《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)(第2版)》湯天浩(習(xí)題解答)

1、“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)第一章 電機(jī)的基本原理 . 1 第二章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) . 6 第三章 直流電機(jī)原理 . 12 第四章 直流電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ) . 14 第五章 變壓器 . 29 第六章 交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論 . 43 第七章 異步電機(jī)原理 . 44 第八章 同步電機(jī)原理 . 51 第九章 交流電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ) . 61 第十章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇 . 74 i “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答第一章 電機(jī)的基本原理1-1 請(qǐng)說(shuō)明電與磁存在哪些基本關(guān)系，并列出其基本物理規(guī)律與數(shù)學(xué)公式。答： 電與磁存在三個(gè)基本關(guān)系，分別是 （1）電磁感應(yīng)定律：如果在

2、閉合磁路中磁通隨時(shí)間而變化，那么將在線(xiàn)圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通的變化率成正比，即 e?Nd dt感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手螺旋定則確定，式中的負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)試圖阻止閉合磁路中磁通的變化。 （2）導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：如果磁場(chǎng)固定不變，而讓導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，這時(shí)相對(duì)于導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)仍是變化的，同樣會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由下式給出 e?Blv 而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。 （3）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的電磁力：如果在固定磁場(chǎng)中放置一個(gè)通有電流的導(dǎo)體，則會(huì)在載流導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)電磁力。載流導(dǎo)體受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的位置有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)體與

3、磁力線(xiàn)方向垂直時(shí)，所受的力最大，這時(shí)電磁力F與磁通密度B、導(dǎo)體長(zhǎng)度l以及通電電流i成正比，即 F?Bli 電磁力的方向可由左手定則確定。 1-2 通過(guò)電路與磁路的比較，總結(jié)兩者之間哪些物理量具有相似的對(duì)應(yīng)關(guān)系（如電阻與磁阻），請(qǐng)列表說(shuō)明。 答： 磁路是指在電工設(shè)備中，用磁性材料做成一定形狀的鐵心，鐵心的磁導(dǎo)率比其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率高得多，鐵心線(xiàn)圈中的電流所產(chǎn)生的磁通絕大部分將經(jīng)過(guò)鐵心閉合，這種人為造成的磁通閉合路徑就稱(chēng)為磁路。而電路是由金屬導(dǎo)線(xiàn)和電氣或電子部件組成的導(dǎo)電 1 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答回路，也可以說(shuō)電路是電流所流經(jīng)的路徑。 磁路與電路之間有許多相似性，兩者所遵循的基本定律

4、相似，即KCL：在任一節(jié)點(diǎn)處都遵守基爾霍夫第一定律約束；KVL：在任一回路中都遵守基爾霍夫第二定律；另外，磁路與電路都有各自的歐姆定律。兩者之間相似的物理量主要有：電路中傳輸?shù)氖请娏?，磁路中相?yīng)的為磁通；電路中的電動(dòng)勢(shì)、電壓與磁路中的磁動(dòng)勢(shì)、磁壓降類(lèi)似。電路中的電阻或電導(dǎo)與磁路中的磁阻或磁導(dǎo)相似。這些對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示： 當(dāng)然兩者之間也有一些不同之處，比如磁通只是描述磁場(chǎng)的物理量，并不像電流那樣表示帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，磁通通過(guò)磁阻時(shí)，也不像電流通過(guò)電阻那樣要消耗功率，因而也不存在與電路中的焦耳定律類(lèi)似的磁路定律；分析電路時(shí)一般不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，不考慮漏電流，而分析磁路時(shí)離不開(kāi)磁場(chǎng)的概念，要考慮漏磁現(xiàn)

5、象；在電路中電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，電流也為零，但在磁路中往往有剩磁，磁動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，磁通不一定為零；磁路的歐姆定律與電路的歐姆定律也只是形式上的相似，由于鐵心的磁導(dǎo)率不是常數(shù)，它隨勵(lì)磁電流而變化，因而磁路計(jì)算不能應(yīng)用疊加原理。 1-3 如何理解機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理？根據(jù)這個(gè)原理可以解決什么問(wèn)題？答： 從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)，可以把依靠電磁感應(yīng)原理運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備看作是一類(lèi)機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，比如，變壓器是一種靜止的電能轉(zhuǎn)換裝置，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機(jī)）或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成機(jī)械能（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)裝置。因此，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理是學(xué)習(xí)和研究電機(jī)理論的一個(gè)重要工具。根據(jù)這個(gè)原理，可以求得電機(jī)（發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)）和變壓器

