习题答案-电机与拖动-刘锦波 第2章-五星文库
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习题答案-电机与拖动-刘锦波 第2章
导读：第2章习题解答，2.1直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流？若是交流，答：直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，电机的极对数），电机的转子（或电枢）不可能产生有效的电磁转矩，2.3直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输入功率？是电功率还是机械功，答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率，对于发电机，2.4为什么说直流电机的绕组是闭合绕组？，答：直流电机的线圈之间是
第2章 习题解答
2.1 直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流？若是交流，其交变频率是多少？
答：直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，而电刷外部为直流。电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换（或换流）。内部电枢绕组所n即内部电流的方向每转交变p次（p为感应电势或电流的频率为：f=pHz，60
电机的极对数）。
2.2 为什么直流电动机必须采用电刷和换向器把外加直流电源转变交流然后再给电枢绕组供电，而不是直接采用直流电源供电？
答：对于直流电动机，若不采用电刷或换向器将直流转换为内部交流，而是直接采用直流供电，则当电枢绕组的某一导体边转至N极下时，假定电流为流入的，电磁转矩沿顺时针方向。则当该导体边转至S极下时，电流仍为流入的，则所产生的电磁转矩必为逆时针方向。这样，在一个周期内，电机的转子（或电枢）不可能产生有效的电磁转矩。故此，必须采用机械式换流器完成直流到交流的转换。
2.3 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输入功率？是电功率还是机械功率？
答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率。对于电动机，其额定功率是指机械输出功率；对于发电机，其额定功率是指电枢绕组的输出电功率。
2.4 为什么说直流电机的绕组是闭合绕组？
答：直流电机的线圈之间是通过换向片依次相联的，每一个换向片均与不同线圈的两个导体边相连，由此构成的电枢绕组自然是闭合绕组。
2.5 如果将传统永磁直流电动机的定子和转子颠倒，即定子侧为电枢绕组而转子采用永久磁钢产生励磁，试分析这样一台反装式直流电动机其电刷应该是静止还是旋转的？说明理由。
答：传统永磁直流电动机的磁极位于定子,而电枢绕组位于转子，其换向器随电枢绕组一同旋转，而电刷则固定在定子侧，只有这样才能产生有效的电磁转矩。换句话说，直流电机的电刷必须相对主极是静止不动的，才能产生有效的电磁转矩。因此，当传统直流电动机反装，亦即电枢绕组位于定子，而主极位于转子时，其电刷应随主极一同旋转。
2.6 直流电动机总共有几种励磁方式？不同励磁方式下，其线路电流I1、电枢电流Ia以及励磁电流If之间存在什么关系？
答：直流电动机的励磁方式可分为他励和自励两大类。其中，自励又包括：并励、串励和复励三种形式。在采用他励时，直流电动机的励磁绕组采用单独的励磁电源供电，而电枢绕组则采用另一电源供电。而对于自励方式的直流电机，其励磁绕组与电枢绕组采用同一电源供电。根据接线的不同（参考教材图2.14），其线路电流I1、电枢电流Ia以及励磁电流If之间的关系式也不尽相同。对于并励直流电动机，I1=Ia+If ；对于串励直流电动机，I1=Ia=If；对于复励直流电
动机，I1=Ia+If。
