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电机拖动典型例题分析

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电机拖动典型例题分析

例1．他励直流电动机，PN=10KW，UN=220V，IN=53.4A，nN=1500r/min，Ra=0.41Ω，拖动位能性负载。求：

（1） TL= TN，电枢回路分别串入2.1Ω、6.2Ω的电阻时，电机的稳态转速为多少？各运行于什么状态？

（2） 要使重物停在空中，电枢回路应串多大的电阻？

（3） 将电压反接，电枢回路不串电阻，TL=0.3 TN，电机的稳态转速为多少？，运行于什么状态？

（4） 采用能耗制动下放重物，TL= TN，电枢回路分别串入2.1Ω电阻时，电机的稳态转速为多少？

（5） 采用能耗制动下放重物，TL= TN，何种情况下放重物的速度最慢？此时的转速为多少？

（6） TL= TN，当N31时，电机的稳态电枢电流、转速是多少？

（7） 若拖动恒功率负载时，PL=PN，当N31时，电机的稳态电枢电流、转速是多少？

解：电机拖动位能性负载，重物上升时，电机处于正向电动状态，工．．．．．．．．．．．．．．．．．．作点位于第一象限．．．．．．．．；重物．．下降．．时，电机处于．．．．．．某种制动．．．．状态，工作点位．．．．．．．于第．．四．象限．．。．

电势磁通常数：132.0150041.04.53220NaNNNenRIUC

理想空载转速：min/1667132.0220NeN0rCUnN

额定电磁转矩：

mNICICTNNeaTN35.674.53132.055.955.9

额定舒输出机械转矩：

mNnPTnNN67.6355.92

空载转矩：

mNTTTNN68.320

（1）TL= TN，电枢回路分别串入2.1Ω、6.2Ω的电阻时，电机的稳态转速为多少？各运行于什么状态？

TL= TN，Ia=IN

aNeaNeNICRRCUn

电枢串入电阻R=2.1Ω时, min/652rn,正向电动状态

电枢串入电阻R=6.2Ω时, min/1007rn,倒拉反接制动状态。

当考虑空载转矩T0时，下放重物，mNTTTN99.5902

A59.47013255.999.5955.9aNeCTI

min/716rn,倒拉反接制动状态。

(2) 要使重物停在空中，电枢回路应串多大的电阻？

考虑重物欲上升时 NIIa，0n

外串电阻：71.3NNe01aNRICnR

考虑重物欲下降时，A59.47aI，0n

外串电阻：21.4Ne02aaNRICnR

所以，外串电阻在3.71—4.21Ω之间，重物停在空中。

（3）将电压反接，电枢回路不串电阻，TL=0.3 TN，电机的稳态转速为多少？，运行于什么状态？

将电压反接，电枢回路不串电阻，TL=0.3 TN，

不考虑空载转矩时：AIUUN2.163.0I V220aN

min/1716132.02.1641.0220rICRCUnaNeaNeN，

反向回馈制动：min/1667min/17160rrnrn

输出机械功率:

KWnTnTP63.355.9)1716(35.673.055.93.055.9N22<0

输入电功率:

KWUIPa564.32.162201<0 ，为回馈功率

系统总损耗：WPPp66)63.3(564.321

(4) 采用能耗制动下放重物，TL= TN，电枢回路分别串入2.1Ω电阻时，电机的稳态转速为多少？

min/10154.53132.01.241.0rICRRnaNea

当考虑空载转矩T0时，下放重物，A59.47aI

min/90559.47132.01.241.0rICRRnaNea

（5） 采用能耗制动下放重物，TL= TN，何种情况下放重物的速度最慢？此时的转速为多少？

当外串电阻为0时，下放速度最低。

当考虑空载转矩T0时，下放重物，A59.47aI

min/14859.47132.041.0rICRnaNea

（6） TL= TN，当N31时，电机的稳态电枢电流、转速是多少？

min/480337.67)31(132.055.941.031132.022022rTCCRRCUneTaeA2.16031132.055.937.6755.9aeCTI>>NI ，不允许长期运．．．．．．行．。

（7） 若拖动恒功率负载时，PL=PN，当N31时，电机的稳态电枢电流、转速是多少？

当PL=PN，Ia=IN，当N31

min/450031132.04.5341.0220rCIRUneaa

mNICICTNNeaT45.223155.9

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习题二：直流电动机的电力拖动

习题二：直流电动机的电力拖动

习题二

第 1 页 共 12 页 习题二

1、已知切削力F=2000N，工件直径d=1500mm，电动机转速n=1450转/分，传动机构的各级速度比为：j1=2，j2=1.5，j3=2。各转轴的飞轮转矩分别为：225.3mNGDM，2212mNGD，2227.2mNGD，2239mNGD。各级传动效率分别为：η=0.9，试求：

（1） 切削功率

（2） 电动机输出功率

（3） 系统总的飞轮转矩

（4） 忽略电动机的空载制动转矩时，电动机的电磁转矩

（5） 车床开车未切削时，若电动机转速加速度dn/dt=800r/min s，忽略电动机的空载制动转矩，但不忽略传动机构的损耗转矩时，求电动机的电磁转矩。

解：由于上述问题都与电动机有关，所以，首先将各种参数折算到电动机轴上，等效为一简单的单轴系统。由图可知，系统为4轴变速系统。于是有：

系统总的飞轮转矩为：

2232123221222121224.5536997.25.05.3111mNjjjGDjjGDjGDGDGDM等效mN24225.121450321jjjnnmL

mN3450.72925.122/5.120002/11321DFjjjTjTCLCCL等效

于是切削功率为：

kW38105.024275.0200060/22/LLLLnDFTP

电动机输出功率为：

kW52.12629.0383CLmPP

如电动机的空载制动转矩视为T0，电机处于平稳状态时的电磁转矩则为：

mN4530等效LemTTT

当电动机处于加速状态，但仍为空载时，由牛顿第二定律可知： 电动机 J·Ω2

负 载 电动机 GDM2

工 件 GD12

GD 22

GD 32

车刀 习题二

电机拖动习题

电机拖动习题

1 电机拖动习题

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

2 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，N145PkW，N230UV，N1450nr/min，求该电机额定电流。

