第二章 習題答案.pdf

補充題 1 一臺并勵直流電動機 min 1470 58 110 5 5rnAIVUKWP NNNN 勵磁電阻 138 f R 電樞回路總電阻 15 0 a R額定負載運行時突然在電樞回 串入 5 0的電阻 不及電樞反應和電樞電感的影響 且磁路不飽和 試求此時瞬 間的 1 反電動勢 2 電樞電流 3 電磁轉矩 若負載轉矩不變 求達到新的穩(wěn)態(tài)后的轉速 補充題 2 一臺并勵直流電動機 min 1470 58 110 5 5rnAIVUKWP NNNN 勵磁電阻 138 f R 電樞回路總電阻 15 0 a R不及電樞反應和電樞電感的影 響 且磁路不飽和 額定負載運行時突然將磁通減少 15 試求此時瞬間的 1 反電動勢 2 電樞電流 3 電磁轉矩 4 若負載轉矩不變 求達到新的穩(wěn)態(tài)后的轉速 補充題 3 一臺并勵直流電動機 min 1470 58 110 5 5rnAIVUKWP NNNN 勵磁電阻 138 f R 電樞回路總電阻 15 0 a R不及電樞反應和電樞電感的影 響 且磁路不飽和 額定負載運行時突然將電源電壓降為 80V 試求此時瞬間的 1 反電動勢 2 電樞電流 3 電磁轉矩 4 若負載轉矩不變 求達到新的穩(wěn)態(tài)后的轉速 一 思考題 一 思考題 2 1 直流電機電刷內的電樞繞組中所流過的電流是交流還是直 流 若是交流 其交變頻率是多少 答 直流電機電刷內的電樞繞組中所流過的電流是交流 而電刷外部 為直流 電刷與換向器組合實現(xiàn)了外部直流與內部交流的轉換 或換 流 內部電樞繞組所感應電勢或電流的頻率為 即內 部電流的方向每轉交變 次 為電機的極對數(shù) 2 2 為什么直流電動機必須采用電刷和換向器把外加直流電源轉 變交流然后再給電樞繞組供電 而不是直接采用直流電源供電 答 對于直流電動機 若不采用電刷或換向器將直流轉換為內部 交流 而是直接采用直流供電 則當電樞繞組的某一導體邊轉至極下 時 假定電流為流入的 電磁轉矩沿順時針方向 則當該導體邊轉至 極下時 電流仍為流入的 則所產生的電磁轉矩必為逆時針方向 這 樣 在一個周期內 電機的轉子 或電樞 不可能產生有效的電磁轉 矩 故此 必須采用機械式換流器完成直流到交流的轉換 2 3 直流電機銘牌上所給出的額定功率是指輸出功率還是輸入功 率 是電功率還是機械功率 答 電機銘牌上的額定功率均指輸出功率 對于電動機 其額定功率 是指電動機軸上輸出的機械功率 對于發(fā)電機 其額定功率是指電樞 繞組的輸出電功率 2 4 為什么說直流電機的繞組是閉合繞組 答 直流電機的線圈之間是通過換向片依次相聯(lián)的 每一個換向片均 與不同線圈的兩個導體邊相連 由此構成的電樞繞組自然是閉合繞 組 2 5 如果將傳統(tǒng)永磁直流電動機的定子和轉子顛倒 即定子側為 電樞繞組而轉子采用永久磁鋼產生勵磁 試分析這樣一臺反裝式直流 電動機其電刷應該是靜止還是旋轉的 說明理由 答 傳統(tǒng)永磁直流電動機的磁極位于定子 而電樞繞組位于轉子 其 換向器隨電樞繞組一同旋轉 而電刷則固定在定子側 只有這樣才能 產生有效的電磁轉矩 換句話說 直流電機的電刷必須相對主極是靜 止不動的 才能產生有效的電磁轉矩 因此 當傳統(tǒng)直流電動機反裝 亦即電樞繞組位于定子 而主極位于轉子時 其電刷應隨主極一同旋 轉 2 6 直流電動機總共有幾種勵磁方式 不同勵磁方式下 其線路電 流 電樞電流 以及勵磁電流 之間存在什么關系 答 直流電動機的勵磁方式可分為他勵和自勵兩大類 其中 自勵又 包括 并勵 串勵和復勵三種形式 在采用他勵時 直流電動機的勵 磁繞組采用單獨的勵磁電源供電 而電樞繞組則采用另一電源供電 而對于自勵方式的直流電機 其勵磁繞組與電樞繞組采用同一電源供 電 根據(jù)接線的不同 參考教材圖2 14 