第一章
1-3解：① 旋转部分飞轮矩
222222
2223456
1
222
222
212143214365(/)(/)(/)(/)(/)(/)a
GD GD GD GD GD GD GD GD Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z ++=++++???
=222222
40.219.656.837.3137.20
2308.25(55/20)(55/20)(64/38)(55/20)(64/38)(78/30)++++
++
???
=2
251.49N m
；工作台和工作总重量 1214715981024525G G G N =+=+=
切
削速度43/min 0.72/v m m s
==；
齿
轮
6
的
转
速
6664327.56/min 0.0278
k v n r t Z =
==?? 电动机转速 642
6531
331.88/min Z Z Z n n r Z Z Z =?
??= 直线运动部分飞轮矩 2222
22
245250.7236536542.13331.88
b
G v GD N m n ??=?=?=? 总飞轮矩 2222
251.49
42.13
293.62
a b GD GD GD N m =+=+=? 工作台及工作与导轨的摩擦力 12()(147.159810)0.12452.5f G G N μ=+?=+?= 折
算
到
电
机
轴
上
的
负
载
转
矩
()(98102452.5)0.72
9.559.55317.520.8331.88
F F f v T N m n η+?+?=?
=?=???
②切削时电动机输出功率 22317.57331.8811.03
60
F P T KW π
=?Ω=??= ③空载时电动机轴上的总飞轮矩为
2
2
2
147150.72251.49365276.77331.88
GD N m ?'=+?=?178645515.44/(min )0.027*******dn dv r s dt dt
=????=?? 147150.10.729.5538.110.8331.88F T N m ??'=?=??；49.50375F F GD dn
T T N m dt
''=+?=?
1-4解：① 旋转部分飞轮矩
22222
2
2
223456781
2
222
222
424263426375(/)(/)(/)(/)(/)(/)a
GD GD GD GD GD GD GD GD GD Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z D D +++=++++???
=222222
2.9417.0598.10294
3.92 3.92
5.590.98(30/2)(30/2)(65/15)(30/2)(65/15)(0.15/0.5)
+++++
++??? =5.590.980.0890.0930.021++++=26.773N m ? 重物、吊钩的总重量为 91049019620201
10G G G N =+=+= 提升速度 12/m i n
0.2k v m m s ==；绳索的速度 224/m
i n k v v m ===卷筒外圆线速度；卷筒转速 5524
15.3/min 0.5
v n r D ππ=
==?；电动机转速 64532653015.3993/min 152
Z Z n n r Z Z =?
?=??=；于是得直线部分飞轮矩为 2
2
2
222
201100.23653650.298993k b
Gv GD N m n ?==?=?；∴ 折算到电动机轴上的系统总飞轮矩为222
26.7730.2987.071a b GD GD GD N m =+=+=?
② 重物吊起时阻转矩为 201100.29.559.5555.250.7993k L c Gv T N m n η?==
?=
?? 重物及吊钩转矩折算值为 201100.29.559.55
38.68
993
k L Gv
T N m n
?'==
?=
? 所以传动机构损耗转矩为 55.25
38.6816.57
L L T T T N m '?=-=-=? 放下时阻转矩为 255.2
5216.7522.1L L T T T N m ''=-?=-?=? ③ 空钩吊起时阻转矩为 904900.2
9.559.559.4250.1993
k L G v T N m n η?==?=?? 空钩其转矩折算值为 94900.29.55
9.550.9425993
k L G v T N m n ?'==?=? 所以传动机构损耗转矩为 9.4250.94258.48L L T T T N m '?=-=-=? 放下时的阻转矩为 29.42528.487.54L L T T T N m ''=-?=-?=-?
④ 在②种情况下，由于L T 和L T ''都大于零，所以电动机是输出机械能；在③种情况下，由于L T 大于零，所以吊起时输出机械能，而0L T ''
<，所以下方时电动机输入机械能。
1-5解：此题数据好像有点问题
3217109.559.55108.231500N N
N P T N m n ?=?=?=?；3
171085.85%22090
N N N P U I η?===?
0 2.8N N N P U I P KW =-=；3
00 2.8109.559.5517.831500N P T N m n ?=?
