第3章直流电机的电力拖动作业题参考答案

1、作业题参考答案一.思考题3.1卜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 在附图所示的儿种情况卜，系统可能的运行状态（加速、减速或匀速）。答：由拖动系统的动力学方程式Tein-TL= 竺半可知："375 dt（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卜放巫物过程屮，传动机构的损耗分别是宙电动机承担还是山 币:物势能承担？提升与下放同一雨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）。答：对J图aT.m>0 , 7； >0,则有动力学方程

2、式的符号规定：顺时针方向，7；为 逆时针方向；电机工作正向电动状态。对图bTem<0 , 7； <0,则冇动力学方程式的符号规定：7；”逆时针方向，7；为顺时针 方向：电机匸作正向卜1馈制动状态。对丁图c7；m<0 , 7； <0,则有动力学方程式的符号规定:7二逆时针方向,7；为顺时针 方向；电机匸作于反向电动状态。对图d7-。，兀0,则有动力学方程式的符号规定：7-顺时针方向，人为逆时针 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34图答：根据电力拖动系统的稳定运行条件：亦

3、 8n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：苴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。 导致电机发热和换向问题.3.6他励直流电动机拖动恒转矩负我调速，梵机械特性和负找转矩特性如图3.53所示, 试分析当匸作点由A1向A点运行过程中，电动机经过哪些不同的运行状态？。 Tl图3-53题3.6图答：增磁减速运行。电机依次经过正向回馈制动状态垠厉工作J；正向电动状态。3.7他励直流电动机弱磁升速时，英拖动系统的机电时间常数是否

4、保持不变？说明理磁调速过程中磁通发生变化故机电时间常数也发生变化。3-8 一台他励旦流电动机拖动卷扬机运行，当电枢回路外接电源电压为额定电压、且电 枢回路外出电阻拖动1E物匀速上升时，窠然将外加电源电压的极性颠倒，电动机将厳终稳定 运行在什么状态？匝物是提升还是卜放？画出相应的机械特性曲线，并说明期间所经历的运 行状态。答：电动机最终运行r发电凹馈制动状态：巫物此时高速卜放；电动机依次经历反接 制动状态、反向电动状态最终运行于回馈制动状态。3.9采用弱磁升速的他励直流电动机，为什么在负我转矩较人时不但不能实现弱磁升 速，而且还出现弱磁降速的现彖，试说明理由。答：根据他励直流电动机改变励磁时的人

5、匸机械特性eg cecT（r>2 em绘出弱磁时他励直流电动机典型的人工机械特性曲线如图3. 54所示。图3. 54思考题3. 9图由图3.54可见，一般情况卜，即负载;转矩低J：一定程度（如图中的）时，随着励磁电 流的减小，转速升高，即弱磁升速。但当当负我转矩人一定程度（如图中的）时，则随着 励磁电流的减小，转速不但不升岛，反而降低。二.练习题3.2某他励直流电动机的额定数据为：, 5=220卩，In = ISA=1O°Or nl，n,电枢回路的总电阻为0.8Q。试求：（1）为使拖动系统在额定状态卜能够能耗制动停机，耍求最大制动电流不超过"人， 求制动电阻值：（2）

6、若制动电阻与（1）相同，位能性负我转竝为7；=（）用仏，求拖动系统能耗制动 后的稳定转速；（能耗制动考点）解：求解此类题II时,最好首先根据以知条件绘出相应运行状态的机械特性与运行点, 然肩再根据解析几何知识求解所需的物理吊或参数。通过这种方法可将电机与拖动的问题转 换为解析儿何的求解问题。（1）根据题意，绘出苴流电机的机械特性如图3. 54所示。根据额定负载时的数据得= H_R 鼻220-0.8x181000= 0.2056能耗制动时的机械特性（或转速特性）为幷=U 7Ra+ Rq 匹=0二冬 + Rq 竝将图3. 54中B点的数据代入上式得3咖（一 2/“）().2()56x10002x1

7、80.8=4.91Q（2）对J：位能性负载:，根据题盘，所求稳态转速即是图3.54屮C点的转速。根据7呎以及得电枢电流为7； =08仏I； =0.8厶。这样，将C点的数据代入能耗制动时的机械特性得忌态转速为=-4()0r. min-(0.8 + 4.91)x0.8xlX0.20563.3某他励I'流电动机，= 220J/，电枢回路的总电阻为0一032°,由该电机拖动起朿机。当乘物上升时，匕=5 ,匚=站0/ ,= 795r/min。若希里将同一車物以77?/=3O（）r min的转速卜放，保持迫枢电压和励磁电流不变，问此时电枢回路应串入多人 的电阻？（转速反向的反接制动）解：

8、根据题意，绘出II流电机的机械特性如图3. 55所示。很显然，转速的反转是通过 转速反向的反接制动来实现的。图3. 55题3. 3图由电压平衡方程式可得220-0.032x350795=0.2626半电枢冋路电阻实现转速反向的反接制动时.相应的机械特性为UnW/Rc 儿（利用转速反向的反接制动的电压平衡方程式）考虑到负载转矩不变，由可得：人严人"50H。0.2626220-(0.032n)x350 = _30()z./n.nRq = 0.822Q3.4 -台他励直流电动机的额定数据如F： 5=30脚,UN = 4401; 0=75/,5 = 1100r nun,电枢回路的总电阻为0.

