《电机与电气控制技术》第2版习题解答
第三章直流电机
3-1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用
答：直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引入的装置。在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流，产生恒定方向的转矩，使电枢旋转。
3-4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C t I a1，E a=C e n中各物理量的涵义。
答：直流电动机电磁转矩T=C T I a
式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数；
：每极磁通；
I a：电枢电流、
T：电磁转矩。
直流电动机电枢电动势公式E a=C e n
式中：C e：与电动机结构有关的另一常数，称电动势系数；
：每极磁通；
n：电动机转速；
E a：电枢电动势。
3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势
答：直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁力线，产生感应电动势，由于该电动势方向与电枢电流的方向相反，故称为反电动势。
3-6试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么
答：直流电动机的基本方程式有电动势平衡方程式、功率平衡方程式和转矩平衡方程式。
1）电动势平衡方程式：U=E a+I a R a
式中U：电枢电压；
E a：电枢电动势；
I a：电枢电流；
R a：电枢回路中内电阻。
2）功率平衡方程式：
电动机的输入电功率P1=P em+P cua
式中P em：电磁功率
P cua：电枢绕组的铜损
电动机输出的机械功率：P2=P em P Fe P m=P1P cua P Fe P m
式中P Fe：电枢铁心损耗；
P m：机械损耗；
P1：电动机输入的电功率。
3）转矩平衡方程式：T2=T T0
式中T2：电动机轴上输出的机械转矩；
T：电动机电磁转矩；
T0：空载转矩。
.何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。
答：直流电动机的机械特性是在稳定运行情况下，电动机的转速n与机械负载转矩T L之间的关系，即n=f(T L)。机械特性表明电动机转速因外部负载变化而变化的情况，由于电动机电磁转矩T近
似等于负载转矩T L ，故n=f(T L )常写成n=f(T)。
他励直流电动机的机械特性方程式为： 2e e t U R n T C C C φφ=- 当U 、R 、数值不变时，转速n 与电磁转矩T 为线性关系。
何谓直流电动机的固有机械特性与人为机械特性
答：当他励直流电动机的电源电压U 、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻时的机械特性称为固有机械特性，其机械特性方程式为：
2
N a e N e t N U R n T C C C φφ=- 人为地改变电动机电源电压U ，气隙磁通和电枢回路串联电阻R pa 等参数，获得的机械特性为人为机械特性。
写出他励直流电动机各种人为机械特性方程式。
答：1）改变电源电压时的人为机械特性方程式。
2
a e N e T N R U n T C C C φφ=- 2）改变磁通时的人为机械特性方程式：
2
N a e e T U R n T C C C φφ=- 3)电枢回路串接电阻R pa 时的人为机械特性方程式。
2
a pa N e N e T N R R U n T C C C φφ+=- 3-10 直流电动机一般为什么不允许采用全压起动
答：直流电动机全压起动时起动电流I st =U N /R a ，由于电枢电阻R a 很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的10~20倍，起动转矩T st =C T N I st 也很大。过大的起动电流一方面引起电网电压下降，影响其他用电设备正常工作，另一方面电动机本身的换向器产生剧烈的火花。而过大的起动转矩将使电动机轴上受到不允许的机械冲击。所以一般不允许采用全压起动。
3-12 他励直流电动机实现反转的方法有哪两种实际应用中大多采用哪种方法
答：他励直流电动机实现反转的方法有改变电枢电压极性与改变励磁电流方向两种。实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。
3-13 他励直流电动机电气制动有哪几种
答：他励直流电动机常用的电气制动有能耗制动、反接制动和发电回馈制动三种。
3-14 何谓能耗制动其特点是什么
答：能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并联接到一个外加的制动电阻R bk 上构成闭合回路。电枢断开电源后，仍按惯性旋转，电枢仍产生电枢电动势，产生电枢电流。但由于电枢电压U=0，由电枢电动势产生的电枢电流为负值，其方向与电动状态时的电枢电流方向相反，由此产生的电磁转矩T 方向也与电动机电动状态时的转速方向相反，电磁转矩T 成为一个制动转矩，使n 迅速下降至零。
在制动过程中，电动机把拖动系统的动能转变为电能并消耗在电枢回路的电阻上，故称为能耗制动。
对于反抗性负载采用能耗制动能获得准确停车。
对于位能性负载，在下放重物时采用能耗制动，先经历电动机能耗制动使电动机转速n=0，然后在位能负载转矩T L 作用下反转，进入稳定能耗制动运行状态。
3-15 试分析电枢反接制动工作原理。
答：电枢反接制动时，是将电枢反接在电源上，同时电枢回路串接制动电阻R bk。在电枢电源反接瞬间，转速n因惯性不能突变，电枢电动势Ea也不变，但电枢电压U已反向，此时电枢电流Ia 为负值，表明制动时电枢电流反向，于是电磁转矩也反向，与惯性转速方向相反，起制动作用，使电动机转速在电磁转矩与摩擦转矩共同作用下迅速下降并至零，若要准确停车，当n接近零时，应立即切断电源，否则将进入反向起动。
3-16 试分析倒拉反接制动工作原理，能实现倒拉反接制动的条件是什么
答：倒拉反接制动发生在起重电动机工作在提升重物的情况下。提升电动机原工作在正转电动状态，D、n a转升提升。当要下放重物时，采用的起重电动机电枢电压极性不变，仍为正转接线，但在电枢电路中串入较大电阻R bk，这时电动机转速因惯性不变，但电枢电流下降，电动机电磁转矩T下降，于是电磁转矩T负载转矩T L，电动机减速至零。转速等于零时，T L仍大于T，在位能负载转矩T L作用下，电动机反向，现在的电磁转矩仍保持原提升方向。与转速n方向相反，电动机处于制动状态，当T=T L时，电动机以稳定转速n b下放重物。由于此运行状态是由位能负载转矩拖动电动机反转而产生，故称为倒拉反接制动。