其線路電流 電樞電流以 及勵磁電流之間的關系式也不盡相同 對于并勵直流電動機 對于串勵直流電動機 對于復勵直流電動機 2 7 直流電動機負載后 氣隙中共存在著幾種類型的磁場 它們 分別是由哪些勵磁磁勢產生的 答 負載后 直流電機內部存在兩種類型的磁場 一種是由定子勵磁繞 組磁勢所產生的主磁場 另一種是由電樞繞組磁勢所產生的電樞反應 磁場 兩者合成即是電機內部的氣隙合成磁場 2 8 何為電樞反應 它對主磁場有何影響 對發(fā)電機與電動機最 終的運行性能各有何影響 答 空載時 直流電機內部的磁場是由定子勵磁繞組所產生的主磁場 負載后 除了主磁場之外 由電樞繞組中流過的電樞電流所產生的電 樞磁勢也要產生磁場 從而對主磁場造成一定影響 通常把電樞磁勢 對主磁場的影響稱為電樞反應 電樞磁勢對主磁場的影響結果造成 1 氣隙磁場發(fā)生畸變 2 主磁場削弱 電樞反應呈去磁作用 對于直流發(fā)電機 上述結果造成電刷兩端所感應的電勢以及端部電壓 降低 對于直流電動機 上述結果造成轉子轉速上升 這一磁場對主磁場要 2 9 對于直流電動機 轉子所產生的電磁轉矩是驅動性的 與轉 速方向相同 還是制動性的 與轉速方向相反 對于直流發(fā)電機又 有何不同 答 對于直流電動機 由電樞繞組輸入電能 通過電機內部的磁場將 輸入的電能轉變?yōu)闄C械能輸出 所產生的電磁轉矩為驅動性的 由其 拖動機械負載一同旋轉 對于直流發(fā)電機 由原動機拖動轉子旋轉 所產生的電磁轉矩為制動性的 正是由于原動機克服制動性的電磁轉 矩 才將輸入電機的機械能轉變?yōu)殡娔茌敵?2 10 在一定勵磁的條件下 為什么負載后直流發(fā)電機輸出的電壓 要比空載時的輸出電壓低 答 由基本方程式 可見 直流發(fā)電機負載后 有兩個 因素造成輸出電壓降低 1 電樞反應的去磁作用造成 降 低 2 負載后電樞電流 的增加造成電樞電壓下降 2 11在一定勵磁的條件下 為什么負載后直流電動機轉子的轉速 要比空載時的轉子轉速略低 答 由 可見 直流電動機負載后 影響轉子轉速的因素 有兩個 1 電樞電流 造成電樞電壓下降 2 電樞反應的去磁 作用造成 的減少 前者引起轉速下降 后者引起轉速升高 輕載時 由于電樞反應的去磁作用較小 前者占主要因素 故轉子轉速有所下 降 當重載時 則電樞反應的去磁作用增大 相應的由其引起的轉速 升高變?yōu)橹饕蛩?因此 此時轉子轉速將有所升高 2 12 一臺并勵直流發(fā)電機不能正常發(fā)電 試分析其可能的原因 并說明解決辦法 答 要保證一臺并勵直流發(fā)電機正常發(fā)電 需具備三個條件 1 主磁路存在剩磁 2 勵磁回路與電樞回路之間的接線要正確 3 磁場總電阻不能超過臨界值 因此 若并勵直流發(fā)電機不能正常發(fā)電 需檢查剩磁 方法是用蓄電池給定子勵磁繞組通一次電 若發(fā)電機仍 發(fā)不出電壓 則將勵磁繞組與電樞繞組的之間的相對接線顛倒 最后 再減小勵磁回路的外串電阻 則并勵直流發(fā)電機便可以正常發(fā)電 2 13 直流電動機在運行中 勵磁繞組突然開路 將發(fā)生什么現(xiàn)象 試分析之 答 由 可見 直流電動機在正常運行過程中 若勵磁繞 組突然開路 即 則則減小為只有剩磁通 r 因此 如果電機 輕載則轉子轉速將迅速升高 引起所謂的 飛車 現(xiàn)象 如果電機重 載 則可能引起電機堵轉 最終導致電機電樞電流過大而燒毀電樞繞 組 2 14并勵直流電動機若端部的供電電源極性改變 其轉向是否改變 串勵直流電動機呢 答 1 由直流電動機的工作原理可知 電機內由電樞電樞電流和 主磁場相互作用產生的單方向的電磁轉矩 aTem ICT 是電機得以旋轉 的根本原因 2 欲改變直流電動機的轉向只需改變電磁轉矩的方向即可 由電 磁轉矩的公式 aTem ICT 可知 只需單獨改變電樞電流 a I 或者磁場 