電機拖動問答

第二章電機拖動系統(tǒng)動力學(xué).3起重機提升重物與下放重物時，傳動機構(gòu)損耗由電動機負擔(dān)還是由重物負擔(dān)？提升或下放同一重物時，傳動機構(gòu)損耗的轉(zhuǎn)矩一樣大嗎？傳動機構(gòu)的效率一樣高嗎？答：起重機提升重物時，傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩△T由電動機負擔(dān)；下放重物時,△T由重物負擔(dān)。提升或下放同一重物時，可以認為傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩的大小△T是相等的。若把損耗^t的作用用效率來表示，提升重物時為n,下放重物時為n',二者之間的關(guān)系為n'=2-i/n。.4電梯設(shè)計時，其傳動機構(gòu)的效率在上升時為n<0.5,請計算n=0.4的電梯下降時，其效率是多大？若上升時，負載轉(zhuǎn)矩的折算值TF=15N-m,則下降時負載轉(zhuǎn)矩的折算值為多少？AT為多大？答:提升時效率n=0.4,下降時效率n‘=2-i/n=2-1/0.4=-0.5假設(shè)不計傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩△T時，負載轉(zhuǎn)矩的折算值為Tf〃;若傳動機構(gòu)損耗轉(zhuǎn)矩為^T,電梯下降時的負載轉(zhuǎn)矩折算值為TF,則Tf/j=TF?n=15X0.4=6N?mTF=Tf/j?n'=6X(-0.5)=-3N?m△T=TFTf/j=15-6=9N?mTF也可以如下計算：TF=TF-2AT=15-2X9=-3N?m第三章直流電機原理.2直流電機的主磁極和電樞鐵心都是電機磁路的組成部分，但其沖片材料一個用薄鋼板，另一個用硅鋼片，這是為什么？答：在直流電機中，勵磁繞組裝在定子的主磁極上，當(dāng)勵磁繞組通入直流勵磁電流并保持不變時，產(chǎn)生的主磁通相對于主磁極是靜止不變的，因此在主磁極中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流(即渦流),就不會有渦流損耗，所以主磁極材料用薄鋼板。但是轉(zhuǎn)動著的電樞磁路卻與主磁通之間有相對運動，于是在電樞鐵心中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流(即渦流),產(chǎn)生渦流損耗。另外，電樞中還會產(chǎn)生因磁通交變形成的磁滯損耗。為了減少電樞鐵心損耗常用而又行之有效的辦法就是利用硅鋼片疊裝成直流電機的電樞鐵心。3.4直流電機主磁路包括哪幾部分？磁路未飽和時，勵磁磁通勢主要消耗在哪一部分？答：直流電機的主磁路由以下路徑構(gòu)成：主磁極N經(jīng)定、轉(zhuǎn)子間的空氣隙進入電樞鐵心再從電樞鐵心出來經(jīng)定、轉(zhuǎn)子間的空氣隙進入相鄰的主磁極S,經(jīng)定子鐵心磁軛到達主磁極N,構(gòu)成閉合路徑。勵磁磁通勢主要消耗在空氣隙上。3.12直流發(fā)電機的損耗主要有哪些？鐵損耗存在于哪一部分，它隨負載變化嗎？電樞銅損耗隨負載變化嗎？答:直流發(fā)電機的損耗主要有:(1)勵磁繞組銅損耗;(2)機械摩擦損耗;(3)鐵損耗;(4)電樞銅損耗;(5)電刷損耗;(6)附加損耗。鐵損耗是指電樞鐵心在磁場中旋轉(zhuǎn)時硅鋼片中的磁滯和渦流損耗。這兩種損耗與磁密大小以及交變頻率有關(guān)。當(dāng)電機的勵磁電流和轉(zhuǎn)速不變時，鐵損耗也幾乎不變。它與負載的變化幾乎沒有關(guān)系。電樞銅損耗由電樞電流引起當(dāng)負載增加時，電樞電流同時增加，電樞銅損耗隨之增加。電樞銅損耗與電樞電流的平方成正比。3.15他勵直流電動機運行在額定狀態(tài)，如果負載為恒轉(zhuǎn)矩負載，減小磁通，電樞電流是增大，減小，還是不變？