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1、直流电机习题讲解周腊吾周腊吾 教授教授 湖南大学电气与信息工程学院湖南大学电气与信息工程学院电话电话: : 0731-8866417013874934563E-mail:一一. .简答题简答题1.1.直流电机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电直流电机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？答：直流电机励磁方式有答：直流电机励磁方式有四种：四种：1.1. 1.1.他励他励励磁电流由独立电源供给，与电枢电流无关；励磁电流由独立电源供给，与电枢电流无关；2.2. 2.2.并励并励励磁绕组与电枢并联，励磁
2、电压等于电枢电励磁绕组与电枢并联，励磁电压等于电枢电压；压；3.3. 3.3.串励串励励磁绕组与电枢串联，励磁电流等于电枢电励磁绕组与电枢串联，励磁电流等于电枢电流；流；4.4. 4.4.复励复励既有串励绕组又有并励绕组，按两绕组磁动既有串励绕组又有并励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分类：积复励（串、并励磁动势同向）、差势方向的异同分类：积复励（串、并励磁动势同向）、差复励（串、并励磁动势反向）。复励（串、并励磁动势反向）。2.2.一台四极单叠绕组的直流发电机，一台四极单叠绕组的直流发电机，（1 1）如如果果取取出出相相邻邻的的两两只只电电刷刷，只只用用剩剩下下的的两两只只电电刷刷是是否否能能
3、够够运运行行？对对电电机机性性能能有有何何影影响响？端端电电压压有有何何变变化化？此此时时发发电机能供给多大的负载（用额定功率的百分数表示）；电机能供给多大的负载（用额定功率的百分数表示）；（2 2）如如果果有有一一元元件件断断线线，电电刷刷间间的的电电压压有有何何变变化化？电电流流有有何何变化？变化？（3 3）若只用相对的两只电刷是否能够运行？）若只用相对的两只电刷是否能够运行？（4 4）若有一极失磁，将会产生什么后果？）若有一极失磁，将会产生什么后果？答答：（1 1）对对于于四四极极单单叠叠绕绕组组直直流流电电机机，如如果果取取出出相相邻邻的的两两组组电电刷刷，用用另另外外剩剩下下的的两两
4、组组电电刷刷仍仍然然可可以以运运行行，并并联联支支路路数数由由原原来来的的4 4变变为为了了2 2，其其中中一一条条支支路路是是原原来来的的，另另一一条条由由原原来来的的三三条条支支路路串串联联组组成成。两两条条支支路路的的电电动动势势相相等等，故故端端电电压压不不变变。但但两两条条支支路路的的电电阻阻不不一一样样，等等效效电电路路见见上上图图，为为使使任任何何一一条条支支路路不不过过载载，电电阻阻小小的的支支路路只只能能供供给给1/31/3的的额额定电流，可见，此时电机定电流，可见，此时电机只能供给只能供给1/31/3的额定负载的额定负载。（2）如果有一元件断线，使原来并联支路数由）如果有一
5、元件断线，使原来并联支路数由4变成变成3，电，电刷间电压不变，刷间电压不变，负载能力变为原来的负载能力变为原来的75。（3）若只用相对两组电刷不能运行，此时等效电路为两条）若只用相对两组电刷不能运行，此时等效电路为两条并联支路且感应电势互相抵消，使端电压为零，并联支路且感应电势互相抵消，使端电压为零，电机不电机不能运行。能运行。（4）若有一极失磁，则每极下磁通不等，故在每极下导体）若有一极失磁，则每极下磁通不等，故在每极下导体中感应电势也不等，这样各并联支路产生的总感应电势中感应电势也不等，这样各并联支路产生的总感应电势不等，形成不等，形成环流，环流，由于电机绕组电阻很小，环流将很大，由于电机
6、绕组电阻很小，环流将很大，使使电机过热。电机过热。 3.3.他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个电压变下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个电压变化率大？化率大？答：答：他励直流发电机他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流增大，由空载到额定负载，电枢电流增大，电枢回路电阻压降增加，同时，电枢反应去磁作用使电枢回路电阻压降增加，同时，电枢反应去磁作用使主磁通下降，由公式：主磁通下降，由公式：端电压下降端电压下降 对于对于并励发电机并励发电机由空载到额定负载，电枢电流增大，由空载到额定负载，电枢电流
