電氣工程師-專業(yè)基礎（供配電）-電氣工程基礎-4.12直流電機基本要求

電氣工程師-專業(yè)基礎（供配電）-電氣工程基礎-4.12直流電機基本要求[單選題]1.他勵直流電動機拖動恒轉矩負載進行串聯(lián)電阻調速，設調速前、后的電樞電流分別為I1和I2，那么()。[（江南博哥）2018年真題]A.I1＜I2B.I1＝I2C.I1＞I2D.I1＝－I2正確答案：B參考解析：由于拖動恒轉矩負載，故電磁轉矩Tem不變。電磁轉矩公式為：Tem＝CTΦIa。式中，CT為轉矩常數(shù)；Φ為每極主磁通均為定值。因此，電樞電流Ia不變。[單選題]2.一臺25kW、125V的他勵直流電動機，以恒定轉速3000r/min運行，并具有恒定勵磁電流，開路電樞電壓為125V，電樞電阻為0.02Ω，當端電壓為124V時，其電磁轉矩為()。[2018年真題]A.49.9N·mB.29.9N·mC.59.9N·mD.19.9N·m正確答案：D參考解析：他勵直流發(fā)電機的勵磁方式接線圖如圖4-12-1所示。直流電動機的轉速公式：n＝（U－IaRa）/（CeΦ）。由于開路時電樞電流Ia＝0可知：CeΦ＝U/n＝125/3000＝0.0417。因勵磁電流不變，磁通不變，故電樞電壓Ea不變，由U＝Ea＋RaIa，則Ia＝（125－124）/0.02＝50A。由轉矩常數(shù)公式CT＝9.55Ce，電磁轉矩Tem＝CTΦIa＝9.55CeΦIa＝9.55×0.0417×50＝19.9N·m。圖4-12-1[單選題]3.一臺單疊繞組直流電機的并聯(lián)支路對數(shù)α與極對數(shù)p的關系是()。[2017年真題]A.α＝2B.α＝pC.α＝1D.α＝p/2正確答案：B參考解析：單疊繞組是將同一磁極下相鄰的元件依次串聯(lián)起來而得到的，因此在每一磁極下，這些電動勢方向相同串聯(lián)起來的元件就形成了一個支路，且支路與相應的磁極一一對應，若正確放置電刷，繞組并聯(lián)支路對數(shù)α必定和極對數(shù)p相等，即：α＝p。[單選題]4.一臺他勵直流電動機，額定電壓UN＝110V，額定電流IN＝28A，額定轉速nN＝1500r/min，電樞回路總電阻Ra＝0.15Ω，現(xiàn)將該電動機接入電壓UN＝110V的直流穩(wěn)壓電源，忽略電樞反應影響，理想空載轉速為()。[2017年真題]A.1500r/minB.1600r/minC.1560r/minD.1460r/min正確答案：C參考解析：由電樞電動勢Ea的表達式Ea＝U－IaRa＝CeΦn，可求得電動勢系數(shù)：CeΦ＝（U－IaRa）/n＝（110－28×0.15）/1500＝0.0705。由于電動機空載時電流為零，令上式中Ia＝0，則理想空載轉速為：7n0＝UN/CeΦ＝110/0.0705＝1560r/min。[單選題]5.一臺正向旋轉的直流并勵發(fā)電機接在直流電網(wǎng)上運行，若撤掉原動機，則發(fā)電機將()。[2006年、2008年真題]A.停轉B.作為電動機反向運行C.作為電動機正向運行D.不能繼續(xù)運行正確答案：C參考解析：直流并勵發(fā)電機接在直流電網(wǎng)上正向旋轉運行時，當將原動機撤掉后，轉速n繼續(xù)下降，這時Ea＜Ua，Ia為負值，Ia與Ea反向。由于Ia反向，電磁轉矩Tmax方向與電樞旋轉方向相同，變?yōu)轵寗愚D矩，電機仍繼續(xù)沿著逆時針方向旋轉，電機已經(jīng)變?yōu)殡妱訖C的運行狀態(tài)。如圖4-12-2（a）和圖4-12-2（b）所示，發(fā)電機狀態(tài)變?yōu)殡妱訖C狀態(tài)。圖4-12-2（a）圖4-12-2（b）[單選題]6.