电机原理及拖动第4版习题及答案汇总（边春元）第1-9章

电机原理及拖动第4版习题及答案

思考与习题解答

i-i说明直流电机电刷和换向器的作用，在发电机中它们是怎样把电枢绕组中的交流电

动势变成刷间直流电动势的?在电动机中，刷间电压本来就是直流电压，为什么仍需要电刷

和换向器？

答：直流电机的电刷是连接内电路和外电路的装置，换向器可以实现交、直流电势电流

的转换。在直流发电机中换向器连接的电枢元件在不同磁极下产生不同方向的交变电势，而

电刷位置是固定的，每个旋转到该位置的换向片输出电势极性是一致的，通过静止的电刷可

以得到极性固定的电枢电势。在电动机中刷间电压是直流，根据电磁力定律(左手定则)在

旋转的电枢元件中，只有不断改变电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到相同方向的电

磁力，因此需要电刷和换向器将刷间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电枢才能连续

旋转，保证电机正常运行。

1-2判断直流电机在下列情况下电刷两端电压的性质：

(1)磁极固定，电刷与电枢同向同速旋转。

(2)电枢固定，电刷与磁极同向同速旋转。

答：(1)交流；(2)直流。

1-3他励直流发电机，额定容量&=14kW,额定电压UN=230V,额定转速〃2

=1450r/min,额定效率=85.5%,试求电机的额定电流与及额定状态下的输入功率4。

解：

(1)求电机额定电流

,PN14000…r.