答：他勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩克服機械摩擦等轉(zhuǎn)矩總是要和負載轉(zhuǎn)矩相平衡。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與主磁通的大小成正比，與電樞電流大小成正比。當(dāng)負載為恒轉(zhuǎn)矩負載時，電磁轉(zhuǎn)矩基本不變，因此減小磁通，將使電樞電流增大。3.16如何解釋他勵直流電動機機械特性硬、串勵直流電動機機械特性軟？答：他勵直流電動機在勵磁電流一定的情況下，主磁通①基本不變。當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增大時，電樞電流隨之成正比增加。根據(jù)電樞回路電壓方程曷=U-RaIa,由于電樞電IWa比較小，感應(yīng)電動勢Ea有所減小，但減小量不大。又根據(jù)Ea=Ce^n,轉(zhuǎn)速n減小不大表現(xiàn)為機械特性較硬。串勵直流電動機的電樞電流Ia也就是勵磁電流If。在電機磁路為線性的情況下，勵磁電流If與氣隙每極磁通量①成正比變化，即隨著電樞電流Ia的增大，磁通①也在正比地增大。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩廣=Ct①Ia，可見，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩廣增大時，電樞電流Ia與磁通①都增大。電樞電流Ia是由電源供給的，應(yīng)滿足電壓方程U=Ea+IaR'a(R'a是電樞回路總電阻，包括串勵繞組的電阻)，但Ea=Ce0n。在U為常數(shù)的條件下，要想Ia增大,Ea必須減小,即轉(zhuǎn)速n下降，但Ia增大的同時，①也增大，這就要求轉(zhuǎn)速n下降得更多。這就說明了串勵直流電動機的機械特性是軟特性，即電磁轉(zhuǎn)矩!增大時，轉(zhuǎn)速下降得更快些。3.17改變并勵直流電動機電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向?為什么？答:根據(jù)并勵直流電動機電樞與勵磁繞組的連接特點，改變電源的極性使電樞電流Ia反方向,同時也使勵磁電流反方向，使主磁場極性改變。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通①和電樞電流Ia關(guān)系為T=Ct①Ia,當(dāng)①和Ia同時改變方向時，電磁轉(zhuǎn)矩仍維持原來的方向不變。因此，改變并勵直流電動機電源的極性不能改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。3.18改變串勵直流電動機電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向?為什么？答串勵電動機的電樞與勵磁繞組串聯(lián)。改變電源極性將使電樞電流和勵磁電路同時改變方向,主磁通①也改變方向。根據(jù)T=Ct①Ia,當(dāng)①和Ia同時改變方向時,T的方向仍保持不變。所以改變串勵直流電動機電源的極性不能改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。3.19一臺直流電動機運行在電動機狀態(tài)時換向極能改善換向，運行在發(fā)電機狀態(tài)后還能改善換向嗎？答：當(dāng)一臺直流電動機由電動狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)運行時，電樞電流改變方向，傳電樞反應(yīng)磁場方向改變。