7、增大，电枢回路电阻压降的增加及电枢反应去磁作用使主磁电枢回路电阻压降的增加及电枢反应去磁作用使主磁通下降，同时，端电压下降进一步减小主磁通，故端通下降，同时，端电压下降进一步减小主磁通，故端电压下降更多，所以电压下降更多，所以电压变化率较大电压变化率较大。4. 4. 并励直流发电机不能建立电压，应如何处理？并励直流发电机不能建立电压，应如何处理？答：答：若并励直流发电机不能建立电压，先检查若并励直流发电机不能建立电压，先检查线路线路是否正是否正确，然后：确，然后：（1 1）检查电机）检查电机转速转速是否达到额定转速；是否达到额定转速；（2 2）调节）调节励磁回路电阻励磁回路电阻，使其小于临界电
8、阻；，使其小于临界电阻；（3 3）把）把励磁绕组励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通与剩磁磁通方向一致；与剩磁磁通方向一致；（4 4）若电机没有剩磁，则应给电机）若电机没有剩磁，则应给电机充磁充磁。5.5.限制直流电动机的起动电流是否越小越好？限制直流电动机的起动电流是否越小越好？答：答：直流电动机起动时必须限制起动电流，但起动电流不直流电动机起动时必须限制起动电流，但起动电流不是越小越好。是越小越好。 由于由于 ，电流过小则转矩过小，不利于起动。，电流过小则转矩过小，不利于起动。 6.6.何谓饱和现象？电机的磁路为什么会出现饱和现象何谓饱和现象？电
9、机的磁路为什么会出现饱和现象? ?饱和对电机运行性能有何影响？饱和对电机运行性能有何影响？答：答：电机磁路由铁心部分和空气隙电机磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的部分组成，当铁心的B B达到一定程度达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态。饱和状态。 由于饱和现象的存在，使电机由于饱和现象的存在，使电机设计时对设计时对H H和和B B的值不能取得过高，的值不能取得过高，材料利用率受到限制，激磁电流需材料利用率受到限制，激磁电流需要
10、增大。要增大。7.7.将一台变压器的一次电压增加将一台变压器的一次电压增加5 5，不计磁路，不计磁路饱和，励磁电流、主磁通、漏抗、励磁电抗饱和，励磁电流、主磁通、漏抗、励磁电抗、铁耗将如何变化？铁耗将如何变化？ 答：答： ，电压增加则磁通增加，电压增加则磁通增加，磁路饱和程度也增加，因此铁耗增加、励磁电抗降低，磁路饱和程度也增加，因此铁耗增加、励磁电抗降低，而漏抗不变。而漏抗不变。8.8.为什么可以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，为什么可以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗
11、有无区别？为的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别？为什么？什么？答：答： 因为因为空载时空载时电流很小，在空载损耗中铁耗占绝大多电流很小，在空载损耗中铁耗占绝大多数，所以空载损耗近似看成铁耗。数，所以空载损耗近似看成铁耗。 而而短路时短路时，短路电压很低，因而磁通很小，铁耗也，短路电压很低，因而磁通很小，铁耗也很小，短路损耗中铜耗占绝大多数，所以近似把短路损很小，短路损耗中铜耗占绝大多数，所以近似把短路损耗看成铜耗。耗看成铜耗。 实际负载时实际负载时铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差别，因为后一个是包含有其它损耗。别，因为后一个是包含有其它损耗。9.9.变
12、压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数变压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数变化变化1010，试问对，试问对X X11和和X Xm m的影响怎样？如果仅的影响怎样？如果仅将外施电压变化将外施电压变化1010，其影响怎样？如果仅将频，其影响怎样？如果仅将频率变化率变化1010，其影响又怎样？，其影响又怎样？答：答：当原、副边匝数变化当原、副边匝数变化+10+10时，时，X X11变化变化2121，m m变变化化1010，饱和程度下降，所以饱和程度下降，所以X Xm m的的变化大于变化大于2121。当匝数变化当匝数变化-10-10时，时，X X11变化变化-19-19， m m变化变化101
13、0，饱和程度上升，所以饱和程度上升，所以X Xm m的变化小于的变化小于-19-19。 将外施电压变化将外施电压变化+10+10时，时，m m也将变化也将变化+10+10，饱和程，饱和程度上升，故度上升，故X X11不变，不变， X Xm m下降下降。将外施电压变化。将外施电压变化-10-10时，时， X X11不变，不变， X Xm m上升上升。 如果将频率变化如果将频率变化+10+10，m m下降，下降， X X11变化变化1010， x xm m变化大于变化大于1010。而。而f f变化变化-10-10， X X11变化变化-10-10， x xm m变变化小于化小于-10-10。10.
