電機(jī)與電氣控制技術(shù)第1章

1、 第1章 直流電機(jī)及電力拖動(dòng)習(xí)題答案簡(jiǎn)述直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、主要結(jié)構(gòu)及各部分的作用。答：1） 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于電磁力定律的。若磁場(chǎng)BX與導(dǎo)體互相垂直，且導(dǎo)體中通以電流i ,則作用于載流導(dǎo)體上電磁力f。此電磁力與轉(zhuǎn)子半徑之積即為電磁轉(zhuǎn)矩。該電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)換向器和電刷的作用，流經(jīng)線圈的電流方向改變，這樣導(dǎo)體所受的電磁力方向不變，從而保持電動(dòng)機(jī)沿著一個(gè)固定的方向旋轉(zhuǎn)。2）直流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子部分組成。定子主要由主磁極、機(jī)座、換向磁極、電刷裝置和端蓋組成。主磁極的作用是產(chǎn)生恒定、 有一定空間分布形狀的氣隙磁通密度。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁效果較好的鑄鋼材料制成

2、，該種機(jī) 座能同時(shí)起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐作用。換向極用來(lái)改善直流電機(jī)的換向。電刷裝置把電機(jī)電樞 中的電流與外部靜止電路相連或把外部電源與電機(jī)電樞相連。電刷裝置與換向片一起完成機(jī) 械整流，把電樞中的交變電流變成電刷上的直流或把外部電路中的直流變換為電樞中的交流。直流電機(jī)的電樞繞組的連接方式中單疊繞組和單波繞組各有何特點(diǎn)？答：?jiǎn)委B繞組的特點(diǎn)是相鄰元件相互疊壓，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1,即y=yk=1。單疊繞組有以下特點(diǎn)：1）同一主磁極下的元件串聯(lián)在一起組成一個(gè)支路，這樣有幾個(gè)主磁極就有幾條支路，主磁極對(duì)數(shù)等于之路對(duì)數(shù)，P =a。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。3）電刷間電動(dòng)勢(shì)等

3、于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)，即等于每條并聯(lián)支路中每根導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)之和。4）電樞電流等于各并聯(lián)支路電流之和。單波繞組：線圈連接呈波浪形，所以稱作波繞組。單波繞組直接相連的兩個(gè)線圈的對(duì)應(yīng) 邊不是在同一個(gè)主磁極下面，而是分別處于相鄰兩對(duì)主磁極中的同極性的磁極下面，合成節(jié) 距約等于兩個(gè)極距。單波繞組只有一對(duì)并聯(lián)支路，支路對(duì)數(shù)與磁極對(duì)數(shù)P無(wú)關(guān)，即a=1。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有幾種？畫(huà)圖說(shuō)明。答：勵(lì)磁方式分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。a）b）C）d）a）他勵(lì)b）并勵(lì)C）串勵(lì)d）復(fù)勵(lì)什么是電樞反應(yīng)，對(duì)電機(jī)有何影響？答：電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電刷位于幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)特點(diǎn)為：1）電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變

4、。物理中性線與幾何中性線不再重合。2）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用。怎么改善換向？答：1）選用合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻。2）裝設(shè)換向極。3）安裝補(bǔ)償繞組什么是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性？答：電動(dòng)機(jī)額定電壓 UN和額定勵(lì)磁電流IfN時(shí)，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)速特性的表達(dá)式：如何改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向 ？答：一是改變磁場(chǎng)極性；二是改變電源電壓的極性使流過(guò)導(dǎo)體的電流方向改變。應(yīng)注意,二者只能改變其一，否則，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。什么是電力拖動(dòng)系統(tǒng)，有幾部分構(gòu)成？答：電力拖動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)動(dòng)力學(xué)整體。 一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、控制

5、設(shè)備及電源五部分組成。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性常見(jiàn)的有幾類？畫(huà)出其特性曲線。 答：1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。包括反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。2）恒功率負(fù)載特性。3）泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性。n JoOn JoOTLTL恒功率負(fù)載特性nnl12 120ILo oTFOTL泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性nOTL0T-反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性（a）位能性恒轉(zhuǎn) 矩負(fù)載特性什么是電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性？人為機(jī)械特性有幾類，各有何特點(diǎn)， 畫(huà)圖說(shuō)明。答：電動(dòng)機(jī)自身所固有的機(jī)械特性是在電樞電壓、勵(lì)磁磁通為額定值，且電樞回路不外 串電阻時(shí)的機(jī)械特性，這條機(jī)械特性稱為電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。把調(diào)節(jié)U、R、等參數(shù)后得到的機(jī)

6、械特性稱為人為機(jī)械特性。人為機(jī)械特性有：1）電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性。 與固有特性相比，電樞串入電阻的人為特性的理 想空載轉(zhuǎn)速no不變，但斜率隨串聯(lián)電阻RS的增大而增大，所以特性變軟。改變RS的大小， 可以得到一組通過(guò)理想空載點(diǎn) no并具有不同斜率的人為特性，如圖所示。n JInoRa+Rs1Rs1Rs1 Rs2Ra+Rs2T em2）降低電樞電壓時(shí)的人為特性。與固有特性比較，降低電壓時(shí)人為特性的斜率不變,但理想空載轉(zhuǎn)速no隨電壓的降低而成正比地減小。因此降低電壓時(shí)的人為特性是位于固有特nononono2UNUIUULNu2Tem3）減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性。 在實(shí)際的運(yùn)行條件下認(rèn)為，

7、磁通越小，穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速越高。no2nonono22no2nonono22121 NNno1noN2 1NOlNIKI aa）轉(zhuǎn)速特性O(shè)TNT2TK1T Kb）機(jī)械特性減弱磁通的人為特性電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么？答：電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件如下：1） 必要條件：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載特性必須有交點(diǎn)，即存在Tem=TL ；2） 充分條件：在交點(diǎn)處，滿足 一。或者說(shuō)，在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在TemTL。直流電動(dòng)機(jī)為什么不能直接啟動(dòng)？常用的啟動(dòng)方法有幾種？答：電樞電阻Ra很小，所以直接啟動(dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，通?？蛇_(dá)到（1020）IN。過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)上其他用戶

8、；使電動(dòng)機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚 至?xí)龎碾妱?dòng)機(jī)；同時(shí)過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，除了個(gè)別容量很 小的電動(dòng)機(jī)外，一般直流電動(dòng)機(jī)是不允許直接啟動(dòng)的。為了限制啟動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻啟動(dòng)或降低電樞電壓?jiǎn)?dòng)。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有幾種？各有何特點(diǎn)？答：1）電樞回路串電阻調(diào)速。電樞串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)是：由于 電阻分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差；低速時(shí)特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差；輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D 2%;轉(zhuǎn)速越低，所串電阻越大，損耗越大，效率越低 。2）降壓調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)是：電源電壓能夠平穩(wěn)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)，速度穩(wěn)定性好；無(wú)論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同， 一般可達(dá)D=2.512 ;電能損耗較小。降壓調(diào)速的缺點(diǎn)是需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源， 如晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。3）減弱磁通調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且調(diào)速平滑性好。雖然弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率 增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此弱磁調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 是比較好的。缺點(diǎn)：機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟；轉(zhuǎn)速的升高受到電機(jī)換向能力和機(jī)械 強(qiáng)度的限制，因此