产生或实现倒拉反接制动的条件是：提升电动机在较大位能负载作用下，电柜回路要串入较大电阻。
3-17 何谓发电回馈制动其出现在何情况下
答：发电回馈制动是指当电动机转速高于电动机理想空载转速，即n n a时，由于电柜电动势E a 大于电柜电压U，从而使电柜电流反向，相当于电动机向电源回馈电能，此时电磁转矩T方向与电动状态时相反，而转速方向未变，起制动作用，电动机处于发电回馈制动状态。
发电回馈制动出现在位能负载高速拖动电动机时与电动机降低电枢电压调速时。
3-18 他励直流电动机调速方法有哪几种各种调速方法的特点是什么
答：他励直流电动机的调速方法有降低电枢电压调速、改变电枢回路串接电阻调速和减弱电动机励磁磁通调速。
直流电机 一、填空 1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势与电流就是。 答:交流的。 2.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩,做额定运行时,如果将电源电压降低了20℅,则 稳定后电机的电流为倍的额定电流(假设磁路不饱与)。T em=C T0、8φIa 答:1、25倍。 3.并励直流电动机,当电源反接时,其中I a的方向,转速方向。 答:反向,不变。 4.直流发电机的电磁转矩就是转矩,直流电动机的电磁转矩就是转矩。 答:制动,驱动。 5.直流电动机电刷放置的原则就是: 。 答:空载时正、负电刷之间获得最大的电动势,这时被电刷短路的元件的电动势为零。 6.直流电动机调速时,在励磁回路中增加调节电阻,可使转速,而在电枢回路中增加调 节电阻,可使转速。 答:升高,降低。 7.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。 答:绕组铜损耗。 I;当负载增加 8.串励直流电动机在负载较小时, a I;负载增加时,n下降的程度比并励电动机要。 时,T e, a 答:小,增加,增加,严重。 9.并励直流电动机改变转向的方法有, 。 答:将电枢绕组的两个接线端对调,将励磁绕组的两个接线端对调,但二者不能同时对调。 10.串励直流电动机在电源反接时,电枢电流方向,磁通方向,转速n的方 向。 答:反向,反向,不变。 11.当保持并励直流电动机的负载转矩不变,在电枢回路中串入电阻后,则电机的转速 将。 答: 12.直流电机单叠绕组的并联支路数为 答:2p。 13.直流发电机,电刷顺电枢旋转方向移动一角度,直轴电枢反应就是;若为电动机,则直轴电枢反应就是。 答:去磁的,增磁的。 二、选择填空 1.一台串励直流电动机,若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度,设电机的电枢电流保持不变, 此时电动机转速。 A:降低B:保持不变, C:升高。 答:C 2.一台直流发电机,由额定运行状态转速下降为原来的30℅,而励磁电流及电枢电流不变, 则。 A:E a下降30℅,
第二章直流电机 内容提要 一、直流电机的工作原理 1、皮—萨电磁定律 f=其方向用左手定则确定。 Bil 2、直流电机电枢绕组内电流是交变的，直流电机具有可逆性。 二、直流电机的绕组 1、绕组的基本形式：单迭绕组和单波绕组。 2、单迭绕组的特点 a=a为支路对数，p为磁极对数。 p 3、单波绕组的特点 = a a为支路对数，即单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总等于1。 1 三、直流电机的励磁方式 1、直流电机的励磁方式：分为他励、并励、串励和复励。 2、他励直流电机 他励直流电机是一种励磁绕组与电枢绕组无联结关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电的直流电机，励磁电流与电枢电流无关。 3、串励直流电机 串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的电枢电流与励磁电流相等。 4、并励直流电机 并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上所加的电压就是电枢两端的电压。 5、复励直流电机 复励直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联(称为并励绕组)，然后再和另一个励磁绕组串联(称为串励绕组)。也可以一个励磁绕组与电枢绕组串联后，再和另一个励磁绕组并联。 四、直流电机的磁场和电枢反应
1、直流电机的主磁路 分为五段：定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；主磁路和定子磁轭。 2、直流电机的空载磁场 空载时，气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁动势建立。 电机磁路中磁通数值不大时，磁动势随磁通成正比例地增加；当磁通达到一定数值后，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性。 3、直流电机负载时的磁场及电枢反应 (1)负载时气隙磁场发生了畸变；(2)呈去磁作用； 五、并励直流电动机的基本方程 感应电动势 n C E e a ?= 电磁转矩 a T em I C T ?= 转矩方程 02T T T em += 电动势平衡方程 a a a R I E U += 功率平衡方程 N N N N I U P η= n T T I E p em em a a em 60 2π = Ω== N Fe c m ec Cuf Cua P p p p p p P +++++=1 六、直流电动机的工作特性 1、并励直流电动机的工作特性 (1)转速特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f n =的关系曲线。 a e a e I C R C U n ? ?-= ? e N C U n = 0，0n 为理想空载转速。 电动机的转速特性曲线是一根斜率为 ? e a C R 的直线。 (2)转矩特性 当fN f N I I U U ==,时，()a em I f T =的曲线。