6、中的關(guān)鍵物理量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而分析電機(jī)和變壓器的運(yùn)行特性。 1-4 旋轉(zhuǎn)電機(jī)模型的基本結(jié)構(gòu)由哪些部分組成，其各自有什么作用？氣隙又有何作用？答： 旋轉(zhuǎn)電機(jī)模型的基本結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子和氣隙三個(gè)部分組成：定子是固定不動(dòng)的， 2 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答轉(zhuǎn)子是運(yùn)動(dòng)的，它們之間隔著一層薄薄的氣隙。在定子和轉(zhuǎn)子上分別按需要安裝若干線(xiàn)圈，其目的是在氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。往往要求氣隙磁場(chǎng)按一定的形式分布，例如正弦分布磁場(chǎng)。電機(jī)作為一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，也能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。由于機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)是兩種不同的系統(tǒng)，其能量轉(zhuǎn)換必須有一個(gè)中間媒介，這個(gè)任務(wù)就是由氣隙

7、構(gòu)成的耦合磁場(chǎng)來(lái)完成的。 1-5 以?xún)蓸O原型電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的物理模型，有何應(yīng)用意義？答： 兩極原型電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，易于擴(kuò)展，可作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的物理模型。通過(guò)對(duì)該模型的研究和分析，便于學(xué)習(xí)和掌握一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本原理。 1-6 通過(guò)模型電機(jī)，是如何建立電機(jī)的基本電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)矩方程的？又怎樣將兩極電機(jī)的方程推廣到多極電機(jī)？ 答： 通過(guò)模型電機(jī)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可以求得旋轉(zhuǎn)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的通用計(jì)算公式e?Ndcos?t?N?sin?t。利用該公式可以推導(dǎo)出具體電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，比如同dt步電機(jī)、異步電機(jī)或直流電機(jī)。再根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，可得兩極電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式Te?Dl?Wf?0FsFrsin?

8、sr。由于電機(jī)的磁極總是成對(duì)設(shè)置的，常用極對(duì)數(shù)np來(lái)?sr2g0DlFsFrsin?sr。 2g表示電機(jī)的磁極數(shù)，則多極電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為T(mén)e?np1-7 電機(jī)中存在哪些能量損耗？有哪些因素會(huì)影響電機(jī)發(fā)熱？電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率傳遞有何不同？ 答： 電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換時(shí)總是存在能量損耗的，能量損耗將引起電機(jī)發(fā)熱和效率降低。一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)的能量損耗可分為兩大類(lèi)： （1）機(jī)械損耗：由電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械磨擦和空氣阻力產(chǎn)生的損耗，這類(lèi)損耗與電機(jī)的機(jī)械構(gòu)造和轉(zhuǎn)速有關(guān)。 3 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答 （2）電氣損耗：主要包括導(dǎo)體損耗、電刷損耗和鐵耗等。導(dǎo)體損耗是由于電機(jī)的線(xiàn)圈電阻產(chǎn)生的損耗，有

9、時(shí)又稱(chēng)為銅耗，通常在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上都會(huì)產(chǎn)生銅耗；電刷損耗是由于電刷的接觸電壓降引起的能量損耗，因?yàn)橹挥性谥绷麟姍C(jī)中安裝電刷，所以電刷損耗僅僅出現(xiàn)在直流電機(jī)中；鐵耗是由于電機(jī)鐵磁材料的磁滯效應(yīng)和渦流效應(yīng)產(chǎn)生的一種損耗，主要取決于磁通密度、轉(zhuǎn)速和鐵磁材料的特性。 電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率傳遞過(guò)程如下圖所示：電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而發(fā)動(dòng)機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 電功率 P1電磁功率 機(jī)械功率 機(jī)械功率 P1電磁功率 電功率Pem P2Pem P2?pCupFe?p Fep ?pmmecpmec?pmpFe?p Fe?pCua)電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的功率傳遞過(guò)程a) 電動(dòng)機(jī) b) 發(fā)電機(jī)b)1-8 用

10、硅鋼作為導(dǎo)磁材料，現(xiàn)已知B?1.6T，試根據(jù)圖1-3所示的B?H曲線(xiàn)求取在此磁場(chǎng)條件下硅鋼的磁導(dǎo)率?r。 解： 根據(jù)圖1-3所示的硅鋼B?H曲線(xiàn)，查得B?1.6T時(shí)，H?2200A/m ?B1.6?7.27?10?4(H/m) H220?7.27?10?4 ?r?578.8 ?7?04?101-9 有一導(dǎo)體，長(zhǎng)度l?3m，通以電流i?200A，放在B?0.5T的磁場(chǎng)中，試求：（1）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)的電磁力； （2）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)的電磁力； （3）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向?yàn)?0o時(shí)的電磁力。 4 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答解： 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中電磁力的一般計(jì)算公式為 F?Blisin?