IN=—-=------=60.87A

NUN230

(2)额定状态下的输入功率

4=殳=-^=16.37人卬

rjN0.855

1-4他励直流电动机，PN-1.1kW,UN=110V,IN=13A,〃N=1500r/min,试

求电动机的额定效率以及额定状态下的总损耗功率Epo

解：

(1)求电动机额定效率

PN二A1100

==76.92%

4-INUN~13x110

(2)额定状态下总的损耗功率

Zp=pt-PN=/；vt/A,-Pv=13x110-1100=33QW

1-5直流电机的主磁路包括那几部分？磁路未饱和时，励磁磁动势主要消耗在此路的

哪一部分？

答：直流电机主磁路包括N极铁芯一气隙一电枢齿一电枢轨一相邻S极电枢齿一气隙

-S极铁芯一定子物一回到N极。在磁路不饱和时励磁磁动势主要消耗在两段气隙上。

1-6直流电机的励磁磁动势是怎么样产生的，它与哪些量有关？电机空载时气隙磁通

密度是如何分布的？

答：励磁磁动势由励磁电流产生，其数值与励磁电流和励磁绕组匝数有关。电机空载时

磁通密度波形近似于梯形波。

1-7什么是直流电机磁路饱和系数？饱和系数的过高和过低对电机有何影响？

答：磁路饱和系数描述了磁路的饱和程度。如果饱和系数过大说明电机磁路处于过饱和

状态，磁路磁阻增大、铁损增加、电机效率下降；饱和系数过低说明电机磁路欠饱和，励磁

电流的变化易引起磁通的波动影响电机稳定性，同时由于铁芯未能充分利用，造成材料浪费。

1-8一单叠绕组，槽数Z=24,极数2P=4,试绘出绕组展开图及并联支路图。

720

解：计算绕组节距％=——=—=5,绕组展开图

2p4

图1-7绕组展开图

并联支路图

图1-8并联支路图

1-9教材书（第20页）中的图『12所示单叠绕组,去掉A2B2两组电刷，对电机的

电压，电流及功率有何影响？

答：去掉两组电刷后的并联支路图改为

电压不变；电流为原电流的1/2；功率为原功率的1/2。

1-10何谓电枢反应，以直流电动机为例说明在什么情况下只有交轴反应？在什么情

况下出现直轴反应？

答：当电机带上负载后，电机的合成磁场由空载磁场和电枢磁场共同决定，电枢磁场的

出现，使磁场波形发生畸变，这种现象称为电枢反应。当电刷位于几何中线上时，只有交轴

电枢反应；当电刷偏离几何中线时存在交轴电枢反应和直轴电枢反应。

1-11直流电机交轴反应对磁场波形有何影响，考虑磁路饱和时和不考虑磁路饱和时,

交轴反应有何不同？

答：电枢反应使主磁场梯形波发生扭曲。对直流发电机来说前极尖去磁；后极尖增磁，

对直流电动机来说情形与之相反。不考虑磁路饱和时，发电机前、后极尖的去磁和增磁相等，

极下总磁通不变；考虑饱和时去磁大于增磁，总磁通有所减少。

1-12直流发电机中是否有电磁转矩？如果有，它的方向怎样？直流电动机中是否有

感应电动势？如果有，它的方向怎样？

答：直流发电机中有电磁转矩，其方向与电机转速方向相反，是制动转矩；直流电动机

中有电枢电势，其方向与电源电压方向相反。

1-13直流电机中感应电动势是怎样产生的？它与那些量有关、在发电机和电动机中

感应电动势各起什么作用？

答：直流电机电枢绕组导体在旋转中切割主磁场磁力线产生感生电势，对于结构一定的

电机，感生电势的大小与磁通量和电机转速有关。在发电机中它是电源电势，可以提供输出

电能；在电动机中它是反电势，可以抑制电枢电流过高。

1-14直流电机中电磁转矩是怎样产生的？它与那些量有关、在发电机和电动机中电

磁转矩各起什么作用？

答：在磁场中的电枢元件导体流过电流时会受到电磁力的作用，在电机结构一定时，电

磁力的大小与磁场磁感应强度和导体中电流的强弱有关，总的电磁力与电枢半径的乘积即电

磁转矩。在发电机中的电磁转矩与电机转速方向相反，是制动转矩；在电动机中的电磁转矩

与电机转速方向相同，是拖动转矩。

1-15怎样判断一台直流电机工作在发电机状态还是工作在电动机状态？

答：电磁转矩与电机旋转方向相同，电机处于电动状态；电磁转矩与电机旋转方向相反，

电机处于发电状态。

1-16在直流电机中，证明E=TQ,从机电能量转换的角度说明该式的物理意义。

答：证明电磁功率计算公式：

E•I=C-</>•n'I=--d）'•/?•/=网-1'Q=CT-（b-I-Q-=T'Q

"""*"60a*2兀a2naraTYu

电磁功率依靠磁场作用进行机电能量交换，磁场对电系统和机械系统的作用与反作用表

现在感应电势和电磁转矩上。磁场与交链绕组发生相对运动产生感应电势，只要有感应电势

电机就能从电系统吸收或送出电能；绕组中通过电流并与气隙磁场相互作用产生电磁转矩,

通过电磁转矩电机能向机械系统送出或吸收机械能。电机通过电势和转矩进行能量交换，具

体表现在电磁功率上既可以用电功率Ej/“来表示，也可以用机械功率来表示。

1-17并励直流发电机必须满足哪些条件才能建立起正常的输出电压？

答：满足三个基本条件，1）要有剩磁；2）剩磁电压方向与建立磁场的电压方向一致;