第二章直流电机的电力拖动 2-1 他励直流电动机的机械特性的斜率与哪些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？ n称为理想空载转速？ 2-2 为什么 2-3 什么叫人为机械特性？ 2-4 为什么降低电源电压的人为机械特性是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？ 2-5什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？ 2-6 他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或改变电源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？ 2-7 他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？ 2-8 起动他励直流电动机前励磁绕阻断线，没发现就起动了，下面两种情况会引起什么后果？ 2-9 如何判断他励直流电动机是处于电动运行状态还是制动运行状态？ 2-10 他励直流电动机有哪几种调速方法？各有什么特点？ 2-11 一台他励直流电动机，铭牌数据为P N=60kW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min，试求： （1）固有机械特性并画在坐标纸上。 （2）T=0.75T N时的转速。 （3）转速n=1100r/min时的电枢电流。 2-12 电动机的数据同上题，试计算并画出下列机械特性： （1）电枢回路总电阻为0.5R N时的人为机械特性。 （2）电枢回路总电阻为2R N的人为机械特性。 （3）电源电压为0.5U N，电枢回路不串电阻时的人为机械特性。 （4）电源电压为U N，电枢不串电阻，ф=0.5фN时的人为机械特性。 注：R N=U N/I N称为额定电阻，它相当于电动机额定运行时从电枢两端看进去的等效电阻。 2-13 Z2—71型他励直流电动机，P N=7.5kW，U N=110V，I N=85.2A，n N=750r/min，
第1章 导论 1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。 电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦， 消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生 叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。 与 磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m E fN φ=。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。 1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个 绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。d L e d t L ψ =- 对空心线圈：L Li ψ= 所以di e L L dt =- 自感：2L L N N m m i i i L Ni N φψ= = = ∧=∧ A m l μ∧= 所以，L 的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。 闭合铁心μ>>μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木 质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u 1为正弦电压，∴电流i 1也随时间变化，由i 1产生的磁通随时间变化，由电磁感 应定律知d dt e N Φ=-产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
直流电机常见故障案例 直流电机常见的故障包括如下几种： 一、直流电动机不能启动 直流电动机不能启动的原因及解决方法原因解决方法 1．线路中断：检查线路是否完好，起动器接线是否正确，保险丝是否熔断，励磁欠压继电器是否动作。 2．起动时负载过重：减去部份负载。 3．电刷接触不良：检查刷握弹簧是否松弛。 4．串激绕组接反：按正确接线图接线。 5．线路电压太低：用万用表测电压，提高电压后在起动。 6．轴承损坏或有杂物卡死：停车后，调换轴承，排除杂物。 二、电刷火花过大 1．电刷火花过大的原因及解决方法原因解决方法：电刷与换向器接触不良或电刷磨损过短；研磨电刷接触面,更换新电刷。 2．电刷上弹簧压力不均匀：适当调整弹簧压力,使每个电刷压力保持在1.47×104～2.45×104Pa,也可凭手上的感觉。 3．刷握松动将刷握螺栓固紧,使刷握和换向器表面平行；刷握离换向器表面距离过大；调整刷握至换向器距离,一般为2～3mm 。 4．电刷牌号不符合要求：更换原来牌号。 5．电刷与刷握配合不当：不能过紧或过松,保证在热态时,电刷在刷握中能自由滑动,过紧可用砂纸将电刷适当砂去一些,过松的要调换新电刷。 6．换向器片间云母未拉净：用手拉刀刻去剩余云母。 7．刷架中心位置不对：移动刷架座,选择火花最好位置。 8．电机长期超负载：调整负载,在额定负载内。 9．换向极线圈短路：重新绕制线圈。 10电枢绕组断路：拆开电机,检查电枢绕组,用毫伏表找出断路处,若不能焊接将重绕。 11电枢绕组短路或换向器断路：电机运转时,换向器刷握下冒火,电枢发热,应检查云母槽中有无铜屑,或用毫伏表测换向片间电压降,检查出绕组短路处。 12．电压过高：调整外加电压到额定值。 13．换向极引出线接反：帘动机在负载时转速稍慢并出火,应调换和刷杆相联接的两线头 三、电动机转速不正常 1．励磁绕组回路开路，励磁电压过低：检查磁场线圈联接是否良好，接错磁场线圈或调速器内部是否断路，励磁欠压继电器是否动作，励磁电压是否正常。 2．电刷不在正常位置：按所刻记号调整刷杆座位置。 3．电枢及磁场线圈短路：检查换向器表面及接头片是否有短路，测量磁场线圈每极直流电阻是否一样。 4．外加电压过高或过低：用万用表测量，将电压调整到允许范围内。