11、（1）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，?90o，F(xiàn)?0.5?3?200?300(N) （2）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，?0，F(xiàn)?0（3）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向?yàn)?0o時(shí)，F(xiàn)?0.5?3?200?sin30?150(N) 1-10 有一磁路的鐵心形狀如圖1-20所示，鐵心各邊的尺寸為：A、B兩邊相等，長(zhǎng)度為17cm，截面積為7cm2；C邊長(zhǎng)5.5cm，截面積為14cm2；氣隙長(zhǎng)度g?0.4cm。兩邊各有一個(gè)線(xiàn)圈，其匝數(shù)為N1?N2?100，分別通以電流i1和i2，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)由A、B兩邊匯入中間的C邊，且方向一致。試求：在氣隙中產(chǎn)生B?1.2T時(shí)所需的電流值，及此時(shí)氣隙中儲(chǔ)存的能量Wf，并計(jì)算電感L。oi1ACBi

12、2N1gN2 解：圖1-20 習(xí)題1-10圖 設(shè)i1?i2?i，N1?N2?N?100， 由Fm1?Fm2?gRmg，得2Ni?g?g ?0Sc?ggBg1.2?0.4?10?2 所以，所需的電流值i?19.1(A)2N?0Sc2N?02?100?4?10?7 氣隙磁通?g?BSc?1.2?14?10?4?0.00168(Wb) 5 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答N?100?0.5?0.00168?0.0044(H)ii19.11 氣隙中儲(chǔ)存的能量Wf?2WL?2?Li2?0.0044?19.12?1.61(J)2 根據(jù)電感的定義，L? 第二章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2-1 什么是電力

13、拖動(dòng)系統(tǒng)？它包括哪些部分？答： 拖動(dòng)就是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)方式，稱(chēng)為電力拖動(dòng)。如圖2-1所示，電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成，通常又把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載。電源控制設(shè)備 電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 工作機(jī)構(gòu) 圖2-1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)組成2-2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式中各量的物理意義是什么？它們的正負(fù)號(hào)如何確定？答： 電力拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)，都可視為如圖2-2a所示的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)直接相連的單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，各物理量的方向（正負(fù)號(hào)）標(biāo)示如圖2-2b所示。Te ?TL電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)

14、械Te ? TLa)圖2-2 單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)a) 單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng) b) 系統(tǒng)各物理量的方向標(biāo)示b) 根據(jù)牛頓力學(xué)定律，該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為 6 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答d? dt Te?TL?J式中，各量的物理意義分別是：Te電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（Nm），TL生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩（Nm），J電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2），?電動(dòng)機(jī)的角速度（rad / s）。 2-3 轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系與靜態(tài)平衡關(guān)系有什么不同？答： 轉(zhuǎn)矩的靜態(tài)平衡是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩TL相平衡，即Te?TL。而轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下，從原來(lái)的平衡狀態(tài)達(dá)

15、到新的平衡狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩TL以及加速度轉(zhuǎn)矩Jd?d?相平衡，即Te?TL?J。由于過(guò)渡過(guò)程中轉(zhuǎn)速?dtdt是變化的，電磁轉(zhuǎn)矩Te也是隨時(shí)變化的，以保持轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。 2-4 拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量GD2與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J是什么關(guān)系？答： 在拖動(dòng)系統(tǒng)的工程計(jì)算中，習(xí)慣用飛輪慣量GD2代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，GD2與J的關(guān)系為GD2J?mr?4g 2式中，m系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量（kg），G系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力（N），r系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)半徑（m），D系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)直徑（m），g重力加速度（可取g= 9.81m/s2）。 2-5 把多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)

16、時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算原則是什么？各軸飛輪慣量的折算原則是什么？ 7 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答答： 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單而且實(shí)用的分析方法是用折算的方法把它等效成一個(gè)簡(jiǎn)單的單軸拖動(dòng)系統(tǒng)來(lái)處理，并使兩者的動(dòng)力學(xué)性能保持不變，其基本思想是通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力學(xué)折算把實(shí)際的多軸系統(tǒng)表示成等效的單軸系統(tǒng)。 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中折算一般是把負(fù)載轉(zhuǎn)矩和各軸飛輪慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上，而中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳送比在折算中就相當(dāng)于變壓器的匝數(shù)比。系統(tǒng)等效的的原則是：保持兩個(gè)系統(tǒng)傳遞的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能相同。 2-6 起重機(jī)提升和下放重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗是由電動(dòng)機(jī)還是重物負(fù)擔(dān)？提升和下放同一重物時(shí)，