2.7 直流电动机负载后，气隙中共存在着几种类型的磁场？它们分别是由哪些励磁磁势产生的？
答：负载后,直流电机内部存在两种类型的磁场:一种是由定子励磁绕组磁势所产生的主磁场；另一种是由电枢绕组磁势所产生的电枢反应磁场。两者合成既是电机内部的气隙合成磁场。
2.8 何为电枢反应？它对主磁场有何影响？对发电机与电动机最终的运行性能各有何影响？
答：空载时，直流电机内部的磁场是由定子励磁绕组所产生的主磁场。负载后，除了主磁场之外，由电枢绕组中流过的电枢电流所产生的电枢磁势也要产生磁场，从而对主磁场造成一定影响。通常把电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。电枢磁势对主磁场的影响结果造成：（1）气隙磁场发生畸变；（2）主磁场削弱，电枢反应呈去磁作用。对于直流发电机，上述结果造成电刷两端所感应的电势以及端部电压降低；对于直流电动机，上述结果造成转子转速上升。
这一磁场对主磁场要
2.9 对于直流电动机，转子所产生的电磁转矩是驱动性的（与转速方向相同）还是制动性的（与转速方向相反）？对于直流发电机又有何不同？
答：对于直流电动机，由电枢绕组输入电能，通过电机内部的磁场将输入的电能转变为机械能输出，所产生的电磁转矩为驱动性的，由其拖动机械负载一同旋转；对于直流发电机，由原动机拖动转子旋转，所产生的电磁转矩为制动性的。正是由于原动机克服制动性的电磁转矩，才将输入电机的机械能转变为电能输出。
2.10 在一定励磁的条件下，为什么负载后直流发电机输出的电压要比空载时的输出电压低？
答：由基本方程式：U2=Ea?RaIa可见，直流发电机负载后，有两个因素造成
（2）负载后电枢输出电压降低：（1）电枢反应的去磁作用造成Ea=CenΦ降低；
电流Ia的增加造成电枢电压下降。
2.11在一定励磁的条件下，为什么负载后直流电动机转子的转速要比空载时的转子转速略低？
答：由n=U1?RaIa可见，直流电动机负载后，影响转子转速的因素有两个：（1）CeΦ
电枢电流Ia造成电枢电压下降；（2）电枢反应的去磁作用造成Φ的减少；前者引起转速下降；后者引起转速升高；轻载时由于电枢反应的去磁作用较小，前者占主要因素，故转子转速有所下降。当重载时，则电枢反应的去磁作用增大，相应的由其引起的转速升高变为主要因素，因此，此时转子转速将有所升高。
2.12 一台并励直流发电机不能正常发电，试分析其可能的原因，并说明解决办法。
答：要保证一台并励直流发电机正常发电，需具备三个条件：（1）主磁路存在剩磁；（2）励磁回路与电枢回路之间的接线要正确；（3）磁场总电阻不能超过临界
值。因此，若并励直流发电机不能正常发电，需检查剩磁，方法是用蓄电池给定子励磁绕组通一次电；若发电机仍发不出电压，则将励磁绕组与电枢绕组的之间的相对接线颠倒。最后，再减小励磁回路的外串电阻，则并励直流发电机便可以正常发电。
2.13 直流电动机在运行中，励磁绕组突然开路，将发生什么现象？试分析之。 答：由n=U1?RaIa可见，直流电动机在正常运行过程中，若励磁绕组突然开路，CeΦ
即If=0，则Φ则减小为只有剩磁通，因此，转子转速将迅速升高，引起所谓的“飞车”现象。
2.14 并励直流电动机若端部的供电电源极性改变，其转向是否改变？串励直流电动机呢？
答：对于并励直流电动机，若仅改变端部的供电电压极性，励磁绕组的接线不变，则电枢电流和励磁电流将同时反向，则电磁转矩Tem=CTΦIa仍保持原来方向，故转子转向将不会改变。而对于串励直流电动机，情况如此相同，转子转向将保持不变。他励直流电动机则会例外。
2.15 什么是直流电机的换向？换向不正常会带来什么后果？
答：直流电机的换向是指对于某一电枢元件而言，当其经过电刷前后，内部电枢电流方向将发生改变，这一现象称为换向。换向不良会造成换向火花，严重时，会引起环火，造成电刷和换向器表面烧坏，并危及电枢绕组。
2.1 一台四极并励直流电机接在220V的电网上运行，已知电枢表面的总导体数N=372根，n=1500r/min，Φ=1.1×10?2Wb，单波绕组，电枢回路的总电阻Ra=0.208Ω，pFe=362W，pmec=240W，试问：