由于換向極繞組與電樞串聯(lián)，因此換向極磁場方向也發(fā)生改變，換向極磁場仍能抵消電樞反應(yīng)磁場的作用。所以當(dāng)電動機由電動狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)運行時，換向極仍能改善換向。.20換向極的位置在哪里？極性應(yīng)該怎樣？流過換向極繞組的電流是什么電流？答：換向極應(yīng)放置在相鄰主磁極的幾何中心線上，極數(shù)與主磁極數(shù)相等，極性與電樞反應(yīng)磁場方向相反。換向極的勵磁繞組應(yīng)與電樞串聯(lián)，流過換向極繞組的電流就是電樞電流，使換向極磁場的強弱與電樞反應(yīng)磁場同步變化，抵消電樞反應(yīng)磁場的作用。第四章他勵直流電動機的運行.1一般的他勵直流電動機為什么不能直接啟動？采用什么啟動方法比較好？答：他勵直流電動機啟動時由于電樞感應(yīng)電動勢Ea=Ce0n=0,最初啟動電流IS=U/Ra,若直接啟動，由于Ra很小,IS會十幾倍甚至幾十倍于額定電流，無法換向，同時也會過熱，因此不能直接啟動。比較好的啟動方法是降低電源電壓啟動只要滿足T3(1.1?1.2)TL即可啟動，這時ISWIamax。啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速不斷升高逐漸提高電源電壓，始終保持/aWIamax這個條件，直至U=UN,啟動便結(jié)束了。如果通過自動控制使啟動過程中始終有Ia=Iamax為最理想。4.2他勵直流電動機啟動前，勵磁繞組斷線，啟動時，在下面兩種情況下會有什么后果:(1)空載啟動;(2)負載啟動,TL=TN。答:他勵直流電動機勵磁繞組斷線，啟動過程中磁通則為剩磁磁通，比①N小很多。(1)空載啟動:當(dāng)最初啟動電流ISWIamax時，啟動轉(zhuǎn)矩TS就會比空載轉(zhuǎn)矩M0大很多，因此電動機可以啟動，但啟動過程結(jié)束后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速則非常高，因為穩(wěn)定運行時要滿"aeUN,Ea=Ce^n,①很小，〃就很高，機械強度不允許，電動機會損壞。(2)負載啟動,TL=TN當(dāng)/aWlamax時，電磁轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩TL小，電動機不啟動。這樣如果采用降壓啟動時，電源電壓繼續(xù)上升，電樞電流繼續(xù)增大，電磁轉(zhuǎn)矩T繼續(xù)增大，從動轉(zhuǎn)矩來講會達到大于1.1TN，但是由于①很小，會使電樞電流遠遠超過/amax，不能換向,同時也會由于過熱而損壞電動機。當(dāng)然，用電樞串電阻啟動的結(jié)果也相同.4.6降低磁通升速的他勵直流電動機不能拖動太重的負載，除了電流過大不允許以外，請參考圖4.2分析其他原因。答弱磁通的人為機械特性是：磁通越弱時，理想空載轉(zhuǎn)速越高，機械特性越軟。這是弱磁通時的一組人為機械特性，在電磁轉(zhuǎn)矩T較大處彼此相交，出現(xiàn)交叉區(qū)。從機械特性看出，只有負載轉(zhuǎn)矩不大時，例如TL=TN，工作點在交叉區(qū)的左邊，減弱磁通時轉(zhuǎn)速升高。但是，若負載轉(zhuǎn)矩過大，例如TL=T1，使工作點進入交叉區(qū)以后，當(dāng)開始減弱磁通到①1時，轉(zhuǎn)速升高；繼續(xù)減弱磁通比如到①2時，轉(zhuǎn)速不但不升高，反而降低，甚至降到比額定磁通①N時的轉(zhuǎn)速還低，這是一種“顛覆”現(xiàn)象。若負載轉(zhuǎn)矩更大，例如大到使工作點在機械特性交叉區(qū)的右邊，減弱磁通的結(jié)果只能是降低轉(zhuǎn)速，磁通越弱，轉(zhuǎn)速也越低。