《電機(jī)與應(yīng)用》習(xí)題答案習(xí)題及答案6

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第六章思考題與習(xí)題及參考答案P169

6-l直流電動(dòng)機(jī)有哪些主要部件，各起什么作用?答：P137，一、靜止部分

1．主磁極：由鐵心和勵(lì)磁繞組組成，主磁極的作用是產(chǎn)生一個(gè)恒定的主磁場(chǎng)。2．換向磁極

由鐵心及繞組組成，換向磁極的作用是減少直流電動(dòng)機(jī)的換向器在電刷間產(chǎn)生的換向火花。3．機(jī)座

機(jī)座由鑄鐵或鑄鋼制成，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)座是磁路的一部分，機(jī)座還用來固定主磁極，換向磁極和端蓋。機(jī)座中有磁通經(jīng)過的地方稱為磁軛。

4．端蓋

機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋，它的中心部分裝有軸承，用來支持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸，電刷架也固定在端蓋上。5．電刷裝置

電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成。電刷裝置是把直流電流引入電動(dòng)機(jī)的部件。二、轉(zhuǎn)動(dòng)部分

1．電樞鐵心

用0.5mm厚且彼此絕緣的硅鋼片疊壓而成，電樞鐵心的作用除了嵌放電樞繞組外，它還是磁路的一部分。

2．電樞繞組

電樞繞組是由大量按一定規(guī)律連接的線圈組成，它是直流電動(dòng)機(jī)的主要電路部分，也是通過電流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵部件。

3．換向器

換向器由大量銅質(zhì)換向片組成一個(gè)圓柱體，換向片之間用云母絕緣，電樞繞組的兩端分別焊接到兩片換向片上。換向器通過與電刷的摩擦接觸，將兩個(gè)電刷之間固定極性的直流電流變換成為繞組內(nèi)部的交流電流，以形成固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。

6-2直流電動(dòng)機(jī)通入的是直流電，為什么電樞鐵心卻用彼此絕緣的硅鋼片疊成?

答：P135，直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組通入的是斷續(xù)直流，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是交變的，為了減少渦流損耗，所以電樞鐵心用彼此絕緣的硅鋼片疊成。

6-3一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，PN=100kW，UN=220v，ηN=90％，nN=1500r/min，求IN。解：由??PNUNIN得IN?PNUN??100?103220?0.9?505A。

6-4計(jì)算以下各繞組的節(jié)距y1、y2和y，繪制繞組展開圖，安放主磁極和電刷，并求出支路對(duì)數(shù)。(1)單疊繞組2p=4，s=K=18；(2)單波繞組2p=4，s=K=19。

解：P143，(1)單疊繞組2p=4，S=K=18；S=K=Zi=18，y1?Zi2p???184?24?4，

y=yk=1，y2=y-y1=4-1=3，支路對(duì)數(shù)為4（如下圖），展開圖如下：

1

(2)單波繞組2p=4，s=K=19。（p146）s=K=Zi=19，yZi1181?2p???194?34?4，y?yK?k?p?2?9，y2=y-y1=9-4=5。

展開圖如下：

2

支路對(duì)數(shù)為4（如下圖）

6-5一臺(tái)4極直流電動(dòng)機(jī)，電樞為單疊繞組，Z=18，u=4，yK=1求Zi、K、S及各節(jié)距。解：P141，S=K=Zi=uZ=4×18=72，y1?Zi2p???724?0?18,y=yk=1，y2=y-y1=18-1=17。

6-6什么叫做換向，為什么要改善換向？改善換向的方法有哪些?