=?=? 02126.06N N T T T N m =+=?；126.06 1.4/90
N t N N T C N m A I φ=
==? 1 1.40.1479.559.55e N t N C C φφ=
==；0220
1500.71/min 0.147
N e N U n r C φ===
1-6解： ①
N
图题1-6各种情况下的机械特性曲线
② 设转速为1n ，则有
01
00.5N N N
T n n T n n -=
-111500.710.51500.355/min 1500.711500n n r -?=?=- 设电枢电流为a I ，则有
0013001500.711300
15001500.711500
a a N N I n I I I n --=?=--=
第二章 2-1解： ①122053.40.4 0.132/(min )1500N N a e N N U I R C V r n ---?Φ= == 9.55 1.26/T N e N C C N m A Φ=Φ= ②67.28N t N N T C I N m =Φ= 29.5563.67260 N N N N N P P T N m n n π= == ③02 3.61N N T T T N m =-= ④01666.67/min N e N U n r C = =Φ 002 1657.99/min a e t N R n n T r C C =- =Φ实际 ⑤0000.5()1583.34/min a N N N I n n n n n n r I =-?=--= ⑥2200.1321400 880.4 N e N a a U C n I A R -Φ-?= == 2-2 解： 1311222333112212285.2170.4110 0.646170.4 1.711.710.130.2221.710.130.381.710.130.6460.2220.130.0920.380.N N st st a st a st a st st a st st st I I A A U R I R R R R R R r R R r R R λλλλ==?== === ====?=Ω==?=Ω==?=Ω=-=-=Ω=-=-3322220.1580.6460.380.266st st st r R R =Ω=-=-=Ω
2-3 解： 取 12118.32236.6N I I A ==?= 式中1I 为最大允许电流，稳态时，负载电流L N I I =，令切换电流 2 1.15 1.15L N I I I == 则1 2 1.74I I λ= = 1lg 3.7lg N a U I R m λ ?? ? ??== 取m=4. 则 1.679λ==，122 1.191.679N N L I I I I I λ===> 4342312(1)0.0790.1330.2230.374st a st st st st st st R R R R R R R R λλλλ=-=Ω==Ω==Ω==Ω 、 式中，1st R ，2st R ，3st R ，4st R 分别是第一级，第二级，第三级，第四级切除阻值。 2-4解： ①电枢电路不串电阻达稳态时， 0.80.80.8126.8 em L T N a N T N N a N T T T C I T C I I I φφ=====?== 0.20415N N a N N N a e N N N a e N N U I R U E I R C n I R C n φφ-=+=+?= = 则电枢回路不串电阻时的转速：
第二章 2-1解： ① 122053.40.4 0.132/(min )1500 N N a e N N U I R C V r n ---?Φ= == 9.55 1.26/T N e N C C N m A Φ=Φ= ② 67.28N t N N T C I N m =Φ= 29.5563.67260 N N N N N P P T N m n n π= == ③ 02 3.61N N T T T N m =-= ④ 01666.67/min N e N U n r C = =Φ 002 1657.99/min a e t N R n n T r C C =- =Φ实际 ⑤ 0000.5()1583.34/min a N N N I n n n n n n r I =- ?=--= ⑥ 2200.1321400 880.4 N e N a a U C n I A R -Φ-?= == 2-2 解： 1311222333112212285.2170.4110 0.646170.4 1.711.710.130.2221.710.130.381.710.130.6460.2220.130.0920.380.N N st st a st a st a st st a st st st I I A A U R I R R R R R R r R R r R R λλλλ==?== =======?=Ω==?=Ω==?=Ω=-=-=Ω=-=-3322220.1580.6460.380.266st st st r R R =Ω=-=-=Ω