3）励磁回路总电阻要小于临界电阻。

1-18并励直流发电机正转时能够自励，反转后是否还能自励？若再反转的同时把励

磁绕组的两个端子反接，是否可以自励？电枢端电压是否改变方向？

答：不能自励。因为反转后剩磁方向与建立磁场的电压方向不一致，不能满足自励的基

本条件。如果电机反转同时将励磁绕组反接是可以自励的，但电枢端电压的方向与正转时相

反。

1-19一台直流发电机，当分别把它接成他励和并励时，在相同的负载情况下，电压调

整率是否相同？如果不同，哪种接法电压调整率更大？为什么？

答：他励直流发电机和并励直流发电机在相同负载情况下电枢电流是不同的，并励发电

机由于电枢电流除了提供负载电流以外还要供给发电机本身的励磁电流，所以电压调整率要

比他励发电机大。

1-20一台直流电动机，拖动一台直流发电机。当发电机负载增加时，电动机的电流和

机组转速如何变化？说明其物理过程。

答：发电机负载增加（即电流增大），其制动电磁转矩也增大，则拖动它的电动机必须

增加拖动转矩与之平衡。因此在磁通不变时，电动机电枢电流也增大，机组转速会下降：如

果要维持机组转速不变，可以减小电动机电枢回路的电阻或者提升电动机的端电压。

1-21一台并励直流发电机，&=16左皿,（4=230匕几=69.6A,〃N=1600〃min,电

枢回路电阻&=0.128Q,励磁回路电阻号=150Q,环=85.5%,试求额定工作状态下的

励磁电流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。

解：

1）额定工作状态下的励磁电流

=%=230/150=1.53A

於Rf

2）额定工作状态下的电枢电流

laHm=69.6+1.53=71.13A

3）额定工作状态下的电枢电势

EaN=UN+IaN/?＜（=230+71.13x0.128=239.1V

4）额定工作状态下的电枢铜耗

pcuN==71.132xo128=647.6W

5）额定工作状态下的输入功率

=18.7KW

6）额定工作状态下的电磁功率

&=239.1x71.13=17KW

1-22如何改变他励，并励和串励直流电动机的旋转方向

答：将电枢端电压接线或者励磁电压接线之一反接。

1.23他励直流电动机正在运行时，励磁回路突然断线会有什么现象发生？

答：飞车事故。

1-24判断下列两种情况下哪一种可以使接在电网上的直流电动机变为发电机；（1）加

大励磁电流〃，使。增加，试图使（2）在电动机轴上外加一个转矩使旋转速度上

升，使灯＞〃。

答：（2）

1-25他励直流电动机，在拉断电枢回路电源瞬间（n未变），电机处于什么运行状态，

端电压多大？

答：发电制动状态，端电压为纥

1-26直流电动机电磁转矩是拖动性质的，电磁转矩增加时，转速似乎应该上升，但从

机械特性上看，电磁转矩增加时，转速反而下降，这是什么原因？

答：当磁通不变时电磁转矩的增加是靠电枢电流增加来实现的，电枢电流的增加同时也

会导致电枢回路电阻压降的增加，由于电源电压不变，电枢电势=£/-/〃&下降，而电

枢电势E"=QS-〃，因为式中磁通不变所以转速下降。

1-27说明直流电动机理想空载转速许的物理意义？

答：理想空载转速是当凡,=U时的一种理想状态，此时电枢电流为0,电磁转矩为0,

电动机没有能量输出，输入的机械功率用于克服电动机的空载损耗。依靠电动机本身是无法

达到理想空载转速的，必须加外力拖动。

1-28与他励，并励直流电动机相比，串励直流电动机的工作特性有何特点？

答：串励直流电机的工作特性很软，它的起动转矩较大，其理想空载转速为无穷大。串

励电机适合起动困难永不空载的情况。

1-29并励直流电动机旦=7.5公匕。「=220匕4=40.6A,%=3000/7min,

R“=0.213Q,额定励磁电流/刀=0.683A,不计附加损耗，求电机在额定状态下的电枢电

流，额定效率，输出转距，电枢铜耗，励磁铜耗，空载损耗，电磁功率，电磁转矩及空载转

矩。

解：求额定状态下下列参数

1）电枢电流

aN/④一/加=40.6-0.683=39.917A

2）额定效率

"=俞=纭鬻^83.97%。84%

3）输出转矩

T、N=9550殳=9550^-=23.875N-m

2N

nN3000

4）电枢铜耗

%“=心&=39.9*2x0.213=339.38W

5）励磁铜耗

pf=UfIIN=220x0.683=150.26W

6）空载损耗

p7500

p=q_p-pf-PN=—----399.38-150.26-7500=878.93W

7,v10.84

7）电磁功率

PM=PN+p.=7500+878.93=8378.93W

8）电磁转矩

TQOC8378.93X10-

葭=9550-^=9550------------=26.61N-m

NnN3000

9）空载转矩

T0=TN-T2N=26.67-23.876=2.8N•m

1-30并励直流发电机

PN=2.1kW,UN=1102,〃N=115（h7min，4=0.02。,/加=5A,把它接在110V直流电

网上，试求额定电枢电流时电机转速。

解：额定电枢电流时电机转速

p27000

发电机额定电流：〃=2=津巴=245.454

NUN110

发电机电枢电流：10alN=245.45+5=250.45A

电机的电势常数：Q/=〃+,褐=110+250.45x0.02=。/

eN

nN1150

出立+…、士t/,-/,/?,110-250.45x0.02,八“，.

