电机及拖动基础第二章作业题解

第二章 电力拖动系统的动力学基础2-9解：n LJ L J e n e n 1J 1 图2-16 三轴拖动系统eJ折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量为2222221L e 1L e e 222()()75015015()16()1001500150020(N m )n n GD GD GD GD n n =++=+⨯+⨯=⋅ 折算到电动机轴上的负载转矩为L L L c 1L c1c2725(N m)150015000.90.8750150T T T j j j ηηη''====⋅⨯⨯⨯2-10解：J 1n e J 2 n r v L J Ln LJ e图2-18 提升机构n（1）提升速度L v 依照电动机转速n 经过三级减速后，再转换成直线速度的关系，得Ln j n =，321j j j j =，L 123n n n j j j j == L L πv Dn =L L 123π 3.140.21000π31.4(m /min)225D v Dn n j j j ⨯⨯====⨯⨯（2）折算到电动机轴上的静转矩L T根据功率平衡原则，折算到电动机轴上的静转矩为L L L c F v T ωη=这里，0L L G G G F +==，L π60D n v j =， 2π60n ω=，所以 0L c ()(1500100)0.1210(N m)2250.8D G G T j η++⨯===⋅⨯⨯⨯ （3）折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量2GD题中未给出系统中间传动轴和卷筒的飞轮惯量，可用放大系数δ近似估计。

今取1.2δ=，则折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量为222L e 022365()()31.41.210365(1500100)()60100012.16(N m )v GD GD G G nδ=⋅++=⨯+⨯+⨯⨯≈⋅。

第二部分直流电动机的电力拖动一、填空题：1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。

（U=UN、φ=ΦN，电枢回路不串电阻；n；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。

（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。

（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。

（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。

（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。

（）（F）2、直流电动机串多级电阻起动。

在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。

（）（T）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。

（）（T）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。

（）（F）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速X围也越大。

（）（T）三、选择题1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。

2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。

3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。

4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。

习题参考答案第一章1-5 解：cm /A 98H ,T 1002.0002.0A B ====φ（1） F=Hl=98A/cm ⨯30cm=2940A;I=F/N=2940/1000=2.94A.(2) 此时，F 总=H 铁l 铁+H δδ其中：H 铁l 铁=98A/cm ⨯29.9cm=2930.2A; H δδ=δ⨯B/μ0=0.001/(4π⨯10-7)=795.8A; 所以：F 总=2930.2+795.8=3726A1-6 解：（1）;5.199sin Z x ;1407.0200cos Z r 2005.0100Z 1111111ΩϕΩϕΩ===⨯====（2）;66.8sin Z x ;55.010cos Z r 1010100Z 1221222ΩϕΩϕΩ===⨯====1-7 解：每匝电势为：匝744884.036N ;V 4884.00022.05044.4f 44.4e m 1===⨯⨯==φ第二章2-13 解：作直线运动的总质量为：Kg 63966.128022m )1m m (2m =⨯⨯+++⨯=总 转动惯量为：222L m kg 63964D m m J ⋅=⨯==总ρ 系统折算后总转动惯量为：2M 2m L eq m kg 74.49J iJ J 2J J ⋅=+++= 总负载静转矩为：Nm 127792/D g )Hq m (T 2L =⨯⨯+= 折算后负载转矩为：Nm 710i T T L'L ==η 电动机转速加速度等于：5.95dt dv D 60i dt dn i dt dn m ===π 由运动方程的启动转矩：Nm 4.12075.9555.974.49710dt dn 55.9J T T eq 'L k =⨯+=+=第三章3-12 解：因为：n 60Np E a φ=（1）单叠：a=2；6004.02602N 230⨯⨯⨯⨯=； N=5750。

第一章作业解答参考1—8．解：)(630230101453A U P I N N N =⨯==)(1619.0145KW P P NN===ηλ 1—20．解：（1）U V n a pN E a <=⨯⨯⨯⨯==)(186150001.0160372260φ 是电动机状态。