一般來說，在電源電壓如不變，電樞回路不串電阻的情況下，只要負載轉(zhuǎn)矩在TN之內(nèi)，弱4.7 他勵直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速機械特性如圖4-5所示，請分工作點從A1向A調(diào)節(jié)時，電動機可能經(jīng)過的不同運行狀態(tài)。答：設(shè)工作點A1的轉(zhuǎn)速為n1，固有機械特性(①=①N)上轉(zhuǎn)速等于n1的點為8,理想空載點為C(n=n0,T=0)。改變磁通的瞬間，轉(zhuǎn)速n1不變，電動機運行點為8,這樣電磁轉(zhuǎn)矩T<TL,系統(tǒng)減速運行，經(jīng)過C點，直至4點，并在4點穩(wěn)定運行。從8—C為正向回饋制動運行；從C-4為正向電動運行(沒有穩(wěn)定運行點，是減速過程);4點為正向電動運行，是穩(wěn)態(tài)。4.8一臺他勵直流電動機拖動一臺電動小車行駛，小車前行時電動機轉(zhuǎn)速規(guī)定為正。當(dāng)小車走在斜坡路上，負載的摩擦轉(zhuǎn)矩比位能性轉(zhuǎn)矩小，小車在斜坡上前進和后退時電動機可能工作在什么運行狀態(tài)？請在機械特性曲線上標(biāo)出工作點。答：關(guān)鍵是先要把負載的機械特性確定下來，運行狀態(tài)就容易確定了。小車走平路時只有摩擦性負載轉(zhuǎn)矩，前進時為T1,后退時為-T1。走在斜坡路上時，除了摩擦性轉(zhuǎn)矩之外，還要增加一個位能性轉(zhuǎn)矩T2,而且IT2I>T1。在下坡路上行駛時，位能性負載轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩正方向相反,T2<0,特性在11、111象限；在上坡路上行駛時，位能性負載轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩正方向相同,T2>0，特性在I、W象限。在下坡路上行駛時，負載機械特性如圖4.4(a)所示，前進時的TL1=T1+T2;后退時的TL2=-T1+T2。顯然，前進時，電動機可能運行的狀態(tài)有三種:(1)正向回饋制動運行，工作點為8；(2)反接制動運行，工作點為C;(3)能耗制動運行，工作點為Q。后退時的運行狀態(tài)為反向電動運行。該圖中4點為平路行駛時的工作點。在上坡路上行駛時，負載機械特性如圖4.4(b)所示，前進時的TL1=T1+T2;后退時的TL2=-T1+T2。顯然，前進時，電動機的運行狀態(tài)為正向電動運行，工作點為8。后退時，電動機可能運行在三種狀態(tài):(1)反向回饋制動運行，工作點為C;(2)倒拉反轉(zhuǎn)運行，工作點為以(3)能耗制動運行，工作點為E。該圖中4

點為平路行駛時的工作點。4.9采用電動機慣例時，他勵直流電動機電磁功率/M=EaIa=TQ<0,說明了電動機內(nèi)機電能量轉(zhuǎn)換的方向是機械功率轉(zhuǎn)換成電功率，那么是否可以認為該電動機運行于回饋制動狀態(tài)，或者說就是一臺他勵直流發(fā)電機？為什么？答他勵直流電動機運行時PM<0,說明T與n方向相反,因此電動機運行于制動狀態(tài)。制動運行狀態(tài)包括回饋制動運行、能耗制動運行、反接制動過程及倒拉反轉(zhuǎn)等制動狀態(tài)而直流發(fā)電機狀態(tài)僅僅是回饋制動運行這一種。因此僅僅MPM<0說明電機是一臺發(fā)電機的看法是錯誤的，判斷他勵直流電動機運行于發(fā)電機狀態(tài)還必須增加一個條件，即運行于回饋制動狀態(tài)的條件是:①PM<0,②P1=UIa<0,也就是說，機械功率轉(zhuǎn)變成電功率后,還必須回送給電源。4.10一臺他勵直流電動機拖動的卷揚機，當(dāng)電樞所接電源電壓為額定電壓、電樞回路串入電阻時拖動重物勻速上升，若把電源電壓突然倒換極性，電動機最后穩(wěn)定運行于什么狀態(tài)？