電機(jī)拖動(dòng)課后習(xí)題

1、1.2 圖1.9a所示磁路由電工鋼片疊成，其磁化曲線如圖1.19b所示。圖中尺寸單位是mm，勵(lì)磁線圈的匝數(shù)為1000匝。試求當(dāng)鐵心中的磁通為Wb時(shí)，勵(lì)磁線圈的電流應(yīng)為多少？ 解：忽略鐵心的疊片系數(shù),則鐵心的截面積為:鐵心磁路的平均長(zhǎng)度為:鐵心內(nèi)部的平均磁密為:查圖所示的磁化曲線得相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為:H=400A/m,于是磁路所需的勵(lì)磁安匝為: 忽略氣隙處的邊緣效應(yīng)，則氣隙內(nèi)的磁通與鐵心相同，于是有：勵(lì)磁線圈中所需的勵(lì)磁電流為:由上述數(shù)值可見(jiàn)，即大部分磁勢(shì)集中在氣隙中。在計(jì)算電機(jī)磁路時(shí)，即使忽略鐵心內(nèi)部的損耗，也不會(huì)帶來(lái)多大誤差。2.1 一臺(tái)四極并勵(lì)直流電機(jī)接在220V的電網(wǎng)上運(yùn)行，已知電樞表面的

2、總導(dǎo)體數(shù)根，N=372根，n=1500min/r，=1.1x10負(fù)二次方，單波繞組，電樞回路的總電阻，Ra=0.208歐，PFe=362W，Pmec=240W，試問(wèn)： （1）此電機(jī)是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)？ （2）電磁轉(zhuǎn)矩與輸出功率各為多少？解：(1) 要判斷直流電機(jī)是工作在發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，只需比較一下端部電壓U和電刷兩端感應(yīng)電勢(shì)Ea的大小即可。當(dāng)Ea>U時(shí)，直流電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)Ea<U時(shí)，直流電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。 考慮到單波a=1，根據(jù)題意，顯然，該電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。2） 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式，得:于是電磁轉(zhuǎn)矩：電磁功率：輸出功率：2.4 一臺(tái)并勵(lì)直流

3、電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)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(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大到原來(lái)的 4 倍時(shí)，電樞電流及轉(zhuǎn)速各為多少？（忽略電樞反應(yīng)）解：由于忽略電樞反應(yīng)的作用，則每極磁通保持不變。不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。于是，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大至原來(lái)的 4 倍時(shí)，電樞電流變?yōu)椋涸瓉?lái)的電樞電勢(shì)為負(fù)載增加后，電樞電勢(shì)變?yōu)橛谑牵D(zhuǎn)速變?yōu)?.2、一臺(tái)96kW的并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓為440V，額定電流為255A，額定勵(lì)磁電流為5A，額定轉(zhuǎn)速為500r/min，電樞回路的總電阻為0.078，不計(jì)電樞反應(yīng)，試求： （1）電動(dòng)機(jī)的額定輸出

4、轉(zhuǎn)矩； （2）額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩； （3）電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速。 解：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的接線如圖 2.52 所示至于直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，將比n0 略下一點(diǎn)，計(jì)算如下：空載電流2.3 某臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為： kW P N 22 = ， ， ，V U N 220 =A I aN 115 = min / 1500r n N = ，電樞回路的總電阻為 0.1 ，忽略空載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，要求轉(zhuǎn)速降到 1000r/min 。問(wèn)：（ 1 ）采用電樞回路串電阻降速時(shí)應(yīng)串入多大的電阻值？（ 2 ）采用降低電源電壓降速時(shí)，外加電壓應(yīng)降為多少？（ 3 ）上述兩種情況下，電動(dòng)機(jī)的輸入功率與輸

5、出功率各為多少？（不計(jì)勵(lì)磁回路的功率）解：根據(jù)電壓平衡方程式得于是電樞回路的外串電阻應(yīng)為（2）當(dāng)采用降壓降速時(shí)，同樣，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變，。于是根據(jù)電壓平衡方程式有（3） 當(dāng)采用電樞回路外串電阻降速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入與輸出功率分別為3.1 下圖中箭頭表示轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的實(shí)際方向，試?yán)秒娏ν蟿?dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程式說(shuō)明在附圖所示的幾種情況下，系統(tǒng)可能的運(yùn)行狀態(tài)（加速、減速或勻速）。3.9 采用弱磁升速的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，為什么在負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時(shí)不但不能實(shí)現(xiàn)弱磁升速，而且還出現(xiàn)弱磁降速的現(xiàn)象，試說(shuō)明理由。答：根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁時(shí)的人工機(jī)械特性繪出弱磁時(shí)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)典型的人工機(jī)械特性曲線如圖3.54

6、所示。由圖3.54可見(jiàn)，一般情況下，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩低于一定程度（如圖中的TL1）時(shí)，隨著勵(lì)磁電流的減小，轉(zhuǎn)速升高，即弱磁升速。但當(dāng)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于一定程度（如圖中的）時(shí)，則隨著勵(lì)磁電流的減小，轉(zhuǎn)速不但不升高，反而降低。3.8 一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：PN=2.2KW，UN=220V，nN=1500r/min，N=81%，電樞回路的總電阻為1.813，額定勵(lì)磁電流IfN=0.414A。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在1200r/min時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)停車。（1）試問(wèn)若保證起始制動(dòng)電流不超過(guò)2IN，電樞回路應(yīng)串入的電阻值為多少？ （2）當(dāng)負(fù)載為位能性負(fù)載，若負(fù)載的總阻力轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的0.9倍?，F(xiàn)采用能耗

