电机第一次作业

1 《电机学》第一次作业 1、电机在国民经济各个领域起着哪些作用？ 答：电能是现代能源中应用最广的二次能源，适宜于大量生产、集中管理、远距离传输、灵活分配及自动控制。而电机是与电能的生产、变换、分配、使用和控制有关的能量转换机械，它在国民经济的各个领域起着极其重要的作用。 ①电机是电能的生产、传输和分配中的主要设备：在电力工业中，发电机和变压器是发电厂和变电站的主要电气设备。在发电厂中，发电机经由汽轮机、水轮机、柴油机或其他动力机械带动电机的转子旋转，将一次能源转化而来的机械能进一步转化为电能，发电机是电力系统中最关键的电气设备。 ②电机是各种生产机械和装备的动力设备。在机械工业、冶金工业、农业、各类企业、采矿场、交通运输等方面都需要电机驱动。 ③电机是自动控制系统中的重要元件。随着科学技术的发展，工农业和国防设施的自动化程度越来越高。各种各样的控制电机被用作执行、检测、放大和解算元件，众多的各种容量的精密控制电机是整个自动控制系统中的重要元件。 2、按功能来分，可将电机分为哪几种类型？ 答：按功能来分，可将电机分为不同的类型： 1、 发电机，把机械能转换为电能的装置。 2、 电动机，把电能转换为机械能的装置。 3、 变压器、移相器、变频机、变流机，将一种电能转换为另一种形式的电能，即分别用于改变电能的电压、相位、频率和电流。 4、 控制电机，在自动控制系统中作为产生、传递信号的元件或伺服元件。

3、根据应用电流的种类，旋转电机可分为哪几种类型？ 答：根据应用电流的种类，旋转电机可分为直流电机和交流电机两类，交流电机中又可分为感应电机（也称为异步电机）、同步电机和交流换向器电机三种。 2

4、电机中所用的材料有哪些？各起什么作用？对这些材料又有哪些要求？ 答：1.导电材料，用于电机中的电路系统。为减小线路损耗，要求导电材料的电阻率小。常用紫铜及铝。 2.导磁材料，用于电机中的磁路系统。为了在一定励磁磁动势下产生较强的磁场并降低铁耗，要求导磁材料有较高的磁导率和较低的铁耗系数，交流磁路中常用硅钢片、直流磁路常用钢板和铸钢。 3.绝缘材料，作为带电体之间及带电体与铁心之间的电气隔离。要求材料的介电强度高且耐热强度好。电机中所用绝缘材料，按耐热能力可分为A、E、B、F、H等五级，其最高允许工作温度分别为105℃、120℃、130℃、155℃、180℃。 4.结构材料，支撑和连接各个部件，使各部件构成整体。要求材料的机械强度好，加工方便、重量轻，常用铸钢、铸铁、钢板、铝合金及工程塑料。

5、直流电机的励磁方式有哪几种？ 答：①他励：他励直流电机励磁绕组的电流由外电源供给，与电枢回路没有电的联系。 ②并励：直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组的端电压等于电枢绕组的端电压。 ③串励：直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁绕组的电流与电枢绕组的电流相等。 ④复励：直流电机的主极上有两个励磁绕组，其中一个与电枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。 6、直流电机有哪些主要额定值？各代表什么意义？ 答：1）额定容量；指额定运行时的输出功率，对滞留发电机的功率来说，是指电刷端输出的功率。 3

2）额定电压；指额定运行时电刷两端的电压。 3）额定电流；指额定运行时经电刷输出或输入 的电流。 4）额定转速；至额定运行时转子的转速。 5）励磁方式和额定励磁电流；指励磁电流的供给方式和额定运行时励磁电流的大小。 6）额定效率；指额定运行时的效率。 7）额定转矩；指额定运行时的转矩。 8）额定温升。指额定运行时的温度升高值。

7、单叠绕组的连接特点是什么？ 答：单叠绕组的连接特点是：同一个元件的两个出线端连接于相邻的两个换向片上，相邻元件依次串联，后一个元件的首端与前一个元件的尾端连在一起，并接到同一个换向片上，最后一个元件的尾端与第一个元件的首端连在一起，形成一个闭合回路。紧相串联的两个元件的端接部分紧“叠”在一起，所以形象地称为“叠绕组”。单叠绕组的合成节距和换向器节距等于±1，即y=yc=±1。