作为电动机时转速：n=-A---纥③=------------------=1050r/min

O.I

1-31一台他励直流电动机

&=1.1AW,〃=110匕4=13A,〃N=1500z7min,R“=1Q,将它用作他励直流发电机,

并保持n=nN,（t>=（i>N,Ia=laN时，求电机的输出电压。

解：

直流电动机电枢电势：EaM=4—*凡=110—13x1=97V

EQ7

电势常数：C*v=3_=二L=0.065

eN

nN1500

转速不变、磁通不变，直流发电机电枢电势：EaC=EaM=97V

发电机输出电压：Uc=EaC-心4=97-13x1=84V

1-32并励直流电动机

PN=96kW,UN=440匕9=255A/加=5A,nN=500r/min,,Ra=0.078Q,试求（1）

额定输出转距；（2）额定电磁转距（3）空载转距（4）理想空载转距（5）实际空载转距。

解：

1）额定输出转矩

7；w=9550^=—x9550=1833.6^-m

2N%500

2）额定电磁转矩

额定电枢电流：/“N=/可一/例=255-5=250A

磁通不变的电势常数：C2N="一心”=例-25°X°.078=084

nN500

磁通不变的转矩常数：=9.55C/N=9.55X0.84=8.02

额定电磁转矩：TN=8.02x250=2005-m

3）空载转矩

W加=2005-1833.6=17L4M〃？

4）理想空载转速

440

UN----=523.8r/min

C@N0.84

5）实际空载转速

n=%------凡----xr.=523.8——0-O78-xl71.4=521.8r/min

CM，XCMN0.84X8.02

1-33并励直流电动机UM=220V,〃=81.74,%,=85%,电枢电阻凡=0.1。,励磁

回路电阻R/=88.80。试画出功率流程图，并求出额定输入功率，额定输出功率，总损耗,

电枢回路铜损耗，励磁回路铜损耗，机械损耗与铁损耗之和（不计附加损耗）

解：

1）功率流程图

pf2

f

PC.=1；&Pn=pm+pFe+Ps

P\=UI"PM=E“1“=TQ-2=(。

2）额定输入功率

《=220x81.7=17.97左W

3）额定输出功率

PN=々=17.97x0.85=15.27后W

4）总损耗

£P=P「PN=17.97-15.27=2.7ZW

5）电枢回路铜损耗

P-不了x凡=(81.7—2.477)2x0.1=627.7W

6）额定励磁电流:

