串励直流电动机的电力拖动

第二部分直流电机的电力拖动思考题与习题1、什么叫电力推拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。

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、负号的确定方法。

3、怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？4、研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化成一个单轴系统？简化过程要进行哪些量的折算？折算时各需遵循什么原则？5、起重机提升重物与下放重物时，传动机构损耗由电动机承担还是由重物承担？提升或下放同一重物时，传动机构的效率相等吗？6、电梯设计时，其传动机构的上升效率η<0.5，若上升时η=04，则下降=15N·m，则下降时的负载时的效率η是多少？若上升时负载转矩的折算值TL转矩折算值为多少？7、从低速轴往高速轴折算时，为什么负载转矩和飞轮矩都要减小？8、起重机提升某一重物时，若传动效率小于0.5，那么下放该重物时传动效率为负值，此时的特理意义是什么？9、生产机械的负载转矩特性常见的哪几类？何谓位能性负载？10、表1中所列各电力拖动系统的数据不全，请通过计算把空格填满，计算时忽略电动机的空载转矩。

表14 17.6 128 0.85 85 78 5.5 16.5 减速11、表2所列电动机拖动生产机械在稳态运行时，根据表中所给数据，忽略电动机的空载转矩，计算表内未知数据并填入表中。

表2生产机械切削力或重物重F,G/N切削速度或升降速度v/m·s-1电动机转速n/r·min传动效率负载转矩TL/N·m电磁转矩Tem/N·m刨床3400 0.42 975 0.80 起重机9800 提升1.4 1200 0.75下降1.4电梯1500 提升1.0 950 0.42下降1.012、如图所示的运动系统中，已知n1/n2=3,n2/n3=2, GD21=80N·m2，GD22=250N·m2，GD 23=750 N·m2，I’L=90 N·m2，（反抗转矩），每对齿轮的传支效率均为η=0.98，求折算到电动机轴上的负载转长和总飞轮矩。

第0章 绪论：1、电机：利用电磁感应原理实现能量转换的机械2、电力拖动系统包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源。

第1章 直流电机1.2绕组1、单叠绕组：ε±=p Z y 21，即][pZy 21=（向下取整）；1=k y ，k y y y -=12。

p 为磁极对数，Z 为槽数，1y 为第一节距（同一个元件的两个边跨过的距离），k y 为换向器节距。

画图步骤：1）计算1y ；2）根据Z 的数目画线（等间距），线的数目和Z 相同。

（Z=16，1y =4）（实线、虚线都画）3）根据1y 的值连接绕组，即编号为1的实线，需要跟编号为5（1+1y ）的虚线相连。

4）将编号为1的实线连接到编号为1换向片（位置自己定，换向片宽度和实线间宽度一样），（换向器编号和实线编号一致），将编号为5的虚线连接到编号为2的换向片。

5）平移将其他的画出来6）画磁极，磁极宽度约为PZ270.倍的实线间宽度，极性交替放在线中，磁极平移距离为PZ2倍的实线宽度；在磁极中心下方画出电刷（N 极下为+，S 极下为—） 单叠绕组特点：1）并联支路对数等于磁极对数，即p a =；2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；3）电枢绕组闭合回路中，感应电动势之和为0，内部无换流4）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a ai I 2=。

a 为支路对数 5）元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上，即1=k y 。

2、单波绕组：ε±=p Z y 21，即][p Z y 21=（向下取整）；pK y k 1±=（向下取整），12y y y k -=。

画图与单叠类似。

特点：1）并联支路数=2，与磁极对数无关，即1=a 。

2）电刷数等于主磁极数，电刷间电动势等于并联支路电动势，电刷位置应使支路感应电动势最大（即电刷位置对准磁极中心）；（理论上电刷用2个就够了，但为了可靠换向，采用全额电刷）3）正负电刷引出的电枢电流a I 为各支路电流之和，a a i I 2=。

《电机与拖动基础》试题库及答案选择题11、异步电动机气隙较大，则电动机的（C ）。

A励磁电流较小，功率因数较底；B 励磁电流较大，功率因数较高；C励磁电流较大，功率因数较低D励磁电流较小，功率因数较高；2、直流电动机的换向级的作用是（C）A 产生主磁通B产生换向电流 C 改变电流方向D以上都不对3、直流电动机的换向电流愈大，换向时火花（A）A 愈强B愈弱 C 不便D以上都不对4、频率为50Hz的四十八极交流电机，旋转磁势的转速为（D）r/min。