答：P168，直流電動(dòng)機(jī)的換向是指電樞繞組元件從一條支路退出，經(jīng)過電刷短路后進(jìn)入另一支路時(shí)的整個(gè)過程。換向是否良好是直流電動(dòng)機(jī)工作的關(guān)鍵，換向的主要電磁現(xiàn)象在于換向元件內(nèi)存在幾種電動(dòng)勢(shì)阻礙電流變化，使換向延遲或加速電流的變化，使換向變得繁雜。在換向的回路斷開時(shí)，有一定的電磁能量放出，于是產(chǎn)生火花，要減少火花，就要改善換向。改善換向的主要方法是裝設(shè)換向磁極，在大容量和工作繁重的直流電動(dòng)機(jī)中，為了防止環(huán)火，在主磁極上裝有補(bǔ)償繞組。

6-7直流電池供電和整流電源供電的直流電動(dòng)機(jī)，其工作狀況有什么不同?

答：P153，當(dāng)用電池或直流發(fā)電機(jī)供電時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作狀況下，其端電壓和電樞電流以及勵(lì)磁電流基本上是平滑直流。由整流電源供電時(shí)，其端電壓和電樞電流都是脈動(dòng)的直流電，含有較大的交流分量，直流電動(dòng)機(jī)增加了電機(jī)換向的困難，損耗增加、效率降低，溫升增加，噪聲增加，振動(dòng)加劇等。

3

6-8直流電動(dòng)機(jī)按其勵(lì)磁方式的不同可分哪幾類？目前使用較多的是哪幾類？

答：P140，可分為永磁電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。目前使用較多的是永磁電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。6-9什么叫永磁直流電動(dòng)機(jī)？其主要優(yōu)點(diǎn)是什么?

答：P140，永磁電動(dòng)機(jī)是用永磁材料代替勵(lì)磁繞組和鐵芯（產(chǎn)生的磁場(chǎng)）的直流電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)由于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕；損耗低、效率高、儉約能源；溫升低、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)；適應(yīng)性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。

6-10一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，在某負(fù)載時(shí)U=220v，I=70A，n=1000r/min，Ra=0.2Ω，Rf=500Ω，現(xiàn)把負(fù)載減少，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升到1030r/min，求此時(shí)電動(dòng)機(jī)取用的電流。

解：P160，

If?URf?220500?0.44A,Ia?I?If?70?0.44?69.56A,

由

CE?CE??UN?RaIanN?220?69.56?0.21000?0.202V/(r/min),n?U?RaIaI??Ia?If?U?CE?nRa?If?220?0.202?10300.2UCE?2200.202?0.44?59.7?0.44?60.14A,

或：（按課本p160例題：）n0???1089r/min,

I??Ia?If?(n0?n)CE?Ra?If?(1089?1030)?0.2023.2?0.44?59.6?0.44?60.04A,

6-11一臺(tái)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，UN=220v，IN=100A，nN=1500r/min，Ra=0.1Ω，Rf=0.55Ω，如負(fù)載減輕到I=50A，求此時(shí)轉(zhuǎn)速n。

解：P160，CE??UN?(Ra?Rf)IanN?220?(0.1?0.55)?1001500?0.103V/(r/min),

U?(Ra?Rf)Ia220?(0.1?0.55)?50n???1820r/min

E

6-12說明直流電動(dòng)機(jī)輸入功率P1、電磁功率P、輸出功率P2的含意。這三個(gè)物理量之間有什么關(guān)系?

答：P155，直流電動(dòng)機(jī)輸入功率P1是指電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取電功率；

C?0.103電磁功率P是輸入功率P1除去電樞回路的銅損耗△Pcu，電刷接觸損耗△P′cu。及勵(lì)磁回路銅損耗△P″cu，后轉(zhuǎn)變成的電磁功率；

輸出功率P2是轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。

輸入功率P1等于電磁功率P加上電樞回路的銅損耗△Pcu，電刷接觸損耗△P′cu。及勵(lì)磁回路銅損耗△P″cu，電磁功率P等于P2加上補(bǔ)償機(jī)械損耗△Pm，鐵損耗△PFe和附加損耗△Ps等。

