《电机与电气控制技术》第三章参考答案

第三章习题参考答案自我检测参考答案一、填空题1.可逆性机械能直流电能电能机械能2.他励直流并励直流串励直流复励直流3.电动机的转速电磁转矩4.断电延时通电延时5.再生制动电阻制动反接制动6.两相邻主磁极之间改善换向7.调压调速电枢串电阻调速调磁调速二、选择题1C2B3C4C5C6C7B8B三、判断题1√2√3×4√5×6×四、简答题1.直流电机励磁方式四种:①他励-励磁电流，由独立电源供给与电枢电流无关。②并励-励磁电流并在电枢两端，励磁电压等于电枢电压。③串励-励磁绕组与电枢串联;④复励-既有并励绕组又有串励绕组。2.改变直流电动机转向就是要改变电磁转矩的方向，电磁转矩是电枢电流和气隙磁场相互作用产生的，因此改变电枢电流的方向或改变励磁磁场的方向就可以达到改变电动机转向的目的。①并励电动机:将电枢绕组的两个接线端对调或将并励绕组的两个接线端对调，但两者不能同时改变；②串励电动机:方法与并励电动机相同；③复励电动机:要保持是积复励，最简单的方法是将电枢绕组的两个接线端对调。3.在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变,因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。习题参考答案优点：直流电动机与交流电动机相比，具有优良的调速性能和起动性能。直流电动机具有宽广的调速范围，平滑的无极调速特性；过载能力大，能承受平凡的冲击负载；可实现无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。而直流发电机则能提供无脉动的大功率直流电源，且输出电压可以精确的调节和控制。缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；二是直流电动机在运行时由于电刷与转向器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护比较困难。应用:一般用于起动和调速性能要求高的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、龙门刨床、电力机车等。2.机座、主磁极、换向极、电刷装置、锅盖、电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、支架和风扇。3.换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电动机旋转。4.P1N=PN/ηN=10KW/85%=11.76KWIN=P1N/UN=11.7*103/110V=106.9A5.P1N=PN/PUN=20/88%=22.73KWIN=P1N/UN=22.73*103/220=103.3AT2N=60PN*103/2πnN=9550*PN/nN=127.33N·m6.一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势,经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载(或电网)，对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。7.绕组的基本形式:单叠绕组、单波绕组。单叠绕组的特点是:（1）同一主极下的各元件串联起来一条支路并联支路数2a等于电机的极数2p.（2）电刷位置应使正负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件感应电势为零。（3）电刷数等于主极数。（4）电刷间引出的电势为每一支路的电动势。（5）电枢电流为各支路电流之和。单波绕组的特点是：所有n极的各元件串联起来组成一条支路，所有s极下的各元件串联起来组成另外一条支路并联支路对数a为1，与磁极对数无关。电刷数等于主极数。电刷间引出的电势为每一支路的电动势。电枢电流为各支路电流之和。

8.RPa调到最大，Rpf调到最小。9.增大电枢回路调节电阻Rpa的阻值，电动机的转速将下降;增大励磁回路电阻Rpf的阻值，转速将下降。改变电枢电压方向或改变励磁电流方向；同时调换电枢绕组的两端和励磁绕组的两端接线，直流电动机的转向不变。11.应该是先断电枢后断励磁，如果先断励磁电枢电流会大，导致烧东西，因为电枢阻值小，励磁电流不怎么变化的，是产生磁场的。12.并励直流电动机励磁绕组和电枢绕组并联，绕组匝数多导线较细。串励直流电动机励磁绕组与电枢绕组串联，绕组匝数少，导线较粗，启动转矩大，但其机械特性很软，串励直流电动机不准空载或轻载运行。13.并励直流电动机反转有两种方法，一是电枢反接法，即改变电枢电流方向，保持励磁电流方向不变;二是励磁绕组反接法，即改变励磁电流方向，保持电枢电流方向不变。而在实际应用中，并励直流电动机的反转常采用电枢反接法来实现。14.（1）机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。如电磁抱闸、摩擦片制动。