第三章 直流电机 习题解答 3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？ 答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。 3-2. 一台p 对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R ，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？ 答：P 2R . 解析：设单叠绕组时支路电阻为R 1 ，考虑到并联支路数2a =2p ，故有： 1 2R R P = ,则12R PR = ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 , 则每条支路电阻为22p R ，并联电阻为2p R 。 3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？ 答：(N 极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）； 主要消耗在气隙。 3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎 样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？ 答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。 3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态 电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？
《运动控制系统》课程设计指导书 一、课程设计的主要任务 （一）系统各环节选型 1、主回路方案确定。 2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。 （二）主要电气设备的计算和选择 1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。 2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。 3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。 4、平波电抗器选择计算。 （三）系统参数计算 1、电流调节器ACR 中i i R C 、 计算。
2、转速调节器ASR 中n n R C 、 计算。 3、动态性能指标计算。 （四）画出双闭环调速系统电气原理图。 使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。 二、基本要求 1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。 2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。 3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。 4、掌握触发电路的选型、设计方法。 5、掌握同步电压相位的选择方法。 6、掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。 7、掌握电气系统线路图绘制方法。 8、掌握撰写课程设计报告的方法。 三、 课程设计原始数据
有以下四个设计课题可供选用： A 组： 直流他励电动机：功率P e ＝1.1KW ，额定电流I e =6.7A ，磁极对数P=1， n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =2.34Ω,主电路总电阻R ＝7Ω，L ∑＝246.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，K s =58.4，机电时间常数 T m =116.2ms ，滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =* B 组： 直流他励电动机：功率P e ＝22KW ，额定电压U e =220V ，额定电流I e =116A,磁极对 数P=2，n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =0.112Ω,主电路总电阻R ＝ 0.32Ω，L ∑＝37.22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数 C e =0.138 Vmin ／r ，K s =22，电磁时间常数T L =0.116ms ，机电时间常数T m =0.157ms ， 滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =* C 组： 直流他励电动机：功率Pe ＝145KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R ＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms ，机电时间常数
第三章 直流电机 一、填空 1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。 答：交流的。 2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率 ，而电刷电压 。 答：减小，不变。 3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η将 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。 4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。 5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中I a 的方向 ，转速方向 。 答：反向，不变。 6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。 答：制动，驱动。 7. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若它们的负载转矩同样增加0.5，则可知： 电动机转速下降得多，而 电动机的电流增加得多。 答：串励，并励。 8. ★电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流I a 增加时，转速n 将 ，转矩T e 将 。 答：下降，增加。 9. 直流电动机电刷放置的原则是： 。 答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。 10. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速 ，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速 。 答：升高，降低。 11. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直流电动机包括 损耗。 答：空载损耗功率，绕组铜损耗。 12. ★串励直流电动机在负载较小时，a I ；当负载增加时，T e ，a I ；n 随着负载增加下降程度比并励电动机要 。 答：小，增加，增加，严重。
