电气工程师-专业基础（发输变电）-电气工程基础-4.12直流电机基本要求

电气工程师-专业基础（发输变电）-电气工程基础-4.12直流电机基本要求[单选题]1.改变直流发电机端电压极性，可以通过()。[2018年真题]A.改变磁通方向，同时改变转向B.（江南博哥）电枢电阻上串接电阻C.改变转向，保持磁通方向不变D.无法改变直流发电机端电压正确答案：C参考解析：改变直流发电机端电压极性可以通过改变磁通方向，即改变励磁电压极性；或者可以保持磁通方向不变，通过改变发电机旋转方向来实现改变直流发电机端电压极性。[单选题]2.一台并励直流电动机额定功率PN＝17kW，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝88.9V，额定转速nN＝3000r/min，电枢回路电阻Ra＝0.085Ω，励磁回路电阻Rf＝125Ω。若忽略电枢反应影响，该电动机电枢回路串入电阻R＝0.15Ω且仍输出额定转矩，稳定后转速为()。[2017年真题]A.3100r/minB.3000r/minC.2815.6r/minD.2706.4r/min正确答案：C参考解析：并励直流电动机电路接线如图4-12-1所示。励磁回路电流If＝UN/Rf＝220/125＝1.76A；电枢电动势Ea＝UN－IaRa＝220－（88.9－1.76）×0.085＝212.59V。由公式Ea＝Ceφn，可得：Ceφ＝Ea/n＝212.59/3000＝0.07086。在串入电阻后，电动机负载转矩不变，则电枢电流不变，有：Ea＝UN－IaRa＝220－（88.9－1.76）×（0.085＋0.15）＝199.52V，电动机转速n＝Ea/（Ceφ）＝199.52/0.07086＝2815.7r/min。图4-12-1[单选题]3.一台并励直流发电机额定电压250V，额定功率10kW，电枢电阻0.1Ω（包括电刷接触电阻），励磁回路电阻250Ω，额定转速900r/min。如果用作电动机，所加电压仍为250V，如果调节负载使电枢电流与发电机额定时相等，此时电动机的转速为()。[2012年真题]A.900r/minB.891r/minC.881r/minD.871r/min正确答案：D参考解析：具体计算如下：①并励直流发电机接线图如图4-12-2（a）所示。（a）发电机额定电流为：IN＝PN/UN＝10×103/250＝40A，励磁电流为：If＝UN/Rf＝250/250＝1A，额定运行时的电枢电流为：Ia＝IN＋If＝40＋1＝41A，电枢电动势为：Ea＝U<sub>N＋IaNRa＝250＋41×0.1＝254.1V。由公式Ea＝Ceφn可得：Ceφ＝Ea/n＝254.1/900＝0.2823。②当用作电动机时，其接线图如图4-12-2（b）所示。（b）图4-12-2由于发电机的电枢电流不变，所以发电机的负载转矩不变。电枢电动势为：Ea＝UN－INaRa＝250－41×0.1＝245.9V。电动机转速为：n＝Ea2/Ceφ＝245.9/0.2823＝870.96r/min。[单选题]4.一台并励直流电动机，PN＝96kW，UN＝440V，IN＝255A，IfN＝5A，nN＝500r/min，Ra＝0.078Ω（包括电刷接触电阻），其在额定运行时的电磁转矩为()。[2012年真题]A.1991N·mB.2007.5N·mC.2046N·mD.2084N·m正确答案：B参考解析：并励直流电动机接线图可参考图4-12-3。额定运行时的电枢电流为：INa＝IN－IfN＝255－5＝250A，电动机反电动势为：Ea＝UN－IaRa＝440－250×0.078＝420.5V，额定运行时的电磁功率为：PM＝EaIa＝420.5×250＝105.125kW。则电磁转矩为：图4-12-3[单选题]5.一台并励直流电动机PN＝75kW，UN＝230V，IN＝38A，nN＝1750r/min。电枢回路总电阻Ra＝0.2Ω，励磁回路总电阻Rf＝383Ω。求满载运行时的电磁转矩为()。[2010年真题]A.39.75N·mB.45.41N·mC.46.10N·mD.34.57N·m正确答案：B参考解析：并励直流电动机的原理图如图4-12-4所示。其中，电枢电流为：Ia＝IN－If＝38－230/383＝37.4A。