重物提升還是下放？畫出機械特性圖，并說明其中間經(jīng)過了什么運行狀態(tài)。答：當(dāng)電樞接額定電壓、電樞回路串入電阻時拖動重物勻速上升，電機運行于正向電動狀態(tài);若把電源電壓突然倒換極性后,圖若把電源電壓突然倒換極性后,圖4.5電動機最后運行于反向回饋制動狀態(tài)，重物勻速下放。機械特性如圖4.5所示，其中曲線1為固有機械特性，曲線2為電樞電壓等于額定值、電樞回路串電阻的人為機械特性，曲線3為電樞電壓反接后電樞回路串電阻的人為機械特性。反接電源電壓之前勻速提升重物的工作點為A,反接后穩(wěn)定運行的工作點為礦從A到E中間經(jīng)過:(1)B-C,反接制動過程;(2)C-D,反向升速，屬反向電動運行狀態(tài)；(3)D-E,繼續(xù)反向升速，屬反向回饋制動運行狀態(tài)。4.11機電時間常數(shù)是什么過渡過程的時間常數(shù)？其大小與哪些量有關(guān)？答:機電時間常數(shù)TM是只考慮系統(tǒng)機械慣性時的機械過渡過程的時間常數(shù)。TM的大小與電磁量有關(guān)，即與電動機機械特性斜率大小有關(guān)；與機械量即系統(tǒng)的飛輪矩GD2有關(guān),GD2表示機械慣性的大小。TM與GD2的關(guān)系為TM=PGD2/375=Ra+R/CeCM④2?GD2/3754.12他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運行，忽略傳動機構(gòu)的損耗AT,機械特性如圖4.6所示。進行能耗制動和反接制動時,若不采取任何其他停車措施使之停車，請寫出這兩個過渡過程的”=f仃)與T=f(。表達式，并畫出它們的曲線。答:從能耗制動到恒速運行過渡過程是B-O-C過程,C點為穩(wěn)態(tài)點,B點為起始點,O點為過渡過程經(jīng)過的一個點，該點上轉(zhuǎn)速〃=0。能耗制動停車過程B-O是全過程8-O-C中的前半段，反轉(zhuǎn)過程O-C是全過程B-O-C中的后半段。過渡過程數(shù)學(xué)表達式則為n=nC+(nA-nC)e4TM2n30為能耗制動停車過程,nW0為反轉(zhuǎn)過程。其中機電時間常數(shù)TM2郅2GD2/375,P2為機械特性2的斜率。B-O-C過渡過程曲線見圖4.7中曲線1。圖 ％、從反接制動到恒速運行過渡過程是B-D-E過程,E點為穩(wěn)態(tài)點,B點為起始點,D點為過渡過程經(jīng)過的一個點，該點轉(zhuǎn)速n=0。反接制動停車過程8-D是全過程8-D-E中的前半段，反轉(zhuǎn)過程2-E是全過程B-D-E中的后半段。過渡過程的數(shù)學(xué)表達式為n=nE+(nA-nE)e-rTM3n^0為反接制動停車過程,nW0為反轉(zhuǎn)過程。其中機電時間常數(shù)TM3=P3GD2/375,P3為機械特性3的斜率。B-D-E過渡過程曲線見圖4.7中曲線2。第五章交流電機電樞繞組的電動勢與磁通勢6.1八極交流電機電樞繞組中有兩根導(dǎo)體，相距45°空間機械角，這兩根導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的相位相差多少？答:八極交流電機電樞繞組中的兩根導(dǎo)體，相距45°空間機械角，也即相差180°空間電角度。當(dāng)一根導(dǎo)體正對N極時，另一根導(dǎo)體正對著S極。因此，這兩根導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的相位相差180°。6.2交流電機電樞繞組電動勢的頻率與哪些量有關(guān)系？六極電機電動勢頻率為50Hz,主磁

