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1、电机拖动思考题及作业题第三章直流电机原理知识点:1、结构、原理、特点1）定子：磁极（绕组、铁芯）、电刷（铁芯的目的是增大磁通）2）转子：电枢（绕组、铁芯）、换向片3）原理: 定子供电产生主磁极磁场。转子通过电刷和换向片供电，使得同一极性下的导体电流方向保持不变，获得恒 定转矩使转子旋转。（注意，电枢元件中的感应电势和电流方向是改变的）4）特点：调速性能好。但是制作工艺复杂，成本高，维护量大2、3、机械特性性1）固有特性2）人为特性R+RacecTe思考题：3.1换向器在直流电机中起什么作用？在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电， 在正、负电刷两端输出。在直流电动
2、机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中 的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。3.4直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部 分？直流电机的主磁路由以下路径构成：主磁极N经定、转子间的空气隙进入电枢铁 心，再从电枢铁心出来经定、转子间的空气隙进入相邻的主磁极S，经定子铁心磁 轭到达主磁极N，构成闭合路径。磁路未饱和时，铁的导磁率是空气的几百到上千倍，所以尽管定转子间的空气隙很 小，但磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在空气隙上。3.5填空(1) 直流电机单叠绕组的支路对数等于主磁极对数，单波绕组的支路对数等于1(2) 为了使直流电机正、负
3、电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应 放置在对准主磁极中心线换向器的表面。3.6说明下列情况下无载电动势的变化：(1) 每极磁通减少，其他不变；(2) 励磁电流增大，其他不变；(3) 电机转速增加，其他不变。根据直流电机感应电动势与主磁通的大小成正比，与电机转速成正比的关系，可得 出以下结论：每极磁通减小10%，其他不变时，感应电动势减小10%。(2) 励磁电流增大10%，其他不变时，假定磁路不饱和，则每极磁通量增大10%， 因此感应电动势增大10%。(3) 电机转速增加20%，其他不变时，感应电动势增加20%。3.8指出直流电机中以下哪些量方向不变，哪些量是交变的：(1) 励磁电
4、流是直流电流，不交变 电枢电流指的是电刷端口处的总电流，为直流电流，不交变(3)电枢感应电动势指的是电刷端口处的总感应电动势，为直流电动势，不交变 电枢元件感应电动势电枢元件有效导体不断交替切割N极磁力线和S极磁力线，产生感应电动势为交流电动势，交变(5) 电枢导条中的电流 为交变电流，交变(6) 主磁极中的磁通励磁绕组通入直流励磁电流形成主磁通，不交变(7) 电枢铁心中的磁通主磁通本身不交变，但电枢铁心的旋转使得电枢铁心中的任意一点都经历着交变的磁通，所以电枢铁心中的磁通为交变磁通习题：3.1某他励直流电动机的额定数据为：PN =17kW，UN =220V，nN =1500r/min，n N
5、 =0.83。计算in，t2N及额定负载时的P1N。额定电流IN= PN /(n N . UN ) =17000/(0.83X220 )= 93.1 A(2) 额定输出转矩T2N= 9550 PN /nN= 9550X17/1500 = 108.2 N m(3) 额定输入功率P1N = PN /n N= 17/0.83 = 20.5 kW3.4某他励直流电动机的额定数据为：PN =6 kW ,Un =220 V,nN = 1000 r/min , PCua =500 W ,P = 395 W。计算额定运行时电动机的T2N , T0,Tn ,pm, nN 及Ra。解：额定输出转矩 T2N= 95
6、50 PN /nN= 9550X6/1000 = 57.3 N m空载转矩 T0 = 9.55 P0/nN= 9.55X395/1000 = 3.77 N - m额定电磁转矩 Tn = T2N + T0 = 57.3 + 3.77 = 61.1 N m额定电磁功率 PM = PN + P0 = 6 + 0.395 = 6.395 kW额定输入功率 P1N = PM + PCua = 6.395 + 0.5 = 6.895 kW额定效率n N = PN /p1N X100% = 6 / 6.895X100% = 87.1%额定电枢电流 Ia = P1N / UN= 6.895 / 200 = 3
7、1.3 A=0.51 a电枢电阻Ra= PCua / I2a =500 / 31.3 23.6 某他励直流电动机的额定数据为：PN=54kW,S =220 VJn = 27OAen = 115O r/min.估算额定运行时的旦：,再计 算为，最后画出固有机械特性，解（1）根据额定容量知，这台电动机属于中等容量电机，取tE* 0, 95Un = 0. 95 X 220 = 209 V（2） G疏的计算仁勤=虫=忍= 0.1817C,虱的计算一 9.55C.勤 一 9. 55 XO. 1817 一 L 735(4)额定电磁转矩Tn的计算Tn = Ct0NIN = 1. 735 X 270 = 46
8、8. 5 N m 理想空载转速mn0 = 1211 r/minC,0N 0. 1817(6)理想空载点(1211 r/min,0 Nm) 额定工作点(1150 r/min,46S.5 N - m)固有机械特性上的两个特殊点如下：3.8 画出习题3.6中那台电动机电枢回路串入R = 0. 和电压降到U=150 V的两条人为机械特性。解（1）电枢电阻D Un -Ek 220 209=0.0407 nK = =B In270串入电阻R = 0. 1凡的人为机械特性。 理想空载转速不变，为na = 1211 r/min 额定电磁转矩Tn下的转速n的计算 _ Un （R+R）In71 220- 1.1
9、X 0.0407 X 2700. 1817=1144 r/min得人为机械特性上的两个特殊点如下：理想空载点 1211 r/min,0 Nm额定负载工作点 1144 r/mmT468. 5 N * m特性曲线略。(3)电压降到17=150 V的人为机械特性。理想空载转速.U 15。0 n r r / 。顽=OH7 =灿. 5 r/min额定转矩时的转速U RJn 150-0.0407 X 270 兀口 i / ” =CT = - - 0,1817= 765. Em得人为机械特性上的两个特殊点如下：理想空载点 825. 5 r/min,0 N m额定负载工作点 765.1 r/min,468.