17、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗的大小是否相同？傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率是否相等？ 答： 起重機(jī)提升重物時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗由電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)；下放重物時(shí)，則由重物負(fù)擔(dān)。提升和下放同一重物時(shí)，可以認(rèn)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損耗是相同的，但其效率不相等。設(shè)提升?，兩者之間的關(guān)系為 重物時(shí)的效率為?c，下放重物時(shí)的效率為?c?2?c 2-7 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性歸納起來(lái)，可以分為哪幾種基本類(lèi)型？答： 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性歸納起來(lái)可以分為三種基本類(lèi)型： （1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL保持常值。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性又可分為反抗性負(fù)載特性和位能性負(fù)載特性?xún)煞N，如下圖所示。n n 1?cO TLO TL 圖2-3

18、 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 圖2-4 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 （2）通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速n的平方成 8 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答2正比，即TL?kn。屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，其中空氣、水、油等介質(zhì)對(duì)機(jī)器葉片的阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，如下圖所示。 n n O 圖2-5 通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性TLO 圖2-6 恒功率負(fù)載特性TL （3）恒功率負(fù)載特性：有些生產(chǎn)機(jī)械（比如車(chē)床），在粗加工時(shí)，切削量大，切削阻力大，此時(shí)開(kāi)低速；在精加工時(shí)，切削量小，切削阻力小，往往開(kāi)高速。因此，在不同轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與基本上與轉(zhuǎn)速n成反比，即TL?k

19、。由于負(fù)載功率PL?TL?，n表明在不同轉(zhuǎn)速下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功率保持不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的持性曲線(xiàn)呈現(xiàn)恒功率的性質(zhì)，如上圖所示。 2-8 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么？請(qǐng)舉例說(shuō)明。答： 對(duì)于一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是?Te?TL?0? ?dTedTL?dn?dn?0?其中，Te?TL?0表示電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性必須存在交點(diǎn)，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件；而dTedTL?0表示電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度必須小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的dndn硬度，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。 例如，對(duì)于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，只要電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度是負(fù)值，系統(tǒng)就能穩(wěn)定運(yùn)行。而各類(lèi)電動(dòng)機(jī)機(jī)械

20、特性的硬度大都是負(fù)值或具有負(fù)的區(qū)段，因此，在一定范圍內(nèi)電力拖動(dòng)系統(tǒng)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載都能穩(wěn)定運(yùn)行。 222-9 在圖2-16所示的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，已知飛輪慣量GDe?15N?m， 9 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答2GD12?16N2?m，GDL?100N2?m，傳動(dòng)效率?c1?0.9，?c2?0.8，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL?72N?m，轉(zhuǎn)速ne?1500r/min，n1?750r/min，nL?150r/min。試求：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量GD2和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL。 解：Je neJeJ1 n1JL nL圖2-16 三軸拖動(dòng)系統(tǒng) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量為GD2?GDe2?(n12n2)

21、GD12?(L)2GDLnene 75021502)?16?()?100 15001500?20(N?m2)?15?( 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 TL?TL?TL?72?5(N?m) j?cj1jL?c1?c21500?1500?0.9?0.87501502-10 有一起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如圖2-18所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，齒輪減速箱的傳動(dòng)比j1?j2?2；卷筒直徑D?0.2m；滑輪的減速比j3?5；空鉤重量G0?100N；起重負(fù)荷G?1500N；電動(dòng)機(jī)的飛輪慣量GDe2?10N?m2，傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)效率?c?0.8，放大系數(shù)?1.2。試求提升速度vL和折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)

22、矩TL以及折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量GD。 解：2 10 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答nrJeJ1nneJ2vLJLnL （1）提升速度vL圖2-18 提升機(jī)構(gòu) 依照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n經(jīng)過(guò)三級(jí)減速后，再轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)速度的關(guān)系，得 nnn ?j，j?j1j2j3，nL?nLjj1j2j3 vL?DnL vL?DnL?D3.14?0.2?1000n?31.4(m/min) j1j2j32?2?5 （2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩TL 根據(jù)功率平衡原則，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩為 TL?FLvL?c這里，F(xiàn)L?GL?G?G0，vL?(G?G0)j?c2nDn， ?，所以 j6060D2?(

23、1500?100)?0.1?10(N?m)2?2?5?0.82 TL? （3）折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量GD 題中未給出系統(tǒng)中間傳動(dòng)軸和卷筒的飛輪慣量，可用放大系數(shù)?近似估計(jì)。今取?1.2，則折算到電動(dòng)機(jī)軸上整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪慣量為GD2?GDe2?365(G?G0)(vL2)n31.42)60?1000 ?1.2?10?365?(1500?100)?(?12.16(N?m2) 11 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答第三章 直流電機(jī)原理3-1 換向器在直流電機(jī)中起什么作用？答： 換向器是直流電機(jī)最重要的部件之一，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，是將電樞繞組元件中的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電