4

6-13并勵(lì)電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為P2N=P2=10kw，UN=110V，nN=1100r/min，η=0.909，電樞繞組電阻Ra=0.02Ω，勵(lì)磁回路電阻Rf=55Ω，求：1)額定電流IN、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If；2)銅損耗△Pcu及空載損耗；3)額定轉(zhuǎn)矩TN；4)反電動(dòng)勢(shì)Ea。

解：P165，1)I2?P2UNP2UN???10?101103?90.9A,

額定電流：IN??10?103110?0.909?100A,

勵(lì)磁電流：If?UNRf?11055?2A,電樞電流：Ia?IN?If?100?2?98A,

2)銅損耗△Pcu及空載損耗：△P=P1-P2=UNIN-P2=110×100-10×1000=1000W=1kW，3)額定轉(zhuǎn)矩TN；T?

4)反電動(dòng)勢(shì)：U?Ea?RaIa,Ea?U?RaIa?110?98?0.02?108.V,或

CE?N?UN?RaIanN?110?0.02?981100?0.0982V/(r/min),P2??P22?n/60?10?1000?602?3.14?1100?86.86N?m,

Ea?CE?n?0.0982?1100?108V,

答：1)額定電流IN=100A、電樞電流Ia=2A、勵(lì)磁電流If=98A；2)銅損耗△Pcu及空載損耗1kW；3)額

定轉(zhuǎn)矩TN=86.86N〃m；4)反電動(dòng)勢(shì)Ea=108V。

6-14什么叫直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性?并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有什么不同?根據(jù)機(jī)械特性，說明并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的主要用途。

答：P158，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也應(yīng)隨之變化。

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條微向下垂的直線，基本上是“硬〞特性。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是一條向下伸延的雙曲線，是軟的機(jī)械特性。

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)主要用途是拖動(dòng)需要大范圍平滑調(diào)速、恒速和確鑿位置控制的生產(chǎn)機(jī)械。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)主要用途是拖動(dòng)需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、機(jī)械特性較軟的生產(chǎn)機(jī)械。

6-15一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，UN=220v，IN=40A，nN=1500r/min，Ra=0.4Ω，帶額定負(fù)載。(1)假使在電樞電路中串入電阻R=1.5Ω，求串聯(lián)后的轉(zhuǎn)速(2)假使電源電壓降到110v，求電樞不串電阻時(shí)的轉(zhuǎn)速(3)若使磁通Φ減少到85％，求電樞不串電阻時(shí)的轉(zhuǎn)速解：P165，CE?N?(1)n??

UN?RaINnN?220?0.4?401500?0.136V/(r/min),

U?(Ra?R)IaCE?U?RaIaCE???220?(0.4?1.5)?400.136?691r/min?1059r/minn???0.5?220?0.4?400.1365

(2)

(3)U?RaIa220?0.4?40n??????1765r/min6-16一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，P2=12kw，CE?0.136?0.85UN=220V，IN=64A，nN=685r/min，Ra=0.296Ω，若采用全壓起動(dòng)，問起動(dòng)電流為額定電流多少倍？如需限制起動(dòng)電流為額定電流的2.5倍，問應(yīng)在電樞回路中串聯(lián)多大起動(dòng)電阻?

解：CE?N?UN?RaINnN?220?0.296?64685UNRa2200.296?0.294V/(r/min),

剛啟動(dòng)瞬間，n=0，CEΦn=0，Ist?額定電流12倍，

??743A,743/64=12，即全壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為

如需限制起動(dòng)電流為額定電流的2.5倍，應(yīng)在電樞回路中串聯(lián)起動(dòng)電阻R′st：

Ist?UNRa??,RaUN?Ist?22064?2.5??Ra??Ra?1.375?0.296?1.079?,?1.375?,Rst答：全壓起動(dòng)的起動(dòng)電流為額定電流12倍，限制起動(dòng)電流為額定電流的2.5倍，應(yīng)在電樞回路中

