電機(jī)與拖動(dòng)習(xí)題與解答

1、第1章電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1簡(jiǎn)答題didWd1.用電磁感應(yīng)定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，公式e=-L-、e=-、e=-N-，以及dtdtdte=Blv中，哪個(gè)公式是最普遍的形式？其它公式必須在什么條件下適用？答：式e=-置是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的普遍形式。其負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與dt磁鏈的正方向符合右手螺旋關(guān)系，如果兩者不符合右手螺旋關(guān)系，則應(yīng)取正號(hào)。2. 如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與磁通的正方向之間不符合右手螺旋關(guān)系，則電磁感應(yīng)定律應(yīng)drd改寫成e=或e=N-，試說(shuō)明其原因。dtdt3. 有兩個(gè)線圈匝數(shù)相同，一個(gè)繞在閉合鐵芯上，另一個(gè)是空芯的，兩個(gè)線圈通入頻率相同的交變電流，如果它們的自感電動(dòng)勢(shì)相等，試問(wèn)哪個(gè)線

2、圈的電流大？為什么？答：空芯的線圈電流大。因?yàn)閮烧哳l率相等，產(chǎn)生同樣的e,意味著產(chǎn)生同樣的，根據(jù)NI=dRm，由于鐵芯的磁導(dǎo)率大得多，即磁阻小得多，故空芯情況下的(NI)>>(NI)，所以I>>I?？招捐F芯空芯鐵芯4. 若磁路上有幾個(gè)磁動(dòng)勢(shì)同時(shí)作用，磁路計(jì)算時(shí)能否使用疊加原理？為什么？5. 在一個(gè)恒定的磁場(chǎng)中，鐵芯中是否存在磁滯損耗和渦流損耗？為什么？6. 在交變磁場(chǎng)中，鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗是怎樣產(chǎn)生的？它們與哪些因素有關(guān)？7. 什么是鐵磁材料的基本磁化曲線？基本磁化曲線與起始磁化曲線有何不同？8. 鐵磁材料是如何分類的？各有什么特點(diǎn)?12分析題1. 變壓器原理圖

3、如圖所示，試回答：(1) 當(dāng)線圈N施加正弦電壓U1時(shí)，為什么在線圈N及N中都會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)？(2) 當(dāng)電流I增加時(shí)，標(biāo)出這時(shí)N及N中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向。答：(1) 當(dāng)線圈N1流過(guò)電流i1時(shí)，會(huì)在鐵芯建立磁通，i1與正方向符合右手螺旋關(guān)系，由于磁通同時(shí)交鏈線圈N1和N2,所以當(dāng)i1交變時(shí)，N1與N2所交鏈的磁鏈以同一個(gè)頻率交變，所以在N1和N2中都會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。(2) 按右手螺旋關(guān)系，標(biāo)出在N1和N2中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)el和e2的正方向，如圖中實(shí)線所示，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式分別為de=-N-11dte=-N22dt當(dāng)電流i增加時(shí)，也增加，->0，由以上表達(dá)式可知，e<0、e<0，說(shuō)

4、dt12明此時(shí)N1和N2中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向與el和e2的正方向相反，如圖中虛線(與實(shí)線方向相反)所示。第2章直流電機(jī)2.1簡(jiǎn)答題1. 直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組中為什么也有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？其方向與電流方向有何關(guān)系？他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載即電樞電流為零時(shí)，有沒(méi)有電磁轉(zhuǎn)矩？為什么？答：直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體切割氣隙磁場(chǎng)，在電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向與電樞電流方向相反，稱為反電動(dòng)勢(shì)。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載即電樞電流為零（Ia=0）時(shí)，根據(jù)T=Ctla，故電磁轉(zhuǎn)矩T=0.2. 直流電機(jī)的電樞鐵芯為什么必須采用硅鋼片疊成，而機(jī)座和主磁極可以采用整塊鐵？為什么有的主磁極也采用薄鋼板疊成？答：電樞鐵芯