9、3（1）电动机拖动一位能性负栽在反接时作回馈制动卜放，人=5（）.4,卜放转速为 1200rpm,问电枢回路应串联多人的电阻？（2）若串联同（1） 一样的电阻，电动机拖动反抗性负我，负载电流如（1）相同，求 反接制动时，其卜放的稳定速度为多少？（这一问筈案矛盾删去不做）（3）対位能性负载，采用能耗制动，要确保最大制动电流不超过2，入制动电阻应选 多人？转速为零时，若让拖动继续反转，直卜放的稳定转速为多少？解：根据题意，绘出育流电机的机械特性如图3. 56所示。由电压平衡方程式可得(J R I 44() 0 3 x 751100J匕= 0.3795当电动机拖动位能性负载作反接冋馈卜放，即拖动系统

10、运行在图3. 56中的疋点时.相丿卫的机械特性为-Un-(R+R)J-440-(0.3+/?o)x50z .n = 一'J也l =1亠=1200/7 minCQ”0.3795J是得电枢回路应串联的电阻为Rq = 0.008Q(2) 当电动机拖动反抗性负载;，且采用反接制动时，系统稳定卜放的速度为刃=-(凡 +%)(7) = -440-(0.3 + 0.008)x (-50) 一血仞咛 CRn03795(3) 对J：位能性负載，若采用能耗制动，其机械特性如图3. 57所示。图3.57中,现已知点的数值为/"J。其中/点的转速为5-R入.0-03X50 =1120r/nnn0.3

11、795对应F能耗制动时的机械特性为0-傀+心儿将B点的数值代入上式得20 =二+ «g)x(-2x75)0.3795即= 2.5336Q若系统反转，则下放的稳定转速为-(0.3 + 2.5356)x50.it =-373.3r/iinn037953.5某他励直流电动机的额定数据如下:3=18.5炒，5 = 220",乙=1034n?z=500r min，电枢冋路的总电阻为o 18Q,最高转速应限制在= 1500r/mino电 动机拖动生产机械，采用弱磁调速。试分析：_ 0> = -0）.（1）若拖动系统运行在恒转矩负载（兀二乙，）区，当磁通减少至3 '时，求电

12、动机稳态运行的转速和电枢电流，并说明电动机能否长期运行？=一.（2）若拖动系统运行在恒功率负载曲=戸人）区，当磁通减少至3 *'时，求电动机稳态运行的转速和电枢电流，并说明电动机能否长期运行？=一，解：（1）若直流电机拖动恒转矩负载，儿= 当 3'时，1 220-0.18x103=x3500= 0.1343Un-Rnx3 g考虑到转矩不变,并根据4 = 3人可得= 7 = 3/=3x103 = 309.4则稳态运行的转速为220-0.18x3090.1343=1224/7 min由J：,则电机容易发热，故不能长期运行。(2 )若直流电机拖动恒功率负我，Pl=P.考虑到电磁功率为

13、:P他=UJ厂】：R。,由此可见，若忽略空我损耗，则恒功率负载弱幽升速时电枢电流保持不变，即4 "03力显，根据电床'卜衡方程式以及3 ，于是得稳态转速为n = V竺_"乂 = 3x =3n,r =15OOr/minegcs "由J因此电动机可以长期运行。=13.6他励直流电动机的数据为:几=29旳，=440" , I小6A ,77“ =1()0()厂min,电枢回路的总电阻为o.376 0，忽略空载转矩。(1)电动机以转速500r/niin吊起近=°-87的匝物，求此时电枢冋路应外串的电阻值：(2) 采用哪儿种方法可使负戯心=0以50

14、0r/min的速度卜放？求每种方法电枢回路应串入的电阻值；(3) 在负我以500r/inin K起时，突然将电枢反接，并使电枢电流不超过额定电流，求系统最终稳定的卜放速度。Tl = ° 87(4) 试用MATLAB绘出匕述各种情况卜眉流电动机的机械特性。 解：由电压平衡方程式可得440-0.376x761000= 0.4114根据几=0.8?和4 二务人可知 Ia =0.8/“ = 0.8x76 = 60.8J根据题意，绘出Fi流电机的机械特性如图3. 58所示。H 358世36图(1)他励直流电动机吊起車物上升时的机械特性为= 500Un-(Rc +R°儿 _ 440-(