八七鼠"477A

7）励磁回路铜损耗

Pf=U"N=220x2.477=544.94W

8）机械损耗与铁损之和（忽略附加损耗）

Po=Pm+pFe=Xp-pcu-pf=2700-627.7-544.94=1527.36W

1-34一台并励直流电动机PN=15kW,UN=440匕〃=19L4,4V=4A,

6=0.082。，〃N=750〃min,不计电枢反应影响，试求：（1）额定输出转距（2）额定电

磁转距（3）理想空载转距（4）实际空载电流及空载转距

解：

1）额定输出转矩

TM=9550%=9550x二=955N•加

nN750

2）额定电磁转矩

额定电枢电流：—，例=1%-4=187A

磁通不变的电势吊数：C«@N==---------------------=0.566

〃N750

磁通不变的转矩常数：G、%=9.55£,%=9.55X0.566=5.41

额定电磁转矩：TN=G耙I,©=5.41x187=1011.277-^

3）理想空载转速

L_440

777.39r/min

C&N0.566

4）实际空载电流及空载转速

空载转矩：=1011.2—955=56.2N•加

实际空载电流：/°=」V=%=10.39A

°Ci/5.41

Rnnon

实际空转速：n=nn——Jx/0=777.39-曰一x10.39=775.88r/min

C&N0.566

1-35并励直流电动机，PN=nkW,UN=220V,IN=91A,/?w=1500r/min,

R,=0.074Q,/网=2.5/1,求电枢电流为50A时的电机转速。

解：

额定电枢电流：/“N=4一/於=91-2.5=88.5A

额定磁通的电势常数：C/N=UNH=220-88.5x0.074=0J42

eN

nN1500

电枢电流50A时的转速:nJ-------忆I=220-°Q74x50=1523r/min

%C仲N0.142

1-36换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组如何励磁?磁场的方向应如何确定？

答：换向极用于改善直流电机的换向，它装在直流电机的几何中线上；它的绕组应与电

枢绕组串联且换向极绕组产生的换向磁场应与电枢磁场方向相反。

1-37何谓直线换向，延迟换向？怎样才能实现直线换向？

答：当换向元件中各电势之和为0时，换向电流与时间呈线性关系，即直线换向；当换

向元件中的自感电势、互感电势及电枢反应电势的作用大于换向电势时，电流变化慢于直线

换向，即延迟换向；反之，当换向电势起主要作用时电流变化比直线换向快，即超越换向。

要实现直线换向，可加装换向极绕组使换向元件中合成电势为0即可实现直线换向。

1-38说明直流电动机和直流发电机怎样用移刷的办法改善换向？

答：直流电动机应逆电机转向移动电刷一个合适角度；而直流发电机应顺电机转向移动

电刷一个合适角度。

1-39怎样安装补偿绕组？它的作用是什么？

答:在主磁极沿气隙表面安放补偿绕组，与电枢绕组串联，并使两绕组中电流方向相反，

以抵消电枢反应。

1-40一台直流发电机改作发电机运行，换向极绕组的接法是否需要改接？为什么？

答：不需要。因为电枢绕组与换向绕组串联，在电枢电流变换方向时换向绕组电流也随

之改变了。

思考与习题解答

2-1什么是电力拖动系统？包括哪几部分？都起什么作用？举例说明。

答：电力拖动系统包括以下五个部分

(1)电源：为拖动系统提供能源；

(2)电动机：拖动系统的动力设备；

(3)传动机构：将机能量传递给工作机械；

(4)工作机构：完成生产工艺要求的设备；

(5)控制设备：根据工艺要求，向电动机发出各种指令。

2-2电力拖动系统运动方程式中T,7；及”的正方向是如何规定的？如何表示它们的

实际方向？

答：电磁转矩T与电机转向一致为正方向；负载转矩TL与电磁转矩方向相反为正方向；

电机转速n与电磁转矩方向一致为正方向。它们的实际方向，可以根据参考方向加正负号来

表示。

2-3试说明GO?与J的概念。它们之间有什么关系？

答：J是系统转动惯量，是物体绕固定轴旋转时惯性的度量；GD?是系统飞轮力矩，是转

动部分重力与回转直径平方的乘积，作为一个整体参数代替转动惯量J进行工程计算，它们

之间的关系是：

4g

2-4从运动方程式如何看出系统是处于加速，减速，稳速或静止等运动状态？

答：运动方程式7一乙=包-•玄，T-T,=Td,当Td>0时系统加速；当Td<0时系

375dt

统减速，当Td=O时系统稳速或静止。

2-5在一个单轴拖动系统中，怎样判断系统贮存的动能是增加还是减少？

答：系统动能变化由TQ和TiQ共同决定，当。和Q方向相同时，如果。增加则系统动

能增加；反之，若。减小则系统动能减小。

2-6多轴拖动系统为什么要折算成等效单轴系统？

答：研究多轴拖动系统的运动时，要对每根轴单独写出运动方程联立求解得出拖动系统

的运动状态很繁琐，为简化分析计算，将多轴系统折算为等效单轴系统，再按单轴拖动系统

的运动方程式来分析。

2-7把多轴电力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算？各轴的飞

轮力矩按什么原则折算？

答：负载转矩折算原则是：折算前后传递的负载功率不变；飞轮力矩的折算原则是：系

统总动能不变。

2-8什么是动态转矩？它与电动机的负载转矩有什么区别和联系？

答：动态转矩是电磁转矩与负载转矩之差；当它大于零时说明负载转矩小于电机轴输

出转矩。

动态转矩用来克服拖动系统由转动惯量引起的惯性，使是电动机转速发生变化。当系统进入

稳定运行状态时动态转矩即为零。

2-9负载的机械特性有哪几种主要类型？各有什么特点？

答：主要有反抗性负载和位能性负载。反抗性负载转矩在任何时候都与电机转向相反;

位能负载转矩方向始终不变。

2T0试求出某拖动系统（教材57页，图2-13）以1，〃/的加速度提升重物时，电动

机应产生的电磁转矩。折算到电动机轴上的负载转矩「s=195N.m,折算到电动机轴上的系

统（包括卷筒）转动惯量1=2必.加2,卷筒直径1）=0.4m,减速机的速比j=2.57.计算时忽

略电动机的空载转矩。

解：设物体提升速度/

v=2n',则包=2史=2。=2机/{

•.•卷筒线速度

dtdt

60dn60dv60

卷筒转速n„,=——v,则rlll--=-------=-----2o

7tDdtTLDdtTTD

n=jn,则包=/@^=2.57x95.5/s

电动机转速

dtdt

4gJdn…4x9.81x2

T=^eqmx245.4=246N•加

375dt375

答：忽略空载转矩时，电动机应产生246N•m电磁转矩。

2-11试求图2-14所示（教材57页）拖动系统提升或下放罐笼时，折算到电动机轴上

的等效负载转矩以及折算到电动机上的拖动系统升降运动部分的飞轮力矩，已知罐笼的质量

也=300超，重物的质量加=1000依，平衡锤的质量，%=600%g,罐笼提升速度

vin=\.5m/s,电动机的转速〃=980r/min,传动效率%=0.85。传动机构及卷筒的飞轮力

矩略而不计。

解：（1）根据折算后功率不变原则：（“卢=Gmvm

考虑传动效率有：T=9.55G„,^其中：n为电动机转速980r/min

合成后负载重力％=+m-mp)g=(300+1000-600)x9.81=68677V

1.5

折算到电动机轴上Tmea=9.55G,,上匚=9.55x6867——：——=118N•加

〃7980x0.85

(2)根据折算前后系统动能不变原则，升降部分折算到电机轴上等效飞轮力矩

G*=365G“,(±)2=365x6867x(二)2=5.87N2

mn980

2-12如图2-5所示的龙门刨床，已知切割力耳”=2000N。切削速度匕“=10m/min,传动效

率〃。=0.8,工作台质量=3000必，工件质量加,“=600他，工作台与导轨之间的摩擦系数

〃=0.1;齿轮8的直径&=500nim；传动齿轮的齿数为Z1=15,Z2=47,Z3=22,Z4=58,Z5=18,

Z6=58,Z7=14,

222

28=46;齿轮的飞轮力矩6。2I=3.1"-病，G£>2=15.27V-/n,GD^8N-m,

GD：=24N-m2,GD；=14N•m2,GD：=38N.m2,GD'=26N-m2,GD-=42N-m2,

电动机转矩的飞轮力矩GOj=200N.加2。试求：

(1)折算到电动机轴上的总飞轮力矩及负载转矩(包括切削转矩及摩擦转矩两部分);