5、旋轉(zhuǎn)，電樞鐵芯的磁場(chǎng)是交變的，為了減少鐵耗，用硅鋼片疊成機(jī)座和主磁極的磁場(chǎng)是恒定的，故可以采用整塊鐵。但是，由于電樞齒槽的影響，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)主磁極極靴表面的磁場(chǎng)發(fā)生脈動(dòng)，引起附加損耗，為了降低表面損耗，主磁極有時(shí)采用薄鋼板疊成。3. 什么是電機(jī)的可逆原理？接在直流電源上運(yùn)行的直流電機(jī)，如何判別它是運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？答：同一臺(tái)電機(jī)（直流、交流）由于外界使用條件不同，既可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。這個(gè)電機(jī)理論中普適的原理稱為電機(jī)的可逆原理。當(dāng)端電壓Uv電樞電動(dòng)勢(shì)Ea,電樞電流Ia與Ea方向一致時(shí)，為發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)端電壓U電樞電動(dòng)勢(shì)Ea,電樞電流Ia與Ea方向相反時(shí)，為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)

6、；4. 如果將電樞裝在定子上，主磁極裝在轉(zhuǎn)子上，換向器和電刷如何安裝，才能作直流電機(jī)運(yùn)行？答：這種結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)磁極式，因電刷必須與主極相對(duì)靜止，所以電刷也應(yīng)裝在轉(zhuǎn)子上；而換向器必須與電樞相對(duì)靜止，所以換向器應(yīng)裝在定子上。5. 直流電機(jī)電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的，而電樞繞組中的電流又是交流電，試問(wèn)電樞電流所建立的磁場(chǎng)在空間上是恒定的還是交變或旋轉(zhuǎn)的，為什么？答：是恒定的。因?yàn)橹鞔艠ON或S下的電樞導(dǎo)體的電流方向不變。6. 直流電機(jī)的主磁通既交鏈電樞繞組，又交鏈勵(lì)磁繞組，為什么只有電樞繞組中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而在勵(lì)磁繞組中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？答：主磁通對(duì)勵(lì)磁繞組來(lái)說(shuō)是恒定不變的，因此勵(lì)磁繞組中沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；主磁通對(duì)電

7、樞繞組來(lái)說(shuō)是交變的，故在電樞繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。7. 如何改變他勵(lì)和并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的端電壓極性？答：他勵(lì)：使電機(jī)反轉(zhuǎn)；或?qū)?lì)磁電壓反接；并勵(lì)：勵(lì)磁繞組反接，同時(shí)將電機(jī)反轉(zhuǎn)。8. 什么是電樞反應(yīng)？對(duì)電機(jī)有什么影響？答：直流電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行后，電樞里有電流流過(guò)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)有可能對(duì)主極磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，這種影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的結(jié)果是負(fù)載后每極下總的磁通量比空載時(shí)要少。而且電樞電流越大，這個(gè)現(xiàn)象越嚴(yán)重。2.2計(jì)算題1.某直流發(fā)電機(jī)的額定功率PN=145KW，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min,額定效率n=90%，求該發(fā)電機(jī)的額定電流、額定運(yùn)行時(shí)的

8、輸入功率？解：145000230二630(A)-NIN1450000.9=161(kW)2.某直流電動(dòng)機(jī)的額定功率Pn=22KW,額定電壓Un=220V,額定效率n=83%,求該電動(dòng)機(jī)的額定電流、額定運(yùn)行時(shí)的輸入功率？P22000解：P二UIqnI二二二120.48(A)NNNNNU耳220X0.83NNP二UI二220X120.48二26505(W)二26.5(kW)INNN3.某四極直流電機(jī)，電樞槽數(shù)z=36，單疊繞組，每槽導(dǎo)體數(shù)為6,每極磁通為2.2X10-2Wb，電樞電流為Ia=800A，試問(wèn)：電磁轉(zhuǎn)矩和支路電流分別是多少？解：CTpN2兀a2x6x362kx2=34.395T二CI二