15、0.376+ 7?n)x60,8“ 一0.4114由此得电枢回路的外串电阻为Rq = 3.48Q(2)可采用下列两种方法使重物下放： a若采用转速反向的反接制动，则直流电动机的机械特件为,-(&+ Rq )打 440 - (0.376 + 7?q)x 60.8n = CN0.4114由此得电枢冋路的外串电阻为比=10.240b.若釆用能耗制动，则直流电动机的机械特性为八=0-(&+心)打=-(0.376+4)x60.8 = 一厶。_ C. n _0.4114由此得电枢冋路的外用电阻为Rq = 3.00Q(3)根据题意，绘出立流电机的机械特性如图3. 59所示。图3.59中，已知

16、3点的数据为，其中，=nA =500r/min e 写出直流电机的机械特性表达式为”g + 心)(-/?/)H C4将点的数据代入上式得一 440 - (0.376+ 尺小(一76)0.4114500 =由此得反接制动时电枢回路的外串电阻为系统最终稳定的卜放速度为-UN -(Ra +Rq)(0 込)CQ N-440-(0.376 + 8.12)60.80.4114=-2325尸/minmaxmax3.8 -台并励直流电动机的数据为:Pn=2.2JcW片=220" %= 1500八min ,Z = 81%，电枢回路的总电阻为1.813°,额定励噬电流7=0-414当电动机运行

17、在12（X" / mi"时，系统转入能耗制动状态自动停乍。（1）试问若保证起始制动电流不超过2电枢M路网串入的电阻值为多少？（2）当负我为位能性负载;，若负我的总阻力转拒为额定转矩的0.9倍。现采用能耗制 动方法使电动机以« = 220r/min的转速匀速卜放晅物，试问所碍制动电阻为多少？解：（1）额定电流厶 5”一 220 x 0.81-1235仏额定电枢电流1 型=In_1jn=235-0.414= 11.94/1由电压平衡方程式可得1500C.% = 57 = 220-1.813x11.94 = 口22根据题恿，绘出直流电机的机械特性如图3. 58所示（注意

18、能耗制动时励磁电压保持为 额定励磁电压）。maxmaxn, = 1200r/min图3. 58中，现已知“点的数值为：（一2/小）。其中,将B点的数据代入能任制动时的机械特性0.13221200 = -(1.813 + 7?fl)x(-2xll.94) 得 即R严4.830（2）当拖动位能性负载时，由题意知：丁产珥又根据得：7“ = Cr<D/d厶=0.9 厶川=0.9 x 11.94 = 10.746/根据能耗制动时的机械特性得0-（1.813 + &»10.746 0.1322J：是得能耗制动时所需制动电阻为：Rq = 0.893Q注意并励直流电动机在制动过程中励磁

19、电流保持不变。补充题某直流调速系统要求调速范围E5,静差率5=20%,在电动机额定功率及额 定转速都满足要求的条件下，请问这台它励直流电动机采用降压调速的方法是否满足调速要求？电动机数据为：UN=220V,PN=2.5KW , /v = 12.54 , /v = 1500/7 min Rt = 1.07Q。解：首先计算出直流电动机的额定转速降落N 然后计算当静差率氏瘁= 20%时的调速范围D,再看调速范围是否满足要求。1500C = -/A= 220-12.5xl.07 =()1385U?20额定转速降落皿刑-=-0 -1500 = 5因为对最低转速也有要求心= 20% = max则最低转速“

20、皿=44° =471 94.2 = 376.8卩山则调速范围°七=黑“98<5不满足要求.也可以采用公式="rnaxSmax 仏（1一氏远）1500x0.2=3. 9894.2x0.82.台他励直流电动机的额定数据：UN =440V, PV=33/CW , /jV = 85A , g = 1050/7min , Ra = 0.352Q ,负载为位能性负载。1）电动机在电枢反接的回馈制动下工作，如果此时电枢电流/ = 62At若电枢回路 不串电阻，就电动机的转速.2）电动机在能耗制动下下方重物，如果要求重物下放速度为550rpm,电枢电流为额 定电流，求电枢回

21、路应串的电阻值和电动机轴上转矩（考虑空载转矩）选作.3）电动机在转速反向的反接制动下工作，重物的下方速度为650rpm,电枢电流为 '尸5°人，求电枢回路应串的电阻、负载转矩、电网供给功率、轴上输出功率、 电枢回路电阻所消耗的功率。解:C» 57 = 440" 0.352 = ° 39061050 v =955C n =3.73（1）依题意得：电动机在电枢反接的回馈制动下工作，则其电压平衡方程式为: Un=E¥R"=C®+ IR11 =Un ir-440-62x0.3520.3906=-1183r/min（2）依题意紂，电动机在能耗制动卜卜放巫物，则转速为负即n=.550r miii,其电压平衡方程式为0 = Ea + laRa =Q肆+/“（/?“+心）85Z-d" 506 x(_550) _ 0.352 = 2.】754QP33电动机轴上输出的机械转矩为7； =9550=