24、動(dòng)勢(shì)；對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，則是將輸入的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組元件中的交變電流，以產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。 3-2 說(shuō)明下列情況下空載電動(dòng)勢(shì)的變化：（1）每極磁通減少10%，其他不變； （2）勵(lì)磁電流增大10%，其他不變； （3）電機(jī)轉(zhuǎn)速增加20%，其他不變。 答： 根據(jù)直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（即空載電動(dòng)勢(shì)）的基本計(jì)算公式 Ea?Ce?n （1）若每極磁通?減少10%，則空載電動(dòng)勢(shì)Ea減小10%； （2）若勵(lì)磁電流?f增大10%，因電機(jī)磁路存在非線(xiàn)性的磁飽和效應(yīng)，空載電動(dòng)勢(shì)Ea將增大，但低于10%； （3）如電機(jī)轉(zhuǎn)速n增加20%，則空載電動(dòng)勢(shì)Ea增大20%。 3-3 主磁通既鏈著電樞繞組又鏈著勵(lì)磁繞組，

25、為什么卻只在電樞繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？答： 因?yàn)橹鞔磐ㄊ怯啥ㄗ觿?lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流而產(chǎn)生，是一恒定的磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁繞組間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以只在轉(zhuǎn)子電樞繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 3-4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率指什么？答： 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率Pem是指由定子方通過(guò)氣隙傳入轉(zhuǎn)子方的功率，可以由 12 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答定子方的輸入電功率P1扣除定子銅耗?pCua來(lái)計(jì)算，也可以由轉(zhuǎn)子方的輸出機(jī)械功率P2加上鐵心損耗?pFe、機(jī)械摩擦損耗?pm和附加損耗?padd來(lái)計(jì)算，即 Pem?P1?pCua?P2?pFe?pm?padd 3-5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，

26、如果減小磁通，電樞電流是增大、減小還是不變？ 答： 根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程 Ua?Ea?IaRa?Ce?n?IaRa，Te?TL?CT?Ia如果減小磁通?，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea減小，電樞電流Ia將增大，以保持轉(zhuǎn)矩Te?TL的平衡關(guān)系。 UN?220V，nN?1500r/min，?N?83%。3-6 某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為PN?17kW，計(jì)算額定電樞電流、額定轉(zhuǎn)矩和額定負(fù)載時(shí)的輸入電功率。 解： 額定負(fù)載時(shí)的輸入電功率 P1N? 額定電樞電流P20.48?1031N?93.09(A) IN?UN220PN?17?20.48(kW) 0.83 額定轉(zhuǎn)矩PN17?103?9

27、.55?108.23(N?m) TN?9.55nN15003-7 有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為PN?5kW，UN?220V，nN?1000r/min，pCua?500W，P0?395W，計(jì)算額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的Te，TL，T0，P1，?N，Ra。解： 13 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答PN5?103?9.55?47.75(N?m) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL?9.55nN1000 空載轉(zhuǎn)矩T0?9.55P0395?9.55?3.77(N?m) nN1000 電磁轉(zhuǎn)矩Te?TL?T0?47.75?3.77?51.52(N?m) 輸入功率P1?Pem?pCua?PN?P0?pCua?5?0.395?0.

28、5?5.895(kW) 額定效率?N?PN5?100%?100%?84.8% P5.8951?pCua?pCua500?0.696(?) 2P58952IN12()()220UN 電樞電阻Ra?3-8 有一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN?46kW，UN?230V，nN?1000r/min，Ra?0.1?，已知P0?1kW，padd?0.01PN，求額定負(fù)載下的P1、Pem及?N。解： 電樞電流IN?PN46?0.2(A) UN2302Ra?0.22?0.1?4(kW) 定子銅耗?pCua?IN 輸入功率P1?PN?pCua?P0?padd?46?4?1?0.01?46?51.46(kW) 電

29、磁功率Pem?PN?pCua?46?4?50(kW) 第四章 直流電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)4-1 直流電動(dòng)機(jī)一般為什么不允許直接起動(dòng)？可采用什么方法起動(dòng)比較好？答： 所謂起動(dòng)就是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到某一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須先加額定勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)，然后再加電樞電壓。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)忽略電樞電感時(shí)，電樞電流為 14 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答UN?Ea Ra Ia?在起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n?0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea?CeNn?0，電樞回路只有電樞繞組電阻Ra，此時(shí)電樞電流為起動(dòng)電流Ist，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，并有 Ist?UN，Tst?CTNIst R