∴（2）)(46.163208.0186220A R E U I a a a =-=-=)(63.19315002604.30)(4.3046.163186m N P T KW I E P M a a M ⋅=⨯⨯⨯=Ω==⨯==π （3）)(6.5208.046.16322KW R I p a a cua =⨯==)(79.292403624.30)(366.54.3021KW p p P P KW p P P Fa M cua M =--=--==+=+=Ω%823679.2912===P P η 1—23．解：（1）)(112.54300014.326010172603m N n P P T N N N N N ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯=Ω=π%2.82942201017)(812.557.1112.54)(7.1344014.32608.2)316.08.2220(26030'00000=⨯⨯==⋅=+=+=⋅=⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=Ω=N N N N N a a M I U P m N T T T m N n I E P T ηπ（2）N e e C C Φ=Φ∴0忽略电枢反应影响， 恒定。

0'0Φ-=e a a N C R I U n ， 0636,03440316.08.22200=⨯-=Φe C)min (34590636.022000r C U n e N ==Φ=（3） Φ=Φe M C C 55.9)min (27860636.0)15.0316.0(89.91220)()(89.910636.055.9812.55r C R R I U n I T T A C T I e a a N a Z M a =+⨯-=Φ+-=→==⨯=Φ=Ω不变不变，第二章 习题解答参考2—6．解：（1）T T T n C C R R C U n Nm e a N e N 64.1115819.055.94.006.01158202-=⨯+-='-=Φ+-Φ=Ωβ （2）T T T n C C R C U n N m e a N e 21.057921.019.011002-=-=-'=Φ-Φ=β （3）T T T n C C R C U n m e a e N 35.0146717.006.015.022002-=-=''-''=Φ-Φ=β 19.0=ΦN e C N Φ=Φ8.0 15.019.08.0=⨯=Φ∴e C2N m e C C Φ=()255.9N e C Φ=219.055.9⨯=0.28 2Φm e C C =17.028.08.02=⨯2—16．解：（1）[]V R I U E a N N a 20425.064220=⨯-=-=[]A R R E U I Z a a N a 84.67625.0204220max -=+--=---=29.0700204==-=ΦN a N N N e n R I U C 76.229.055.955.9=⨯=Φ=ΦN e N m C C[]m N I C T anax N m ⋅-=-⨯=Φ=23.187)84.67(76.2max停机时 n=0 0=Φ=n C E N e a[]A R R U I Z a N a 2.35625.0220-=+-=+-=[]m N I C T a N m ⋅-=-⨯=Φ=15.97)2.35(76.2此时反抗性负载 []m N I C T N N m Z⋅-=⨯-=Φ-='64.1766476.2 由于 T T Z>' 故系统不会反向起动。

第2章 直流电机P57，2-9一台并励直流电动机，将其电枢单叠绕组改成单波绕组，试问对其电磁转矩会有何阻碍？答：由于直流电动机电磁转矩为2e a pzT I aπ=Φ 因此1. 关于单叠绕组电动机支路对数a = p ，电枢电流I a = 2ai a(2)(2)222e a a a pz pz pz T I ai i a a πππ=Φ=Φ=Φ 2. 关于单波绕组电动机支路对数a = 1，电枢电流I a = 2i a(2)(2)2212e a a a pz pz pz T I i i a πππ=Φ=Φ=Φ⨯ 因此，当磁通Φ维持不变时，在保证支路电流i a 不变的情形下，电磁转矩T e是不变的 P57，2-13电动机的电磁转矩是驱动性质大的转矩，当电磁转矩增大时，转速似乎应该是上升的，当从直流电动机的电磁转矩及特性上看，电磁转矩增大时，转矩反而是下降的，这是什么缘故？ 答：1. 关于并励直流电动机，直流电动机的电磁转矩是随电枢电流的增大而增大，电枢电流又随负载的增大而增大。

但由转速公式a ae U I R n C -=Φ可知，并励直流电动机的电枢电流会使电阻电压降增大，尽管电枢反应的去磁特性，会使转速呈现增大趋势，但电枢电压降增大的分量要比去磁效应大一些，因此会使电动机的转速随负载的增大而有所下降。