(2)切削时电动机输出的功率。

解.・传动机构各级速比为T号*比5唠=(|=>34=泮氤

z8_46_n4

k

z714nf

••,J=J,W4=87.46

nf3.67r/min

7iDs3.14X0.5

电动机转速〃=jnf=87.46x6.37=557r/min

（!）r„=9.55［厂+（%+%）iM，=19.76M,〃

平移部分折算到电机轴上的飞轮力矩为

GD；=365且口=365g（.+："，"）.=iA5N-m2

qn-n2

系统总的等效飞轮力矩为

G必=GD；+也淖+毁*+出乌+缚+G%=7.36N而

〃片（jj）2（./""『2

19.75x557

(2)舄==1.15碗

95509550

2-13某拖动系统的传动机构如图2-16所示（教材57页）。根据工艺要求，生产机械轴

平均加速度必须为4〃,“/力=3r/（min.s）,但按现有的传动系统加速度过大。为此用增加飞

轮的办法来减少起动加速度，现只有一个飞轮，其飞轮力矩为G£>2=625Mn2。问将此飞

轮装在哪根轴上才能满足要求？图中各轴的飞轮力矩及转速如下：

2

GD：=80N.m,nt=2500r/min;

22

GD2=250N.m,n2=1000r/min;

22

GD3=750N.ZM.n}=500r/min;

负载转矩Tm=100N.m,电动机电磁转矩T=30N.m,不计电动机空载转矩T。

解：方法一，折算到电机轴上。

GD2dn

系统等效运动方程：丁-"-^•五

系统总速比/=2.％=5

«2〃3

T100

折算到电动机轴上等效负载转矩T=—•—=20N.m

mej5

・n-Jnm・,-=J--=5x3=15r/(rmn.5)

