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73 78 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：如果在閉合磁路中磁通隨時(shí)間而變化，那么將在線圈中感應(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 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方

2、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 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)體與磁力線方向垂直時(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 電磁力的方向可由左手定則確定。1-2 通過(guò)電

3、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)線和電氣或電子部件組成的導(dǎo)電回路，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

4、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)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)

5、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

6、隙三個(gè)部分組成：定子是固定不動(dòng)的，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)

7、，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。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。由于電機(jī)的磁極總是成對(duì)設(shè)置的，常用極對(duì)數(shù)來(lái)表示電機(jī)的磁極數(shù)，則多極電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為。1-7 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)

8、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)。 （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)的線圈電阻產(chǎn)生的損耗，有時(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。 1-8 用硅鋼作為導(dǎo)磁材料，現(xiàn)已知，試根據(jù)圖1-3所示的曲線求

9、取在此磁場(chǎng)條件下硅鋼的磁導(dǎo)率。解： 根據(jù)圖1-3所示的硅鋼曲線，查得時(shí)， 1-9 有一導(dǎo)體，長(zhǎng)度，通以電流，放在的磁場(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。解： 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中電磁力的一般計(jì)算公式為 （1）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，（2）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，（3）導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向?yàn)?0º時(shí)，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。兩邊各有一個(gè)線圈，其匝數(shù)為，分別通以電流和，

10、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)生時(shí)所需的電流值，及此時(shí)氣隙中儲(chǔ)存的能量，并計(jì)算電感。 解： 設(shè)， 由，得 所以，所需的電流值 氣隙磁通 根據(jù)電感的定義， 氣隙中儲(chǔ)存的能量第二章 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。 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)

11、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。 根據(jù)牛頓力學(xué)定律，該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為 式中，各量的物理意義分別是：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（N·m），生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩（N·m），電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2），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)矩與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即。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

12、狀態(tài)達(dá)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)矩與生產(chǎn)機(jī)械的阻轉(zhuǎn)矩以及加速度轉(zhuǎn)矩相平衡，即。由于過(guò)渡過(guò)程中轉(zhuǎn)速是變化的，電磁轉(zhuǎn)矩也是隨時(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)的飛輪慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是什么關(guān)系？答： 在拖動(dòng)系統(tǒng)的工程計(jì)算中，習(xí)慣用飛輪慣量代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，與的關(guān)系為 式中，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量（kg），系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力（N），系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)半徑（m），系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的回轉(zhuǎn)直徑（m），重力加速度（可取= 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)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？答： 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，比較

13、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)，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

14、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)提升重物時(shí)的效率為，下放重物時(shí)的效率為，兩者之間的關(guān)系為 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)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持常值。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。 （2）通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即。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。 （3）恒功率負(fù)

15、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)矩與基本上與轉(zhuǎn)速成反比，即。由于負(fù)載功率，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)矩與轉(zhuǎn)速的持性曲線呈現(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 其中，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)

16、，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。2-9 在圖2-16所示的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，已知飛輪慣量，傳動(dòng)效率，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，。試求：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。解： 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總飛輪慣量為 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 2-10 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；卷筒直徑；滑輪的減速比；空鉤重量；起重負(fù)荷；電動(dòng)機(jī)的飛輪慣量，傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)效率，放大系數(shù)。試求提升速度和折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩

17、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。解： （1）提升速度 依照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)三級(jí)減速后，再轉(zhuǎn)換成直線速度的關(guān)系，得 ， （2）折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜轉(zhuǎn)矩 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 這里， ，所以 （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 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，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 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

18、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 （1）若每極磁通減少10%，則空載電動(dòng)勢(shì)減小10%； （2）若勵(lì)磁電流增大10%，因電機(jī)磁路存在非線性的磁飽和效應(yīng)，空載電動(dòng)勢(shì)將增大，但低于10%； （3）如電機(jī)轉(zhuǎn)速增加20%，則空載電動(dòng)勢(shì)增大20%。3-3 主磁通既鏈著電樞繞組又鏈著勵(lì)磁繞組，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