2. 关于串励直流电动机，电枢电流的增大会使电枢电压降和磁通同时增大。

这两个因素都会使电动机的转速随负载的增大而下降。

P57，2-15一台并励直流电动机在额定电压U N =220V 和额定电流I N =80A 的情形运行，该电机的电枢回路总电阻R a =Ω，2ΔU c =2V ，励磁回路总电阻R f =Ω，额定负载时的效率ηN = 85%，试求：(1) 额定输入功率； (2) 额定输出功率 (3) 总损耗； (4) 电枢回路铜耗； (5) 励磁回路铜耗； (6) 电刷接触损耗； (7) 附加损耗；(8) 机械损耗和铁耗之和。

电机与拖动基础习题解答第二章武汉纺织大学第二章2 . 1 变压器能改变交流电的电压和电流,能不能改变直流电的电压和电流?为什么?答: 变压器能改变交流电的电压和电流,但不能改变直流电的电压和电流。

因为变压器是应用电磁感应原理而工作的,只有当一次绕组接交流电源时, 一次绕组才会流过交流电流,在铁心中产生变化的磁通,从而在二次绕组中产生感应电动势;如果一次绕组接直流电源,则一次绕组流过的是直流电流, 在铁心中产生的磁通是恒定不变的,不能在二次绕组中产生感应电动势,所以变压器只能改变交流电的电压和电流,不能改变直流电的电压和电流。

2 . 2 变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成而不用整块钢制成?答: 变压器的绕组流过交流电流时会在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗,统称为铁损耗。

磁滞损耗与铁磁材料的磁滞回线面积有关, 硅钢片的磁滞回线较窄, 磁滞损耗较小。

涡流损耗与铁磁材料的电阻成反比,与钢片厚度的平方成正比, 硅钢片是在电工钢中加入少量的硅而制成, 电阻率较大, 用硅钢片叠成的铁心, 铁损耗较小,所以变压器的铁心要用硅钢片叠成而不用整块钢制成。

2 .3 一台变压器额定电压为220 /110 V ,若把二次绕组( 110 V )接在220 V交流电源上,主磁通和励磁电流将如何变化?答:若忽略变压器绕组漏阻抗压降,则绕组的端电压与感应电动势相等。

正常工作时铁心磁路处于饱和状态。

若把额定电压为110 V 的二次绕组接在220 V 交流电源上, 二次绕组感应电动势将增大一倍, 感应电动势与铁心磁通成正比,所以铁心磁通也将增大一倍,由于铁心磁路处于饱和状态, 励磁电流将不只是增大一倍,而将增大许多倍。

2 . 4 一台变压器一次绕组额定电压为220 V ,不小心把一次绕组接在220 V 的直流电源上,会出现什么情况?答: 若把额定电压为交流220 V 的变压器一次绕组接在220 V 直流电源上时, 铁心中产生的磁通将是恒定不变的,不会在一次绕组中产生感应电动势, 一次绕组电流11R UI ,由于绕组电阻1R 比较小,则一次绕组电流会很大,大大超过其额定电流,很快会将变压器烧坏。

第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。

（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。

（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。

（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。

（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。

（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。

（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。

在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。

（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。

（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。

（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。

（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。

2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。

3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。

4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。

第二章直流电动机的电力拖动答：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。

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T0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n0称为理想空载转速；是I a= I a0实际空载，对应的转速n0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。

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：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<T L，而在交点以下（转速减小时）,T em>T L。

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，这是因为大多数负载转矩都随转速的升高而增大或者保持不变。

答：只有（b）不稳定，其他都是稳定的。

答：他励直流电动机稳定运行时，电枢电流：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。

1、一台直流他励电动机的额定数据为： P N =21kW , U N =220V, I N =112A, n N =950r/min , Ra=0.45Q 。

求固有特性方程并点绘固有特性曲线。

解：C T ① N =9.55C e ①=9.55X 0.18=1.72 n^-U ^ =空=1222r/minC e ① N 0.18「C ：Ck^ 二磐鼻 i.43n =n 0- P T =1222-1.43T2、一台他励电动机的铭牌数据为：P N =40kW, U N =220V,I N =207.5A, R a =0.067 Q o （1）如果电枢电路不串接电阻起动，则起动电流为额定电流的几倍？ （ 2）如将起动电流限制为1.5I N ，求应串入电枢电路的电阻值。