dtdt

五7

/dt

=(30-20)x375/15=250N〃，

设X为加装飞轮力矩的轴速比

222

GErq=GD；+GD；/j；+GD；/j+GD/x

250=80+250/2.52+750/52+625/x2

•♦•x=2.5.•.应GOz加在中间轴上。

方法二，折算到负教轴上的电动机转矩Teg

Teq=Tj=30x5=150N.m

满足—=3r/min.s时系统等效飞轮力矩G%

dtq

GD2,

(l50-100)=^^-x3GErq=6250N.m

不加飞轮时折算到负载轴上的系统总飞轮力矩GD。？

222

GD；a=GD：(2)+GD；(^)+GD；+GDx=80x(型+250x(幽牛+750=3750N./

%%,400500

与G%的差值为G%-G%=6250-3750=2500N.m

现有飞轮的飞轮力矩G£>；,=625NM<2500NM。故装在负载轴上不能满足要求。

将飞轮装在2轴上，其飞轮力矩折算到负载轴的值为

GD；,=GD；(—)2625x(1^2)2=25007V.m,可满足要求，.•.应加在中间轴上。

1,1八173500

2-14一台卷扬机，其传动系统如图2T7所示(教材58页)，其各部分的数据如下：

Z)=20,GD,2=1N.nV；

2

Z2=100,GD2=6N.nr；

22

Z3=30,GD3=3N.m；

22

Z4=124,GD4=1ON.m；

22

Z5=25,GD5=8N./n；

22

Z6=92,GD6=14N.mO

卷筒直径d=0,6m,质量啊=130Zg,卷筒回转半径p与r之比plr=0.76,重物质量m=6000

kg，

吊钩和滑轮的质量丸=200依，重物提升速度匕,=120m/min,每对•齿轮的传动效率/z=°§5,

滑轮的传动功率/z=097，卷筒回转效率力”=0.96,卷筒效率7T=0.96,略去钢绳的质量。

22

电动机数据为Rv=20kW,niV=950r/min,GDR=2W.m,>试求：

(1)折算到电动机轴上的系统总飞轮力矩；

(2)以匕“=120m/min提升和下放重物时折算到电动机轴上的负载转矩。

解：各级速比j,=Z2/Z,=100/20=5

j2=Z4/Z3=124/30=4.13

・=Z6/Z5=92/25=3.68

卷筒回转半径p=0.76r=0.76x-=0.76x—=0.228加

22

卷筒转动惯量J=叫7?2=130x0.2282=6.76kg-m2

卷筒飞轮力矩G。=4gJ=4x9.81x6.76=265N•加

提升部分重力G,"=（加+%））g=（6000+200）9.81=60822N

(1)折算到电机轴上总的飞轮力矩

10+814+265<02Y

=21+1+空+------Z-++365X60822X——

4.1323.6821950；

=45.35N"2

(2)折算到电机轴上等效负载转矩

不考虑传递效率：T=9.55G,,,*=122.28N•m

n

xx

只传递效率：7<=7cz7c,nHa=0.953*0.97X0.96=0.8

T17792

提升时：TT==1±±±2=152.867V-m

eqm

r/c0.8

损耗：AT=1即1-4刖=152.86-122.28=30.58N-m

下放时：TeqmJ=久的—AT=122.28—30.58=91.7N•加

第三章直流电机的电力拖动

3-1他励直流电动机的机械特性指的是什么？是根据哪几个方程式推导出来的。

答：他励直流电动机的机械特性是在电源电压、气隙磁通及电枢回路总电阻均不变时电

机的转速与电磁转矩之间的函数关系。它是根据电压平衡方程式、电磁转矩公式、电动势公

式推导出来的。

3-2什么叫硬特性？什么叫软特性？他励直流电动机机械特性的斜率与哪些量有关？

什么叫机械特性的硬度？

答：机械特性的硬度就是机械特性曲线斜率的倒数，斜率越小机械特性越硬；斜率越大

特性越软，电动机运行时若T变化引起的n变化较小，则这种电动机机械特征为硬特性；反

之，若T的变化引起的n变化较大，即为软特性。他励直流电动机机械特性的斜率与电枢回

路总电阻4+凡成正比，与气隙磁通Q的平方成反比。机械特征的硬度是指在机械特性曲

线的工作范围内某一点的电磁转矩对该点转速的导数四.