2-3 解： 取12118.32236.6N I I A ==?= 式中1I 为最大允许电流，稳态时，负载电流L N I I =，令切换电流 2 1.15 1.15L N I I I == 则1 2 1.74I I λ= = 1lg 3.7lg N a U I R m λ?? ? ??== 取m=4. 则 1.679λ= =，122 1.191.679 N N L I I I I I λ===> 4342312(1)0.0790.1330.2230.374st a st st st st st st R R R R R R R R λλλλ=-=Ω==Ω==Ω==Ω 、 式中，1st R ，2st R ，3st R ，4st R 分别是第一级，第二级，第三级，第四级切除阻值。 2-4解： ①电枢电路不串电阻达稳态时， 0.80.80.8126.8 em L T N a N T N N a N T T T C I T C I I I φφ=====?== 0.20415N N a N N N a e N N N a e N N U I R U E I R C n I R C n φφ-=+=+?= = 则电枢回路不串电阻时的转速： 12200.1126.8 1015.53/min 0.20415 N a a e N U I R n r C φ--?= == ② 22 ()N a s N a s N a s a a e N e T N e N e N e N U R R U R R U R R I n T I C C C C C C φφφφφ++-+= -=-=
第二章电力拖动系统的动力学 选择以下各题的正确答案。 (1) 电动机经过速比j =5的减速器拖动工作机构, 工作机构的实际转矩为20N·m, 飞轮矩为1N·m,不计传动机构损耗, 折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为。 A. 20N·m,5N·m B. 4N·m,1N·m C. 4N·m,·m D. 4N·m,·m E. ·m,·m F. 100N·m,25N·m (2) 恒速运行的电力拖动系统中, 已知电动机电磁转矩为80N·m,忽略空载转矩, 传动机效率为, 速比为10, 未折算前实际负载转矩应为。 A. 8N·m B. 64N·m C. 80N·m D. 640N·m E. 800N·m F. 1000N·m (3) 电力拖动系统中已知电动机转速为1000r/ min, 工作机构转速为100r/ min, 传动效率为, 工作机构未折算的实际转矩为120N·m, 电动机电磁转矩为20N·m, 忽略电动机空载转矩, 该系统肯定运行于。( ) A. 加速过程 B. 恒速 C. 减速过程 答 (1) 选择D。因为转矩折算应根据功率守恒原则。折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比,为4N·m;飞轮矩折算应根据动能守恒原则, 折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方, 为·m。 (2) 选择D。因为电力拖动系统处于恒速运行, 所以电动机轴上的负载转矩与电磁转矩相平衡,为80N·m, 根据功率守恒原则,实际负载转矩为80N·m××10=640N·m (3) 选择A。因为工作机构折算到电动机轴上的转矩为120N·m /×100(r/ min)/1000(r/ min)=40/3N·m小于电动机电磁转矩,故电力拖动系统处于加速运行过程。 电动机拖动金属切削机床切削金属时, 传动机构的损耗由电动机负担还是由负载负担? 答电动机拖动金属切削机床切削金属时, 传动机构的损耗由电动机负担,传动机构损耗转矩ΔT与切削转矩对电动机来讲是同一方向的, 恒速时, 电动机输出转矩T2 应等于它们二者之和。 起重机提升重物与下放重物时, 传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担?提升或下放同一重物时,传动机构损耗的转矩一样大吗?传动机构的效率一样高吗? 答起重机提升重物时, 传动机构损耗转矩ΔT由电动机负担;下放重物时,由于系统各轴转向相反, 性质为摩擦转矩的ΔT方向改变了,而电动机电磁转矩T及重物形成的负载转矩方向都没变,因此ΔT由重物负担。提升或下放同一重物时,可以认为传动机构损耗转矩的大小ΔT是相等的。若把损耗ΔT的作用用效率来表示,提升重物时为η, 下放重物时为η′, 由于提升重物与下放重物时ΔT分别由电动机和负载负担, 因此使η≠η′, 二者之间的关系为η′=2-1/η。 表所列生产机械在电动机拖动下稳定运行时的部分数据,根据表中所给数据, 忽电动机的空载转矩, 计算表内未知数据并填入表中。 如图所示，已知切削力F=2000N,工件的直径d=150mm，电动机转速n=1450r/min,减速箱的三级速比j1 =2,j2 =,j3 =2, 各转轴的飞轮矩为GDa =·m(指电动机轴), GDb =2N·m, GDc =·m, GDd =9N·m, 各级传动效率都是η=, 求: (1) 切削功率;(2) 电动机输出功率;(3) 系统总飞轮矩;(4) 忽略电动机空载转矩时, 电动机电磁转矩;(5) 车床开车但未切削时,若电动机加速度dn/dt=800r/ (min·s),忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损耗, 求电动机电磁转矩 解 (1) 切削功率。切削负载转矩Tf = F·d/2= 2000×2= 150N·m 负载转速nf =n/j1j2j3=1450/(2××2)= min