30、a由于電樞繞組電阻Ra很小，因此起動(dòng)電流Ist?IN，約為(1020)IN，這么大的起動(dòng)電流使電機(jī)換向困難，在換向片表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花，甚至形成環(huán)火；同時(shí)電樞繞組也會(huì)因過(guò)熱而損壞；另外，由于大電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩過(guò)大，將損壞拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這都是不允許的。因此除了微型直流電動(dòng)機(jī)由于Ra較大、慣量較小可以直接起動(dòng)外，一般直流電動(dòng)機(jī)都不允許直接起動(dòng)。這樣，就需要增加起動(dòng)設(shè)備和采取措施來(lái)控制電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。 由Ist?UN/Ra可知，限制起動(dòng)電流的措施有兩個(gè)：一是增加電樞回路電阻，二是降低電源電壓，即直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有電樞串電阻和降壓兩種。串電阻起動(dòng)操作較簡(jiǎn)單、可靠，但起動(dòng)電阻要消耗大量電能，效率

31、較低。因此，目前已較少使用，只在應(yīng)用串電阻調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中才使用這種起動(dòng)方法；降壓起動(dòng)需要可調(diào)的直流電源，可采用基于電力電子器件的可控整流器向直流電機(jī)供電。采用降壓起動(dòng)方法，可使整個(gè)起動(dòng)過(guò)程既快又平穩(wěn)，同時(shí)能量損耗也小。此外，可控直流電源還可用于調(diào)速，因而在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 4-2 為什么要考慮調(diào)速方法與負(fù)載類(lèi)型的配合？怎樣配合才合理？試分析恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速拖動(dòng)恒功率負(fù)載，以及恒功率調(diào)速拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種情況的機(jī)械特性。 答： 為了使電機(jī)得到充分利用，根據(jù)不同的負(fù)載，應(yīng)選用相應(yīng)的調(diào)速方式。通常，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，恒功率負(fù)載應(yīng)采用恒功率調(diào)速方式，這樣可使調(diào)速方式與負(fù)載類(lèi)型

32、相匹配，電動(dòng)機(jī)可以被充分利用。 例如初軋機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，壓下量較大，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，可采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；轉(zhuǎn)速高時(shí)，壓下量減小，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而減小，為恒功 15 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答率負(fù)載，因此，要與恒功率調(diào)速方式相配合。所以，在采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的初軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中，在額定轉(zhuǎn)速nN以下一般用改變供電電壓調(diào)速，在nN以上用弱磁調(diào)速，這樣的配合較恰當(dāng)。如圖4-13所示。PTe 2 TeP1 O變電壓調(diào)速nN弱磁調(diào)速nmaxn 圖4-13 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率 反之，假如恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率調(diào)速方式，或者恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，則

33、調(diào)速方式與負(fù)載類(lèi)型就不匹配，電動(dòng)機(jī)不能被充分利用。 例如用轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法去拖動(dòng)恒功率負(fù)載（如下圖），因調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL在TaTc范圍內(nèi)變化，故電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)地變化。由于勵(lì)磁磁通并不變，那么電樞電流就隨之在IaIc范圍內(nèi)變化。如果令I(lǐng)b?IN，則低速時(shí)Ic?IN，電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱；高速時(shí)，Ia?IN，電機(jī)為輕載，沒(méi)被充分利用。TLT 0 又如用恒功率調(diào)速方法去拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如下圖），因?yàn)檎{(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為常值，所以電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te也為常值，從電磁轉(zhuǎn)矩公式Te?CTI可知，隨著磁通的減小，電樞電流I一定會(huì)變大。如果令I(lǐng)b?IN，則弱磁高速時(shí)Ia?IN，電機(jī)會(huì)過(guò)熱；強(qiáng)磁低速時(shí)，Ic?IN，

34、電機(jī)沒(méi)被充分利用。 16 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答TL T4-3 如何區(qū)別電動(dòng)機(jī)是處于電動(dòng)狀態(tài)還是制動(dòng)狀態(tài)？答： 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)主要分為電動(dòng)狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài)兩大類(lèi)。 電動(dòng)狀態(tài)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的基本工作狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n方向相同，此時(shí)Te為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從電源吸收電功率，向負(fù)載傳遞機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性如圖4-14所示。 電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n方向相反，此時(shí)Te為制動(dòng)性阻轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能，該電能或消耗在電阻上，或回饋電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械特性處在第二、四象限。n 正向電動(dòng)運(yùn)行A -TLO

35、 TLTeB 反向電動(dòng)運(yùn)行 圖4-14 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)4-4 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)，當(dāng)電樞所接電源電壓為額定電壓、電樞回路串入電阻時(shí)拖動(dòng)著重物勻速上升，若把電源電壓突然倒換極性，電動(dòng)機(jī)最后穩(wěn)定運(yùn)行于什么狀態(tài)？重物提升還是下放？畫(huà)出機(jī)械特性圖，并說(shuō)明中間經(jīng)過(guò)了什么運(yùn)行狀態(tài)？ 17 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答答： 電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行于正向電動(dòng)狀態(tài)。若把電源電壓突然倒換極性，電動(dòng)機(jī)最后穩(wěn)定運(yùn)行于反向回饋制動(dòng)狀態(tài)，重物勻速下放，其機(jī)械特性如下圖所示。2 B nn0 A TL 2 O 2TL 1 T 1C D E 3 圖中曲線(xiàn)1為固有機(jī)械特性，曲線(xiàn)2為電樞電壓等于額定值、電樞

