电机与拖动基础习题解答第十章

电机与拖动基础第三版林瑞光答案【篇一：10《电机与电力拖动基础》教学大纲】txt>electric machinery and drive课程代码： d1081060总学时〔理论＋实践〕： 51+0 学分：3 课程性质：学科基础课课程类别：必修课先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》面向专业：电气工程及其自动化专业开课学科：检测技术及自动化装置开课二级学院：机电工程学院执笔：陈卫民审校：钱晓耀一、课程的地位与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课，其主要任务是学生通过本课程的学习获得电机与拖动的基本理论知识，使学生掌握常用的交直流电机、变压器、控制电机等的基本结构，工作原理和运行特性；电机拖动系统的静态、动态特性；初步掌握不同电动机的调速方法和技术指标；并能了解一些电机及拖动系统的发展方向。

二、课程主要内容与基本要求了解电力拖动系统的组成及发展过程；电力拖动系统的应用领域；电机、电机拖动的基本概念；了解本课程的专业地位和特点。

掌握直流电机的基本工作原理和结构；了解电枢绕组的最基本形式；理解直流电机的磁场及电枢反应；掌握直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率的三个基本方程式及他〔并〕励直流电动机的工作特性。

掌握电力拖动系统的运动方程式；掌握生产机械的转矩特性、他励直流电动机机械特性、电力拖动系统的稳定运行条件；理解他励直流电动机的起动方法、制动及制动方式的选择；掌握他励直流电动机的调速方法；了解评价调速方法的主要指标、调速方法与负载性质的配合；了解他励直流电动机过渡过程的一般分析方法。

了解变压器的应用、分类；掌握变压器的基本工作原理、额定值；掌握单相变压器的空载运行时的物理状况、变化、空载电流；掌握空载运行时的电势平衡方程、空载运行是的等效电路和向量图；掌握单相变压器负载运行时的物理状况、基本方程、折算法、等效电路和向量图；理解变压器参数的空载实验、短路实验；理解变压器的工作特性；理解三相变压器及其它用途的变压器。

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。

《电机与拖动基础》课后习题第一章 习题答案1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。

（2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。

直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。

换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。

机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。

电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。

电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。

有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。

电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。

换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。

2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/m in 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。

解：电动机η⋅=N N N I U P ， 故 A =⨯⨯=⋅=5.6985.02201013U P I 3N N N η3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/m in 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。

解：发电机N N N I U P =， 故 A ⨯==3912301090U P I 3N N N7．什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应性质是什么？对电动机呢？答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。

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。

第一章作业解答参考1—8．解：)(630230101453A U P I N N N =⨯==)(1619.0145KW P P NN===ηλ1—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 η1—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）恒定。

N e e C C Φ=Φ∴0忽略电枢反应影响，， 00'0Φ-=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=β19.0=ΦN e C N Φ=Φ8.015.019.08.0=⨯=Φ∴e C ===0.28 =2N m e C C Φ()255.9N e C Φ219.055.9⨯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 故系统不会反向起动。

第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：由铜线绕成。

3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由硅钢片叠成。

2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。

4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。

1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

这就是直流发电机的工作原理。

1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。

这就是直流电动机的工作原理。

1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组部的交流电流引出到外电路变为直流电。

武汉纺织大学第十章10 . 1 电动机稳定运行时的稳定温升取决于什么?在相同的尺寸下,提高电动机的额定功率有哪些措施?答: 由电动机稳定温升公式 AQ w =τ 可以看出, 稳定温升取决于电动机在单位时间里产生的热量Q 与散热系数A 之比值。

在相同的尺寸下,提高电动机的额定功率有三种措施:一是提高电动机的额定效率,即降低电动机的运行损耗,减小热量的产生;二是提高绝缘材料最高允许温升,即在电动机制造时采用最高允许温升较高的绝缘材料;三是提高散热系数A,如扩大散热面积和加强通风散热效果。