串聯(lián)1.079Ω起動(dòng)電阻。

6-17上題中，電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，求輸人的電功率P1、效率η、額定轉(zhuǎn)矩TN。解：輸人的電功率P1=UI=220×64=14080W=14.08kW，效率??P2P1?1214.08P2??0.852?85.2%,P212?1000?60額定轉(zhuǎn)矩TN??167.37N?m,

?2?n/602?3.14?6856-18一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=13kw，UN=110V，ηN=85％，Ra=0.04Ω，Rf=80Ω。(1)為把電樞起動(dòng)電流限制在1.5IaN，問電樞應(yīng)串多大電阻?

?(2)若電樞不串電阻直接起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)電流有多大？解：(1)IN?PNUN?N?13000110?0.85???139A,RaUN?Ist?110139?1.5?0.528?,

??Ra??Ra?0.528?0.04?0.49?,Rst(2)剛啟動(dòng)瞬間，n=0，CEΦn=0，Ist?UNRa?1100.04?2750A,

6-19什么叫直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速?調(diào)速與起動(dòng)有什么本質(zhì)上的區(qū)別?

答：P162，生產(chǎn)機(jī)械為保證產(chǎn)品加工的要求，需要改變速度，改變電動(dòng)機(jī)速度的方法稱為調(diào)速。調(diào)

速是根據(jù)生產(chǎn)的需要改變速度，可以是升速，也可以是降速，調(diào)速是生產(chǎn)過程的一種控制，與生產(chǎn)過程同時(shí)進(jìn)行，而起動(dòng)是從零加速到額定轉(zhuǎn)速的過程，起動(dòng)時(shí)間較短，只有升速?zèng)]有降速。

6-20直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有哪幾種?分別比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

答：P163，可以改變電樞電壓、改變電樞回路的附加電阻和改變

n?U?(Ra?Rf)IaCE?6

磁極磁通三種方法調(diào)速。

電樞回路串入適當(dāng)電阻，就可得到需要的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)理，機(jī)械特性變軟，相對(duì)穩(wěn)定性較差，是串聯(lián)在電樞回路的電阻上發(fā)熱損耗，這種調(diào)速方法是不經(jīng)濟(jì)的。

改變電源電壓，電壓越低，轉(zhuǎn)速越低。這種方法也只能使轉(zhuǎn)速往下調(diào)理。

弱磁調(diào)速，它只能從額定轉(zhuǎn)速往上調(diào)。

6-21說明并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別(從結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性能及使用場(chǎng)合出發(fā))。答：P，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理主要性能機(jī)械特性是一條微向下上是“硬〞的機(jī)械特性。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)主磁極繞組工作原理基本一致，機(jī)械特性是一使用場(chǎng)合拖動(dòng)需要大范圍平滑調(diào)速、恒速和確鑿位置控制的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)需要啟動(dòng)主磁極繞組工作原理基本一致，與電樞繞組工作電壓一致，電樞并接電流與勵(lì)磁電流不同垂的直線，基本與電樞繞組工作電流一致，電樞條向下伸延的轉(zhuǎn)矩大、機(jī)械特串接電壓與勵(lì)磁電壓不同雙曲線，是“軟〞性較軟的生產(chǎn)的機(jī)械特性。機(jī)械。6-22直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)有哪幾種方法?各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。答：P165，有機(jī)械制動(dòng)和電磁制動(dòng)兩大類，電磁制動(dòng)的方法有三種：能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)和反接制動(dòng)。

機(jī)械制動(dòng)較簡(jiǎn)單，但操作較麻煩；電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，操作便利，沒有機(jī)械摩損，使用壽命長(zhǎng)，其中能耗制動(dòng)平穩(wěn)，確鑿，回饋制動(dòng)可以回收電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能。倒拉反接制動(dòng)在起重機(jī)下放重物時(shí)起到較好的控制