36、回路串電阻的人為機(jī)械特性，曲線(xiàn)3為電樞電壓反接后電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性。反接電壓之前，勻速提升重物的工作點(diǎn)為A，反接后穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)為E。從A到E中間經(jīng)過(guò)：（1）BC，反接制動(dòng)過(guò)程；（2）CD，反向升速，屬反向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)； （3）DE，繼續(xù)反向升速，屬反向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 4-5 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)車(chē)行駛，前進(jìn)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為正。當(dāng)電動(dòng)車(chē)行駛在斜坡上時(shí)，負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩比位能性轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)車(chē)在斜坡上前進(jìn)和后退時(shí)電動(dòng)機(jī)可能工作在什么運(yùn)行狀態(tài)？請(qǐng)?jiān)跈C(jī)械特性上標(biāo)出工作點(diǎn)。 答： 如圖4-22所示，當(dāng)電動(dòng)車(chē)在斜坡上前進(jìn)時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL1為摩擦轉(zhuǎn)矩與位能性轉(zhuǎn)矩之和，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩

37、Te克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL1，使電動(dòng)車(chē)前進(jìn)，電動(dòng)機(jī)工作在第一象限的正向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，如圖中的A點(diǎn)。當(dāng)電動(dòng)車(chē)在斜坡上后退時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL2為摩擦轉(zhuǎn)矩與位能性轉(zhuǎn)矩之差，由于摩擦轉(zhuǎn)矩比位能性轉(zhuǎn)矩小，所以TL2與轉(zhuǎn)速n方向相同，TL2實(shí)質(zhì)上成為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Te與n方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制電動(dòng)車(chē)后退速度，同時(shí)將電能回饋給電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)工作在第二象限的正向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀 18 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答態(tài)，如圖中的B點(diǎn)。正向回饋制動(dòng)運(yùn)行B n n0正向電動(dòng)運(yùn)行A TL2 O TL1 Te 圖4-22 正向回饋制動(dòng)運(yùn)行4-6 有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN?60kW，UN?220V，

38、IN?305A，nN?1000r/min，估算額定運(yùn)行時(shí)的EaN，Ce?N，TN，n0，最后畫(huà)出固有機(jī)械特性。 解： 認(rèn)為額定運(yùn)行時(shí)電樞銅耗近似等于總損耗的50%，即2 INRa?0.5(UNIN?PN) 這樣電樞電阻UNIN?PN220?305?60?103 Ra?0.5?0.5?0.038(?) 2IN3052 EaN?UN?INRa?220?305?0.038?208.41(V) Ce?N?EaN208.41?0.208(V?min/r) nN1000PN60?103 TN?9.55?9.55?573(N?m)nN1000 n0? 固有機(jī)械特性方程為UN220?1057.7(r/min)

39、 Ce?N0.208 n?n0?Ra0.038Ia?1057.7?Ia?1057.7?0.1827Ia Ce?N0.208 因?yàn)镃T?N?9.55Ce?N?9.55?0.208?1.986(N?m/A)，所以該方程又可寫(xiě)成 n?n0?RaTe0.1827?1057.7?Te?1057.7?0.092TeCe?NCT?N1.986 由此可畫(huà)出固有機(jī)械特性，如下圖所示 19 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答nn0 nN AO TN Tst Te 圖4-2 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性4-7 畫(huà)出上題電動(dòng)機(jī)電樞回路串入R=0.1Ra電阻和電樞電壓降到150V的兩條人為機(jī)械特性。解： 電樞回路串入R=0

40、.1Ra電阻的人為機(jī)械特性方程為（空載轉(zhuǎn)速不變） n?n0?Ra?RTe1.1?0.038?1057.7?Te?1057.7?0.101TeCe?NCT?N0.208?1.986 電樞電壓降到150V的人為機(jī)械特性方程為（特性斜率不變） n?RTeU150?a?0.092Te?721.2?0.092Te Ce?NCe?NCT?N0.208 由此可畫(huà)出這兩條人為機(jī)械特性，如下圖所示nU1UN n0 UN n01 U1 n n0R1R2Ra固有Ra+R1 Ra+R2人為OU=0Te -n0 -UN O Te圖4-5 改變電樞電阻的人為機(jī)械 圖4-3 改變電樞電壓的人為的機(jī)械特性4-8 有一他勵(lì)直流