一臺復勵直流發(fā)電機與直流電網(wǎng)連接向電網(wǎng)供電。欲將它改為復勵直流電動機運行，若保持電機原轉向不變（設電網(wǎng)電壓極性不變），需要采取下列哪項措施？()[2005年真題]A.反接并勵繞組B.反接串勵繞組C.反接電樞繞組D.所有繞組接法不變正確答案：B參考解析：對于復勵發(fā)電機（即處在同一主極上的勵磁繞組和串勵繞組電流方向一致，產(chǎn)生磁場的極性相同）及帶有串勵繞組的他勵、并勵直流發(fā)電機，在原電機轉向和磁場極性不變下改作電動機運行時，只需將串勵繞組的兩端對調一下連接，其他接線端無需變動。反之，電動機改作發(fā)電機運行，同理也只需對調串勵繞組兩線端。[單選題]7.一臺并勵直流發(fā)電機UN＝230V，Ra＝0.1Ω，Ia＝15.7A，Rf＝610Ω，nN＝2000r/min，把它并入無限大電網(wǎng)，改為電動機，接入220V電壓，使電樞電流等于額定電樞電流，則轉速為()。[2016年真題]A.1748r/minB.1812r/minC.1886r/minD.2006r/min正確答案：C參考解析：并勵直流發(fā)電機接線圖如圖4-12-3（a）所示。根據(jù)已知條件，可以求得：勵磁電流：If＝UN/Rf＝230/610＝0.377A；電樞電動勢：Ea＝UN＋IaRa＝230＋15.7×0.1＝231.57V。根據(jù)公式Ea＝Ceφn，可得：Ceφ＝Ea/n＝231.57/2000＝0.1158。當用作電動機時，其接線圖如圖4-12-3（b）所示。則電樞電動勢：Ea2＝UN－IaRa＝220－15.7×0.1＝218.43V；電動機轉速：n＝Ea2/（Ceφ）＝218.43/0.1158＝1886.27r/min。圖4-12-3（a）圖4-12-3（b）[單選題]8.一臺并勵直流電動機，PN＝96kW，UN＝440V，IN＝255A，IfN＝5A，nN＝500r/min，Ra＝0.078Ω（包括電刷接觸電阻），其在額定運行時的電磁轉矩為()。[2016年真題]A.1969N·mB.2007.5N·mC.2046N·mD.2084N·m正確答案：A參考解析：并勵直流電動機接線圖可參考圖4-12-4。根據(jù)已知條件，可以求得：額定運行時的電樞電流：IaN＝IN－If＝255－5＝250A電樞銅耗及附加損耗：PCu2＋Pe＝I2aNRa</sub>＝2522×0.078＝4875W勵磁損耗：Pf＝UNIfN＝440×5＝2200W額定運行時的電磁功率：PM＝96＋4.875＋2.2＝103.075kW電磁轉矩：TM＝PM×103/（2πnN/60）＝9550×P<sub>M/nN＝9550×103.075/500＝1969N·m圖4-12-4[單選題]9.一臺并勵直流電動機，UN＝110V，IN＝28A，nN＝1500r/min，勵磁回路總電阻Rf＝110Ω，電樞回路總電阻Ra＝0.15Ω。在額定負載率的情況下，突然在電樞回路串入0.5Ω的電阻，同時負載轉矩突然減小一半，忽略電樞反應的作用，則電機穩(wěn)定后的轉速為()。A.1260r/minB.1433r/minC.1365r/minD.1560r/min正確答案：B參考解析：電樞回路串入電阻前，由題知勵磁電流If＝UN/Rf＝110/110＝1A，電樞電流Ia＝IN－If＝28－1＝27A，由電動勢平衡方程式UN＝Ea＋IaRa，代入數(shù)據(jù)得：Ea＝110－0.15×27＝105.95V。電樞回路串入電阻后，同時直流電動機負載轉矩減小一半，電磁轉矩T＝CTΦIa，因勵磁電流固定時每極磁通Φ不變，故電樞電流減小為原先的一半，則電樞電動勢為：Ea＝110－（0.15＋0.5）×27/2＝101.225V。