A．48 B．62.5 C．250 D．1255、频率为40Hz的二十极交流电机，旋转磁势的同步转速为（D）r/min。

A．2400 B．2000 C．120 D．2406、串励直流电动机在一定的负载下运行，若电源电压有所降低，则转子的转速将会（A）A 变大B 保持不变C变小D以上都不对7、直流电动机带上负载后，气隙中的磁场是（C）A 由主级磁场和电枢磁场叠加而成的B 由主级磁场和换向磁场叠加而成的C 由主级磁场，换向磁场和电枢磁场叠加而成的8、直流电动机中电枢的主要作用是（B）A 改善直流电动机的换向B 实现电能和机械能的转换C 在气隙中产生磁通D 产生气隙9、改变电枢回路的电阻调速，只能使直流电动机的转速（B）A 上升B 下降C 保持不变D以上都不对10、三相异步电动机当转差率为1时，此电动机为（C）状态A 制动状态B 同步运行状态C 启动状态D 以上都不是11、变压器带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（B）A 升高B 降低C 不变D以上都不对12、异步电动机要实现回馈制动，则应满足如下条件（D）A 转子转速应小于旋转磁场转速，且同向B转子转速应等于旋转磁场转速，且同向C转子转速应小于旋转磁场转速，且反向D转子转速应大于旋转磁场转速，且同向13、三相异步电动机转子电阻增大时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（B）A Sm减小，Tm增大B Sm增大，Tm 不变C Sm增大，Tm减小D Sm减小，Tm减小14、三相异步电动机定子电压下降时，电动机临界转差率Sm和临界转矩Tm应为（C）A Sm不变，Tm不变B Sm减小，Tm增大C Sm不变，Tm减小D Sm不变，Tm增大15、三相异步电动机当转差率小于0时，此电动机为（D）状态A 制动状态B 电动状态C 启动状态D 发电状态16、电力变压器的励磁阻抗表示下面哪一物理量（D）A 输入功率B 输出功率C 铜耗D 铁耗17、单相绕组通以交流电时，其磁势为（D ）A 圆形旋转磁势B 椭圆磁势C 无法确定D 脉动磁势18、电力变压器的作用是下面哪一物理量（B）A 改变交流电电压和功率B 改变交流电电压和交流电电流C 改变交流电电压和频率D 改变直流电电压和交流电电流19、变压器的空载损耗（D ），短路损耗（C ）。

《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分 直流电机一、填空题： 1、直流电动机的工作原理是把 能转化为 能。

直流发电机的工作原理是把 能转化为 能。

（直流电；机械；机械；直流电）2、直流发电机的工作原理用 定则判断感应电动势的方向。

直流电动机的工作原理用 定则判断电磁力的方向。

（右手；左手）3、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。

(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)4、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。

（E a 〈U ；E a 〉U ）5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式。

（叠绕组；波绕组）6、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。

（相反；相同）7、电动势常数e C 与转矩常数T C 之间的关系为______。

（T C =9.55e C ）二、选择题1、电机的电流小于额定电流，称为（ ）运行。

（1） （1）欠载 （2）过载 （3）额定2、电机的电流大于额定电流，称为（ ）运行。

（2） （1）欠载 （2）过载 （3）额定3、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机。

（3） （1）他励 （2）并励 （3）复励 （4）串励 4、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（ ）中。

（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组5、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（ ） （3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

三、计算题1、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N =3.5kW ，U N =220V ，I N =20A ，n N =1000r/min,电枢电阻R a =1Ω，△U b =1V ，励磁回路电阻R 1=440Ω，空载实验：当U=220V,n=1000r/min 时，I 0=2A ，试计算当电枢电流I a =10A 时,电机的效率（不计杂散损耗）。

