直流电机及拖动2

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。

电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。

答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。

感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。

（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。

这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。

（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。

载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。

1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。

答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。

而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。

磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。

电机拖动课后补充习题第一章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？1—2 简述直流发电机的工作原理。

1—3 简述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，它们起什么作用？1—5 单叠绕组的特点有哪些？1—6 单波绕组的特点有哪些？1—7 画图表示单叠绕组的各种节距。

1—8 画图表示单波绕组的各种节距。

1—9 直流电机绕组元件的电动势和电刷两端的电动势有什么区别？1—10 什么是直流电机的电枢反应？1—11 直流电机的电枢反应对气隙磁场有什么影响？1—12 在直流发电机中是否有电磁转矩？如果有，电磁转矩的方向与电枢旋转方向相同还是相反？1—13 直流电动机工作时电枢回路是否有感应电动势产生，如果有，电动势的方向与电枢电流的方向相同还是相反？1—14 直流电机的换向极应安装在电机的什么位置？1—15 直流电机的换向极绕组如何接线？1—16 什么是换向？直流电机改善换向的方法有哪几种？1—17 画图表示直流电机的励磁方式有哪几种？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流与电枢电流和励磁电流有什么关系？1—18 直流发电机的空载特性曲线与磁化曲线有何区别？又有何联系？1—19 如何判断直流电机是发电机运行还是电动机运行？它们的电磁转矩、电枢电动势、电枢电流、端电压的方向有何不同？1—20 并励直流发电机的自励条件是什么？如发电机正转时能自励，反转时能否自励？1—21 画图表示他励直流电动机的功率流程图。

1—22 画图表示并励直流发电机的功率流程图。

1—23 为什么并励直流发电机的外特性比他励直流发电机的外特性向下倾斜严重？1—24 一台直流发电机，N 145P=kW，N230U=V，N 1450n=r/min，求该电机额定电流。

1—25 一台直流电动机，N 10P=kW，N230U=V，N 1500n=r/min，N90%η=，其额定电流是多少？1—26 一台直流发电机，N 145P=kW，N230U=V，N 2850n=r/min，N85%η=，求该电机的额定电流及额定负载时的输入功率。

电机与拖动总复习二课堂笔记及练习题主题：总复习二学习时间：2017年1月30日--2月5日内容：我们这周主要复习课件6-11章涉及的基本概念。

希望通过下面的内容能使同学们加深对这几章内容基本概念的理解。

一、控制电机控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号。

控制电机的种类繁多，其中包括：1.伺服电动机伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机（或称为执行元件），以实现对机械位置或角度的自动控制。

伺服电动机具有可控性好、响应速度快、定位准确、调速范围宽等特点。

按工作电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。

2.步进电动机步进电动机又称为脉冲电动机，其功能是将电脉冲信号转变为响应的角位移或线位移。

步进电动机作为执行元件用于数字控制系统中，按照控制脉冲的要求，迅速起动、反转、制动和无级调速，运行时能够不失步，无积累误差、步距精度高，广泛用于数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合。

步进电动机按结构分类，有反应式、永磁式和永磁感应式3种。

3.测速发电机测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。

作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。

测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。

直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。

4.自整角机自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。

它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。

自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机，用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、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=BiLa、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）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.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）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

第一章1.1一台直流电动机的数据为:额定功率N P =25kW,额定电压N U =220V,额定转速 N n =1500r/min,额定效率N η=86.2%。

试求:(1)额定电流N I ;(2)额定负载时的输入功率N P 1。

解：（1）直流电动机的:额定功率N N N N I U P η=A U P I N N NN 83.131862.022010253=⨯⨯==η（2）KW P P N N N 29862.0251===η 1.2一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12kW,额定电压N U =230V,额定转速 N n =1450r/min,额定效率N η=83.5%。

试求:(1)额定电流N I ;(2)额定负载时的输入功率N P 1。

解：（1）直流发电机的:额定功率N N N I U P =A U P I N N N 17.5223010123=⨯==（2）KW P P N N N 37.14835.0121===η 1.3一台直流电机,已知极对数p=2,槽数Z 和换向片数K 均等于22,采用单叠绕组。

(1)计算绕组各节距;(2)求并联支路数。

解：（1）第一节距54242221=-=±=εp Z y ,为短距绕组。

单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y第二节距41512=-=-=y y y(2)并联支路数等于磁极数,为4。

1.4一台直流电机的数据为:极数2p=4,元件数S=120,每个元件的电阻为0.2Ω。

当转速为1000r/min 时,每个元件的平均感应电动势为10V,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少?解：当电枢绕组为单叠绕组时,绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30,换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件,每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为a E =29⨯10=290V;每一条支路的电阻为Ω=⨯=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为Ω===45.148.54R R a 当电枢绕组为单波绕组时,绕组并联支路数为2,每一条支路串联的元件数为60,换向器上可以放置4个电刷,至少短路4个元件,则电刷间的电动势为V E a 5801058=⨯=每一条支路的电阻为Ω=⨯=6.112.058R 电刷间的电阻为Ω===8.526.112R R a 1.5已知一台直流电机的极对数p=2,元件数S=Z=K=21,元件的匝数c N =10,单波绕组,试求当每极磁通Φ=1.42×210-Wb,转速n=1000r/min 时的电枢电动势为多少?解：单波绕组并联支路对数a=1,电枢总导体数420102122=⨯⨯==C SN N 电枢电动势V n a pN E a 8.198********.11604202602=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=- 1.6一台直流电机,极数2p=6,电枢绕组总的导体数N=400,电枢电流a I =10A,气隙每极磁通Φ=0.21Wb。