1—25 一台直流电动机，N10PkW，N230UV，N1500nr/min，N90%，其额定电流是多少？

电机与拖动 刘锦波第1章 习题解答

电机与拖动 刘锦波第1章 习题解答

第一章 习题解答

思考题

1.1 电机中涉及到哪些基本电磁定律？试说明它们在电机中的主要作用。

答：电机与变压器中涉及到：（1）安培环路定律；（2）法拉第电磁感应定律；

（3）电磁力定律；（4）磁路的欧姆定律。其中，安培环路定律反映了一定磁势

（或安匝数）所产生磁场的强弱。在电机中，磁场在机电能量转换过程中起到了

媒介的作用；法拉第电磁感应定律反映了交变的磁场所产生电势的情况。在电机

中，电磁感应定律体现了机电能量转换过程中所转换为电能的大小；电磁力定律

反映了通电导体在磁场中的受力情况，它体现了机电能量转换过程中所转换为机

械能的大小；磁路的欧姆定律类似于电路的欧姆定律，它体现了一定磁势作用到

磁路中所产生的磁通大小，亦即耦合磁场的大小。

1.2 永久磁铁与软磁材料的磁滞回线有何不同？其相应的铁耗有何差异？

答：永久磁铁又称为硬磁材料，其磁滞回线与软磁材料的不同主要体现在形

状上。硬磁材料的磁滞回线较“肥胖” ；而软磁材料则“瘦弱” 。硬磁材料的

面积反映了铁磁材料磁滞损耗的大小，因而软磁材料的铁耗较小。

1.3 什么是磁路饱和现象？磁路饱和对磁路的等效电感有何影响？

答：当励磁安匝（或磁势）较小时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通

也线性增加；当磁势增加到一定程度时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通

增加较小，甚至不再增加，这一现象称为磁路的饱和。与磁路线性时相比，磁路

饱和后的磁导率和等效电感有所减小。

1.4 铁心中的磁滞损耗与涡流损耗是如何产生的?它们与哪些因素有关?

答：铁心中的磁滞损耗是由铁磁材料在交变磁场作用下的磁化过程中，内部

的磁畴相互摩擦所引起的铁心发热造成的；而涡流损耗则是由于交变的磁场在铁心中感应电势并产生涡流，从而引起铁心发热。由VfBCHdBfKp

mhhh2∫==可

见，磁滞损耗正比于磁场交变的频率、磁密的平方以及铁心的体积；由

222

eempCfBV=Δ可见，涡流损耗正比于磁场交变频率的平方、磁密的平方以及铁

电机与拖动刘锦波第2章习题解答

电机与拖动刘锦波第2章习题解答

电机与拖动刘锦波第2章习题解答

第2章 习题解答

思考题2.1 直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流？若是交流，其交变频率是多少？

答：直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，⽽电刷外部为直流。电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换（或换流）。内部电枢绕组所感应电势或电流的频率为：Hz n p f 60=，即内部电流的⽅向每转交变p 次（p 为电机的极对数）。

2.2 为什么直流电动机必须采⽤电刷和换向器把外加直流电源转变交流然后再给电枢绕组供电，⽽不是直接采⽤直流电源供电？

答：对于直流电动机，若不采⽤电刷或换向器将直流转换为内部交流，⽽是直接采⽤直流供电，则当电枢绕组的某⼀导体边转⾄极下时，假定电流为流⼊的，电磁转矩沿顺时针⽅向。则当该导体边转⾄极下时，电流仍为流⼊的，则所产⽣的电磁转矩必为逆时针⽅向。这样，在⼀个周期内，电机的转⼦（或电枢）不可能产⽣有效的电磁转矩。故此，必须采⽤机械式换流器完成直流到交流的转换。N S 2.3 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输⼊功率？是电功率还是机械功率？

答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率。对于电动机，其额定功率是指机械输出功率；对于发电机，其额定功率是指电枢绕组的输出电功率。2.4 为什么说直流电机的绕组是闭合绕组？

答：直流电机的线圈之间是通过换向⽚依次相联的，每⼀个换向⽚均与不同线圈的两个导体边相连，由此构成的电枢绕组⾃然是闭合绕组。2.5 如果将传统永磁直流电动机的定⼦和转⼦颠倒，即定⼦侧为电枢绕组⽽转⼦采⽤永久磁钢产⽣励磁，试分析这样⼀台反装式直流电动机其电刷应该是静⽌还是旋转的？说明理由。

答：传统永磁直流电动机的磁极位于定⼦,⽽电枢绕组位于转⼦，其换向器随电枢绕组⼀同旋转，⽽电刷则固定在定⼦侧，只有这样才能产⽣有效的电磁转矩。换句话说，直流电机的电刷必须相对主极是静⽌不动的，才能产⽣有效的电磁转矩。因此，当传统直流电动机反装，亦即电枢绕组位于定⼦，⽽主极位于转⼦时，其电刷应随主极⼀同旋转。2.6 直流电动机总共有⼏种励磁⽅式？不同励磁⽅式下，其线路电流、电枢电流以及励磁电流之间存在什么关系？