10 . 2 电力拖动系统中电动机的选择包括哪些具体内容?答: 电力拖动系统中电动机的选择包括:1 .电动机种类的选择,应优先选用结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便的电动机;同时要考虑电动机的机械特性要与生产机械的机械特性相适应;另外电动机的调速性能和起动性能也应满足生产机械的要求。

2 .电动机型式的选择,电动机的型式主要有开启式、防护式、封闭式和防爆式。

当生产环境较恶劣时应选用封闭式的;有防爆要求的宜选用防爆式的。

3 .电动机容量即额定功率的选择, 应选择有足够大容量的电动机来拖动电力系统。

10 . 3 电动机的温度、温升以及环境温度三者之间有什么关系?答: 电动机的温度、温升以及环境温度三者之间的关系是:电动机的温升等于电动机的温度与环境温度之差。

10 . 4 电动机的发热和冷却各按什么规律变化?答: 由电动机的温升公式 τ=W τ( 1 -T t e/-)+Q τT t e /- 可以看出, 电动机发热时的温升按指数规律上升,冷却时的温升按指数规律下降,最终趋于稳定温升W τ。

10 . 5 电动机的三种工作制是如何划分的?负载持续率ZC%表示什么意思?答: 从发热的观点将电动机的工作制划分为三种, 以发热时间常数T 为参照:当电动机在一个工作周期中工作时间g t 较长,g t >( 3 ～ 4 ) T,温升可以达到稳定温升时,就是连续工作制电动机;若电动机的工作时间较短,即g t <( 3 ～ 4 ) T,而停车的时间T t 却很长, T t >( 3 ～ 4 ) T ′,则是短时工作制电动机;如果在一个工作周期中工作时间和停车时间都较短,即g t <( 3 ～ 4 ) T, T t <( 3 ～ 4 ) T ′,则是周期性断续工作制电动机。

变压器部分习題与鮮答1、为了得到正弦感应电势，当铁心不饱和吋，空载电流各成何种波形？为什么？答：为了得到正弦感应电势，根据E = -W业知，就必须使磁通也是正弦量，当铁心dt不饱和时0*/()，故，此时空载电流也是正弦变化量，即呈正弦波。

当铁心饱和时，空载电流比磁通变化大，此时空载电流呈尖顶波形。

2、为什么对以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别？为什么？答：因为空载时电流很小，在空载损耗屮铁耗占绝大多数，所以空载损耗近似看成铁耗。

而短路吋，短路电压很低，因而磁通很小，铁耗也很小，短路损耗中铜耗占绝大多数，所以近似把短路损耗看成铜耗。

实际负载时铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差别，因为后一个是包含有其它损耗。

3、变压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数变化±10%,试问对兀”和无川的影响怎样？如果仅将外施电压变化±10%,其影响怎样？如果仅将频率变化±10%,其影响又怎样？答：因为心=2〃w2 » £ = 4.44用0” - U ,所以当原、副边匝数变化土10% 吋，兀w变化±20%。

由于w变化±10%,而U不变，使0”变化不10%。

又因为Xm = 2/tf w2磁通0”变化±10%时于饱和影响，A加变化土k%,所以兀”的变化大于±20%。

将外施电压变化± 10%时，0”也将变化干10%,使兀⑹不变，Xm的变化大于刁10%。

这是因为0〃”变化+10%,由于磁路饱和影响，变化大于+10%0如果将频率变化±10%, oc /,所以兀2变化±10%,而f变化±10%，则因为U不变，使0,”变化+10%o同样使兀加的变化大于±10%。

4、一台变压器，原设计频率为50赫兹，现将它接到60赫兹的电网上运行，额定电压不变。

第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。

变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。

思考题解答1.1 通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。

答向上，图略。

1.2 请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。

答垂直导线向右，图略。

1.3 请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。

答从向方向，图略。

1.4 螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。

图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1. 单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。

2. 多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。

具体计算是难点但不是重点。

3. 反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。

4. 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。

5. 思考题是重点。

思考题解答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飞轮矩为，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.(2) 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3) 电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答 (1) 选择。

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；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(2) 选择。