19、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)的電磁功率是指由定子方通過(guò)氣隙傳入轉(zhuǎn)子方的功率，可以由定子方的輸入電功率扣除定子銅耗來(lái)計(jì)算，也可以由轉(zhuǎn)子方的輸出機(jī)械功率加上鐵心損耗、機(jī)械摩擦損耗和附加損耗來(lái)計(jì)算，即 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，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 ，如果減小磁通，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流將增大，以保持轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系。3-6 某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為，。計(jì)算額定電樞電流、額定轉(zhuǎn)矩和額定負(fù)載時(shí)

20、的輸入電功率。解： 額定負(fù)載時(shí)的輸入電功率 額定電樞電流 額定轉(zhuǎn)矩 3-7 有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為，計(jì)算額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的，。解： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 空載轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩 輸入功率 額定效率 電樞電阻3-8 有一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，已知，求額定負(fù)載下的及。解： 電樞電流 定子銅耗 輸入功率 電磁功率第四章 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 在起動(dòng)瞬間

21、，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電樞回路只有電樞繞組電阻，此時(shí)電樞電流為起動(dòng)電流，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并有 ，由于電樞繞組電阻很小，因此起動(dòng)電流，約為(1020)，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

22、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

23、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)速以下一般用改變供電電壓調(diào)速，在以上用弱磁調(diào)速，這樣的配合較恰當(dāng)。如圖4-13所示。 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），

24、因調(diào)速時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在范圍內(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范圍內(nèi)變化。如果令，則低速時(shí)，電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱；高速時(shí)，電機(jī)為輕載，沒(méi)被充分利用。 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)矩為常值，所以電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為常值，從電磁轉(zhuǎn)矩公式可知，隨著磁通的減小，電樞電流一定會(huì)變大。如果令，則弱磁高速時(shí)，電機(jī)會(huì)過(guò)熱；強(qiáng)磁低速時(shí)，電機(jī)沒(méi)被充分利用。 4-3 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)矩與轉(zhuǎn)速方向相

25、同，此時(shí)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)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，此時(shí)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。 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)？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

26、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。 圖中曲線1為固有機(jī)械特性，曲線2為電樞電壓等于額定值、電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性，曲線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

27、： 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)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，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，所以與轉(zhuǎn)速n方向相同，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)行狀態(tài)，如圖中的B點(diǎn)。 4-6 有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，估算額定運(yùn)行時(shí)的，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 這樣電

28、樞電阻 固有機(jī)械特性方程為 因?yàn)椋栽摲匠逃挚蓪?xiě)成 由此可畫(huà)出固有機(jī)械特性，如下圖所示 4-7 畫(huà)出上題電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻和電樞電壓降到150V的兩條人為機(jī)械特性。解： 電樞回路串入電阻的人為機(jī)械特性方程為（空載轉(zhuǎn)速不變） 電樞電壓降到150V的人為機(jī)械特性方程為（特性斜率不變） 由此可畫(huà)出這兩條人為機(jī)械特性，如下圖所示 4-8 有一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流。解： 額定運(yùn)行時(shí) 空載轉(zhuǎn)矩和空載損耗為 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 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 4-9 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，試計(jì)算：（1）直接起動(dòng)時(shí)

29、的起動(dòng)電流；（2）限制起動(dòng)電流不超過(guò)，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 （2）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 4-10 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：，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）穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速是多少？解： （1）額定運(yùn)行時(shí) 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 此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 （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

30、定值，所以轉(zhuǎn)速 4-11 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，。弱磁調(diào)速時(shí)，從調(diào)至，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) 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電樞電流為，轉(zhuǎn)速為 弱磁調(diào)速瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，電樞電流為 （2）調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 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)，此時(shí)電樞電流，所以調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 4-12 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，已知電動(dòng)機(jī)最大允許電流，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)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)