（2）反接制动在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩

（3）能耗制动电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源，以产生静止磁场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩。15.不能，反接制动是改变相序不是极性，对电动机来说电磁转矩变成制动转矩了。16.直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器一电刷的作用，变换成为静止电路,两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。17.因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器-电刷与外电路想连接的，它的各支路构成元件在不停地变化。为使各支路电动势和电流稳定不变,电枢绕组正常、安全地运行，此种绕组必须是闭合的。18.要改变电动机转向，就必须改变电磁转矩的方向。T=CTΦIa单独改变磁通方法（通过改变励磁连接）或者单独改变电枢电流的方向，均可以改变电磁转矩的方向。改变转向的方法：对于并励电动机，单独将励磁绕组引出端对调。或者单独将电枢绕组引出端对调。对于复励电动机，应将电枢引出端对调或者同时将并励绕组和串励绕组引出段分别对调（维持加复励状态）。对于串励电动机,假设励磁绕组的一个头接的电源正极，那么他的尾就和电枢绕组的头连接的时候是正转，然后把电枢绕组的尾和电源负极连接就可以了。19.当负载转矩不变时，要求电磁转矩不变。由公式Tem=CTφIa知，φIa必须不变。在他励电动机中励磁是独立的，不计电枢反应影响时，φ不变。在Tem不变时Ia必然不变。改变电动机端电压，电动机的输入功率P1=UIa改变，E改变，n改变，输出功率P2=T2Ω改变，铁耗PFe和机械损耗Pmec改变，而电路铜耗PCua=Ia2R3不变。改变电枢回路附加电阻时，P1不变，E改变，n改变，P2改变，PFe和Pmec改变，PCua改变。在串励电动机中，同样由Ia不变，φ不变，结果与他励电动机相似。20.并励电动机的机械特性表达式n=U/Ceψ-RaMem/CeCtψ^2=n0-KMem.当忽略电枢反应时，磁通为不随负载变化的常数，是一条略下倾的直线，转速随负载增加而略有下降。如果电车和电力机车使用这种电动机，那么当电车载重或上坡时电机将过载较多。串励电动机的机械特性表达式，其中。串励电动机的励磁电流等于电枢电流，磁路不饱和时为一常数磁路高度饱和时基本不变与成反比，而并励电动机的机械特性是一条转速随增加而迅速下降的直线。当电车载重或上坡时，电动机的转速会自动下降，使得增加不多，因而，点击输入功率增加不像并励电动机那样快，所以电车和电力机车通常采用串励电动机拖动。21.如果直流电动机的电刷不在几何中性线上，则在负载运行时，除了具有交轴电枢磁动势外，还存在直轴电枢磁动势。如果电刷位置是从几何中性线逆电机旋转方向移开的话，则直轴电枢磁动势是去磁的，即与主磁通方向相反。而当气隙磁通削弱时，便会使转速n=（U-RaIa）/Ceφ增高。同时在一定电磁转距下,因为Tem=CMφIa，电枢电流会增加。如果电动机具有起稳定作用的串励绕组，则可能是串励绕组反接,而不是电枢位置不对，或者两种原因兼有。22.(1)因为磁路不饱和且励磁电流I,不变，因此主磁通φ不变。负载转矩不变，即电磁转矩r不变，由于T=CTφIa,，故电枢电流Ia不变。根据n=(U-IaRa)/Ceφ,U减半，故转速n下降，且n小于原来的一半;(2)U减半,输出功率P2不变，Ia必然上升，否则由于输入功率P1=UIa(假设为他励),若Ia不变或减小，则P1减小P2必然不能保持不变。Ia上升，n必然下降;(3)If加倍，则φ加倍。T2不变，即T不变，故Ia减半。由于IaRa<<U,从n的表达式右知，此时n下降;(4)U减半而P2不变，由(2)分析知Ia上升。If减半，则φ减半，(U-IaRa)较Ceφ减小的多，故n下降;(5)If不变，则φ不变。由于T2∞n2，Te近似与n2成正比，亦即Ia近似与n2成正比。当U减半时，假设n上升，则Ia上升，(U-IaRa)下降，由n=(U-IaRa)/Ceφ得n下降,这与假设相矛盾。故n必然下降,I,下降。23.(1)改变励磁电流调速。这种调速方法方便，在端电压一定时，只要调节励磁回路中的调节电阻便可改变转速。由于通过调节电阻中的励磁电流不大。故消耗的功率不大，转速变化平滑均匀，且范围宽广。接入并励回路中的调节电阻为零时的转速为最低转速，故只能“调高”，不能“调低”。改变励磁电流，机械特性的斜率发生变化并上下移动。为使电机在调速过程中得到充分利用，在不同转速下都能保持额定负载电流，此法适用于恒功率负载的调速。(3)改变串入电枢回路的电阻调速。在端电压及励磁电流一定、接入电枢回路的电阻为零时，转速最高，增加电枢路电阻转速降低，故转速只能“调低”不能“调高”。增加电枢电阻，机械特性斜率增大，即硬度变软,此种调速方法功率损耗大，效率低，如果串入电枢回路的调节电阻是分级的，则为有级调速，平滑性不高，此法适用于恒转矩的负载调速。24.励磁回路断线时，只剩下剩磁。在断线初瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变。电枢电势ECEn与磁通成比例减小。由IaUERa可知，Ia将急剧增加到最大值，当Ia增加的比率大于磁通下降的比率时，电磁转矩也迅速增加，负载转矩不变时，由于电磁转矩大于负载转矩，电动机转速明显提高。随着转速的升高，电枢电动势增加，Ia从最大值开始下降，可能在很高的转速下实现电磁转矩与负载转矩的新的平衡，电动机进入新的稳态。由于这时转速和电枢电流都远远超过额定值，这是不允许的。从理论上讲，当励回路断线时，若是电动机的剩磁非常小，而电枢电流的增大受到电枢回路