第二章双闭环直流调速系统 2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 （1 （2 （1 （2 （3 （4 2-3是多少？ 答：=βId=Ui，Uc=U d0 2-4如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为0，为什么？
答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 Unm*试求：（1 （2 解：（1 α=Unm* （2 2-8Uim=8V （1）Ui （2）Uc 解：（1 电流为 电流为 （2）Uc增加。 2-9在双闭环直流调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因电动机励磁下降一半，系统工作情况将会如何变化？（λ=1.5） 答：设突发状况之前的磁通为?1，令此时的磁通为?2，之前的电磁力矩为Te1，此刻的电磁力矩为Te2，负载转矩恒为T l，电机励磁下降一半，则?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜T l，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜T l，n会一直下降到0。
第二章电力拖动系统的动力学 2.1 选择以下各题的正确答案。 (1) 电动机经过速比j =5的减速器拖动工作机构, 工作机构的实际转矩为20N·m, 飞轮矩为1N·m,不计传动机构损耗, 折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为。 A. 20N·m,5N·m B. 4N·m,1N·m C. 4N·m,0.2N·m D. 4N·m,0.04N·m E. 0.8N·m,0.2N·m F. 100N·m,25N·m (2) 恒速运行的电力拖动系统中, 已知电动机电磁转矩为80N·m,忽略空载转矩, 传动机效率为0.8, 速比为10, 未折算前实际负载转矩应为。 A. 8N·m B. 64N·m C. 80N·m D. 640N·m E. 800N·m F. 1000N·m (3) 电力拖动系统中已知电动机转速为1000r/ min, 工作机构转速为100r/ min, 传动效率为0.9, 工作机构未折算的实际转矩为120N·m, 电动机电磁转矩为20N·m, 忽略电动机空载转矩, 该系统肯定运行于。( ) A. 加速过程 B. 恒速 C. 减速过程 答(1) 选择D。因为转矩折算应根据功率守恒原则。折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比,为4N·m;飞轮矩折算应根据动能守恒原则, 折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方, 为0.04N·m。 (2) 选择D。因为电力拖动系统处于恒速运行, 所以电动机轴上的负载转矩与电磁转矩相平衡,为80N·m, 根据功率守恒原则,实际负载转矩为80N·m×0.8×10=640N·m (3) 选择A。因为工作机构折算到电动机轴上的转矩为120N·m /0.9×100(r/ min)/1000(r/ min)=40/3N·m小于电动机电磁转矩,故电力拖动系统处于加速运行过程。 2.2 电动机拖动金属切削机床切削金属时, 传动机构的损耗由电动机负担还是由负载负担? 答电动机拖动金属切削机床切削金属时, 传动机构的损耗由电动机负担,传动机构损耗转矩ΔT与切削转矩对电动机来讲是同一方向的, 恒速时, 电动机输出转矩T2 应等于它们二者之和。 2.3 起重机提升重物与下放重物时, 传动机构损耗由电动机负担还是由重物负担?提升或下放同一重物时,传动机构损耗的转矩一样大吗?传动机构的效率一样高吗? 答起重机提升重物时, 传动机构损耗转矩ΔT由电动机负担;下放重物时,由于系统各轴转向相反, 性质为摩擦转矩的ΔT方向改变了,而电动机电磁转矩T及重物形成的负载转矩方向都没变,因此ΔT由重物负担。提升或下放同一重物时,可以认为传动机构损耗转矩的大小ΔT是相等的。若把损耗ΔT的作用用效率来表示,提升重物时为η, 下放重物时为η′, 由于提升重物与下放重物时ΔT分别由电动机和负载负担, 因此使η≠η′, 二者之间的关系为η′=2-1/η。 2.5 表2.1所列生产机械在电动机拖动下稳定运行时的部分数据,根据表中所给数据, 忽电动机的空载转矩, 计算表未知数据并填入表中。
第二章双闭环直流调速系统 2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的 什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数 不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改 变ASR的限幅值。 2-2 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何整定？ 答：转速调节器的作用是： （1）使转速n很快的跟随给定电压Un※变化，稳态时可减小转速误差，如果 采用PI调节器，则可以实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。 电流调节器作用： （1）使电流紧紧跟随给定电压Ui※变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。