31、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) 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載電動(dòng)運(yùn)行時(shí)的電樞電流為，轉(zhuǎn)速為 能耗制動(dòng)前電樞電動(dòng)勢(shì)為 制動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，電樞電動(dòng)勢(shì)不變，電樞應(yīng)串入的電阻值為 （2）制動(dòng)開(kāi)始瞬間的電樞電流，電磁轉(zhuǎn)矩 制動(dòng)結(jié)束時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 （3）因?yàn)樨?fù)載是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，重物下放時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍為，電樞電流，電樞回路應(yīng)串入的電阻值 4-13 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，已知電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，電動(dòng)機(jī)帶反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載處于額定運(yùn)行。求：（1）采用反接制動(dòng)停車(chē)，電樞回路應(yīng)串入多大的電阻？（2）如制動(dòng)結(jié)束時(shí)，不切斷電源，電動(dòng)機(jī)是否會(huì)反轉(zhuǎn)？若能反轉(zhuǎn)，試

32、求穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，并說(shuō)明電動(dòng)機(jī)工作在什么狀態(tài)？解： （1）額定運(yùn)行時(shí) 由于反接制動(dòng)時(shí)電樞電流不超過(guò)，電樞回路應(yīng)串入的電阻為 （2）如制動(dòng)結(jié)束時(shí)，不切斷電源，當(dāng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 由于，電動(dòng)機(jī)將會(huì)反轉(zhuǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為 4-14 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，。（1）電動(dòng)機(jī)以反向回饋制動(dòng)運(yùn)行下放重物，設(shè)，電樞回路不串電阻，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩各為多少？回饋電源的電功率多大？（2）若采用能耗制動(dòng)運(yùn)行下放同一重物，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，問(wèn)電樞回路串入多大的電阻？該電阻上消耗的電功率是多大？（3）若采用倒拉反轉(zhuǎn)下放同一重物，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，問(wèn)電樞回路串入多大的電阻？該電阻上消耗的電功率是多大？電源送

33、入電動(dòng)機(jī)的電功率多大？解： （1）額定運(yùn)行時(shí) 反向回饋制動(dòng)運(yùn)行下放重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 回饋電源的電功率為 （2）能耗制動(dòng)運(yùn)行下放重物時(shí)，電樞回路串入的電阻值 該電阻上消耗的電功率為 （3）倒拉反轉(zhuǎn)下放重物時(shí)，電樞回路串入的電阻值 該電阻上消耗的電功率為 電源送入電動(dòng)機(jī)的電功率為 4-15 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的，。負(fù)載轉(zhuǎn)矩，最大制動(dòng)電流。求當(dāng)該電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能負(fù)載時(shí)，用哪幾種方法可使電動(dòng)機(jī)以500r/min的速度下放負(fù)載，每種方法電樞回路中所串電阻為多少？并畫(huà)出相應(yīng)的機(jī)械特性，標(biāo)出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過(guò)程。解： 額定運(yùn)行時(shí) 不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩

34、，負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的電樞電流為 以500r/min速度穩(wěn)態(tài)提升重物時(shí)的機(jī)械特性為 由此可求得電樞回路串入的電阻值 采用以下兩種方法可使電動(dòng)機(jī)以500r/min的速度下放負(fù)載： （1）采用轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為 由此可求得電樞回路串入的電阻值 從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下圖所示， （2）采用能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為 由此可求得電樞回路串入的電阻值 從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r/min速度下放重物的轉(zhuǎn)換過(guò)程如下圖所示， 4-16 某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：，。拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，。采用能耗制動(dòng)或反接制動(dòng)停車(chē)，最大允許電流為，求兩種停車(chē)方法各自最快的制動(dòng)停

35、車(chē)時(shí)間是多少（取）？解： 基本數(shù)據(jù)計(jì)算： 額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的 負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速（即制動(dòng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速） （1）能耗制動(dòng)計(jì)算： 電樞回路串入電阻后的總電阻 能耗制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 能耗制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù) 最快的制動(dòng)停車(chē)時(shí)間 （2）反接制動(dòng)計(jì)算： 電樞回路串入電阻后的總電阻 能耗制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 能耗制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù) 最快的制動(dòng)停車(chē)時(shí)間 4-17 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：，系統(tǒng)總飛輪慣量。在轉(zhuǎn)速為時(shí)使電樞反接，反接制動(dòng)的起始電流為，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩。試就反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種情況求：反接制動(dòng)使轉(zhuǎn)速自降到0的制動(dòng)時(shí)間。解： 基本數(shù)據(jù)計(jì)算： 額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)