的方向即可 3 對于并勵直流電動機而言 若端部的供電電壓極性改變 則其 電樞電流和勵磁電壓的極性同時改變 則其電磁轉矩的方向不改變 因此不能改變其轉向 4 對于串勵直流電動機而言 其電樞電流等于勵磁電流 改變其 端部供電電壓的極性 其電樞電流極性改變 勵磁電流極性也改變 即磁場方向改變 因此其電磁轉矩方向不改變 其轉向不改變 二 練習題 2 1 一臺四極并勵直流電機接在220V的電網(wǎng)上運行 已知電樞表面的總導體 數(shù)根 Wb 單波繞組 電樞回路的總電阻 試問 1 此電機是發(fā)電機還是電動機 2 電磁轉矩與輸出功率各為多少 解 1 要判斷直流電機是工作在發(fā)電機還是電動機運行狀態(tài) 只需比較一下端 部電壓U和電刷兩端感應電勢的大小即可 當時 直流電機工作在發(fā)電機狀態(tài) 當 時 直流電機工作在電動機狀態(tài) 考慮到單波 根據(jù)題意 顯然 該電機運行在電動機狀態(tài) 2 根據(jù)直流電動機的電壓平衡方程式 得 于是 電磁轉矩 電磁功率 輸出功率 2 2 一臺96kW的并勵直流電動機 額定電壓為440V 額定電流為 255A 額定勵磁電流為5A 額定轉速為500r min 電樞回路的總電阻 為0 078 不計電樞反應 試求 1 電動機的額定輸出轉矩 2 額定電流時的電磁轉矩 3 電動機的空載轉速 解 并勵直流電動機的接線如圖2 52所示 圖2 52 題2 2圖 1 額定角速度為 額定輸出轉矩 2 根據(jù)圖2 52可得 額定電樞電流 由直流電動機的電壓平衡方程式得 電磁轉矩 3 根據(jù)電壓平衡方程得 于是 理想空載轉速為 至于直流電動機的實際空載轉速 將比略下一點 計算如下 空載電流 實際空載轉速 2 3 某臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為 電樞回路的總電阻為0 1 忽略空載轉 矩 電動機帶額定負載運行時 要求轉速降到1000r min 問 1 采用電樞回路串電阻降速時應串入多大的電阻值 2 采用降低電源電壓降速時 外加電壓應降為多少 3 上述兩種情況下 電動機的輸入功率與輸出功率各為多少 不計勵磁回路的功率 解 根據(jù)電壓平衡方程式得 1 當采用電樞回路外串電阻降速時 由于負載轉矩保持 額定 不變 根據(jù)可知 此時電樞電流 于是根據(jù)電 壓平衡方程式有 于是電樞回路的外串電阻應為 2 當采用降壓降速時 同樣 由于負載轉矩保持不變 于是根據(jù)電壓平衡方程式有 3 當采用電樞回路外串電阻降速時 電動機的輸入與輸出功率分 別為 由于忽略空載轉矩即忽略空載損耗 于是有 同樣 當采用降壓降速時 電動機的輸入與輸出功率分別為 或直接根據(jù)電磁轉矩與轉速相同 故 可見 降壓降速可以比電樞回路外串電阻降速具有較少的輸入功 率 即其效率較高 2 4 一臺并勵直流電動機在一定負載轉矩下的轉速為1000r min 電樞電流為40A 電樞回路的總電阻為0 045 電網(wǎng)電壓為110V 當 負載轉矩增大到原來的4倍時 電樞電流及轉速各為多少 忽略電 樞反應 解 由于忽略電樞反應的作用 則每極磁通 保持不變 不計空載轉 矩時 電磁轉矩等于負載轉矩 于是 當負載轉矩增大至原來的4倍 時 電樞電流變?yōu)?原來的電樞電勢為 負載增加后 電樞電勢變?yōu)?于是 轉速變?yōu)?2 9 某 并 勵 直 流 電 動 機 電樞回路的總電阻為0 393 保持額定負 載轉矩不變 不計電樞反應和電感的影響 1 若電樞回路突然串入 的調節(jié)電阻 求加入瞬間時 的電樞電流以及進入新穩(wěn)態(tài)后的電樞電流與轉速 2 若僅在勵磁回路中串入電阻 使磁通減少10 試計算磁 通突然減少瞬間的電樞電流以及進入新穩(wěn)態(tài)后的電樞電流與轉速 解 1 若電樞回路