14、10.一台变压器，原设计频率为一台变压器，原设计频率为5050赫兹，现将它接到赫兹，现将它接到6060赫兹的电网上运行，额定电压不变。试问对激赫兹的电网上运行，额定电压不变。试问对激磁电流、铁耗、漏抗、电压变化率有何影响？磁电流、铁耗、漏抗、电压变化率有何影响？ 答：答：当当U U不变而不变而f f改变后，改变后，m m将下降到原来的将下降到原来的5/65/6，所，所以激磁电流将减小。漏抗以激磁电流将减小。漏抗 ，所以，所以X X11增增大大6/56/5倍。电压变化率随倍。电压变化率随X X11增大而增大。铁耗增大而增大。铁耗将下降。将下降。 11.11. 用单波绕组代替单叠绕组时，若导体数和
15、其他条件均用单波绕组代替单叠绕组时，若导体数和其他条件均不变，电机额定容量有无改变？例如一台六极电机原不变，电机额定容量有无改变？例如一台六极电机原为单波绕组，如果改成单迭绕组，保持元件数和元件为单波绕组，如果改成单迭绕组，保持元件数和元件匝数不变，问电机额定容量会不会改变？其它额定量匝数不变，问电机额定容量会不会改变？其它额定量会不会改变？会不会改变？答答：用用单单波波代代单单叠叠时时，其其它它条条件件均均不不变变，则则电电机机额额定定容容量量不不会会变变化化，因因为为每每个个元元件件的的感感应应电电势势、负负载载能能力力均均不不变，所以改变接法之后变，所以改变接法之后电机容量不变。电机容量
16、不变。 如一台六极电机由单波改为单叠，保持元件数和元件如一台六极电机由单波改为单叠，保持元件数和元件匝数不变，则匝数不变，则电电机额定容量不变，额定电压变成原来机额定容量不变，额定电压变成原来1/31/3，额定电流变为原来的，额定电流变为原来的3 3倍，其它的额定量不变。倍，其它的额定量不变。这是因为每个极下绕组产生的感应电势和每根导体内这是因为每个极下绕组产生的感应电势和每根导体内流过的电流并没有改变。流过的电流并没有改变。12.12.如何判断直流电机运行于发电机状态还是电动如何判断直流电机运行于发电机状态还是电动机状态？它们的机状态？它们的T Temem、n n、E E、U U的方向有何不
17、同？的方向有何不同？能量转换关系如何能量转换关系如何? ? 答：答：可以根据反电势（感应电势）可以根据反电势（感应电势）E E的大小来判断直流电机的大小来判断直流电机 的运行状态。的运行状态。 当当EUEU时处于时处于发电机发电机状态，反之处于电动机状态。状态，反之处于电动机状态。 发电状态时发电状态时T Temem与与n n反向反向，E E与与I Ia a同向同向，与，与U Ua a反向；电动机反向；电动机T Temem与与n n同向，同向，E E与与I Ia a 、U Ua a反向。反向。 发电机从发电机从机械能转换为电能机械能转换为电能，电动机从电能转换为机械能。，电动机从电能转换为机械
18、能。13.13.变压器空载时，一次侧加额定电压，虽然线圈变压器空载时，一次侧加额定电压，虽然线圈（铜耗）电阻很小，电流仍然很小，为什么？（铜耗）电阻很小，电流仍然很小，为什么？ 答：答：变压器空载时，等效电路如图，变压器空载时，等效电路如图，当一次侧加额定电压，将产生很大当一次侧加额定电压，将产生很大的反电动势的反电动势E1E1，所以线圈电阻虽然所以线圈电阻虽然小，电流也小。小，电流也小。 + +- -14.14.拖动系统稳定运行条件是什么拖动系统稳定运行条件是什么? ? 答：答：系统稳定的必要条件：系统稳定的必要条件： 电机的机械特性与负载特性有交点。电机的机械特性与负载特性有交点。 工作点
19、稳定的充分条件为：工作点稳定的充分条件为：二、计算题1 1、一一台台并并励励直直流流发发电电机机，电电动动机机的的额额定定数数据据为为：额额定定功功率率25kW25kW，额额定定电电压压230V230V，额额定定转转速速1455r/min1455r/min，励励磁磁电电阻阻130130，电电枢枢电电阻阻0.150.15；带带额额定定负负载载时时杂杂散散损损耗耗为为3.83.8P PN N，铁铁耗耗582W582W，机机械械损损耗耗305W305W，求求发发电电机机额额定定负负载时：载时： （1 1）电磁功率和电磁转矩；）电磁功率和电磁转矩； （2 2）输入功率；）输入功率； （3 3）效率。）
20、效率。解解：（1 1）电磁功率和电磁转矩）电磁功率和电磁转矩（2 2）输入功率：）输入功率：（3 3）效率：）效率：2 2、一台并励直流电动机的额定数据如下：一台并励直流电动机的额定数据如下：额定功率额定功率17kW17kW，额定电压额定电压220V220V，额定电流额定电流88.9A88.9A，额定转速额定转速3000r/min3000r/min，电枢电阻电枢电阻0.08960.0896，励磁回路电阻励磁回路电阻181.5 181.5 ，若忽略电枢反应的影响，试求：，若忽略电枢反应的影响，试求： (1) (1)电动机的额定输出转矩；电动机的额定输出转矩； (2) (2)在额定负载时的电磁转矩
21、；在额定负载时的电磁转矩； (3) (3)额定负载时的效率；额定负载时的效率； (4) (4)在理想空载（在理想空载（I Ia a=0=0）时的转速；时的转速； (5) (5) 当电枢回路串入一个当电枢回路串入一个0.15 0.15 电阻时，在额定电阻时，在额定转矩时的转速。转矩时的转速。 （2 2）（4 4）3 3、一一台台直直流流他他励励电电动动机机拖拖动动一一起起重重机机械械，电电动动机机的的额额定定数数据据为为：额额定定功功率率21kW21kW，额额定定电电压压220V220V，额额定定电电流流110A110A，额额定定转转速速1500r/min1500r/min，电电枢枢电电阻阻0.
