有感应电动势？其方向与电流方向有何关系？他励直流发电机空载即电枢电流为零时，有没有电磁转矩？为什么？答：直流电动机的电枢绕组旋转时，电枢导体切割气隙磁场，在电枢绕组产生感应电动势，其方向与电枢电流方向相反，称为反电动势。他励直流发电机空载即电枢电流为零（Ia=0）时，根据T=CtIa，故电磁转矩T=0.2. 直流电机的电枢铁芯为什么必须采用硅钢片叠成，而机座和主磁极可以采用整块铁？为什么有的主磁极也采用薄钢板叠成？答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减少铁耗，用硅钢片叠成。机座和主磁极的磁场是恒定的，故可以采用整块铁。 但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面的磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板叠成。3. 什么是电机的可逆原理？接在直流电源上运行的直流电机，如何判别它是运行于发电机状态还是电动机状态？答：同一台电机（直流、交流）由于外界使用条件不同，既可以作发电机运行，也可以作电动机运行。这个电机理论中普适的原理称为电机的可逆原理。当端电压U电枢电动势Ea，电枢电流Ia与Ea方向相反时，为电动机状态；4. 如果将电枢装在定子上，主磁极装在转子上，换向器和电刷如何安装，才能作直流电机运行？答：这种结构是旋转磁极式，因电刷必须与主极相对静止，所以电刷也应装在转子上；而换向器必须与电枢相对静止，所以换向器应装在定子上。5.直流电机电枢绕组是旋转的，而电枢绕组中的电流又是交流电，试问电枢电流所建立的磁场在空间上是恒定的还是交变或旋转的，为什么？答：是恒定的。因为主磁极N或S下的电枢导体的电流方向不变。6.直流电机的主磁通既交链电枢绕组，又交链励磁绕组，为什么只有电枢绕组中有感应电动势，而在励磁绕组中没有感应电动势？答：主磁通对励磁绕组来说是恒定不变的，因此励磁绕组中没有感应电动势；主磁通对电枢绕组来说是交变的，故在电枢绕组中会产生感应电动势。7. 如何改变他励和并励直流发电机的端电压极性？答：他励：使电机反转；或将励磁电压反接； 并励：励磁绕组反接，同时将电机反转。8. 什么是电枢反应？对电机有什么影响？ 答：直流电机带上负载运行后，电枢里有电流流过，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场的出现有可能对主极磁场产生影响，这种影响称为电枢反应。电枢反应的结果是负载后每极下总的磁通量比空载时要少。而且电枢电流越大，这个现象越严重。2.2 计算题1. 某直流发电机的额定功率PN=145KW，额定电压UN=230V，额定转速nN=1450r/min，额定效率=90%，求该发电机的额定电流、额定运行时的输入功率？解： 2. 某直流电动机的额定功率PN=22KW，额定电压UN=220V，额定效率=83%，求该电动机的额定电流、额定运行时的输入功率？解： 3. 某四极直流电机，电枢槽数z=36，单叠绕组，每槽导体数为6，每极磁通为2.210-2Wb，电枢电流为Ia=800A，试问：电磁转矩和支路电流分别是多少？解： 支路电流：4. 某他励直流电动机的额定电压UN=220V，额定电流电流为IN=10A，额定转速nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.5，试求：（1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩；（2）保持额定时励磁电流及总负载转矩不变时，端电压降为190V，则稳定后的电枢电流和转速是多少？（忽略电枢反应）解： （1）由于他励IaN= IN=10A，所以（2）由于不变，忽略电枢反应，则有，又因总负载转矩不变则AV由于，所以 r/min5. 某并励直流电动机在某负载时的转速为n=1000r/min，电枢电流为Ia=40A，端电压为U=110V，电枢回路总电阻为Ra=0.045，其他条件不变，但总负载转矩TL增大为原来的4倍，试求：稳定后的电枢电流及转速分别为多少？