第三章直流电机 习题解答 3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？ 答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。3-2. 一台p对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？答：P2R. 解析：设单叠绕组时支路电阻为R1 ，考虑到并联支路数2a=2p，故有： R 2R P1 , 则R1 2PR ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R1 , 则每条支路电阻为 2p2R ，并联电阻为p2R 。 3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答：（N 极），气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）； 主要消耗在气隙。 3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？ 答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。 3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？ 答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。 3-6.一台直流电动机运行在电动机状态时换向极能改善换向，运行在发电机状态
一、填空题 1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。 答：交流的。 2. 一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后， 发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。 串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ， 电动机的效率η将 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。 3．电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流a I 增加时，转速 n 将 ，转矩T e 将 。 答：下降，增加。 4. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直 流电动机包括 损耗。 答：空载损耗功率，绕组铜损耗。 5．一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅， 则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。 二、选择题 1． 把直流发电机的转速升高２０℅，他励方式运行空载电压为01U ，并励方式空载电压为 02U ,则 。 Ａ：01U = 02U ， Ｂ：01U < 02U ， Ｃ：01U > 02U 。 答：B 2．一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U 降为0.5N U ,忽略电枢反应 和磁路饱和的影响，此时电机的转速 。 A ：不变， B ：转速降低到原来转速的0.5倍， C ：转速下降， D ：无法判定。 答：C 3． 在直流电机中，公式n C E e a Φ=Ф和a T I C T Φ=中的Φ指的是 。 A ：每极合成磁通 ， B ：所有磁极的总磁通， C ：主磁通每极磁通 ， D ：以上都不是 。 答：A 4．在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距c y y == 。
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 T I 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。 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 L）处，，（转 2.9 2.10 可见，电枢电流I a与设计参数U、C eΦ、R a有关，当这些设计参数一定时，电枢电流的大小取决于电动机拖动的负载大小， 轻载时n高、I a小，重载时n低、I a大，额定运行时n=n N、 I a=I N。当恒转矩负载下，电枢回路串入电阻或改变电源电压 进行调速，达到稳定后，电枢电流仍为原来的数值，但磁通减 T C C R n n n N N T e a N N2 0Φ = - = ? a a
小时，电枢电流将增大。 2.11 答：起动瞬间转速n=0，电动势E a =C e Φn=0，最初起 动电 流 。 若直接起动，由于R a 很小，I st 会达到十几倍 甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。 2.12 答：将处于电动状态运行的他励直流电动机的电枢两端从电 由于R ’两个公式可知，电压反接制动时的制动电流I aB ’约为能耗制动时的制动电流I aB 的2倍，故电压反接制动时应串入较大的制动电阻。 2.14 答：这两种制动方式的实现都是以位能性负载为前提条件， 当电枢回路串入较大的电阻，使电动机的机械特性与位能性负载转矩特性的交点（工作点）处于第四象限时，电动机便 R U I a N st =