9、34.395x2.2x10-2x800二605.35(Nm)emTa支路電流：800=a=2a=200A4.某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓Un=220V,額定電流電流為In=10A,額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，電樞回路總電阻R=0.5Q，試求：Na（1）額定負(fù)載時(shí)的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩；（2）保持額定時(shí)勵(lì)磁電流及總負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，端電壓降為190V，則穩(wěn)定后的電樞電流和轉(zhuǎn)速是多少？（忽略電樞反應(yīng)）解：(1)由于他勵(lì)I(lǐng)aN=In=10A，所以E二U-1R二220-10x0.5二215VaNNNaP二EI二215x10二2150(W)MaaTPPx602150x60N、/=13.7(Nm)Q2兀n

10、2兀x1500NN(2)由于I二I不變，忽略電樞反應(yīng)，則有二，又因總負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變ffNN則-NI二10AaNE二U-1R二190-10x0.5二185Vaaa由于二，所以NEEExn185x1500aN=-nn=n=1291r/mmnnE215NaN5.某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在某負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速為n=1000r/min,電樞電流為Ia=40A,端電壓為U=110V,電樞回路總電阻為Ra=0.045Q，其他條件不變，但總負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl增大為原來(lái)的4倍，試求：穩(wěn)定后的電樞電流及轉(zhuǎn)速分別為多少？（忽略電樞反應(yīng)）解：當(dāng)負(fù)載為tl時(shí)，E=U-IR=110-40x0.045=108.2Vaaa當(dāng)負(fù)載為T=4T時(shí),LL

11、T'4T穩(wěn)定后ia=Co=話=4I=4x40=160Aa=110-160x0.045=102.8V由于不變,E',Een102.8x1000=nn=950.1r/mmnrE108.2a第3章直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)3.1簡(jiǎn)答題1.寫出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性方程式,說(shuō)明各物理量的含義,并繪制機(jī)械特性曲線。答：URn=NaTCoCCo2emeNeTN其中，n-轉(zhuǎn)速；UN-額定電壓；Ce-電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；Ct-轉(zhuǎn)矩常數(shù);N-每極磁通；Tem-電磁轉(zhuǎn)矩。1卩AKllj0T、L,2. 一般的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為什么不能直接啟動(dòng)？采用什么啟動(dòng)方法較好？答：直接啟動(dòng)由于電樞電動(dòng)勢(shì)E二Cn二0，最初

12、啟動(dòng)電流I二U，若直接aeSRa啟動(dòng)，由于R很小，I會(huì)十幾倍甚至幾十倍于額定電流，無(wú)法換向，也會(huì)過(guò)熱,aS因此，不能直接啟動(dòng)；較好的啟動(dòng)方法是降低電源電壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)過(guò)程中隨著轉(zhuǎn)速不斷升高逐漸提高電源電壓，始終保持I<I，直到U二U，啟動(dòng)便結(jié)束。SamaxN3. 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)性的轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速似乎應(yīng)該上升，但從直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性看，電磁轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速反而下降，這是什么原因？答：電磁轉(zhuǎn)矩T二CI；當(dāng)Tem增大，則電樞電流Ia增大，反電動(dòng)勢(shì)emTaemaE二U-1R降低，而反電動(dòng)勢(shì)E二Cn，所以轉(zhuǎn)速n下降。aaaaae4請(qǐng)例舉幾種直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法，并簡(jiǎn)要

13、說(shuō)明其工作原理。答：1）能耗制動(dòng)：當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，將開(kāi)關(guān)S投向制動(dòng)電阻RB上，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。2）反接制動(dòng)：反接制動(dòng)分為電壓反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。3）回饋制動(dòng)：電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在某種條件下（如電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)車下坡時(shí)）會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速n高于理想空載轉(zhuǎn)速n0的情況，此時(shí)Ea>U,電樞電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變：由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從能量傳遞方向看，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)車下坡時(shí)失去的位能變成電能回饋給電網(wǎng)，這種狀態(tài)稱為回饋制動(dòng)狀態(tài)。3.2計(jì)算題1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為:P=22kW,U220V,I=115A,n1500r/min,電樞回路總電阻R=0.1Q，