10、5 N m特性曲线略。第四章他励直流电动机启动方式：1、电枢回路串电阻启动2、降电压启动(降低电源电压)调速方法:1、电枢串电阻调速 2、降低电源电压调速 3、弱磁调速思考题:4.1 一般的他岛直流电动诳为什么不能直接启动?采用什 么店动方法比较好？答 他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势；= Gn = 最初启动电流氐=捉若直接启动，由于V很小会 十几倍甚至几倍于额定电流，无法换向，同时也会过热，因此不 能直接启动“比较好的启动方法是降低电源电压启动，只要满足 rx.iL2)i即可启动，这时 y 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LWI皿X这个条件直 至U=Un,启动便
11、结束了。如果通过自动控制使启动过程中始终 有九=1皿-为最理想.习题:4.1 Z71他励直流电动机的额定数据为：PN = 17kW, 220一V, In = 90 A,戎可= 1500 r/niin, =0. 147(1) 求直接启动时的启动电流；(2) 拖动额定负载启动，若采用电枢回路串电瓯启动，要求启 动转矩为2Tn,求应串入多大电阻，若采用降电压启动，电压应降 到多大？解(1)直接启动时的启动电流队 一 220瓦 0471497 A(2) 拖动额定负载启动，采用电枢回路串电阻启动，启动电阻 的计算因以顺利启动为条件，需最小启动电流1：= 1. 1IN = 1, 1 X 90 = 99 A
12、应串入电阻2.075 n拖动额定负载启动，采用降电压启动时，电压U = J?Js= 0. 147 X 99 = 14. 6 V4.2 4-51他励直流电动机的额定数据为：Px = 7. 5 kW,Un = 220 V,In = 41 A,伽=1500 r/miri.R 。 376 Q,拖动恒转炬 负栽运行工=以,把电源电压降到U=150 V。(1) 电源电压降低了，但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的电枢电流及电 磁转矩各是多大？电力拖动系统的动转矩是多少?(2) 稳定运行转速是多少？解：(1)电源电压降低，转速来不及变化时电枢电流和电磁转矩的计算。电枢感应电动势在降压瞬间保持不变，即%
13、=UnRn = 220 0.376 X 41 = 204. 6 V 电枢电流U 二 E洲150204.6 山一八七=0.376 一 2 电磁转矩_204 6X (145. 2)2 X 1500 189, 1 N m(2) 稳定运行时转速的计算。因电动机带恒转矩额定负载，所以稳定运行时的电枢电流为L =【N = 41 A电枢感应电动势E= URJa = 150 0. 376 X 41 = 134.6 V 转速n=? X 1500 - 986. 9 r/min4.4乙-62他励直流电动机的铭牌数据为：Fn = 13 LW, Un =220 V Jn = 68. 7 A,独=1500 r/min,R
14、 = 0. 224 fl,电枢串电 阻调速，要求饥言=30%,求：(1) 电动机带额定负载转矩时的最低转速；(2) 调速范围；(3) 电枢需串入的电阻最大值；(4) 运行在最低转速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率，及外串电阻上的损耗。解(1)电动机带额定负载转矩时的最低转速计算。电动机的洪 Un RJn 220 0.224 X 68.7 n部1500= = r = 0. 1364理想空载转速04 1513 r/min - Snc最低转速时的转差率nQ = 0. 3 X 1613 = 483. 9 r/min483,9 = 129 r/min最低转速Mnun=席一= 1613(2)调速范围=1.329(3) 电枢回路需串入的电阻最大值甘算In玖0- 1364 X 483, 9 门 ”丽 OF(4) 运行在最低转速带额定负载转矩时，电动机输入功率、输出功率及外串电阻损 耗的计算。稽人功莘Pl = UnIn = 220 X 68.7 = 15 114 W输出功率(忽略空载损耗)2= Pm Gn%hIn=0.1364 X 1129 X 68. 7=10 579 W外串电阻损耗p = 68. 7? X 0.737 = 3478 W4 一台他励直流电动机Px = 17 kW,UN = 110 V, h = 185 A, nN = 1000 r/niin