第二章直流电机 2.1直流电机的基本工作原理及结构 授课班级：06金盘电器授课时数：6课时授课方法：举例、实物演绎讲授教具：实物、幻灯片课件授课教师：邓小军审批签字： 教学目的：了解直流电机的主要构成及分类和工作原理。 一、基本工作原理 （一）直流电机的构成 （1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； （2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴 （3）气隙 **注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。 1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机； （1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势 （2）特点：e=BLV； a、电枢绕组中电动势是交流电动势 b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势 c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向） 2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机； （1）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 （2）特点：f=BiL a、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈 b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩 的方向不变。 c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n 同向） **说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。 3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成 （二）直流电机的基本结构 1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）
a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成 b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制 2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚 3、电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽） 4、电枢绕组——电路。电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路） 5、换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料） 6、电刷装置 a、电刷——石墨或金属石墨 b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨） 7、换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电 枢绕组串联） （三）励磁方式 1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式； 2.分类：以直流发电机为例 分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）
第三章 3.1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗。 3.2并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？ 不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励. 3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩T L=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时， 能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？为什么？这个拖动系统中哪些要发生变化？ T=K tφI a u=E+I a R a 当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变. 3.4一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E= E1，如负载转矩T L=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化? 是大于，小于还是等于E1？ T=I a K tφ, φ减弱,T是常数,I a增大.根据E N=U N-I a R a ,所以E N减小.,小于E1. 3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,η =89.5%，试求： N ①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN） P N=U N I N 180KW=230*I N I N=782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N100/ηN P=87.4KW 3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, η =88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。 N P N=U N I NηN 7500W=220V*I N*0.885 I N=38.5A T N=9.55P N/n N =47.75Nm 3.7一台他励直流电动机：P N=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,R a =0.25Ω，其 空载特性为：
第二章习题