由电枢电动势方程：U＝Ea＋IaRa，可求得：Ea＝U－IaRa＝230－37.4×0.2＝222.52V。电磁功率为电功率转换为机械功率的部分，即：PM＝EaIa＝222.52×37.4＝8322.248W。则电磁转矩为：图4-12-4[单选题]6.一台并励直流电动机拖动一台他励直流发电机，当电动机的外加电压和励磁回路电阻均不变时，若增加发电机的负荷，此时电动机的电枢电流和转速将会出现()。[2010年真题]A.电枢电流升高，转速降低B.电枢电流降低，转速升高C.电枢电流升高，转速升高D.电枢电流降低，转速降低正确答案：A参考解析：增加他励直流发电机的负荷，意味着加大并励直流电动机的负载转矩，则电磁转矩应相应增加。电磁转矩公式为：T＝CTΦIa，由电动机外加电压不变，则励磁电流If不变，磁通Φ不变，由于CT为一常数，则电动机的电枢电流Ia应增加。电动势平衡方程式为：U＝Ea＋IaRa，在电枢电阻和外加电压不变时，电枢电动势Ea下降。由电枢电动势表达式为：Ea＝CeΦn，则转速也应下降。[单选题]7.一台正向旋转的直流并励发电机接在直流电网上运行，若撤掉原动机，则发电机的运行状态是()。[2006年、2008年真题]A.停止B.作为电动机反向运行C.作为电动机正向运行D.不能运行正确答案：C参考解析：直流并励发电机接在直流电网上正向旋转运行时，当将原动机撤掉后，转速n继续下降，这时Ea＜Ua，Ia为负值，Ia与Ea反向。由于Ia反向，电磁转矩Tmax方向与电枢旋转方向相同，变为驱动转矩，电机仍继续沿着逆时针方向旋转，电机已经变为电动机的运行状态。[单选题]8.一台复励直流发电机与直流电网连接向电网供电。欲将它改为复励直流电动机运行，若保持电机原转向不变（设电网电压极性不变），需要采取下列哪项措施？()[2005年真题]A.反接并励绕组B.反接串励绕组C.反接电枢绕组D.所有绕组接法不变正确答案：B参考解析：对于复励发电机，在原电机转向和磁场极性不变下改作电动机运行时，只需将串励绕组的两端对调一下连接，其他接线端无需变动。反之，电动机改作发电机运行，也只需对调串励绕组两线端。[单选题]9.一台串励直流电动机，若把电刷顺旋转方向偏离磁场几何中性线一个不大角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机的转速将()。[2013年真题]A.降低B.保持不变C.升高D.反转正确答案：A参考解析：改善换向的方法主要靠换向区磁场产生的旋转电动势ek，来抵消换向元件的电抗电动势er，以使附加换向电流等于零，达到理想的直线换向，为此可采用装设换向极、移动电刷、电刷匹配的方法。有关移动电刷的方法简述如下：①电动机作为发电机运行时，电励应自几何中线顺着电枢旋转的方向移动一个角度。②电动机作为电动机运行时，则应逆着电机旋转方向移动一适当角度。本题中为一直流电动机，如果电刷方向偏离磁场的几何中心，那么电枢电流通过转子绕组每极的磁通量减小，受到的安培力就会减小，从而降低了电机输出的电磁力矩，在负载转矩不变的情况下，电机转速就会下降。[单选题]10.直流电动机启动电流，半载启动电流与空载启动电流相比较，哪个启动电流大？()[2006年真题]A.空＞半B.空＝半C.空＜半D.不确定正确答案：B参考解析：直流电动机起动电流为：，由于起动初始时电动机因机械惯性未能旋转起来，转速为零，电枢电动势：Ea＝0，因此启动电流：Ist＝UN/Ra，启动电流大小和负载无关，所以空载启动电流和半载启动电流相等，但是半载启动的时间要比空载启动的时间长。[单选题]11.一台并励直流电动机，额定电压为110V，电枢回路电阻（含电刷接触电阻）为0.045Ω，当电动机加上额定电压并带一定负载转矩T1时，其转速为1000r/min，电枢电流为40A，现将负载转矩增大到原来的4倍（忽略电枢反应），稳定后电动机的转速为()。[2016年真题]A.250r/minB.684r/minC.950r/minD.1000r/min正确答案：C参考解析：并励直流电动机接线图如图4-12-5所示。电枢电动势Ea＝UN－IaRa＝110－40×0.045＝108.2V。由公式Ea＝Ceφn，可得：Ceφ＝Ea/n＝108.2/1000＝0.1082。由于负载转矩增大到原来4倍，电流随着负载转矩的变化而变化，则电枢电流亦需增大至原来4倍，由公式Ea＝UN－IaRa，电枢电动势为：Ea′＝UN－Ia′Ra′＝110－4×40×0.045＝102.8V。