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1、第十六章第十六章 直流电机的运行原理直流电机的运行原理 16-1 试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系? 答: 发电机 电动机电动势平衡关系 aaaRIUEaaaRIUE功率平衡关系 pPP21pPP21转矩平衡关系 01TTTem02TTTem16-2.判断直流电机运行状态的依据是什么?何时为发电机状态?何时为电动机状态?答:由电动势平衡方程aaaRIUE当 EaU 为发电机运行状态,EaU 为电动机运行状态。16-3 试述并激直流发电机的自激过程和自激条件? 答:有剩磁。当电机起动旋转时,电枢绕组切割主磁极下气隙中的剩磁磁场而感应一数 值很小的剩磁电动势,由于励磁绕组与
2、电枢绕组并联,因此就有一不大的励磁电流流过励 磁绕组,产生一个不大的磁场,它也作用在气隙中。若它对原剩磁磁场起助磁作用,气隙 磁场得以加强,致使电枢绕组感应电动势比原剩磁电动势增大,则励磁电流就进一步增大, 其建立的磁场更进一步增强(即助磁作用进一步增强), 电枢电动势进一步提升,,周 而复始,经几个循环, 电枢绕组便建立起电压,因而要求电枢转向及励磁绕组接线正确。 为使建立一个定值电压,还需主磁场具有饱和特性, 因磁路饱和后,励磁电流即使再增大, 主磁场因饱和而增加不大了, 所以电枢电动势就稳定在某一定值。这个稳定值的大小还取 决于发电机励磁回路电阻的大小, 为保证要建立某一定值电压,还要求
3、:励磁回路电阻小 于其临界值。16-4 在实际应用中,如果并激直流发电机不能自激建压,试分析可能产生的原因,怎样检 查,应采取哪些措施? 答:根据并激直流发电机建压的条件,首先检查励磁回路电阻是否在最小位置、然后检查 励磁绕组和电枢绕组之间的接线是否正确。如果励磁回路电阻是不在最小位置,则应放在 最小位置,如果励磁绕组和电枢绕组之间的接线不正确,调换励磁绕组两端头。16-5 并激直流发电机正转能自激,反转能否自激?为什么?如果反接励磁绕组,电机并以 额定转速反转,这种情况能否自激建压? 答:不能自激,由于反向旋转,感应电势的方向改变,在励磁绕组中产生的励磁电流反方 向,其产生的磁通方向与剩磁方
4、向相反,将剩磁抵消。 能自激建压,电机反转,感应电势的方向改变,在励磁绕组中产生的励磁电流反方 向,由于反接励磁绕组,励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向相同,使磁通增大,感应电 势越来越大,建立起电压。16-6 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线? 答: 讨论他励和并励发电机aaaRIEU他励发电机:稍下倾曲线(端电压 U 随负载电流 I 增大稍有下降) ,原因有:负载增大,电枢反应去磁效应增强,气隙磁通减小,使电枢电动势aE减小。负载增加,电枢绕组电阻压降aaRI增大。 并励发电机:下倾曲线(端电压 U 随负载 电流增大下降幅度较他励发电机大) ,原因是: 除、两原因与他励发
5、电机相同外,因并励发电机的ffRUI , 因此由、原因引I INUNU他并起 U 减小,致使fI减小(他励发电机fI不变) ,磁通减小,aE进一步减小,致使端电 压下降幅度较大。 16-7 并激直流电动机的起动电流取决于什么?正常工作时的电枢电流又决定于什么?答:起动时:n=0, nCEeaaaa aRU REUI起动电流大小取决于外加电压和电枢回路电阻。 正常工作时,由于反电动势 Ea 的作用,此时TTemaa aCT CT REUI2故工作时,电枢电流大小却取决于负载转矩的大小。16-8 并激直流电动机起动时,常把串接于激磁回路的磁场变阻器短接,为什么?若在起动 时,激磁回路串入较大电阻,
6、会产生什么现象?答:起动转矩 stTstICT起动电流一定时, stT,欲使起动转矩stT尽可能大,就要求磁通(即励磁电流fI)尽可能大。而并励电动机,ffRUI (fR为励磁回路总电阻) ,故它常把励磁回路的磁场变阻器短接,致使励磁回路电阻最小,励磁电流fI(即磁通)达最大。若起动时在励磁回路串入较大电阻,使fI、减小,导致起动转矩很小,若此时LstTT(负载转矩) ,电机就起动不起来,这样电枢电流剧增,直致烧毁电枢绕组。16-9 并激直流电动机在运行时励磁回路突然断线,问电机有剩磁的情况下会有什么时候后 果?若在起动时就断线,又会出现什么后果?答:并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线,励