第二章直流电动机的电力拖动 思考题与习题 2.1 什么是电力拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。 2.2 写出电力拖动系统的运动方程式，并说明该方程式中转矩正、负号的方 法。 2.3 怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？ 2.4 生产机械的负载转矩特性常见的有哪几类？何谓反抗性负载,何谓位能性 负载? 2.5 电动机理想空载转速与实际空载转速有何区别？ 2.6 什么是固有机械特性？什么是人为机械特性？他励直流电动机的固有特性 和各种人为特性各有何特点？ 2.7 什么是机械特性上的额定工作点？什么是额定转速降？ 2.8 电力拖动系统稳定运行的条件是什么？一般来说，若电动机的机械特性是 向下倾斜的，则系统便能稳定运行？这是为什么？ 2.9 在下列的图中，哪些系统是稳定的？哪些系统是不稳定的？
2.10 他励直流电动机稳定运行时，其电枢电流与哪些因素有关？如果负载 转矩不变，改变电枢回路电阻，或改变电源电压，或改变励磁电流， 对电枢电流有何影响？ 2.11 直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？ 2.12 怎样实现他励直流电动机的能耗制动？试说明在反抗性恒转矩负载下， 能耗制动过程中的n、E a、I a、及T em的变化情况。 2.13 采用能耗制动和电压反接制动进行系统停车时，为什么要在电枢回路中 串入制动电阻？哪一种情况下串入的电阻大？为什么？ 2.14 实现倒拉反转反接制动和回馈制动的条件各是什么？ 2.15 当提升机下放重物时：（1）要使他励电动机在低于理想空载转速下运 行，应采用什么制动方法？（2）若在高于理想空载转速下运行，又应 采用什么制动方法？ 2.16 试说明电动状态、能耗制动状态、回馈制动状态及反接制动状态下的能 量关系。 2.17 直流电动机有哪几种调速方法，各有什么特点？ 2.18 什么是静差率？它与哪些因素有关？为什么低速时的静差率较大？ 2.19 何谓恒转矩调速方式及恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方 法各属于什么调速方式？ 2.20 为什么要考虑调速方式与负载类型的配合？怎样配合才合理？ 2.21 串励电动机为什么不能实现回馈制动？怎样实现能耗制动和反接制 怎样改变他励、并励、串励及复励电动机的转向？ 2.23 串励电动机为何不能空载运行？
《电机与电气控制技术》第2版习题解答 第三章直流电机 3-1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用 答：直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引入的装置。在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流，产生恒定方向的转矩，使电枢旋转。 3-4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C t I a1，E a=C e n中各物理量的涵义。 答：直流电动机电磁转矩T=C T I a 式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数； ：每极磁通； I a：电枢电流、 T：电磁转矩。 直流电动机电枢电动势公式E a=C e n 式中：C e：与电动机结构有关的另一常数，称电动势系数； ：每极磁通； n：电动机转速； E a：电枢电动势。 3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势 答：直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁力线，产生感应电动势，由于该电动势方向与电枢电流的方向相反，故称为反电动势。 3-6试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么 答：直流电动机的基本方程式有电动势平衡方程式、功率平衡方程式和转矩平衡方程式。 1）电动势平衡方程式：U=E a+I a R a 式中U：电枢电压； E a：电枢电动势； I a：电枢电流； R a：电枢回路中内电阻。 2）功率平衡方程式： 电动机的输入电功率P1=P em+P cua 式中P em：电磁功率 P cua：电枢绕组的铜损 电动机输出的机械功率：P2=P em P Fe P m=P1P cua P Fe P m 式中P Fe：电枢铁心损耗； P m：机械损耗； P1：电动机输入的电功率。 3）转矩平衡方程式：T2=T T0 式中T2：电动机轴上输出的机械转矩； T：电动机电磁转矩； T0：空载转矩。 .何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。 答：直流电动机的机械特性是在稳定运行情况下，电动机的转速n与机械负载转矩T L之间的关系，即n=f(T L)。机械特性表明电动机转速因外部负载变化而变化的情况，由于电动机电磁转矩T近
案例一直流电机测速 程序 ; 直流电机转速测量与控制实验 SCNT EQU 51H;为送到0832的值 CKCN EQU 53H SETP EQU 54H;转数 times equ 46h temp1 equ 47h OUTBIT equ 0e101h ; 位控制口 CLK164 equ 0e102h ; 段控制口(接164时钟位) DAT164 equ 0e102h ; 段控制口(接164数据位) IN equ 0e103h ; 键盘读入口 LEDBuf equ 39h ; 显示缓冲 ORG 0000H STRT: LJMP MAIN ORG 0003H ; LJMP PINT0 ORG 000BH ;
LJMP PTF0 ORG 0030H ; PTF0: MOV TH0,#07EH PUSH ACC PUSH PSW PUSH B SETB PSW.3 inc times mov a,times cjne a,#40,ptfj ;判断时间是否到了 mov times,#0 mov a,ckcn mov temp1,a mov ckcn,#0 subb a,setp jnc tt3 mov a,scnt ;加速 add a,#2 mov scnt,a ljmp tt4 tt3: mov a,scnt ;减速 subb a,#2 mov scnt,a tt4: mov a,temp1 ;speed mov b,#10 div ab mov 3ah,a mov a,b mov 39h,a PTFJ: NOP POP B POP PSW POP ACC RETI MAIN: mov sp,#60h mov dptr,#0e100h ;8155初始化 mov a,#03h movx @dptr,a MOV TMOD,#01H ; 定时器初始化 MOV TH0,#07EH MOV TL0,#00H