極旋轉(zhuǎn)速度是多少（r/min）?答：交流電機電樞繞組電動勢的頻率與定、轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速21成正比，與旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù),成正比，即f=伽1/60。六極電機電動勢頻率為50Hz,主磁極旋轉(zhuǎn)速度為〃1=60f/p=60X50/3=1000r/min6.3四極交流電機電樞線匝的兩個邊相距80°空間機械角度，畫出兩個線匝邊感應(yīng)電動勢相量圖（只要相對位置對便可），并通過相量簡單合成方法計算短距系數(shù)。答：四極交流電機電樞線匝的兩個邊相距80°空間機械角，也就是相差160°空間電角度。圖6.1中E?X和E?A分別為兩根導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢，基波短距系數(shù)婦=2EXcos10°/2EX=cos10EX=cos10°=0.9848 土圖66.4交流電機電樞繞組的導(dǎo)體感應(yīng)電動勢有效值的大小與什么有關(guān)？與導(dǎo)體在某瞬間的相對位置有無關(guān)系？答:根據(jù)一根導(dǎo)體基波電動勢有效值的計算公式E1=2.22f1④1可以知道，它與交流頻率f1及氣隙每極基波磁通量①1的大小成正比，與導(dǎo)體在某瞬間的相對位置無關(guān)。6.5六極交流電機電樞繞組有54槽，一個線圈的兩個邊分別在第1槽和第8槽，這兩個邊的電動勢相位相差多少？兩個相鄰的線圈的電動勢相位相差多少？畫出基波電動勢相量圖,并在相量圖上計算合成電動勢，從而算出繞組短距系數(shù)和分布系數(shù)。答：電機的槽距角為a=pX360°/Z1=3X360°/54=20?？臻g電角度。一個線圈的兩個邊分別放在第1槽和第8槽，相距7個槽，節(jié)距y1=7a=7X20°=140°（空間電角度），因此，這兩個邊的電動勢相位相差140°，相量圖如圖6.2所示。圖中,E?A和E?X分別為一個線圈兩個邊的感應(yīng)電動勢,E?y為線圈電動勢。根據(jù)相量圖,E=2EAcos20°,短距系數(shù)釣=cos20°=0.9373。相鄰兩個線圈的電動勢相位差由槽距角a決定，為20°。三個相鄰線圈電動勢及合成電動勢相量圖如圖6.3所示。可得E?=E?y1+E?y2+E?y3,E=Ey+2Eycos20°分布系數(shù)加=E/3Ey=1+2cos20°/3=0.95986.6若主磁極磁密中含有高次諧波，電樞繞組采用短距和分布，那么繞組中的每一根導(dǎo)體是否可忽略諧波電動勢？繞組的線電動勢是否可忽略諧波電動勢？答:若主磁極磁密中含有高次諧波，當(dāng)主磁極旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中的每一根導(dǎo)體都會感應(yīng)出相應(yīng)的高次諧波電動勢，這些高次諧波電動勢大小與主磁極磁密中所含高次諧波大小有關(guān)與主磁極旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，該諧波電動勢不能忽略。由于繞組采用了短距和分布，使繞組的線電動勢中諧波電動勢大大減少，因此往往將諧波電動勢忽略。6.7試分析大、中型交流電機的電樞繞組采用雙層繞組的原因。答:交流電機氣隙磁場的諧波含量和繞組中的諧波電動勢對電機運行性能影響很大如降低效率、增大噪聲、影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量等。因常用短距和分布繞組的手段減少氣隙諧波磁場的作用，減少繞組諧電動勢的大小。在大、中型交流電機中，電樞繞組采用雙層繞組的重要原因就是可以使用短距線圈。在分布繞組基礎(chǔ)上應(yīng)用短距線圈的方法可將諧波的作用降到最小。6.8簡單證明如果相電動勢中有三次諧波電動勢，那么三相繞組接或△接后，線電動勢中沒有三次諧波分量