22、150.15（不不包包括括电电刷刷接接触触压压降降）；带带额额定定位位能能性性恒恒转转矩矩负负载载，不不计计电电枢反应的影响，求：枢反应的影响，求： （1 1）以以750r/m750r/m转转速速提提升升重重物物时时，电电枢枢电电路路应应串串入入多大的电阻？多大的电阻？ （2 2）以以200r/m200r/m的的转转速速下下放放重重物物，有有几几种种方方式式，所所需的参数各为多少？需的参数各为多少？ 解解：0（2 2）方式一：电枢回路串电阻）方式一：电枢回路串电阻方式二：能耗制动方式二：能耗制动方式三：回馈制动方式三：回馈制动4.4.有一台有一台100kVA100kVA的单相变压器，原副边额定
23、电压为的单相变压器，原副边额定电压为 V V，额定频率，额定频率50Hz50Hz。原副线圈的电阻及漏抗为：。原副线圈的电阻及漏抗为： 试求：试求：（1 1）折算到高压边的短路电阻、短路电抗及阻抗；）折算到高压边的短路电阻、短路电抗及阻抗；（2 2）折算到低压边的短路电阻、短路电抗及阻抗；）折算到低压边的短路电阻、短路电抗及阻抗；（3 3）将（）将（1 1）、（）、（2 2）求得的参数用标么值表示；）求得的参数用标么值表示；（4 4）计算变压器的短路电压百分比及其分量；）计算变压器的短路电压百分比及其分量；（5 5）求满载及）求满载及 （超前）等（超前）等三种情况下的电压变化率并讨论计算结果。三
24、种情况下的电压变化率并讨论计算结果。 解：解：（1 1）折算到高压边的短路阻抗）折算到高压边的短路阻抗（2 2）折算到低压边的短路阻抗）折算到低压边的短路阻抗 (3) (3) （4 4）短路电压百分值）短路电压百分值当当 滞后时，滞后时， 当当 超前时，超前时， 对于电压变化率，当为阻性负载时电压变化率较小，对于电压变化率，当为阻性负载时电压变化率较小，当负载为感性时，电压变化率大，当负载为容性时，当负载为感性时，电压变化率大，当负载为容性时，负载时的端电压可能高于空载时的端电压。负载时的端电压可能高于空载时的端电压。 （5 5）当满载，）当满载， 时变压器的电压变化率时变压器的电压变化率5.
25、5.一台三相变压器，一台三相变压器， ， Yd11Yd11联结组，空载实验数据为（低压侧）：联结组，空载实验数据为（低压侧）： , ,短路实验数据（高压侧）为：短路实验数据（高压侧）为： 。试求：。试求： （1 1）短路阻抗、短路电阻、短路电抗；）短路阻抗、短路电阻、短路电抗； （2 2）额定负载下）额定负载下 时电压调整率及效率；时电压调整率及效率； (3) (3) 效率最大时的负载系数。效率最大时的负载系数。 解：解：（1 1）短路电阻：）短路电阻：短路阻抗：短路阻抗：短路电抗：短路电抗：（2 2）（2 2）6.6.现现有两台三相有两台三相变压变压器，器，联结组联结组号均号均为为Yd7Yd
26、7，额额定数据定数据为为：试问试问：（：（1 1）两台）两台变压变压器能否并器能否并联联运行？运行？为为什么？什么？ （2 2）如如果果并并联联组组的的总总输输出出为为700kVA700kVA，每每台台变变压压器器 输输出的容量是多少？出的容量是多少？ （3 3）在在两两台台变变压压器器都都不不过过载载的的情情况况下下，并并联联组组能能够够输输出的最大容量是多少？出的最大容量是多少？ 解解：（1 1）两台变压器变比相等、组号相同，能并联运行。）两台变压器变比相等、组号相同，能并联运行。（3 3）变压器阻抗标么值小的先满载，故：）变压器阻抗标么值小的先满载，故：（2 2）Thankyouforyourattention!Anyquestion?