7、制動(dòng)方法使電動(dòng)機(jī)以n=220r/min的轉(zhuǎn)速勻速下放重物，試問(wèn)所需制動(dòng)電阻為多少？解：(1) 額定電流額定電樞電流由電壓平衡方程式可得根據(jù)題意，繪出直流電機(jī)的機(jī)械特性如圖3.58所示。圖3.58中,現(xiàn)已知B點(diǎn)的數(shù)值為:(2IN, nA)。其中, nA=1200r/ min。將B點(diǎn)的數(shù)據(jù)代入能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性得即 R=4.83（2）當(dāng)拖動(dòng)位能性負(fù)載時(shí)，由題意知：TL=0.9TN又根據(jù)得：Tem=CT Ia，得根據(jù)能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性得于是得能耗制動(dòng)時(shí)所需制動(dòng)電阻為：R=0.8935.3 變壓器出廠前要進(jìn)行“極性”實(shí)驗(yàn)，其接線如圖5.43所示。在AX端外加電壓，若將X-x相連，用電壓表測(cè)量Aa之

8、間的電壓。設(shè)變壓器的額定電壓為220/110V，若A、a為同名端（或同極性端），電壓表的讀數(shù)為多少？若兩者不為同名端，電壓表的讀數(shù)又為多少？解：（1）若A、a為同名端，則一次側(cè)線圈AX與與二次側(cè)線圈ax反向串聯(lián)，則電壓表的讀數(shù)為（2）若A、a為非同名端，則一次側(cè)線圈AX與與二次側(cè)線圈ax順向串聯(lián)，則電壓表的讀數(shù)為5.8 用相量圖判別圖 5.44 所示三相變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)。解：畫(huà)出對(duì)應(yīng)于圖 5.44 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 的相量圖分別如圖圖 5.45 (a) 、 (b) 、 (c) 、(d) 所示。(a) Y,y10（b）Y,d5 (c) Y,d9 (d) D,y96.2

9、一臺(tái)三相六極異步電動(dòng)機(jī)，試求額定負(fù)載時(shí)的（1）轉(zhuǎn)差率；（2）轉(zhuǎn)子電流的頻率；（3）轉(zhuǎn)子銅耗；（4）效率；（5）定子電流。解：（1）同步速為額定轉(zhuǎn)差率為（2）轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，即（3）由功率流程圖得于是轉(zhuǎn)子銅耗為 （4）輸入電功率為于是，電動(dòng)機(jī)的效率為定子相電流為7.1 某三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下PN=300kW，UN=380V，IN=527A，nN=1450r/min，起動(dòng)電流倍數(shù)Kst=7.6（定義為起動(dòng)電流與額定電流之比），起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)st=5.1，過(guò)載能力M=2.5。定子繞組采用接法。試求： （1）直接起動(dòng)時(shí)的電流與轉(zhuǎn)矩； （2）如果采用Y起動(dòng)，能帶動(dòng)1000Nm的恒轉(zhuǎn)

10、矩負(fù)載起動(dòng)嗎？為什么？ （3）為使得起動(dòng)時(shí)的最大電流不超過(guò)1800A且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不超過(guò)1000Nm，采用自耦變壓降壓起動(dòng)。已知起動(dòng)用自耦變壓器的抽頭分別為55%、64%、73%三檔；試問(wèn)應(yīng)取哪一檔抽頭電壓？在所取的這一檔抽頭電壓下起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流各為多少？解：（1）直接起動(dòng)時(shí)定子繞組中的電流為額定轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為（2）若采用Y起動(dòng)，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為因此，采用Y起動(dòng)不能帶動(dòng)1000Nm的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載起動(dòng)。 （3）若采用自耦變壓器起動(dòng)，則電網(wǎng)側(cè)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為當(dāng)抽頭為55%時(shí)，當(dāng)抽頭為64%時(shí)，當(dāng)抽頭為73%時(shí)，由此可見(jiàn)，只有抽頭為64%時(shí)的一檔才能滿足要求。此檔的起動(dòng)電流

11、為1446.26A，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1213.97Nm。7.2 某三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下PN=30kW,UN=380V,nN= 720r/ minr2=0.15,Ke=Ki=1.5,現(xiàn)用轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法使TL=TN時(shí)的轉(zhuǎn)速降為n=500r/min。試求：（1）試求應(yīng)在每相轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)串入的電阻值； （2）定子每相繞組的電流（忽略激磁電流）為多少？ （3）試計(jì)算電磁功率以及總機(jī)械功率。（4）試用MATLAB編程，繪出異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入電阻前、后的固有機(jī)械特性和人工機(jī)械特性。解：（1）額定轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí)的轉(zhuǎn)差率為（1）根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式由于電磁轉(zhuǎn)矩保持額定不變，因此，只有r2'/s保持不變，才能滿足要求。于是有轉(zhuǎn)子