直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。

如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。

由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。

小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。

一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。

直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。

按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。

二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。

其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。

然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。

尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。

不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。

1.一台并励直流电动机，铭牌数据为P N=96kW,U N=440V，I N=255A,I fn=5A,n N=1550r/min,并已知R a=0.078Ω试求:(1)电动机的额定输出转矩T N;(2)电动机的额定电磁转矩T em;(3)电动机的理想空载转速n o(1)T n=P n/Ω=9.55P n/n N=9.55*96*10^3/1550=591.5N.m(2)I a=I N-I fN=255-5=250AU N=C eφn N+R a I aC eφ=U N-I N R a/n N=440-255*0.078/1550=0.27v.min/rT em=9.55C eφI a=9.55*0.27*250=644.6rpm(3)n0=U N/C eφ=440/0.27=1630r/min2.一台他励直流电动机，铭牌数据如下:P N=7.5kW，U N=220V，I N=40.8A，n N=1500r/min，R a=0.36Ω，设轴上负载转矩T z=0.8T N时求:(1)在具有特性上工作时的电动机转速n;(2)若其他条件不变，当磁通被减弱到0.5фN时，电动机的转速为多少?(3)若电枢中串入电阻R pa=0.5Ω此时电动机的转速等于多少？(1)n N=U N-I a R a/C eφN1500=220-40.8*0.36/CeφNC eφN=0.137vmin/rTz=0.8T N，I a=0.8I nn=U N-I a R a/C eφN=220-0.8*40.8*0.36/0.137=1520r/min(2)I’a C Tφ=C TφN I aI’a=C TφN I a/C Tφ=C TφN/0.5C TφN==0.8*40.8/0.5=65.28An’=U N-I a’R a/C eφ=220-65.28*0.36/0.5*0.137=2869r/min(3)n=U N-I N(R a+R pa)/C eφN=220-40.8(0.36+0.5)/0.137=1350r/min3.一台三相感应电动机，额定数据如下:U N=380V，f N=50Hz，P N=7.5kW，n N=962r/min，三角形联结，已知cosΦN=0.827.P cu1=470W，P Fe=234W，PΩ=45W，p s=80W求:(1)电动机极数:(2)额定负载时的转差率和转子频率;(3)转子铜耗P Cu2;(4)效率η(1)n≈n1=60f/pp=60*50/692≈32p=6(2)s N=n1-n/n1=(60f/p-962)/962=0.038f2=s f1=0.039*50=1.97Hz(3)PΩ=p N+pΩ+p s=7500+45+80=7625WP cu2=s/1-sPΩ=(0.038/1-0.038)*7625=301W(4)P1=p N+p Cu2+pΩ+p s+p Fe+p Cu1=7500+301+45+80+234+470=8630Wη=P N/P1=7500/8630=86.9%1.三相异步电动机等值电路2.三相变压器等值电路3.直流电机机械特性曲线4.三相异步电机电机机械特性曲线5长动电路6变压器连接组别1.单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是2p，22.直流发电机的励磁方有他励、并励、复励、串励3.直流电动机在负载不变时损耗等于可变损耗，此时效率最高4.使用电压互感器时其二次侧不允许短路，而使用电流互感器时二次侧不允许开路5.三相感应电动机的额定功率PN是指额定运行时该电机输出的机械功率6.直流电动机的换向极的作用是改变电流方向7.变压器的空载损耗主要为铁耗8.负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？恒转矩负载：转矩与转速无关恒功率负载：转矩与转速成反比通风机负载：转矩与转速的二次方成正比9.三相异步电动机的人为机械特性有哪些？降低电源电压的人为机械特性；定子回路串电阻时的人为机械特性；转子回路串电阻时的人为机械特性；改变定子电源频率的人为机械特性10.改善换向的目的：消除电刷下的火花，方法：装换向极，正确选用电刷11.直流电动机电动势平衡方程式：E a=U+I a R a转矩平衡方程式：T=T em+T0功率平衡方程式：P1=P em+P0=p2+p Cua+pΩ+p s+p Fe+p Cub+p Cuf12.直流电动机不能直接启动的原因：起动瞬间n=0，Ea=0，电枢电阻很小起动电流Ist=UN/Ra很大13.电力拖动稳定运行的条件：Tem=TL14.变压器油既是一种绝缘介质也是一种冷却介质15.油浸式变压器短路电阻为75℃时的数值16.单相变压器的额定电流：I N=S N/U N17.三相变压器的额定电流：I N=S N/√3U N18.变压器的运行特性：外特性，效率特性19.三相变压器的5种标准连接组别：Yyn0，Yd11，YNd11，YNy0，Yy020.电动机的绝缘等级：5级，规定环境温度为40℃时为标准21.直流伺服电机的控制方式：磁场控制和电枢控制22.交流伺服电机的控制方式：幅值控制，相位控制，幅值-相位控制23.自整角机：力矩式用于指示系统，控制式用于随动系统24.三相异步电机有鼠笼型的和绕线型的25.在直流电机发电运行时，电磁转矩和电枢旋转方向相反，电枢电势Ea和电枢电流Ia方向相同在直流电机电动运行时，电磁转矩和电枢旋转方向相同，电枢电势Ea和电枢电流Ia方向相反26.变压器并联运行的条件是什么？变压器连接组别相同变压器额定电压相等变压器短路阻抗的标幺值不宜相差过大27. 电枢反应:电枢磁动势对主磁场的影响作用，影响：使气隙磁场发生畸变，对主磁场起去磁作用28.直流电机的的起动要求：起动转矩足够大，起动电流在一定范围内，起动设备简答可靠29.直流电机负载运行时，其气隙磁场主要由主磁场和换向极磁场叠加而成30.三相异步电动机空载时，气隙磁通的大小主要取决于电源电压31.直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于电枢绕组32.三相异步异步电机的启动方式自耦变压器降压启动，星三角降压启动，软启动控制器启动33.三相异步异步电机的调速方式改变极对数，改变电源频率，改变转差率34.三相异步异步电机的制动方式能耗制动，反接制动，回馈制动35.他励直流电动机的启动方式降压启动，电枢回路串电阻启动36.他励直流电动机的调速方式电枢回路串电阻，改变电枢电压，减弱磁通37.他励直流电动机的制动方式能耗制动，反接制动，回馈制动38.电力拖动运动方程式：T em-T=GD^2dn/375dt39.电压互感器二次侧电压：100V，电流互感器二次侧电流：5A40.电压互感器准确度等级0.5是电压误差±0.5%。