14、忽略空載轉(zhuǎn)矩T：電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，要求把a(bǔ)0轉(zhuǎn)速降到1000r/min,若采用電樞串電阻調(diào)速，需要串入的電阻值？解：C-N-Na2200.139額定轉(zhuǎn)速降落An二220-115x0.11500=1582.7r/min二0.139二1582.7-1500二82.7r/min串電阻后轉(zhuǎn)速降落An二n-n二1582.7-1000二582.7r/min,0設(shè)電樞串電阻為R,則有Ra+R二空，所以R二少R-R二0.1x-1）二0.6050RAnAnaa82.7aNN廠廠u-cnR或：如果負(fù)載不變則電樞電流不變，R+ReN，可求出外串電阻0。a0IN2.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=22kW

15、,UN=220V,IN=115A,nN=1500r/min,電樞回路總電阻R=0.1。忽略空載轉(zhuǎn)矩T,電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)Na0載運(yùn)行,求：1）額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩；（6分）（2）若需將轉(zhuǎn)速降為n=1000r/min,當(dāng)采用電樞回路串電阻降速時(shí)，應(yīng)串入多大的電阻？（6分）（3）若需將轉(zhuǎn)速降為n=1000r/min,當(dāng)采用降低電源電壓降速時(shí)，外加電壓應(yīng)降為多少？（5分）1)C=NNaeNnN220-115x0.11500二0.1392分)T二CI二9.55CI二9.55x0.139x115二152.66NmemTaeNNU2202)n=n=1582.7r/min0C0.139eN額定轉(zhuǎn)速降落An=n一

16、n=1582.7一1500=82.7r/min0N串電阻后轉(zhuǎn)速降落An二n-n二1582.7-1000二582.7r/min,0設(shè)電樞串電阻為R,則有Ra+R=L，所以R二空R-R二0.1x-1)二0.6050RAnAnaa82.7aNN_UCnR或：如果負(fù)載不變則電樞電流不變，R+ReN，可求出外串電阻0。a0IN2) 降低電源電壓后的理想空載轉(zhuǎn)速：n=n+An=1000+82.7=1082.7r/min01N降低后的電源電壓為U,貝UUn1=01UnN0U二鑒U二1082.7x220二150.5V1nN1582.70或U=E+RI二Cn+RI求解。aaaeNaN3某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)

17、為PN=54kW,UN=220V,lN=270A,nN=1150r/min。估算額定運(yùn)行時(shí)的EaN，再計(jì)算CeNTn,n0，最后畫出固有機(jī)械特性。解：(1)根據(jù)額定容量，取EaN=0.95UN=0.95X220=209VE209(2) C二-a二二0.1817eNn1150N(3) C二9.55C二9.55x0.1817二1.735tNeN(4) 額定電磁轉(zhuǎn)矩T二CI二1.735x270二468.5N-mNtNNU220(5) 理想空載轉(zhuǎn)速n=1211r/minoC0.1817eN(6)固有機(jī)械特性上兩個(gè)特殊點(diǎn)：理想空載點(diǎn)(1211r/min,0Nm)；額定工作點(diǎn)(1150r/min,468.5Nm);機(jī)械特性曲線略。4.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=29kW,Un=440V,In=76.2A,nN=1050r/min,Ra=0.4Q,試求：1）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載（Tl=0.8Tn）,采用能耗制動(dòng)，要確保最大制動(dòng)電流不超過(guò)2In，制動(dòng)電阻應(yīng)選多大？最后下放的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為多少？2）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一位能性負(fù)載（Tl=0.8Tn）,在電壓反接時(shí)作回饋制動(dòng)下放，下放轉(zhuǎn)速為1200r/min