因为Ea′＝Ceφn，则：n′＝Ea′/（Ceφ）＝102.8/0.1082＝950.09r/min。图4-12-5[单选题]12.一台并励直流电动机PN＝35kW，UN＝220V，IaN＝180A，nN＝1000r/min，电枢回路总电阻（含电刷接触压降）Ra＝0.12Ω，不考虑电枢反应，额定运行时的电磁功率PM为()。[2009年真题]A.36163.4WB.31563.6WC.31964.5WD.35712W正确答案：D参考解析：并励直流电动机的原理图如图4-12-6所示，电动机的电动势方程为：Ea＝UN－IaRa＝220－180×0.12＝198.4V。直流电机的电磁功率为:PM＝Ea×Ia＝198.4×180＝35712W。图4-12-6[单选题]13.一台并励直流发电机，在转速为500r/min时建立空载电压120V，若此时把转速提高到1000r/min，则发电机的空载电压变为()。[2009年真题]A.小于或等于120VB.大于120V但小于240VC.等于240VD.大于240V正确答案：D参考解析：并励直流发电机的电动势表达式为Ea＝CeΦn，在不考虑励磁电流的作用下，当转速n提高一倍时，空载电压也提高一倍，由120V提高到240V。此外考虑到励磁电流也增大，磁通Φ变大，所以空载电压大于240V。[单选题]14.一台并励直流电动机，UN＝110V，nN＝1500r/min，IN＝28A，Ra＝0.15Ω（含电刷的接触压降），Rf＝110Ω。当电动机在额定状态下运行，突然在电枢回路串入一0.5Ω的电阻，若负载转矩不变，则电动机稳定后的转速为()。[2006年真题]A.1220r/minB.1255r/minC.1309r/minD.1500r/min正确答案：C参考解析：并励直流电动机电势方程为：UN＝Ea＋IaRa，Ea＝CeφnN，Ia＝IN－If。根据已知，可求得励磁电流为：If＝UN/Rf＝110/110＝1A，则：Ia＝IN－If＝28－1＝27A。将各已知量代入：UN＝CeφnN＋（IN－If）Ra，可得：Ceφ＝[UN－（IN－If）Ra]nN＝（110－27×0.15）/1500＝0.071。当电枢回路串入0.5Ω电阻后，由于负载转矩不变，则电枢电流IN不变。设电动机稳定后的转速为n′，则：UN＝Ceφn′＋Ia（Ra＋0.5），可得转速为：[单选题]15.已知并励直流发电机的数据为：UN＝230V，IaN＝15.7A，nN＝2000r/min，Ra＝1Ω（包括电刷接触电阻），Rf＝610Ω，已知电刷在几何中性线上，不考虑电枢反应的影响，今将其改为电动机运行，并联于220V电网，当电枢电流与发电机在额定状态下的电枢电流相同时，电动机的转速为下列何值？()[2005年真题]A.2000r/minB.1831r/minC.1739r/minD.1663r/min正确答案：D参考解析：①发电机状态运行时的电动势方程：EG＝UN＋IaNRa＝230＋15.7×1＝245.7V，其中EG＝CeφnN，求解得：Ceφ＝245.7/2000＝0.12285。②电动机状态运行时的电动势（电枢电流不变）：EM＝UN－IaNRa＝220－15.7×1＝204.3V，而EM＝Ceφn′，则：n′＝EM/Ceφ＝204.3/0.12285＝1663r/min。[单选题]16.一台并励直流电动机，UN＝220V，PN＝15kW，ηN＝85.3%，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻），Ra＝0.2Ω，现采用电枢回路串接电阻起动，限制起动电流为1.5IN，（忽略励磁电流），所串电阻阻值为()。[2013年真题]A.1.63ΩB.1.76ΩC.1.83ΩD.1.96Ω正确答案：A参考解析：直流电动机的参数计算如下：输入功率P1＝PN/ηN＝15/0.853＝17.585kW；额定电流IN＝P1/UN＝17.585×103/220＝80A；附加起动电阻Rs＝UN/（1.5IN）－Ra＝220/（1.5×80）－0.2＝1.63Ω。[单选题]17.一并励直流电动机PN＝17kW，UN＝220V，nN＝3000r/min，IaN＝87.7A，电枢回路总电阻为0.114Ω，拖动额定的恒转矩负载运行时，电枢回路串入0.15Ω的电阻，忽略电枢反应的影响，稳定后的转数为()r/min。