（忽略电枢反应）解：当负载为TL时， V当负载为时， 稳定后AV由于不变，r/min第3章 直流电动机的电力拖动3.1 简答题1. 写出他励直流电动机的固有机械特性方程式，说明各物理量的含义，并绘制机械特性曲线。答： ；其中，n-转速；UN-额定电压；Ce-电动势常数； Ct-转矩常数；N-每极磁通；Tem-电磁转矩。2. 一般的他励直流电动机为什么不能直接启动？采用什么启动方法较好？答：直接启动由于电枢电动势，最初启动电流，若直接启动，由于很小，会十几倍甚至几十倍于额定电流，无法换向，也会过热，因此，不能直接启动；较好的启动方法是降低电源电压启动，启动过程中随着转速不断升高逐渐提高电源电压，始终保持，直到，启动便结束。3直流电动机的电磁转矩是拖动性的转矩，电磁转矩增大时，转速似乎应该上升，但从直流电动机的转速和转矩特性看，电磁转矩增大时，转速反而下降，这是什么原因？ 答： 电磁转矩； 当Tem增大，则电枢电流Ia增大，反电动势降低，而反电动势，所以转速n下降。4. 请例举几种直流电动机的制动方法，并简要说明其工作原理。答：1）能耗制动：当需要制动时，将开关S投向制动电阻RB上，电动机便进入能耗制动状态。2）反接制动：反接制动分为电压反接制动和倒拉反接制动两种。3）回馈制动：电动状态下运行的电动机，在某种条件下（如电动机拖动的机车下坡时）会出现运行转速n高于理想空载转速n0的情况，此时EaU，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变：由驱动转矩变成制动转矩。从能量传递方向看，电机处于发电状态，将机车下坡时失去的位能变成电能回馈给电网，这种状态称为回馈制动状态。3.2 计算题1.他励直流电动机额定数据为：PN=22kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.1，忽略空载转矩T0，电动机带额定负载运行时，要求把转速降到1000r/min，若采用电枢串电阻调速，需要串入的电阻值？ 解： r/min 额定转速降落串电阻后转速降落， 设电枢串电阻为R，则有，所以 或：如果负载不变则电枢电流不变，可求出外串电阻。 2. 一台他励直流电动机的额定数据为：PN=22kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500r/min，电枢回路总电阻Ra=0.1。忽略空载转矩T0，电动机带额定负载运行，求：（1）额定运行时的电磁转矩；（6分）（2）若需将转速降为n=1000r/min，当采用电枢回路串电阻降速时，应串入多大的电阻？（6分）（3）若需将转速降为n=1000r/min，当采用降低电源电压降速时，外加电压应降为多少？ （5分）解：1） （2分） Nm 2）r/min 额定转速降落串电阻后转速降落， 设电枢串电阻为R，则有，所以 或：如果负载不变则电枢电流不变，可求出外串电阻。 2） 降低电源电压后的理想空载转速： 降低后的电源电压为U1，则 V 或求解。3.某他励直流电动机的额定数据为PN=54kW，UN=220V，IN=270A，nN=1150r/min。估算额定运行时的EaN，再计算CeN，TN，n0，最后画出固有机械特性。解：（1）根据额定容量，取EaN=0.95UN =0.95220=209V （2） （3） （4） 额定电磁转矩 （5） 理想空载转速 （6）固有机械特性上两个特殊点：理想空载点（1211r/min, 0Nm）；额定工作点（1150r/min，468.5Nm）; 机械特性曲线略。 4一台他励直流电动机的额定数据如下： PN=29kW，UN=440V，IN=76.2A，nN=1050r/min，Ra=0.4，试求：1）电动机拖动位能性负载（TL=0.8TN），采用能耗制动，要确保最大制动电流不超过2IN，制动电阻应选多大？最后下放的稳定转速为多少？ 2）电动机拖动一位能性负载（TL=0.8TN），在电压反接时作回馈制动下放，下放转速为1200r/min，问电枢回路应串联多大的电阻？答： 1）能耗制动开始瞬间的制动电流最大，电机工作在B点，转速为 所串电阻为 最后下放速度为 r/min (对应D点) 3）回馈制动以1200r/min的速度下放重物，如图中E点所示，所需电阻 11