（1）此电机是发电机还是电动机？
（2）电磁转矩与输出功率各为多少？
解：(1) 要判断直流电机是工作在发电机还是电动机运行状态，只需比较一下端部电压U和电刷两端感应电势Ea的大小即可。当Ea&U时，直流电机工作在发电机状态；当Ea&U时，直流电机工作在电动机状态。
考虑到单波a=1，根据题意，
Np372×2Ea=nΦ=××10?2=204.6V&U=220V 60a60×1
显然，该电机运行在电动机状态。 （2） 根据直流电动机的电压平衡方程式，得：
Ia=U1?Ea220?204.6==74.04A Ra0.208
于是： 电磁转矩：Tem=CTΦIa=Np372×2ΦIa=×1.1×10?2×74.04=96.44N?m 2πa2π×1
电磁功率： Pem=EaIa=204.6×74.04=15148.75W
输出功率：P2=Pem?pFe?pmec=?240=14546.75W
2.2 一台96kW的并励直流电动机，额定电压为440V，额定电流为255A，额定励磁电流为5A，额定转速为500r/min，电枢回路的总电阻为0.078Ω，不计电枢反应，试求：
（1）电动机的额定输出转矩；
（2）额定电流时的电磁转矩；
（3）电动机的空载转速。
解：并励直流电动机的接线如图2.52所示。
（1） 额定角速度为：
额定输出转矩
T2=PN9.46N?m ΩN52.362πn2π×500==52.36rad/s 6060
（2） 根据图2.52可得：
额定电枢电流
IaN=IN?IfN=255?5=250A
由直流电动机的电压平衡方程式得
Ea=U1?RaIaN=440?0.078×250=420.5V
Tem=EaIa420.5×250==2007.73N?m ΩN52.36
（3）根据电压平衡方程得
CeΦN=U1?RaIaN440?0.078×250==0.841 nN500
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§2.4电枢电动势与电磁转矩 转矩，是表示力对物体作用时，使物体发生转动或改变转动状态的物理量。 转矩的大小等于力与从转轴到力的作用线的垂直距离之乘积
§2.4电枢电动势与电磁转矩 掌握直流电动机的电枢电动势和电磁转矩计算方法。 §2.4电枢电动势与电磁转矩 电枢绕组是直流电机的核心部分，无论是发电机还是电动机，它们的电枢绕组在电机的磁场中旋转，都会感应出电动势。当电枢绕组中有电流通过，会产生电枢磁通势，它与气隙磁场相互作用，产生了电磁转矩。电动势与电流的乘积就是电磁功率，电磁转矩与电枢旋转角速度的乘积就是机械功率。 §2.4电枢电动势与电磁转矩 直流电机的电枢绕组最基本的形式有两种：单叠绕组与单波绕组 单叠绕组的并联之路对数a等于极对数p（a p） 单波绕组的并联之路对数a 1 §2.4电枢电动势与电磁转矩 一、电枢电动势 电枢电动势：直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组每个支路里的感应电动势。 先求一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均电动势，再乘上一个支路里总导体 数N/2a，即为电枢电动势。一个磁极极距范 围内，平均磁密用 表示，极距为τ，电枢 的轴向长度为 ，每极磁通为φ，则 §2.4电枢电动势与电磁转矩 一根导体的平均电动势为
P为极对数， n为电枢转速
§2.4电枢电动势与电磁转矩 因为一个支路里串连导体总数为N/2a，于是 电枢电动势为 式中 是一个常数，称为电动 势常数。 §2.4电枢电动势与电磁转矩 对于已经制造好的电机，它的电枢电动势正比于每极磁通Φ和转速n §2.4电枢电动势与电磁转矩 例2－3：已知一台10kw、4极、2850r/min的直流发电机，电枢绕组并联支路数a＝1，整个电枢总导体数
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