2-3 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差（给定与反馈之差）是多少？它们的输出电压是多少？为什么？ 答：若都是PI调节器，则两个调节器的输入偏差为0，即Ui※=Ui，Un※=Un；输出电压为：Ui※=βId=Ui，Uc=U d0/K s=RI d+C e n=(RUi※/β)+(CeUn※/α)。 2-4 如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态 精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5 在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui 是否为0，为什么？ 答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至 Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max= Idmaxβ＞电流反馈信号Un= Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6 在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 在转速、电流双闭环系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。 已知参数：电动机：Pnom=3.7kW ，Unom=220V ，Inom=20A ，nnom=1000r/min，电枢回路总电阻R=1.5Ω，设Unm*= Uim*= Ucm=8V，电枢回路最大电流Idm=40A，电力电子变换器的放大系数Ks=40.试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α；
《电力拖动基础》复习题 一、填空题： 2 1。 直流电机的机械特性方程为 n = Φ ，各项的意义为 ① 同步转 速 no=Ua/Ce Φ ② 转速将 n=-RaT/CaC Φ2 ③ 斜率 β=-Ra/CaC T Φ 2 。 2 ① Ua ＝UN ② Φ=Φ N (I f =I fN ) ③ 电枢 。 他励直流电机的自然（固有）特性的条件 不串电阻。 3。 他励直流电机的人为特性与自然特性相比较，降压人为 ? 特性的斜率 不变 理想空载 转速 变化；串电阻 n 0 不变 ? 变化；弱磁人为 n 0、?均 变化。 4。 直流电机直接启动时 ，I st =（10～20）I N ，带来影响 ① 巨大的电磁力损坏绕组 ② 保护装置的动作无法起动 ③ 换向的条件恶化 ④ 电网电的波动影响其它电机的正常工作 ⑤巨大的冲击力损坏减速装置 。 5。 直流电机起动的方法有 电枢串电阻或降低供电电压 . 。 6。 直流电机的制动有电压反接，电势反接，能耗制动，回馈制动 . 7。 电机的电动状态和制动状态的区别为是 视 n 与 T 方向；相同为电动，相反为制动 。 8。 电机的回馈制动除了 n 与 T 方向相反 还要 |n|>|n 0 |。 n n ， 调速范围 D n max 9。 电机的调速指标： 静差率 n 0. ， 平滑 n min T T N n K ， 调速方法与负载转矩的配合 ， 调速的经济性 .。 性 n K 1 10。 直流电机的恒转矩调速有 调压调速，电枢串电阻，恒功率调速有 弱磁调速 . 11。 直流电机的 n = f （ t ）为 动态特性， n = f （ T ）为 静态特性。 12。 判断电力拖动系统的稳定条件为 dT ∕／dn < dT L / dn 。 13。 产生电力拖动系统过渡（动态）过程的内因有机械惯性、电磁惯性、热惯性 外因有要求电机起动、制动、反向、调速。 14。 电力拖动系统过渡（动态）过程有：机械过渡过程（只考虑机械惯性的一阶动态特性） 和 机械－电磁过渡过程（同时考虑机械惯性和电磁惯性的二阶动态特性） 。 15. 电力拖动系统的运动状态为加速，减速，匀速是由 运动方程 中的 T 与T L 之差为 >0， <0， =0 确定。 16. 三相交流异步电动机机械特性的转矩方程有：物理方程为 T C M M I 2 cos 2 ，
电机及拖动第二章习 题答案
第二章 直流电动机的电力拖动 2.1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动 系统。一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 2.5 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速， 即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 Φ =N e N C U n 0 T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 2 Φ ΦΦ Φ-=-='