36、機(jī)的 額定負(fù)載正向運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 反接制動(dòng)時(shí)電樞回路串入電阻后的總電阻 反接制動(dòng)時(shí)的時(shí)間常數(shù) （1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算： 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 制動(dòng)時(shí)間 （2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載計(jì)算： 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 制動(dòng)時(shí)間 第五章 變壓器5-1 在研究變壓器時(shí)，對(duì)正弦量電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通等為什么要規(guī)定正方向？我們是按什么慣例來(lái)規(guī)定正方向的？答： 由于變壓器中電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)和磁通的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化，為了能正確表明各量之間的關(guān)系，要規(guī)定它們的正方向。一般采用電工慣例來(lái)規(guī)定其正方向（假定正方向）： （1）同一條支路中，電壓的正方向與電流的正方向一致； （2）由電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)所建立的磁通其二者的正方向

37、符合右手螺旋法則； （3）由磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其正方向與產(chǎn)生該磁通的電流的正方向一致，則有。5-2 變壓器中主磁通和漏磁通的性質(zhì)和作用有什么不同？在等效電路中如何反映它們的作用？答： 當(dāng)一次繞組加上交流電源電壓時(shí)，一次繞組中就有電流產(chǎn)生，由于變壓器為空載運(yùn)行，此時(shí)稱(chēng)一次繞組中的電流為空載電流。由產(chǎn)生空載磁動(dòng)勢(shì)，并建立空載時(shí)的磁場(chǎng)。由于鐵心的磁導(dǎo)率比空氣（或油）的磁導(dǎo)率大得多，所以絕大部分磁通通過(guò)鐵心閉合，同時(shí)交鏈一、二次繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和，如果二次繞組與負(fù)載接通，則在電動(dòng)勢(shì)作用下向負(fù)載輸出電功率，所以這部分磁通起著傳遞能量的媒介作用，因此稱(chēng)之為主磁通；另有一小部分磁通（約為主磁通的0

38、.25%左右）主要經(jīng)非磁性材料（空氣或變壓器油等）形成閉路，只與一次繞組交鏈，不參于能量傳遞，稱(chēng)之為一次繞組的漏磁通，它在一次繞組中產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。 在變壓器等效電路中，主磁通的作用通過(guò)它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)表征，即一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)、及鐵心中主磁通的最大值成正比，而在相位上比產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的主磁通滯后90°。而等效電路中的漏電抗反映了漏磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng)。由于漏磁通的主要路徑是非鐵磁性物質(zhì)，漏磁路不會(huì)飽和，是線性的，其磁導(dǎo)是常數(shù)，因此對(duì)已制成的變壓器，漏電感為一常數(shù)，當(dāng)電源頻率一定時(shí)，漏電抗也是常數(shù)。 5-3 變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一次側(cè)加額定電壓，為

39、什么空載電流很?。咳绻淮蝹?cè)加額定電壓的直流電源，這時(shí)一次側(cè)電流、鐵心中磁通會(huì)有什么變化？二次繞組開(kāi)路和短路對(duì)一次繞組的電流有無(wú)影響？答： 變壓器主磁通的路徑完全是通過(guò)鐵心閉合的，主磁路的磁阻很小，只需要很小的勵(lì)磁電流就能產(chǎn)生較大的主磁通，并產(chǎn)生足以平衡一次側(cè)額定電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以變壓器空載運(yùn)行時(shí)，即使一次側(cè)加額定電壓，空載電流也很小。 如果一次側(cè)加額定電壓的直流電源，這時(shí)沒(méi)有電磁感應(yīng)作用，額定電壓將完全由一次側(cè)繞組的電阻壓降來(lái)平衡，由于一次側(cè)繞組的電阻一般很小，一次側(cè)電流將變得非常大，鐵心中的磁通很變得很大，有可能燒毀變壓器（相當(dāng)于短路事故）。這時(shí)二次繞組開(kāi)路和短路對(duì)一次繞組的電流沒(méi)有影