U 220解:（1）IS -R N=0.06<3283-6A设起动电流倍数为K需=15.8220———=1.5X 207.5 R B =0.6400.067 + R B台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW ，U N =110V, I N =79.84A,n N =1500r/mi n 电枢回路电阻 R a =0.10140，求：（1）U =U N ^*N 条件下，电 枢电流l a =60A 时转速是多少？（ 2）U =U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？ （ 3）U =UN,*=h 条件下, 负载转矩为0.8T N ，转速为（-800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻?C ^N -U N-|NRa=220_112X0.45=0.18 n N950（2）如将起动电流限制为 1.5I N ，设串入电枢电路的电阻为R B ,I SIR^"5I N3、（3）当负载转矩为0.8T N时，l a =0.8I N解：（1） C e ① N =110-79.84x0.1014 门= ----------------- =0.068 U N n ——-旦lCe ①NCe ①N(2) T NJ Nn N110 0.068 150001014X 60=1528r/minT'COI a_①N 10o85 ① N c e cRal a二T N=1 X 79.84 =93.9A0.850.1014咒 93.9 =1784r/min0.068x0.85 0.068x0.85110U Nn =Ce ①NC R ； l aS* N一迦二^^^+^^罟口心79.84R =2.47 Q4、一台 Z Z -61 他励直流电动机，P N =10kW , U N =220V , I N =53.8A ,n N =1500r/min ， 电枢电阻 R a =0.13Q 试计算：（1）直接起动时，最初起动电流11 ;（2）若限制起动电流不过 100A ，采用电枢串电阻起动时应串入的最小起动电阻(2) 1st=2200.13= 1692.3A 如将起动电流限制为100A ，设串入电枢电路的电阻为 R B , U N R a +R B220 220 =100 R B =2.0700.13 +R他励直流电动机的数据为 P N =30kW ，U N =220V ，I N =158.5A ，n N =1000r/min, R a =0.1Q T L =0.8T N 求：（1）电动机的转速；（2）电枢回路串入 0.3Q 电阻时的稳态转速；（3）电压降至188V 时，降压瞬间的电枢电流和降压后的稳5、 态转速；（4）将磁通减弱至80%$N 时的稳态转速。

第二章第一节直流电动机的基本结构和工作原理（P31）1．判断在下列情况下，电刷两端的电压是交流还是直流。

（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。

答；（1）交流；（2）直流。

2．在直流电动机中，加在电枢两端的电压已是直流电压，这时换向器有什么作用？答；换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。

3. 直流电机的电枢铁心、机座、主磁极、换向极各用什么材料制成？为什么？答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减小铁耗，故要用硅钢片迭成。

机座和主极中的磁场是恒定的，故可采用整块的铁。

但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板迭成。

4．直流电机磁路中的磁通 一般情况下不随时间发生变化，为什么电枢铁心却要用薄的硅钢片叠成？并且在硅钢片间还要涂漆绝缘？答：电枢铁芯中磁通在变，会产生涡流损耗，硅钢片的电阻大，可以减小涡流损耗；主磁极的磁通不变，不产生涡流损耗，用薄钢板即可降低材料成本。

5. 为什么一台直流电机既可作电动机运行又可作发电机运行？答：一台直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，称为直流电机的可逆性6. 直流电动机中是否存在感应电动势？如果存在，其方向如何？直流发电机，当电刷两端接上负载，线圈流过电流时，是否受到电磁力的作用？如果有，其方向如何？答；直流电动机中存在感应电动势。

如果存在，其方向与电枢电流方向相反。

直流发电机，当电刷两端接上负载，线圈流过电流时，受到电磁力的作用。

其方向与原动机旋转方向相反。

7. 如果要改变他励直流发电机输出端电压的极性，应采取什么措施？答：交换励磁绕组接到电源上的两根线。

8. 在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢旋转方向的关系有何不同？电枢电势和电枢电流方向的关系有何不同？怎样判别直流电机是运行于发电机状态还是运行于电动机状态？答：在直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相同，为拖动转矩；电动势的方向与电枢电流的方向相反，为反电动势。