2.7答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额 定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 2.8 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机 械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L ）处，满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 3－12 一台绕线转子三相异步电动机，极数2p ＝4，额定功率P N ＝75kW ，额定电压U N ＝380V ，额定电流I N ＝144A ，额定频率f N ＝50Hz ，转子额定电动势E 2N ＝399V ，转子额定电流I 2N ＝116A ，额定转速n N ＝1460r/min ，过载能力m λ＝2.8。用简化实用表达式及较准确的实用表达式绘制电动机的固有机械特性。 解： ()275955095504911460 1374150014600.027150010.027 5.410.146 2222N N N m N m N m N m m e m m m m m m m m P T N m n T T N m s s s T s s s T s s s T s s T s s λλλ==?=?=*=?-= ==+-=?=+=++=+ 3－14 一台笼型三相异步电动机，极数2p ＝4，额定功率P N ＝28kW ，定子绕组为△接，额定电压U N ＝380V ，额定电流I N ＝58A ，额定频率f N ＝50Hz ，额定功率因数cos ?N =0.88，额定转速n N ＝1455r/min ，起动电流倍数K 1＝6，起动转矩倍数K T ＝1.1，过载能力m λ＝2.3。车间变电站允许最大冲击电流为150A ，生产机械要求起动转矩不小于73.5N ·m ，试选择合适的降压起动方法，写出必要的计算数据。若采用自耦降压变压器降压起动，抽头有55％、64％、73％三种。 解：（1）直接起动：348st I N I k I A == 289550 9550184.41450N N N P T N m n ==?=?348 2.32;202.84150st st sty I T N m I α====? （2）降压起动： ()22202.8437.682.32st st T T N m α'== =?不满足要求 （3）Y —△起动：1I 3481163 st A '= ?= 167.63st st T T N m '==?（不满足要求） （4）自耦降压：① 210.5531.8st st I I A '=?= 210.5561.4st st T T N m '=?=? ② 220.64142.5st st I I A '=?= 220.6483st st T T N m '=?=? （最合适） ③ 230.73185.45st st I I A '=?= 230.73108.1st st T T N m '=?=? 《电力拖动基础》复习题 一、填空题： 1。 直流电机的机械特性方程为n = Ua/Ce Φ-RaT/CaC T Φ2，各项的意义为 ① 同步转 速no=Ua/Ce Φ ② 转速将Δn=-RaT/CaC T Φ2 ③ 斜率β=-Ra/CaC T Φ2 。 2。 他励直流电机的自然（固有）特性的条件 ① Ua ＝UN ② Φ=ΦN (I f =I fN ) ③ 电枢 不串电阻。 3。 他励直流电机的人为特性与自然特性相比较，降压人为 ? 特性的斜率 不变 理想空载 转速 变化；串电阻n 0不变?变化；弱磁人为n 0、?均 变化。 4。 直流电机直接启动时，I st =（10～20）I N ，带来影响 ① 巨大的电磁力损坏绕组 ② 保护装置的动作无法起动 ③ 换向的条件恶化 ④ 电网电的波动影响其它电机的正常工作 ⑤巨大的冲击力损坏减速装置 。 5。 直流电机起动的方法有 电枢串电阻或降低供电电压 .。 6。 直流电机的制动有电压反接，电势反接，能耗制动，回馈制动. 7。 电机的电动状态和制动状态的区别为是 视n 与T 方向；相同为电动，相反为制动 。 8。 电机的回馈制动除了n 与T 方向相反 还要 |n|>|n 0|。 9。 电机的调速指标： 静差率00.n n n δ-=， 调速范围max min N T T n D n =??=????， 平滑性1 K K n n ?-=， 调速方法与负载转矩的配合 ， 调速的经济性 .。 10。 直流电机的恒转矩调速有 调压调速，电枢串电阻，恒功率调速有 弱磁调速. 11。 直流电机的n = f （t ）为 动态特性，n = f （T ）为 静态特性。 12。 判断电力拖动系统的稳定条件为 dT ∕／dn < dT L / dn 。 13。 产生电力拖动系统过渡（动态）过程的内因有机械惯性、电磁惯性、热惯性 外因有要求电机起动、制动、反向、调速。 14。 电力拖动系统过渡（动态）过程有：机械过渡过程（只考虑机械惯性的一阶动态特性） 和 机械－电磁过渡过程（同时考虑机械惯性和电磁惯性的二阶动态特性）。 15. 电力拖动系统的运动状态为加速，减速，匀速是由 运动方程 中的T 与T L 之差 为 >0，<0，=0确定。 