8、什么是电枢反应？ 答：直流电机空载时的气隙磁通密度分布是一个在空间固定的平顶波，当直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流流过，电枢电流将产生电枢磁动势，因此负载时的气隙磁场将由主磁极磁动势和电枢磁动势共同建立。负载时，电枢磁动势对主极磁场的影响，称为电枢反应。 9、他励直流电动机的起动方式有哪几种？ 答：直流电动机常用的起动方法有三种：直接起动、电枢回路串电阻起动、降压起动。 1）直接起动：直接起动又称为全压起动。起动时先给励磁绕组加上励磁电流，使主磁场完全建立起来，然后把电枢接到额定电压的电源上，此时电枢电流与主极磁场相互作用，产生电磁转矩，电动机就会起动起来。直接起动时，开始时电动机的转速n＝0，电枢的感应电动势Ea亦为0，故起动电流Ist很大，可达到额定电流IN的十几倍。 2）电枢回路串电阻起动：为限制起动电流，起动时可在电枢回路串入可变电阻Rst（通常称为起动电阻），待转速上升后再逐步将起动电阻切除。电枢串入起动电阻Rst时，起动电流为 4

stastRRUI

。只要Rst选得合适，就可将起动电流Ist限制在允许的范围内。

3）降压起动：当他励直流电动机的电枢回路由专用调压直流电源供电时，通过调节加到电枢上的电压，也可限制起动电流。降压起动是一种比较理想的起动方法。起动过程中的损耗小，起动比较平稳，但须有专用的调压直流电源。

10、什么是电机的制动运行状态？他励直流电动机的电气制动运行状态有哪几种？ 答：当电磁转矩Te的方向与转速n的方向相同时，称为电动机运行状态；此时电动机

吸收电能，并将它转化为机械能输出。当电磁转矩Te的方向与转速n的方向相反时，称为制动运行状态；此时电动机吸收机械能，并将它转化为电能输出；或者同时吸收机械能和电能，将其消耗在电阻中。电动机的电气制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。 1）能耗制动：能耗制动是把正常运行的电动机的电枢从电网断开，接上一个外加的制动电阻Rbk构成闭合回路，制动时，保持励磁电流的大小和方向不变。 改变制动电阻Rbk的大小，可以改变能耗制动机械特性曲线的斜率，从而改变起始制动转矩的大小，以及下放位能性负载的稳定速度。制动电阻Rbk越小，起始制动转矩亦越大，可以缩短制动时间，但下放位能性负载的稳定速度越小。但制动电阻过小，将会造成制动电流过大；通常最大制动电流限制在2～2.5IN。 能耗制动具有线路简单、可靠的特点，制动过程中不需要从电网吸收电功率，比较经济，并且当转速n＝0时，电磁转矩Te＝0。对于反抗性恒转矩负载的拖动系统可以实现准确停车,也可用于稳定下放位能性重物。 2）反接制动：反接制动可以由两种方法实现，一种是电枢反接制动；另一种是倒拉反接制动。 A、电枢反接制动：电枢反接制动，也称正转反接制动。它是把运行于电动状态下的电枢外接电压的极性突然改变，并同时在电枢回路中串入限流制动电阻Rbk。反接制动时，电源输入的电功率和负载输入的机械功率转化成电功率后，全部消耗在电枢回路的电阻上。 B、倒拉反接制动：倒拉反接制动也称正接反转制动，它一般发生在起重机提升重物转为下放重物的情况。 5

3）回馈制动：在电动状态运行的电动机，当在外部条件作用下，使电机的转速n大于理想空载转速n0时，电枢感应电动势Ea将大于电枢电压U，电枢电流将改变方向（与电动机状态时相反），使电磁转矩亦改变方向，但电机旋转方向未变，所以电磁转矩将与转速方向相反，电机处于制动状态。此时电机向电源回馈电能，所以称为回馈制动，也称为再生制动。回馈制动分为正向回馈制动和反向回馈制动两种。

A、正向回馈制动时机械特性为)( 020nnTCCRnneTea。

B、反向回馈制动的机械特性表达式为eTebkaTCCRRnn20。 11、他励直流电动机的调速方式有哪几种？ 答：改变电动机的转速可以有三种方法：1）调节电枢外串电阻Rad，使转速从nN向下调节。2）调节电枢端电压U，使转速从nN向下调节。3）调节励磁磁通Φ，使转速从nN向上调节。 1）电枢回路串电阻调速： 电动机外加额定电压UN，励磁电流为额定励磁电流IfN时，通过调节电枢回路串联的附加电阻Rad来实现转速的改变。电枢串电阻调速的经济性较差，一般用于串励或复励直流电动机拖动的电车等生产机械上。 2）降低电源电压调速： 降压调速需要专用调压直流电源，降压调速时电枢回路中没有附加电阻，且励磁电流为额定励磁电流IfN，通过平滑地调节电枢外加电压，可以得到一族平行于固有机械特性的人为机械特性。降低电源电压调速多用于对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、轧钢机、造纸机等。 3）弱磁调速： 弱磁调速是在电枢外加额定电压UN、电枢回路中没有附加电阻，通过减小励磁电流If

（即减小每极磁通）来实现转速调节。

弱磁调速时不允许励磁回路断线。若励磁回路断线，磁通变为剩磁，此时电枢电流Ia

将很大，转速将飞速上升，可能将电枢损坏，因此必须对励磁电路采取相应的保护措施。为

了扩大调速范围，常常把降压调速和弱磁调速结合起来，在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。