又Ea＝CeΦn，其中Ce、Φ為常量，故有105.95/1500＝101.225/n，解得：n＝1433r/min。[單選題]10.直流電動機啟動電流，半載啟動電流與空載啟動電流相比較，哪個啟動電流大？()[2006年真題]A.空＞半B.空＝半C.空＜半D.不確定正確答案：B參考解析：直流電動機起動電流為：Ist＝（UN－Ea）/Ra。由于啟動初始時電動機因機械慣性而未能旋轉起來，轉速為零，電樞電動勢Ea＝0，因此啟動電流Ist＝UN/Ra，啟動電流大小和負載無關，所以空載啟動電流和半載啟動電流相等。[單選題]11.一臺并勵直流電動機拖動一臺他勵直流發(fā)電機，當電動機的電壓和勵磁回路的電阻均不變時，若增加發(fā)電機輸出的功率，此時電動機的電樞電流Ia和轉速n將()。[2011年真題]A.Ia增大，n降低B.Ia減小，n增高C.Ia增大，n增高D.Ia減小，n降低正確答案：A參考解析：若忽略電機的勵磁損耗及接觸電阻損耗，由能量守恒定律知，電動機的輸入功率等于發(fā)電機的輸出功率。增加發(fā)電機輸出的有功功率，就必須增加電動機輸入功率，電樞電流與輸入功率成正比，所以輸入功率增大，電樞電流Ia增大。根據(jù)電動機的電勢平衡方程：U＝Ea＋IaRa＝Ceφn＋IaRa，由于電動機的電壓U保持不變，Ia增大，因此轉速n下降。[單選題]12.一臺并勵直流電動機，UN＝110V，nN＝1500r/min，IN＝28A，Ra＝0.15Ω（含電刷接觸壓降），Rf＝110Ω。當電動機在額定狀態(tài)下運行，突然在電樞回路串入一0.5Ω的電阻，若負載轉矩不變，則電動機穩(wěn)定后的轉速為()。[2006年、2010年真題]A.1220r/minB.1255r/minC.1309r/minD.1500r/min正確答案：C參考解析：并勵直流電動機電勢方程為：UN＝Ea＋IaRa，Ia＝IN－If，勵磁回路電流：If＝UN/Rf＝110/110＝1A，則電樞回路電流：Ia＝28－1＝27A。已知電樞電勢Ea＝CeφnN，UN＝CeφnN＋（IN－If）Ra可得：Ceφ＝[UN－（IN－If）Ra]/nN＝（110－27×0.15）/1500＝0.071。當串入0.5Ω電阻后，若負載轉矩不變，則IN不變，Ia也不變。設電動機穩(wěn)定后的轉速為n′，則UN＝Ceφn′＋Ia（Ra＋0.5），因此可得：因此可得：n′＝UN－Ia（Ra＋0.5）/（Ceφ）＝110－27×（0.15＋0.5）/0.071＝1302r/min。[單選題]13.已知并勵直流發(fā)電機的數(shù)據(jù)為：UN＝230V，IaN＝15.7A，nN＝2000r/min，Ra＝1Ω（包括電刷接觸電阻），Rf＝610Ω，已知電刷在幾何中性線上，不考慮電樞反應的影響，今將其改為電動機運行，并聯(lián)于220V電網(wǎng)，當電樞電流與發(fā)電機在額定狀態(tài)下的電樞電流相同時，電動機的轉速為下列何值？()[2005年真題]A.2000r/minB.1831r/minC.1739r/minD.1663r/min正確答案：D參考解析：對發(fā)電機和電動機狀態(tài)進行分別分析：①發(fā)電機狀態(tài)運行時的電動勢方程：EG＝UN＋IaNRa＝230＋15.7×1＝245.7V，其中EG＝CeφnN，求解得：Ceφ＝245.7/2000＝0.12285。②電動機狀態(tài)運行時的電動勢（電樞電流不變）：EM＝UN－IaNRa＝220－15.7×1＝204.3V，而EM＝Ceφn′，則：n′＝EM/Ceφ＝204.3/0.12285＝1663r/min。[單選題]14.