16. 三相交流异步电动机机械特性的转矩方程有：物理方程为22cos M M T C I ?'=Φ， 第二章 2-1解： ① 122053.40.40.132/(min )1500 N N a e N N U I R C V r n ---?Φ=== ② 67.28N t N N T C I N m =Φ= ③ 02 3.61N N T T T N m =-= ④ 01666.67/min N e N U n r C ==Φ ⑤ 0000.5()1583.34/min a N N N I n n n n n n r I =- ?=--= ⑥ 2200.1321400880.4 N e N a a U C n I A R -Φ-?=== 2-2 解： 2-3 解： 取12118.32236.6N I I A ==?= 式中1I 为最大允许电流，稳态时，负载电流L N I I =，令切换电流 则12 1.74I I λ== 取m=4. 则 1.679λ==，122 1.191.679N N L I I I I I λ===> 4342312(1)0.0790.1330.2230.374st a st st st st st st R R R R R R R R λλλλ=-=Ω ==Ω ==Ω ==Ω、 式中，1st R ，2st R ，3st R ，4st R 分别是第一级，第二级，第三级，第四级切除阻值。 2-4解： ①电枢电路不串电阻达稳态时， 则电枢回路不串电阻时的转速： ② 22()N a s N a s N a s a a e N e T N e N e N e N U R R U R R U R R I n T I C C C C C C φφφφφ++-+=-=-= ③ 1a a e N a a U E I R C n I R φ''=+=+ （由于机械惯性，转速n 不变）将电源电压降至188V 后的瞬时电枢电流： 1880.204151015.53193.20.1 a a U E I A R --?'===- 稳态转速：31880.1126.8858.78/min 0.204150.20415 a a U I R n r --?=== ④ 180%N a a e N a a U E I R C n I R φ'''''=+=+ (转速n 不突变) 则瞬时电枢电流： 稳态转速：42200.1126.81269.4/min 80%80%0.20415 N a a e N U I R n r C φ--?===? ⑤ 串电阻调速，设所串电阻为5R 降压调速 2-5解： ① 端电压不变，励磁回路总电阻不变，所以励磁不变。 电枢回路串入电阻、转速不能突变，所以串入瞬间反电势不变。 ② ''11, 3.2322 em em a a T T I I A === 2-6解： 0N N a U I R -<，题目数据错误。 2-7解： ①对电机A ，拖动恒功率负载，调速前后功率不变，则A A P P '= ∴ 100Aa Aa I I A '== 对电机 B ②对电机A 对电机B ，拖动恒转矩负载，调速前后转矩不变，则 ∴ 100Ba Ba I I A '== 2-8解： 最低理想空载转速 01250/min n r =，处于降压调速的机械特性上 最高理想空载转速 021500/min n r =，处于弱磁调速的机械特性上 ①当01250/min n r =时： 电力拖动知识点整理 第二章 1、脉宽调制 答:利用电力电子开关得导通与关断,将直流电压变成连续可变得电压,并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频得目得。 2、直流蓄电池供电得电流可反向得两象限直流斩 波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比 为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧瞧,回路得 总电阻R=1Ω。问蓄电池得电流Id就是多少?就是 放电电流还就是充电电流? 答:因斩波电路输出电压u0得平均值: U0=ρ ×Us=30%×300=90 V < Ea Id=( U0- E)/ R=(90-100)/1=-10A 就是充电电流,电动机工作在第Ⅱ象限得回馈制动状态, 直流蓄电池吸收能量。 3、PWM调速系统得开关频率 答: 电力晶体管得开关频率越高,开关动态损耗越大;但开关频率提高,使电枢电流得脉动越小,也容易使电流连续,提高了调速得低速运行得平稳性,使电动机附加损耗减小;从PWM变换器传输效率最高得角度出发,开关频率应有一个最佳值;当开关频率比调速系统得最高工作频率高出10倍左右时,对系统得动态特性得影响可以忽略不计。 4.静差率s与空载转速n0得关系p19 答:静差率s与空载转速n0成反比,n0下降,s 上升。所以检验静差率时应以最低速时得静 差率为准。 5、反馈控制有静差调速成系统原理图,各部 件得名称与作用。 答: ①比较器: 给定值与测速发电机得负反 馈电压比较,得到转速偏差电压ΔUn。 ②比例放大器A:将转速偏差电压ΔUn放大,产生电力电子变换器UPE所需得控制电压Uc。 ③电力电子变换器UPE:将输入得三相交流电源转换为可控得直流电压Ud。 ④M电机:驱动电机。 