[2007年真题]A.1295B.2812C.3000D.3947正确答案：B参考解析：并励直流电动机的电动势平衡方程式为：UN＝Ea＋IaNRa，Ea＝CeφnN。由nN＝3000r/min，CeφnN＋87.7×0.114＝220，解得：Ceφ＝0.07。当串入0.15Ω电阻后，由于忽略电枢反应的影响，负载转矩不变，电枢电流保持不变，得到稳定后的转数为：[单选题]18.一台并励直流电动机，UN＝110V，IN＝28A，nN＝1500r/min，励磁回路总电阻I1＝UN＝110Ω，电枢回路总电阻Ra＝0.15Ω。在额定负载率的情况下，突然在电枢回路串入0.5Ω的电阻，同时负载转矩突然减小一半，忽略电枢反应的作用，则电机稳定后的转速为()。A.1260r/minB.1433r/minC.1365r/minD.1560r/min正确答案：B参考解析：电枢回路串入电阻前，由题知励磁电流：If＝UN/Rf＝110/110＝1A，电枢电流：Ia＝IN－If＝28－1＝27A。根据电动势平衡方程式可得:UN＝Ea＋IaRa＝110－0.15×27＝105.95V，电枢回路串入电阻，且同时直流电动机负载转矩减小一半，由电磁转矩公式：T＝CTφIa，因励磁电流固定时每极磁通φ不变，故有电枢电流减小为原先的一半，故电枢电动势为：Ea＝110－（0.15＋0.5）×27/2＝101.225V，又Ea＝CeφN，，其中Ce、φ为常量，故有：105.95/1500＝101.225/n，解得：n＝1433r/min。[单选题]19.他励直流电动机的机械特性为()。A.B.C.D.正确答案：A参考解析：已知直流电动机的电动势平衡方程为：Ua＝Ea＋IRa，将Ea＝CeΦn，T＝CTΦI代入整理得：[单选题]20.一台他励直流电动机，稳定运行时电枢回路电阻压降为外加电压的5%，此时若突将励磁回路电流减小，使每极磁通降低20%，若负载转矩保持额定不变，那么改变瞬间电动机的电枢电流为原值的()。A.4.8倍B.2倍C.1.2倍D.0.8倍正确答案：A参考解析：计算步骤如下：①直流电动机电压平衡方程式：Ua＝Ea＋IaRa。额定运行时电枢回路电阻电压降为外加电压的5%，则可得：Ea＝Ua－0.05Ua＝0.95Ua。②直流电动机的感应反电动势为：Ea＝CeΦn。突将励磁回路电流减小，使每极磁通降低20%的调速初期瞬时，这时可得反电动势Ea′为：Ea′＝CeΦ′n＝Ce（0.8Φ）n＝0.8Ea。③根据上述①、②可知电枢两端的初始瞬时电流Ia′为：Ia′＝（Ua－Ea′）/Ra＝（Ua－0.8Ea）/Ra＝（Ua－0.8×0.95Ua）/Ra＝0.24Ua/Ra。④速度改变前的电枢电流Ia为：Ia＝（Ua－Ea）/Ra＝（Ua－0.95Ua）/Ra＝0.05Ua/Ra。⑤因此，速度改变瞬间的电枢电流Ia′与改变前的电枢电流Ia的关系为：Ia′/Ia＝0.24/0.05＝4.8。[单选题]21.一台并励直流电动机，PN＝7.2kW，UN＝110V，nN＝900r/min，ηN＝85%，Ra＝0.08Ω（含电刷接触压降），If＝2A，当电动机在额定状态下运行，若负载转矩不变，在电枢回路中串入一电阻，使电动机转速下降到450r/min，那么此电阻的阻值为()。A.0.6933ΩB.0.8267ΩC.0.834ΩD.0.912Ω正确答案：A参考解析：直流电机电动势平衡方程为：Ea＝Ceφn＝UN－IaRa，IN＝Ia＋If。已知，额定电流为：IN＝PN/ηUN＝7.8×103/（0.85×110）＝77A，则：Ia＝IN－If＝77－2＝75A，所以不串电阻时电动势：Ea＝UN－IaRa＝110－75×0.08＝104V。由Ea＝Ceφn可知：Ceφ＝Ea/n＝104/900＝0.116，设串入电阻为Rj，则：Ea＝UN－Ia（Ra＋Rj）。若负载转矩不变，则Ia不变，Ea＝110－75×（0.08＋Rj）＝Ceφn′。，解得：Rj＝0.6933Ω。[单选题]22.一台并励直流电动机，UN＝220V，电枢回路电阻Ra＝0.026Ω，电刷接触压降2V，励磁回路电阻Rf＝27.5Ω。该电动机装于起重机作动力，在重物恒速提升时测得电机端电压为220V，电枢电流350A，转速为795r/min，在下放重物时（负载转矩不变，