40、響。5-4 一臺(tái)用于50Hz電源的單相變壓器，如果接在60Hz電網(wǎng)上運(yùn)行，如果額定電壓不變，則空載電流、鐵心損耗、漏電抗、勵(lì)磁電抗及電壓調(diào)整率等有何變化？答： 根據(jù)變壓器一次側(cè)的電壓平衡方程 時(shí)，；時(shí)，所以 即主磁通為原來(lái)的5/6。若不考慮磁路的飽和效應(yīng)，主磁通與空載電流（勵(lì)磁電流）成正比，空載電流將減小。 鐵心損耗的近似計(jì)算公式為 所以，鐵心損耗將減小。 漏磁路的磁阻不變，漏電感不變，所以漏電抗隨著頻率的增加而變大。在不考慮磁路飽和的情況下，勵(lì)磁電抗也隨著頻率的增加而變大。而漏電抗的變大意味著短路電抗的變大，所以電壓調(diào)整率也變大。5-5 一臺(tái)單相變壓器，額定電壓為220V/110V，如果不慎

41、將低壓側(cè)誤接到220V的電源上，對(duì)變壓器有何影響？答： 這是一臺(tái)降壓變壓器，低壓繞組匝數(shù)少。由公式可知，主磁通要增加很多才能平衡端電壓，磁通的增加又因磁路非線性引起勵(lì)磁電流增加很多，電流過(guò)大就可能燒壞低壓繞組。5-6 一臺(tái)單相變壓器，額定容量為5kV·A，高、低壓側(cè)繞組均為兩個(gè)匝數(shù)相同的線圈，高、低壓側(cè)每個(gè)線圈的額定電壓為1100V和110V，現(xiàn)將它們進(jìn)行不同方式的連接，試問(wèn)每種連接的高、低壓側(cè)額定電流為多少？可得幾種不同的電壓比？解： （1）高壓繞組串聯(lián)、低壓繞組串聯(lián)： （2）高壓繞組串聯(lián)、低壓繞組并聯(lián)： （3）高壓繞組并聯(lián)、低壓繞組并聯(lián)： （4）高壓繞組并聯(lián)、低壓繞組串聯(lián)： 5-

42、7 變壓器為什么要并聯(lián)運(yùn)行？并聯(lián)運(yùn)行的條件有哪些？哪些條件需要嚴(yán)格遵守？答： 所謂并聯(lián)運(yùn)行，就是將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的變壓器的一、二次繞組分別并聯(lián)到公共母線上，同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。變壓器之所以要并聯(lián)運(yùn)行，是因?yàn)椴⒙?lián)運(yùn)行時(shí)很多的優(yōu)點(diǎn)： （1）提高供電的可靠性。并聯(lián)運(yùn)行的某臺(tái)變壓器發(fā)生故障或需要檢修時(shí)，可以將它從電網(wǎng)上切除，而電網(wǎng)仍能繼續(xù)供電； （2）提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)負(fù)載有較大的變化時(shí)，可以調(diào)整并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行的效率； （3）可以減小總的備用容量，并可隨著用電量的增加而分批增加新的變壓器。 并聯(lián)運(yùn)行的條件有以下三條，都必須嚴(yán)格遵守： （1）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的額定電壓應(yīng)相等，即各臺(tái)變壓器的電壓比應(yīng)相等； （2）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的聯(lián)結(jié)組號(hào)必須相同； （3）并聯(lián)運(yùn)行的各臺(tái)變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對(duì)值要相等。5-8 與普通雙繞組變壓器相比，自耦變壓器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答： 自耦變壓器與普通雙繞組變壓器相比，在相同的額定容量下，由于自耦變壓器的計(jì)算容量小于額定容量，因此自耦變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸小，節(jié)省有效材料（銅線和硅鋼片）和結(jié)構(gòu)材料（鋼材），降低了成本。同時(shí)有效材料的減少還可減小損耗，從而提高自耦變壓器的效率。 由于自耦變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間有電的直接聯(lián)系，所以高壓側(cè)的電氣故障會(huì)波及到低壓側(cè)，因此在低壓側(cè)使用的電氣設(shè)備同樣要有