第二章直流电机(DC machine) 本章主要讨论 直流电机的基本结构和工作原理 直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及 改善换向方法 从应用角度分析直流电动机的工作特性和直流发电机的运行特性 1 直流电机的工作原理及结构 (basic operation principle and structure of DC machine) 一、直流电机的工作原理(basic operation principle) 直流电动机实质上是一台装有换向装置的交流电动机；直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 原理带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起 来，f=BiL 。 在直流电动机中，线圈中的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向是恒定的。把电刷A 、B 接到直流电源上，电刷A 接正极，电刷B 接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。如图1。 在磁场作用下，N 极性下导体ab 受力方向从右向左，S 极下导体cd 受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。 图1 图2 当电枢旋转到图2所示位置时, 原N 极性下导体ab 转到S 极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd 转到N 极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。 直流发电机实质上是一台装有换向装置的交流发电机；原理导体切割磁力线产生感应电动势，e=BLV；原动机驱动电机转子逆时针旋转，如图3。 图3 图4 转过1800后如图4。导体ab 在S 极下，a 点低电位，b 点高电位；导体cd 在N 极下，c 点低电位，d 点高电位；电刷A 极性仍为正，电刷B 极性仍为负。和电刷A 接触的导体总是位于N 极下，和电刷B 接触的导体总是位于S 极下。电刷A 的极性总是正的，电刷B 的极性总是负的，在电刷A、B 两端可获得直流电动势。 线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。 直流电机的可逆性 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。 二、直流电机的结构(basic structure) 定子主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；转子电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴。气隙 第二章作业标准答案 2－10他励直流电动机的铭牌数据如下为: N N 21U =220V I =115A N P KW =，，， N n =1000r/min ， 电枢总电阻a R =0.18Ω。 （1） 计算并绘制固有机械特性； （2） 转速为1100 r/min 时的电枢电流是多少？ （3） 电压降至200V ，电枢电流a N I I =时的转速是多少？ 解：（1）固有特性：2201150.180.19931000 e N C φ-?= = 22200.1811040.470.19939.550.1993n T T =-=-? （2）2200.19931100 4.280.18N e N a a U C n I A R φ--?= == （3）2000.181004104900/min 0.19930.1993N n I r = -?=-= （3）5240.83n T =- （4）1310 1.3n T =- 2－11一台他励直流电动机的额定数据为： N N 1.75U =110V I =18.5A N P KW =，，， N n =1500r/min 0.5a =Ω，R 。 （1） 直接起动的起动电流是多少？ （2） 如果要求起动电流限制为2N I ，采用降低电源电压起动，最低电压是多少？若采用电枢串电阻起动，应串 入多大电阻？ 解：（1） 11018.50.50.0671500 e N C φ-?= = 0n =时, 1100.50=2200.0670.067a a I I A -?= （2）降压起动：2218.50.518.5N a U I R V ==??= 串电阻： 1100.5 2.472218.5 N a N U R R I =-=-=Ω? 2－12 一台他励直流电动机，其名牌数据：N N 10U =220V I =53A N P KW =，，，0.394a R =Ω N n =1000r/min 。采用电枢串电阻分级起动，其最大起动电流12N I I =，起动级数3m =，求各段起动电阻值，并计算分段电阻切除时的瞬时速度。 解：0.3940.199min/a e N R C V r φ=Ω=， 串入最大电阻：N 3m m 1U 220 2.08R ===2.08= 1.74I 2530.394 m a R R βΩ?==?电力拖动基础 孙克军第三章作业
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