41、電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN?7.5kW，UN?220V，IN?40A，nN?1000r/min，Ra?0.5?，TL?0.5TN，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流。解： 額定運(yùn)行時(shí) 20 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答 Ce?N?UN?INRa220?40?0.5?0.2(V?min/r) nN1000 TeN?9.55Ce?NIN?9.55?0.2?40?76.4(N?m)PN7.5?103 TN?9.55?9.55?71.625(N?m)nN1000 空載轉(zhuǎn)矩和空載損耗為 T0?TeN?TN?76.4?71.625?4.775(N?m) P0?T0nN4.775?1000?500(W) 9.5

42、59.55 負(fù)載運(yùn)行時(shí)，認(rèn)為空載損耗保持不變，即有如下關(guān)系 Te?TL?9.55P0P?0.5TN?9.550 nn Ce?Nn?UN?IaRa Te?CT?NIa?9.55Ce?NIa 求解上面的三個(gè)方程，可得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流 n?1047.3(r/min) Ia?21.1(A) 4-9 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN?10kW，UN?220V，IN?53.8A，nN?1500r/min，Ra?0.29?，試計(jì)算：（1）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；（2）限制起動(dòng)電流不超過(guò)2IN，采用電樞串電阻起動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入多大的電阻值；若采用降壓起動(dòng)，電壓應(yīng)降到多大？ 解： （1）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流

43、 Ist?UN220?758.6(A) Ra0.29 （2）采用電樞串電阻起動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入多大的電阻值 R?UN220?Ra?0.29?1.75(A) 2IN2?53.8 若采用降壓起動(dòng)，電壓應(yīng)降到 UN?2INRa?2?53.8?0.29?31.2(V) 21 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答4-10 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN?7.5kW，UN?220V，IN?41A，nN?1500r/min，Ra?0.376?，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載運(yùn)行，現(xiàn)把電源電壓降至150V，問(wèn)：（1）電源電壓降低的瞬間轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，電動(dòng)機(jī)的電樞電流及電磁轉(zhuǎn)矩各是多大？電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)轉(zhuǎn)矩是多大？ （2）

44、穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速是多少？ 解： （1）額定運(yùn)行時(shí) Ce?N?UN?INRa220?41?0.376?0.136(V?min/r) nN1500 電源電壓降至150V的瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，則電動(dòng)機(jī)的電樞電流 Ia? 此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 Te?CT?NIa?9.55Ce?NIa?9.55?0.136?(?143.6)?186.5(N?m) （2）因?yàn)槭呛戕D(zhuǎn)矩負(fù)載，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞電流為額定值IN?41A，所以轉(zhuǎn)速 n?4-11 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN?21kW，UN?220V，IN?115A，nN?980r/min，Ra?0.1?，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，TL?80%TN。弱磁調(diào)速時(shí)，?從?N調(diào)至80%?N

45、，問(wèn)： （1）調(diào)速瞬間電樞電流是多少？ （2）調(diào)速前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速各為多少？ 解： （1）額定運(yùn)行時(shí) Ce?N?UN?INRa220?115?0.1?0.213(V?min/r) nN980U?INRa150?41?0.376?989.6(r/min)Ce?N0.136U?Ce?NnN150?0.136?1500?143.6(A)Ra0.376 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，TL?80%TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電樞電流為0.8IN，轉(zhuǎn)速為 n?UN?0.8INRa220?0.8?115?0.1?989.7(r/min)Ce?N0.213 弱磁調(diào)速瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，電樞電流為 Ia?UN?0.8Ce?Nn220

46、?0.8?0.213?989.7?513.55(A)Ra0.1 （2）調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 22 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第2版）”習(xí)題解答 n1?n?989.7(r/min) 因?yàn)槭呛戕D(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，調(diào)速后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)0.8TN?0.8CT?NI2，此時(shí)電樞電流I2?IN，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n2?UN?I2Ra220?115?0.1?1223.6(r/min)0.8Ce?N0.8?0.2134-12 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的PN?17kW，UN?110V，IN?185A，nN?1000r/min，Ra?0.036?，已知電動(dòng)機(jī)最大允許電流Iamax?1.8IN，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)TL?0.8TN負(fù)載電動(dòng)運(yùn)行。問(wèn)： （1）若采用能耗制動(dòng)停車(chē)，電樞應(yīng)串入多大的電阻？ （2）制動(dòng)開(kāi)始瞬間及制動(dòng)結(jié)束時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩各為多大？（3）若負(fù)載為位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用能耗制動(dòng)使負(fù)載以120r/min轉(zhuǎn)速勻速下放重物，此時(shí)電樞回路應(yīng)串入多大的電阻？ 解： （1）額定運(yùn)行時(shí) Ce?N?UN?INRa110?185?0.036?0.103(V?min/r) nN1000 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)