dn

3-3什么叫固有机械特性？从物理概念上说明为什么在他励直流电动机固有机械特性

上对应额定电磁转矩7；时，转速有的降落？

答：当电动机。=UN，0=4V，K=0时的机械特性成为固有机械特征电动机在理想空

载（耳,=UN，T=0）下运行时E«=UN，电动机转速N=乌」=%，在额定状态下运

动时/«=〃，电枢绕组产生电压降/“£,，此时电枢电动势纥="乂-/八6,।，转速

〃=〃N="吸;"'，产生转速降=An.va=JN

3-4什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串越大，机械特性越软？

答：通过改变电动机的电枢电压、气隙磁通、电枢回路电阻等电气参数而获得的电动机

机械特性称人为机械特性。在相同的负载转矩下，电枢回路外串电阻&越大，机械特性的斜

R+R

率夕=二八:就越大，机械特性曲线就越陡，负载转矩变化时引起的转矩变化就越大，因

此使特性变软。

3-5为什么降低电源电压的人为机械特是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机

械特性会变软？

答：降低电源电压调速时。=么,，电枢回路不串电阻，因此不通电源电压的各条人为机

械特性曲线的斜率4=—^不变，，而理想空载转速与电源电压成比例降低，因此不同

GGON

电源电压下各机械特性互相平行。弱磁时。=。心电枢回路不串电阻。I后，“0=乌」t

C&N

同时因。I,电动机产生同样的电磁转矩所需的t,因而/“Rt,使A?t,由这两个原

因使电动机的机械特性曲线斜率增大硬度变小。

3-6什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？

答：处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动导致系统的转速发生变化

而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系

统能回复到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的否则系统是不稳定的。系统稳定的充分

必要条件是：在交点T=T,处满足竺＜也。

dndn

3-7他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或

改变电源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？

答：他励直流电动机稳定运行时T=TL,/“=口二。若。=常数，则/〃仅由7；决定。

CT（p

改变U或电枢回路电阻的瞬间，因系统机械惯性使n不能突变，Ej也不能突变，破坏了电

1]1,

动机电压平衡关系，因而/„也会发生变化，例如UiI瞬间Ea不变，/“=4—J。

ra

当达到新的稳定状态后T=TL,Ia=,若TL中恒定则/„不变。

CT（P

3-8他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？

答:起动瞬间电枢电势为零，起动电流1“=2竺，电枢电阻很小起动电流很大，过大

此

电枢电流产生强烈的换向器火花，损坏换向器和电刷；另外大电流转矩的冲击也可造成拖动

机构损坏。

3-9起动他励直流电动机前励磁绕组断线，没发现就起动了下面两种情况会引起什么

后果？

（1）空载起动；（2）负载起动，

答：（1）一般情况下电动机或多或少总有一定的剩磁，由于空载转矩较小，电动机可能

会克服空载转矩而起动，但稳定运行时由于磁通很小，转速将会很高，如果电机的机械强度

不允许就会损坏电机；(2)不能起动，长时间的堵转会烧坏电枢绕组。如果采用降压起动由

于剩磁通很小，电枢电流不能产生起动所需转矩，故不能起动。

3-10他励直流电动机有几种调速方法？各有什么特点？

答：3种。

(1)电枢回路串电阻：调速设备简单，操作方便。但属分级调速平滑性差，轻载时调

速范围小，损耗大效率低。

(2)降低电源电压：可实现无级调速，轻载或重载的调速范围不变，特性硬度较高负

载变化时稳定性好，损耗小效率高。但需要一套电压可连续调节的直流电源。

(3)减弱磁通：一般是基速以上的调速，调节方便、损耗小，可实现无级调速。但转

速不能升的太高，调速范围有限。通常与降压调速配合使用。

3-11静差率与机械特性的硬度有何区别？

解：静差率是在某一调节转速下，电动机从理想空载转速到额定负载时的转速变化率

5%=Qlx100%。静差率是电动机调速性能好坏的一个指标，6%越小，负载变化时转

%

速的变化越小，转速相对稳定性越好。机械特性的硬度是指在机械特性曲线的工作范围内某

点的，=a,它表示电动机运行时由于转速变化(dn)而引起转矩变化(dT)的大小。

dn

当电动机运行时由于外界干扰(U,7；变化)一起转速变化曲，若a大,则电磁转矩的变化

江也大，使电动机能较快地达到新的稳定状态。因此a的大小表示电动机在工作点上运行

时抗扰动能力的大小。

3-12调速范围与静差率有什么关系？为什么要同时提出才有意义？

答：调速范围D是额定负载下的最高转速和最低转速之比。D与8%相互制约：因为6%

n—nnw

二3一%,。=」皿，因此导出——迺一，由此式可见，D与6是一一对应的，

n0(}n.min(1-\3.)mi3n，U

而且相互制约。对于某种调速方法，例如电枢回路串电阻调速，此时〃0=-^J,“max=〃N'

c机

都是常数，如果要求6小，则D就大。对于不同调速方法，相同的6要求对应的D也不同。

例如降压调速时，%=，〃。=乌」，"。与U成正比例下降，与电枢串电阻调速相比，

C仲N

在相同的6下可以得到较大的调速范围。因此只有在满足一定的静差率要求下的调速范围才

有意义。例如降压调速和电枢串电阻调速都能把转速从匹调到零，如果没有对静差率的要

求，这两种调速方法的调速范围都可达到无限大这时。也就没有意义了。

3-13什么叫恒转矩调速方式和恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各

属于哪种调速方式？

答：恒转矩调速方式是在整个调速范围内，保持4=r的条件下电动机允许输出的转

矩为常数；恒功率调速方式是在整个调速范围内/,=IN保持的条件下电动机的允许输出的

功率为常数。串电阻调速和调压调速属恒转矩调速，弱磁调速属恒功率调速。

3-14电动机的调速方式为什么要与负载性质匹配？不匹配时有什么问题？

答：电动机调速方式与负载性质匹配是指恒功率负载采用恒功率调速方式，恒转矩负载

采用恒转矩调速方式，这样就能保证在调速范围内电动机电流均保持额定值不变，可以充分

利用电动机，如果二者不匹配，例如恒功率负载采用恒转矩调速方式。恒功率负载功率

PL=(=常数，n=nmin时，乙最大。n=时，/最小。为使电动机不过载，应按"=»min

95soP

下的负载转矩为电动机的额定转矩，即留=N，/〃=几。如果采用恒转矩调速方式，

例如降压调速，此时。=伽，在T=&时，T=TN=CT<f>NIN,电动机可以充分利用。

但电动机在nmin<n<nmax下运行时，电磁转矩因TLJ而降低，/"=<IN,电动机就

CT<PN

不能充分利用了。对于恒转矩负载采用恒功率调速方式的情况，例如弱磁调速。由于恒转矩

负载7；=常数，6=黑，〃=〃min时功率2最小，〃="max时功率4最大。为了电动机

9550P

不过载，应选〃=时的电动机功率为额定功率，此时。=------^=。以小，电动机可

"max

充分利用。但在"T降速，使电动机在<〃</max的某一转速下稳定运行时，乙仍为。，

但因0T,故(<几，电动机不能充分利用。因此可见，如果电动机调速方

CT(pI

式与负载性质不匹配时，电动机只能在〃max或〃min下运行