一臺他勵直流電動機，穩(wěn)定運行時電樞回路電阻壓降為外加電壓的5%，此時若突降勵磁回路電流減小，使每極磁通降低20%，若負載轉矩保持額定不變，那么改變瞬間電動機的電樞電流為原值的()。[2012年真題]A.4.8倍B.2倍C.1.2倍D.0.8倍正確答案：A參考解析：計算步驟如下：①直流電動機電壓平衡方程式：Ua＝Ea＋RaIa。額定運行時電樞回路電阻電壓降為外加電壓的5%，則可得：Ea＝Ua－0.05Ua＝0.95Ua。②直流電動機的感應反電動勢為：Ea＝CaΦn。突將勵磁回路電流減小，使每極磁通降低20%的調速初期瞬時，轉速還來不及發(fā)生變化，這時可得反電動勢為：Ea′＝CeΦ′n＝Ce（0.8Φ）n＝0.8E。③根據(jù)上述①、②可知電樞兩端的初始瞬時電流Ia′為：Ia′＝（Ua－E′a）/Ra＝（Ua－0.8Ea）/Ra＝（Ua－0.8×0.95Ua）/Ra＝0.24Ua/Ra。④速度改變前的電樞電流Ia為：Ia＝（Ua－Ea）/Ra＝（Ua－0.95Ua）/Ra＝0.05Ua/Ra。⑤速度改變瞬間最初的電樞電流I′a與速度改變前的電樞電流Ia的關系為：I′a/Ia＝0.24/0.05＝4.8。[單選題]15.一臺并勵直流電動機，PN＝7.2kW，UN＝110V，nN＝900r/min，ηN＝85%，Ra＝0.08Ω（含電刷接觸壓降），If＝2A，當電動機在額定狀態(tài)下運行，若負載轉矩不變，在電樞回路中串入一電阻，使電動機轉速下降到450r/min，那么此電阻的阻值為()。[2009年真題]A.0.6933ΩB.0.8267ΩC.0.834ΩD.0.912Ω正確答案：A參考解析：直流電動機電動勢平衡方程為：Ea＝Ceφn＝UN－IaRa，IN＝Ia＋If。則額定電流為：IN＝PN/（ηUN）＝7.2×103/（0.85×110）＝77A，Ia＝I<sub>N－If＝77－2＝75A。不串電阻時電動勢為Ea＝UN－IaRa＝110－75×0.08＝104V，由Ea＝Ceφn可知：Ceφ＝Ea/n＝104/900＝0.116。當轉速下降到450r/min時，電樞電動勢為：Ea′＝Ceφn＝0.116×450＝52.2V。設串入電阻為Rj，則Ea＝UN－Ia（Ra＋Rj）。若負載轉矩不變，那么Ia不變，則Ea′＝110－75×（0.08＋Rj）＝52.2，可求得Rj＝0.6933Ω。[單選題]16.一并勵直流電動機PN＝17kW，UN＝220V，nN＝3000r/min，IaN＝87.7A，電樞回路總電阻為0.114Ω，拖動額定的恒轉矩負載運行時，電樞回路串入0.15Ω的電阻，忽略電樞反應的影響，穩(wěn)定后的轉數(shù)為()r/min。[2007年真題]A.1295B.2812C.3000D.3947正確答案：B參考解析：并勵直流電動機的電動勢平衡方程式為：UN＝Ea＋IaNRa，Ea＝CeφnN。由nN＝3000r/min，CeφnN＋87.7×0.114＝220，解得：Ceφ＝0.07。當串入0.15Ω電阻后，由于忽略電樞反應的影響，負載轉矩不變，電樞電流保持不變，得到穩(wěn)定后的轉數(shù)為：n′＝（UN－IaNRa）/（Ceφ）＝[220－87.7×（0.114＋0.15）]/0.07＝2812r/min。[單選題]17.直流電動機感應電勢Ea（又稱反電勢）的計算公式為()。A.Ea＝Ua＋IaRaB.Ea＝CeφnC.Ea＝CTφIaD.Ea＝CTUaIa正確答案：B參考解析：直流電動機電機電樞電動勢Ea的表達式為Ea＝Ceφn，其中Ce為電動勢常數(shù)，和電機結構有關，Φ是每極磁通大小，n是電機轉速。[單選題]18.他勵直流電動機的機械特性為()。A.n＝Ua