作业题参考答案一．思考题3.1 下图中箭头表示转矩与转速的实际方向，试利用电力拖动系统的动力学方程式说明在附图所示的几种情况下，系统可能的运行状态（加速、减速或匀速）。

(a) (b) (c) (d) (e)图3.50 题3.1图答： 由拖动系统的动力学方程式dt dnGD T T L em 3752=−可知：（a）减速（b）减速（c）加速（d）匀速（e）匀速3.2 在起重机提升重物与下放重物过程中，传动机构的损耗分别是由电动机承担还是由重物势能承担？提升与下放同一重物时其传动机构的效率一样高吗？答：3.3 试指出附图中电动机的电磁转矩与负载转矩的实际方向（设顺时针方向为转速n 的正方向）。

(a) (b)(c) (d)图3.51 题3.3图答： 对于图a em T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于正向电动状态。

对于图b em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于正向回馈制动状态。

对于图c em T <0 , L T <0,则有动力学方程式的符号规定：em T 逆时针方向，L T 为顺时针方向；电机工作于反向电动状态。

对于图dem T >0 , L T >0,则有动力学方程式的符号规定：em T 顺时针方向，L T 为逆时针方向；电机工作于反向回馈制动状态。

3.4 根据电力拖动系统的稳定运行条件，试判断图3.52中A 、B 、C 三点是否为稳定运行点？图3.52 题3.4图答：根据电力拖动系统的稳定运行条件：可以得出：系统在A 点、B 点是稳定的； C 点是不稳定运行点。

3.5 一般他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么样的起动方法最好？ 答：直接起动时启动电流远远大于额定电流。

带来的危害：会带来很大的电流冲击，导致电网电压下降，影响周围其他用电设备的正常运行。

《电力拖动》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是专业选修课,它是一门集专业理论与技能训练与一体化课程，旨在培养学生理论联系实际，综合处理电气控制线路各种问题的能力。

主要内容包括电动机的结构、特性、起动和调速；常用低压电器拆装与维修；电动机的基本控制线路及其安装、调试与维修；常用生产机械的电气控制线路及其安装、调试与维修。

二、教学基本要求本课程的任务是使学生掌握与电力拖动有关的专业理论知识与操作技能，培养学生理论联系实际和分析解决一般技术问题的能力，使学生达到维修电工国家职业标准的要求。

通过本课程的学习,学生应达到下列基本要求：1.掌握电动机的机械特性、起动方式和调速的方法；2.掌握常用低压电器的功能、结构、基本原理、选用原则及其拆装维修方法；3.掌握电动机基本控制线路的构成，工作原理，分析方法及其安装、调试与维修；4.掌握常用生产机械电气控制线路的分析方法及其安装、调试与维修。

第一章电动机的机械特性……2学时本章教学目的和要求：理解电力拖动的意义；掌握直流电动机的机械特性和制动方式；掌握三相异步电动机和同步电动机的机械特性。

重点和难点：直流、三相异步和同步电动机的机械特性；直流、三相异步和同步电动机的机械特性。

第一节电力拖动的概述一、电工基础二、电力拖动的概述第二节他励直流电动机的机械特性一、他励直流电动机的工作原理二、他励直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的制动一、他励直流电动机的制动方式二、他励直流电动机的制动电路第四节串励直流电动机的机械特性一、串励直流电动机的工作原理二、串励直流电动机的机械特性第五节三相异步电动机的机械特性一、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的机械特性第六节同步电动机的机械特性一、同步电动机的工作原理二、同步电动机的机械特性第二章电动机的起动和转速调节……4学时本章教学目的和要求：掌握他励直流电动机和三相异步电动机的起动方式；掌握直流电动机和异步电动机的调速方法。