7、磁电流消失(fI=0) ,主磁通减小至剩磁磁通值,断线瞬间,由于惯性,电机转速未变,则电枢电动势nCEea大为减小,从而电枢电流aa aREUI 急剧增大,电枢绕组有被烧毁的可能。若电枢电流aIa增大的速率大于主磁通减小的速率,电磁转距aTemICT增大,若负 载转矩不变,致使电机转速迅速升高。若发生在空载或轻载时,则转速剧增至飞逸速度, 致使换向不良,换向器、电枢绕组和转动部件损坏,甚至造成人身伤害事故。若电枢电流aI增大速率小于主磁通减小速率,emT就减小,若负载转矩LT不变,当LemTT, 转速下降, 甚至停转, 此时电枢电流仍很大, 同样可能会烧毁电枢绕组.若起动时励磁回路断线, 这时
8、 n=0, 电枢电动势0aE, 则电枢电流很大。同时,由于此时主磁通很小(剩磁磁通) ,emT就小,而不能起动,也导致电枢电流剧增。 可见,并励直流电动机励磁回路不容许开路,并应采取必要的保持措施。16-10 一台并励直流发电机,励磁回路电阻,44fR负载电阻 4LR,电枢回路电阻25. 0aR,端电压 U=220V。试求:(1)励磁电流fI和负载电流 I;(2)电枢电流aI和电动势aE(忽略电刷电阻压降) ;(3)输出功率2P和电磁功率emP。解:励磁电流 ARUIff544220负载电流 ARUIL554220电枢电流 AIIIfa60555电枢电动势 VRIUEaaa23525. 060
9、220输出功率 WUIP12100552202电磁功率 WIEPaaem1410060235或 WRIRIPPffaaem1410044525. 060121002222 216-11 一台并励直流发电机,min/1450,115,35rnVUkWPNNN,电枢回路电阻 0243. 0aR,一对电刷压降VUb22,励磁回路电阻1 .20fR,求额定时的电 磁功率和电磁转矩?解:励磁电流 ARUIff72. 51 .20 115负载电流 AUPINN N3 .30411535000电枢电流 AIIIfNa31072. 53 .304电枢电动势 VURIUEbaaNa533.12420243. 0
10、3101152电磁功率 WIEPaaem23.38605310533.124电磁转矩 NmnPTNem em2 .2541450605.389550955016-12 一台并励直流电动机, AIrnVUkWPNNNN9 .88min,/3000,220,17,电枢回路总电阻114. 0aR,励磁回路电阻5 .181fR,忽略电枢反应的影响,求: (1)电动机的额定输出转矩? (2)额定负载时的电磁转矩; (3)额定负载时的效率;(4)在理想空载时(0aI)的转速; (5)当电枢回路中串入一电阻 R=0.15 时,在额定转矩下的转速。解: 额定输出转矩 NmnPTNN N1 .543000179
11、5509550额定负载时电磁转矩:励磁电流 ARUIfN f21. 15 .181220电枢电流 AIIIfNa7 .8721. 19 .8807. 03000114. 07 .87220NaaN NenRIUCNmICICTaNeaNTemN63.587 .8707. 055. 955. 9额定负载时效率 869. 09 .88220170001NNNN IUP PPmin/314307. 02200rCUnNeN当电枢回路串入15. 0R,在NT时转速:min/281207. 0)15. 0114. 0(7 .87220)(rCRRIUnNeaaN16-13 一台并励直流电动机, AIVU
12、NN80,220,额定运行时,电枢回路总电阻099. 0aR,励磁回路电阻 110fR,VUb22,附加损耗占额定功率 1%,额定负载时的效率%85N,求: (1)额定输入功率; (2)额定输出功率;(3)总损耗;(4)电枢回路铜损耗;(5)励磁回路铜损耗; (6)电刷接触电阻损耗;(7)附加损耗;(8)机械损耗和铁损耗之和。解: 1)输入功率 kWIUPNN6 .178022012)输出功率 kWPPN96.1485. 06 .17123)总损耗 kWPPp64. 296.146 .17214)励磁电流: ARUIfN f2110220电枢电流: AIIIfNa78280电枢回路铜损耗:WRIpaacua3 .602099. 078225)励磁回路铜损耗:WRIpffcuf4401102226)电刷接触电阻损耗:WIUpabb15678227)附加损耗:WPpad6 .1491496001. 0%128)机械损耗和铁损耗之和: