34056《电机与拖动基础(第2版)》习题解答.docx.pdf

《34056《电机与拖动基础(第2版)》习题解答.docx.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《34056《电机与拖动基础(第2版)》习题解答.docx.pdf（78页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电机与拖动基础第一章电机的基本原理.1第二章电力拖动系统的动力学基础.6第三章 直流电机原理.12第四章 直流电机拖动基础.14第五章变压器.29第六章 交流电机的旋转磁场理论.43第七章异步电机原理.44第八章 同步电机原理.51第九章 交流电机拖动基础.61第十章电力拖动系统电动机的选择.73第一章电机的基本原理1-1请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。答：电与磁存在三个基本关系，分别是(1)电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。感应电动势的人小与磁通的变化率成正比，即dOe=-N dr感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中

2、的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。(2)导体在磁场屮的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场屮运动，这时相对于导体來说，磁场仍是变化的，同样会在导体小产生感应电动势。这种导体在 磁场中运动产牛的感应电动势的大小由下式给出e=Blv而感应电动势的方向rti右手定则确定。(3)载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场屮放置一个通何电流的导体，则会在载流导体上产住一个电磁力。载流导体受力的大小与导体在磁场小的位置有关，当导体与磁力线方向垂直吋，所受的力最大，这吋电磁力F与磁通密度B、导体长度/以及通电电流7成正比，即F=BH电磁力的方向可由左手定则确定。1-2通过电路与磁路的比

3、较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系(如电阻与磁 阻)，请列表说明。答：磁路是指在电T设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物 质的磁导率高得多，铁心线圈屮的电流所产牛的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人 为造成的磁通闭合路径就称为磁路。而电路是山金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。磁路与电路Z间冇许多相似性，两者所遵循的棊木定律相似，即KCL：在任一节 点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一冋路屮都遵导基尔霍夫第二定律；另 外，磁路与电路都有各H的欧姆定律。两者Z间相似的物理量主要有：电路屮传输的是 电流，磁路中相应的为磁

4、通；电路中的电动势、电压与磁路中的磁动势、磁压降类似。电路中的电阻或电导与磁路中的磁阻或磁导相似。这些对应关系如下表所示：磁动势尺】（磁爪磁通。降）电流I电动势E（电压U）磁路电路磁阻（磁导Gm）磁通密度B磯导率“电阻R（电导G）电流密度丿1/电阻率 Q当然两者Z间也冇一些不同Z处，比如磁通只是描述磁场的物理量，并不像电流那 样表示带电质点的运动，磁通通过磁阻时，也不像电流通过电阻那样要消耗功率，因而 也不存在与电路中的焦耳定律类似的磁路定律；分析电路时一般不涉及电场问题，不考 虑漏电流，而分析磁路吋离不开磁场的概念，要考虑漏磁现象；在电路中电动势为零时,电流也为零，但在磁路中往往有剩磁，磁动

5、势为零时，磁通不一定为零；磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律也只是形式上的相似，由于铁心的磁导率不是常数，它随励磁电流 而变化，因而磁路计算不能应用叠加原理。1-3如何理解机电能量转换原理？根据这个原理可以解决什么问题？答：从能量转换的观点，可以把依靠电磁感应原理运行的机电设备看作是一类机电转换 装置，比如，变压器是一种静止的电能转换装置，而旋转电机是一种将机械能转换成电 能（发电机）或将电能转换成机械能（电动机）的运动装置。因此，机电能量转换原理是学习和研究电机理论的一个重要工具。根据这个原理，可以求得电机（发电机、电动机）和变压器中的关键物理量感应电动势和电磁转矩的大小，进而分析电机和变压器的

6、 运行特性。1-4旋转电机模型的基本结构由哪些部分组成，其各白有什么作用？气隙乂有何作用？答：旋转电机模型的基本结构由定子、转子和气隙三个部分组成：定子是固定不动的,转子是运动的，它们Z间隔着一层薄薄的气隙。在定子和转子上分别按需要安装若干线圈，其冃的是在气隙中产生磁场。往往要求气隙磁场按一定的形式分布，例如止弦分布 磁场。电机作为-种机电能最转换装置，能够将电能转换为机械能，也能将机械能转换 为电能。由于机械系统和电气系统是两种不同的系统,其能量转换必须有一个小间媒介,这个任务就是山气隙构成的耦合磁场來完成的。1-5以两极原型电机作为旋转电机的物理模型，冇何应用意义？答：两极原型电机结构简单

7、，原理清晰，易于扩展，可作为旋转电机的物理模型。通过对该模型的研究和分析，便于学习和学握一般旋转电机的基本原理。1-6通过模型电机，是如何建立电机的棊木电动势和转矩方程的？又怎样将两极电机的方程 推广到多极电机？答：通过模型电机，根据电磁感应定律，可以求得旋转电机电动势的通用计算公式e=-Ncos曲+N(PcusinciA。利用该公式可以推导出具体电机的电动势，比如同dr步电机、异步电机或肓流电机。再根据机电能最转换原理，可得两极电机的电磁转矩公式T严泄=_鱼報FfSm札。由于电机的磁极总是成对设置的，常用极对数你来 兹2g表示电机的磁极数，则多极电机的电磁转矩为Tc=-np/HQTIDI2g

8、1-7电机小存在哪些能量损耗？有哪些因索会影响电机发热？电动机与发电机的功率传递 有何不同？答：电机进行机电能量转换时总是存在能量损耗的，能量损耗将引起电机发热和效率降 低。一般来说，电机的能最损耗可分为两人类：(1)机械损耗：由电机的运动部件的机械磨擦和空气阻力产住的损耗，这类损耗与电机的机械构造和转速有关。（2）电气损耗：主耍包括导体损耗、电刷损耗和铁耗等。导体损耗是由于电机的 线圈电阻产生的损耗，冇时又称为铜耗，通常在电机的定了和转了上都会产生铜耗；电 刷损耗是由于电刷的接触电压降引起的能最损耗，因为只有在肓流电机中安装电刷，所 以电刷损耗仅仅出现在直流电机中；铁耗是由于电机铁磁材料的磁

9、滞效应和涡流效应产 生的一种损耗，主要取决于磁通密度、转速和铁磁材料的特性。电动机与发电机的功率传递过程如下图所示：电动机是将电能转换为机械能，而发 动机是将机械能转换为电能。电功率电磁功率机械功率机械功率电磁功率电功a a）*.电动机与发电机的功率传递过程b b）.；）动机b）发电机1-8用硅钢作为导磁材料，现已知3=1.6T,试根据图13所示的B-H dll线求取在此磁场条件下硅钢的磁导率解:根据图13所示的硅钢B-H|11|线，查得B=1.6T时，7/=2200A/mB_1.6u7.27xl(T4(H/m)H220“_ 7.27x10“o47TX10-7 578.81-9有一导体，长度/

10、=3m,通以电流i=200A,放在B=0.5T的磁场中，试求:（1）导体与磁场方向垂直时的电磁力；（2）导体与磁场方向平行时的电磁力；（3）导体与磁场方向为30。时的电磁力。解:载流导体在磁场中电磁力的一般计算公式为F=Bli sin 0(1)导体与磁场方向垂直时，0=90,F=0.5x3x200=300(N)(2)导体与磁场方向平行时，力=0,F=0(3)导体与磁场方向为30。时,F=0.5x3x200 xsin30=150(N)1-10有一磁路的铁心形状如图120所示，铁心各边的尺寸为：A、B两边相等,长度为17cm,截血积为7cm2；C边长5.5cm,截面积为14cm2：气隙长度g=0.

11、4cmo两边各有一个线圈，其匝数为皿二“2=100,分别通以电流右和乙，所产生的磁动势山A、B两边 汇入中间的C边，且方向一致。试求：在气隙屮产生B=l.2T时所需的电流值，及此 吋气隙中储存的能量忆-,并计算电感厶。解:设i、=i,N、=N2=N=W由臨+尺严2心，得=%弋所以，所需的电流值上怎“A1.2x0.4x10-22盼2X100X4KX107气隙磁通=5SC=1.2 x 14 x 10-4=0.00168(Wb)w N根据电感的定义，L=-=I I100 x0.5x0.0016819J 0.0044(H)气隙中储存的能量叫=2%=2，o.OO44xl9f第二章电力拖动系统的动力学基础

12、2-1什么是电力拖动系统？它包括哪些部分？答：拖动就是由原动机带动住产机械产生运动，以电动机作为原动机拖动住产机械运动 的拖动方式，称为电力拖动。如图21所示，电力拖动系统一般山电动机、生产机械的 传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机 的机械负载。图2电力拖动系统组成2-2电力拖动系统旋转运动方程式中各量的物理意义是什么？它们的正负号如何确定？答：电力拖动系统经过化简，都可视为如图2-2a所示的电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连的单轴电力拖动系统，各物理量的方向（正负号）标示如图22b所示。TL牛:产机械a)图22单轴电力拖动系统a）单轴电力拖动系统

13、b）系统各物理量的方向标示根据牛顿力学定律，该系统的运动方程为dcodt式小，各量的物理意义分别是：Tc电动机的电磁转矩（Nm）,TL生产机械 的阻转矩（Nm）,J电动机轴上的总转动惯量（kg n?）,G）电动机的角速度（rad/s）02-3转矩的动态平衡关系与静态平衡关系有什么不同？答：转矩的静态平衡是指电力拖动系统稳定运行吋，电动机的电磁转矩7；与生产机械的阻转矩心相平衡，即T严而转矩的动态平衡是指电力拖动系统在扰动作用下，从原来的平衡状态达到新的平衡状态的过渡过程中，电动机的电磁转炬7；与生产机械的阻转矩7；以及加速度转矩丿毁相平衡，即Tt-TL=J。由于过渡过程中转速0dt dt是变化

14、的，电磁转矩7；也是随时变化的，以保持转矩的动态平衡关系。2-4拖动系统的飞轮惯量GO?与转动惯量丿是什么关系?答：在拖动系统的工程计算中，习惯用飞轮惯fiGZ）2代替转动惯fiJ,GO?与丿的关系为J=mr2式中，w系统转动部分的质量（kg）,G系统转动部分的重力（N）,r系统转动部分的回转半径（m）,D系统转动部分的回转直径（m）,g重力加速度（可取g=9.81m/s2）o2-5把多轴电力拖动系统简化为单轴电力拖动系统时，负载转矩的折算原则是什么？各轴飞轮惯最的折算原则是什么？答:对于一个复杂的多轴电力拖动系统，比较简单而R实川的分析方法是川折算的方法 把它等效成一个简单的单轴拖动系统来处

15、理，并使两者的动力学性能保持不变，其基木 思想是通过传动机构的力学折算把实际的多轴系统表示成等效的单轴系统。在电力拖动系统中折算一般是把负载转矩和各轴 0 轮惯量折算到电动机轴上，而中 间传动机构的传送比在折算中就相当于变压器的匝数比。系统等效的的原则是：保持两 个系统传递的功率及储存的动能相同。2-6起重机提升和下放重物时，传动机构的损耗是由电动机还是重物负担？提升和下放同一 重物时，传动机构损耗的人小是否相同？传动机构的效率是否相等？答：起重机提升重物时，传动机构的损耗由电动机负担；下放重物时，则由重物负担。提升和下放同一重物时，可以认为传动机构的损耗是相同的，但其效率不相等。设提升 重物

16、时的效率为Z，下放重物时的效率为：，两者之间的关系为2-7仝产机械的负载转矩特性归纳起來，可以分为哪儿种基木类型？答：生产机械的负载转矩特性归纳起來可以分为三种基木类型：(1)恒转矩负载特性：负载转矩7；与转速无关，当转速变化时，负载转矩7；保持常值。恒转矩负载特性又对分为反抗性负载特性和位能性负载特性两种，如卜图所示。片A0TLT.图2-3反抗性恒转矩负载特性图|24位能性恒转矩负载特性 .(2亍通风机负载特性：负载转矩人与转速刃大小冇关，基木上与转速刃的平方成正比，即TL=kn o属于通风机负载的生产机械有通风机、水泵、油泵等，其中空气、水、汕2等介质对机器叶片的阻力基本上和转速的平方成正

17、比，如下图所示。图124恒功率负载特性(3)恒功率负载特性：有些生产机械(比如不床治在粗加工时，切削量大，切削阻力大，此时开低速；在精加工时，切削量小，切削阻力小，往往开高速。因此，在不同转速卜负载转矩人与基本上与转速77成反比，即TL=-。由于负载功率PL=TLCO,n表明在不同转速下，电力拖动系统的功率保持不变，负载转矩久与转速的持性曲线呈现恒功率的性质，如上图所示。2-8电力拖动系统稳定运行的条件是什么？请举例说明。答：对于一个电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是理一理I d/7An0其中，0表示电动机的机械特性与负载转矩特性必须存在交点，是系统稳定运行的必要条件；而匹-吒v 0表示电

18、动机机械特性的硬度必须小于负载转矩特性的dn dn硕度，是系统稳定运行的充分条件。例如，对于带恒转矩负载的电力拖动系统，只要电动机机械特性的硬度是负值，系统就能稳定运行。而各类电动机机械特性的硬度人都是负值或具有负的区段，因此，在一定范围内电力拖动系统带恒转矩负载都能稳定运行。2-9在图216所示的电力拖动系统中，己知 0 轮惯量GZ)；=15N2 m,GZ)!2=16N2-m,=100N2-m,传动效率;cI=0.9,7；c2=0.8,负载转矩=72N-m,转速nc=1500r/min,=750r/min,nL=150r/min0试求：折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量GD，和负载转矩人。解：

19、图2J6三轴拖动系统折算到电动机轴上的系统总飞伦惯量为GD2=GD：+(乞尸GD：+(么y GDI=15+(-Y xl6+(-xlOO15001500=20(Nm2)折算到电动机轴上的负载转炬为心，750、2ir z 150.75015()2-10有一起重机的电力拖动系统如图2-18所示，电动机转速1000r/min,齿伦减速箱的传 动比71=；2=2 卷筒直径D=0.2m；滑轮的减速比；3=5；空钩重量Go=100N；起 重负荷G=1500N:电动机的飞轮惯量GD=10N-m2,传动系统的总传动效率 久=0.8,放大系数=1.2。试求提升速度和折算到电动机轴上的静转矩人以及折 算到电动机轴上

20、整个拖动系统的飞轮惯量GD?。解:（1）提升速度-依照电动机转速经过三级减速后，再转换成总线速度的关系，得nJ=J1J2J3 nDn _ n J JJ2J3vL=nDnLvL=TtDnL=/?J1J2J33.14x0.2x1000=-=31.4(m/min)2x2x5（2）折算到电动机轴上的静转矩7；根据功率平衡原则，折算到电动机轴上的静转矩为空初7c这里FL=GL=G+G,vL=TID n2TIH苛，所以(G+G。)#(1500+100)x0,177c=10(N-m)2x2x5x0.8（3）折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GO?题小未给出系统中I、可传动轴和卷筒的飞轮惯量，可用放大系数

21、近似估计。今取5=1.2，则折算到电动机轴上整个拖动系统的匕轮惯量为GD2=AGD：+365(G+Go)(与$n:)60 x100012.16(Nm2)231 4=1.2x10+365x(1500+100)x(第三章直流电机原理3-1换向器在直流电机中起什么作用？答：换向器是直流电机最重要的部件2，对于直流发电机，是将电枢绕组元件中的交 变电动势转换为电刷间的直流电动势；対于直流电动机，则是将输入的自流电流转换为 电枢绕组元件中的交变电流，以产生恒定方向的电磁转矩。3-2说明下列情况下空载电动势的变化：（1）每极磁通减少10%,其他不变；（2）励磁电流增大10%,其他不变；（3）电机转速增加2

22、0%,其他不变。答：根据肓流电机感M电动势（即空载电动势）的基木计算公式EA=C n（1）若每极磁通减少10%,则空载电动势2减小10%；（2）若励磁电流厶增人10%,因电机磁路存在非线性的磁饱和效应，空载电动势厶将增大，但低于10%;（3）如电机转速增加20%,则空载电动势坨增大20%。3-3主磁通既链着电枢绕组乂链着励磁绕组，为什么却只在电枢绕组里感应电动势？答：因为主磁通是由定子励磁绕组通入直流励磁电流而产住，是一恒定的磁场，它与励间没有相对运动，所以只在转子电板绕组里感应电动势。3-4他励直流电动机的电磁功率指什么？答：他励肓流电动机的电磁功率是指由定子方通过气隙传入转子方的功率，可以

23、由磁绕组定子方的输入电功率A扣除定子铜耗Vca來计算，也可以由转子方的输出机械功率马加上铁心损耗叽、机械摩擦损耗和附加损耗Vadd来计算，即P=P-ACua=P2+VFC+泌+AAdd3-5他励直流电动机运行在额定状态，负载为恒转矩负载，如果减小磁通，电枢电流是增大、减小还是不变?答:根据他励宜流电动机的电压平衡方程和转矩平衡方程S=Ea+/a=Cc如+/足，Tc=TL=CIa如果减小磁通0,则感应电动势心减小，电枢电流厶将增大，以保持转炬7；=人的平衡关系。3-6某他励直流电动机的额定数据为尺=17kW,C/N=220V,Wn=1500r/min,你=83%。计算额泄电枢电流、额左转矩和额泄

24、负载时的输入电功率。解:额定负载时的输入电功率额定电枢电流额定转炬p -=9=9 55xr108 23(N m)17x10-=220V,nN=1000r/min,3-7有一他励直流电动机的额定数据为=5kW,ApCua=500W,人=395W，计算额定运行时电动机的7；，片，7；,P,氐，解:负载转矩5xlO31000=47.75(Nm)7；空载转矩TQ=9.55血=9.55X聖丄匕3.77(N-m)wN100()电磁转矩7；=7；+人=47.75+3.77=51.52(N m)输入功率片=心+叽=厶+人+叽=5+0.395+0.5=5.895(kW)卷xl00%=额定效率N=500 0.69

25、6(Q)丄5895 222038有一他励总流发电机的额定数据为：=46kW,UN=230V,电枢电阻尺二警XT=1000r/min,心=0.1G,已知*=lkW,A/?add=0.01v,求额定负载下的人、心及N。解：电枢电流人=奔=豈=0.2(厲定了铜耗叽=也=0.22 xO.l=4(kW)=9.55冬=9.55x输入功率砖&+%+也d=46+4+1+0.01x46=51.46(kW)电磁功率心=厲+切 g=46+4=50(kW)第四章 直流电机拖动基础4-1总流电动机一般为什么不允许总接起动？可采用什么方法起动比较好？答：所谓起动就是指电动机接通电源后，rh静止状态加速到某一稳态转速的过程

26、。他励肓流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。他励頁流电动机当忽略电枢电感时，电枢电流为UEa在起动瞬间，电动机的转速斤=0,感应电动势a=CC0N/7=0,电枢回路只有电枢绕组电阻&，此时电枢电流为起动电流人，对应的电磁转短为起动转矩几，并冇人号Tst=CT0N/St由于电枢绕组电阻心很小，因此起动电流化 人，约为（1020）人，这么人的起动电 流使电机换向因难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；同时电枢绕组也 会因过热而损坏；另外，由于人电流产生的转矩过人，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。因此除了微型直流电动机由于&较大、惯量较小可以总接起动外，

27、一般直流电动机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施來控制电 机的起动过程。由人=久/&町知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢冋路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢申电阻和降压两种。串电阻起动操作 较简单、町靠，但起动电阻要消耗大量电能，效率较低。因此，冃前己较少使用，只 在应川串电阻调速的电力拖动系统中才使川这种起动方法；降压起动需要可调的直流 电源，可采用基于电力电子器件的可控整流器向肓流电机供电。采用降压起动方法，可使整个起动过程既快乂平稳，同时能量损耗也小。此外，可控直流电源还可用于调 速，因而在电机拖动系统中得到广泛应用。4-2为什么要考虑调速方

28、法与负载类型的配合？怎样配合才合理？试分析恒转矩调速拖动恒功率负载，以及恒功率调速拖动fti转矩负载两种情况的机械特性。答：为了使电机得到充分利用，根据不同的负载，应选用相应的调速方式。通常，恒 转矩负载应采用恒转矩调速方式，恒功率负载应采用恒功率调速方式，这样町使调速 方式与负载类型相匹配，电动机口J以被充分利用。例如初轧机主传动机构，在转速比较低时，压下最较人，即负载转矩大，可采用 恒转矩调速方式；转速高时，压下量减小，即负载转矩随转速的升高而减小，为恒功 率负载，因此，要与恒功率调速方式相配合。所以，在采用他励总流电动机拖动的初 轧机主传动系统屮，在额定转速”“以下一般用改变供电电压调速

29、，在以上用弱磁调速，这样的配合较恰当。如图413所示。反之，假如恒转矩负载采用怛功率调速方式，或者恒功率负载采用恒转矩调速方 式，则调速方式与负载类型就不匹配，电动机不能被充分利用。例如用转矩调速方法去拖动恒功率负载（如下图），因调速时负载转短7；在7；7；范围内变化，故电机的电磁转矩也相应地变化。由于励磁磁通并不变，那么电枢电流 就随之在人厶范围内变化。如果令/b=/N，则低速时厶人，电机过载、过热；高速 时，人人，电机为轻载，没被充分利用。又如用恒功率调速方法去拖动恒转矩负载（如下图），因为调速吋负载转矩人为常 值，所以电机的电磁转矩7；也为常值，从电磁转矩公式Tc=CT0/可知，随着磁通

30、0的 减小，电枢电流/一定会变人。如果令人=人，则弱磁高速时人人，电机会过热；强 磁低速时，厶人，电机没被充分利用。如何区别电动机是处于电动状态还是制动状态？答：直流电动机的运行状态主要分为电动状态和制动状态两犬类。电动状态是电动机运行时的基木工作状态。电动状态运行时，电动机的电磁转矩7；与转速方向相同，此时7；为拖动转矩，电机从电源吸收电功率，向负载传递机械功率。电动机电动状态运行时的机械特性如图4-14所示。电动机在制动状态运行吋，其电磁转矩7；打转速”方向和反，此吋7；为制动性阻 转矩，电动机吸收机械能并转化为电能，该电能或消耗在电阻上，或回馈电网。电动 机制动状态的机械特性处在第二、四

31、彖限。图*14他励直流电动机的电动运行状态一台他励直流电动机拖动的卷扬机，当电枢所接电源电压为额定电压、电枢回路串入动着重物匀速上升，若把电源电压突然倒换极性，电动机最后稳定运行于什 么状态？重物提升述是下放？画出机械特性图，并说明中间经过了什么运行状态？电阻吋拖答:电机开始运行于正向电动状态。若把电源电压突然倒换极性，电动机最后稳定运 行于反向回馈制动状态，重物匀速下放，其机械特性如下图所示。图中曲线1为固有机械特性，曲线2为电枢电压等于额定值、电枢回路串电阻的 人为机械特性，曲线3为电枢电压反接后电枢回路串电阻的人为机械特性。反接电压 之前，匀速提升重物的丁作点为A,反接后稳定运行的工作点

32、为E。从A到E中间经 过：（1）BC,反接制动过程；（2）CD,反向升速，属反向电动运行状态；（3）DE,继续反向升速，属反向回馈制动运行状态。4-5一台他励直流电动机拖动一台电动车行驶，前进时电动机转速为正。当电动车行驶在 斜坡上吋，负载的摩擦转矩比位能性转矩小，电动车在斜坡上而进和后退时电动机可 能丄作在什么运行状态？请在机械特性上标出工作点。答：如图422所示，当电动车在斜坡上前进时，负载转矩：为摩擦转矩与位能性转愆Z和，此吋电动机电磁转矩7；克服负载转矩：，使电动年前进，电动机工作在笫一彖限的正向电动运行状态，如图中的A点。当电动车在斜坡上后退时，负载转矩兀2为摩 擦转矩与位能性转矩之

33、差，由于摩擦转矩比位能性转矩小，所以丘与转速刃方向和同,：实质上成为驱动转矩，而电动机电磁转矩7；与方向相反，为制动转矩，抑制电动 车后退速度，同时将电能I川馈给电网，电动机工作在第二象限的正向冋馈制动运行状态，如图中的B点。图*22正向回馈制动运行4-6有一他励直流电动机的额定数据为：=60kW,5=220V,7N=305A,wN=1000r/min,估算额定运行时的&N，叽，兀，%，最后画出固有机械特性。解：认为额定运行时电枢铜耗近似等于总损耗的50%,即/駅=0.5(5厶厶)这样电枢电阻Ea=5_1也=220-305X0.038=20&41(V)=0.208(V-min/r)60 x10

34、=573(Nm)1000=955x2201057.7(r/min)0.208固有机械特性方程为0.038=1057.7-0.2081057.7-0.1827Za因为G咚=955C鸟=9.55x0.208L986(N-m/A),所以该方程又可写成R TQ 1 QO*7Q 1 QO*7F賦点皿7.7-话W057.7-0.0927；由此可画出固有机械特性,如下图所示图*2他励电动机固有机械特性4-7画出上题电动机电枢冋路串入R=OAR,电阻和电枢电压降到150V的两条人为机械特a性。解:电枢冋路串入R=OAR.电阻的人为机械特性方程为（空载转速不变）电枢电压降到150V的人为机械特性方程为（特性斜率

35、不变）IJ:R T1 CA1 CA=-=0.0921,721.2-0.0927Cc0NCWN eg 0.208由此可血出这两条人为机械特性，如下图所示O O樹4545改变电枢电阻的人为机械4-8有一他励胃流电动机的额定数据为：耳=75kW,t/N=220V,ZN=40A,wN=1000r/min,心=05G,TL=0.57；,求电动机的转速和电枢电流。解：额定运行时卄冬皿驾曾。.2()Hyi1 0007；.N=955Ce蚁N=955 x 0.2x40=76.4(N m)=955p7 5 x 103Gw=9.55X1000=71625(Nm)N空载转矩和空载损耗为TQ=TC-7；=76.4-71

36、.625=4.775(Nm)PO=500(W)负载运行时，认为空载损耗保持不变，即有如下关系Te=7+9.55垃n=0.57；+9.55空nCWW=UN-I足求解上而的三个方程，可得电动机的转速和电枢电流n u 1047.3(r/min)人彩21.1(A)4-9一台他励直流电动机的额定数据为：&=10kW,(/N=220V,/N=53.8A,/?N=1500r/min,=0.290,试计算：(1)直接起动时的起动电流；(2)限制起动电流不超过2人，采用电枢串电阻起动时，应串入多大的电阻值；若采用降压起动，电压应降到多人？解：(1)直接起动吋的起动电流220 029 758.6(A)(2)采用电

37、枢串电阻起动时，应串入多人的电阻值220&2=亠一尺%2Z=-2x53.80.29=1.75(A)Na若采用降压起动，电压应降到久=2皿=2x53.8x0.2931.2(V)4-10一台他励肓流电动机的额定数据为：P、=7.5kW,5=220V,/N=41A,wN=1500r/min,心=0.3760,拖动恒转矩额定负载运行，现把电源电压降至150V,问：(1)电源电压降低的瞬间转速来不及变化，电动机的电枢电流及电磁转炖各是多人？电力拖动系统的动转矩是多大？(2)稳定运行转速是多少？解：(1)额定运行时220-41x0.376总0.136(V min/r)1500电源电压降至150V的瞬间，转

38、速来不及变化，则电动机的电枢电流U Cg、此时的电磁转矩150 0.136x15000.376-143.6(A)T严Cg,=9-55CcZa=9.55x0.136x(-143.6)-186.5(Nm)(2)因为是恒转矩负载，稳定运行时电枢电流为额定值/N=41 A,所以转速15()-41x0.376 989.6(r/min)0.1364J一 台他励直流电动机,R=21kW,t/N=220V,/N=115 A,wN=980r/min,心=0G,拖动恒转矩负载运行，TL=8O%7；.0弱磁调速时，0从色调至80%，问：(1)调速瞬I可电枢电流是多少？(2)调速前后的稳态转速各为多少？解:(1)额定

39、运行时220-115x0.1 0.213(V-min/r)980不计空载转矩，7；=80%恒转矩负载运行时的电枢电流为0.8人，转速为n=220 08xl15x0 989.7(r/min)l弱磁调速瞬间，转速来不及变化，电枢电流为Uz-08C畑 220-0.8x0.213x989.7=Ra=0J(2)调速前的稳态转速nx=n=989.7(r/min)=51355(A)因为是恒转矩负载运行,调速后稳态运行时08人=08(?丁叭厶，此时电枢电流厶=人，所以调速后的稳态转速4-12台他励直流电动机的 人=17kW,=110V,/N=185A,/?N=lOOOr/min,&=0.0360,已知电动机最

40、大允许电流/amax=1.8/N,电动机拖动7=0.87；负载电动运 行。问：(1)若采用能耗制动停车，电枢应串入多大的电阻？(2)制动开始瞬间及制动结束时的电磁转矩各为多大？(3)若负载为位能性恒转矩负载，采川能耗制动使负载以120r/min转速匀速下放重物,此时电枢回路应串入多人的电阻？解：(1)额定运行时110 185x0.0361000003(Vmin/r)不计空载转矩，拖动7；=0.87；负载电动运行吋的电枢电流为 0.8/N,转速为110-0.8x185x0.036u 1016.2(r/min)0.103能耗制动前电枢电动势为Ed=如=0.103x1016.2 104.7(V)制动

41、瞬间转速來不及变化，电枢电动势不变，电枢应串入的电阻值为104 7心=-一R=-:0.036 0.278(Q)总1.8x185(2)制动开始瞬间的电枢电流/1=-/anwx=-1.8/N，电磁转矩Tel=-CT1.8ZN=-9.55CC 1.8ZN=-1.8x 9.55x 0.103 x 185 -327.56(N-m)制动结束时的电磁转矩TC2=0E(3)因为负载是位能性恒转矩负载，重物下放时的负载转矩仍为TL=0.87；.,电枢 电流/3=0.8/N,电枢回路应串入的电肌值R。=週&=一叽 _R-0.103x(120)_0036=0 0475(Q)n La La 0.8x1854-13台他

42、励直流电动机的 厲=10kW,7N=110V,/N=112A,wN=750r/min,Ra=0.1Q,已知电动机的过载能力2=2.2,电动机带反抗性恒转矩负载处于额定运行。求：(1)采川反接制动停车，电枢回路应串入多大的电阻？(2)如制动结束时，不切断电源，电动机是否会反转？若能反转，试求稳态转速，并说明电动机工作在什么状态？解：(1)额定运行时J側=5=110-112X，0.132(V.nin/r)N7507；=N=9.55Ce0时，cos和sin%均为正值，%也为正值且较大，说明匕随负载电流厶的增大而下降，而且 在相同负载电流厶下，感性负载吋/的下降比纯电阻负载吋/的下降来得大；在容 性负

43、载，即化0,而sin化0,若人心cos|人心singj，则AU%为 负值，这表明负载时二次侧端电压比空载时高，即 6 随厶的增大而升高。5-15一台单相变压器,SN=2kV A,5N/SN=380V/220V,/1N/72N=5.26A/9.1A，今把它两个绕组串联改接为自耦变压器使用，如图529所示。问当ax端接220V电压时，AX两端的电压是多少？一次侧电流为多人？公共绕组的电流为多大？5-29题5J5示意图解：变比为如=乩生=型“727N2 E2”2N220若忽略漏阻抗压降，当ax端接220V电压时，AX两端的电压是380Vo如图所示，根据基尔霍夫第一定律可得 厶+厶当口耦变压器负载运行

44、时，根据磁动势平衡关系，负载时合成磁动势建立的主磁通与空载磁动势建立的主磁通相同，故冇Nj2+N2i=N2iQ由于空载电流（励磁电流）很小，如果忽略不计，则上式可写成”厶十“2仏+厶）=0所以叫+“2上式说明，不计空载电流时，i 次侧电流与二次侧电流相位相反。设变压器负载运行吋仍为额定容量，则一次侧电流的有效值为I=9.1A二次侧电流的有效值为I、=I.u 3.34(A)-380+220公共绕组电流的有效值为1=9一3.34=5.76(A)第六章交流电机的旋转磁场理论6-1电角度的含义是什么？它与机械角度之间的关系如何？答：电机侮对极在定子内圆上所占的角度360。/卩指的是实际的空间几何角度，

45、这个角度被称 为机械角度。在四极及以上极数的电机屮常常把一对极所占的360淀义为电角度，这是因为绕 组中感应电动势变化一个周期为360。对于两极电机，其泄子内圆所占电角度和机械角度相等,均为360；而对极电机，其定子内圆全部电角度为360。“，但机械角度却仍为360。所以 二者存在以下关系：电角度=机械角度x极对数6-2单相绕组的磁动势具冇什么性质？它的振幅是如何计算的？答：(1)单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁动势,可分为基波磁动势及高次谐波磁动势。(2)基波磁动势幅值的位置少绕组的轴线相重合，基波及高次谐波磁动势分量 的幅值在时间上都以绕组中电流变化的频率脉振。

46、(3)单相绕组脉振磁动势屮基波磁动势的幅值为厲严0.9也也，1/次谐波磁动P势幅值0.9世,谐波次数越高，其幅值就越小。VP(4)绕组采取分布式和适当短距的措施町以减少谐波成分，使磁动势的波形近 似正弦波。6-3从物理意义上解释为什么三相交流绕组产生的磁动势是旋转的？答:交流电机定、转了气隙中旋转磁场的产生冇两个条件：三相绕组对称：互差120。空间电角度；三相电源对称：互羌120。时间电角度。当三相交流绕组屮通入 三相电流时，交流绕组各H产牛沿绕组轴向方向的脉振磁场，三相脉振磁场合成的结 果就是气隙磁场。该气隙合成磁场的幅值保持不变，在时间上将按照A-B-C的相序移 动。三相脉振磁场Z间相差1

47、20,交替起来就形成了气隙中的旋转磁场。6-4三相绕组接在三相电源上，如果有一相断路，则绕组所产生的磁动势具有怎样的性 质？答：如果有一相断电，则只有两相绕组电流产生磁动势，空间相差120。电角度的两相 脉振磁动势的合成无法满足对称条件，瓦合成磁动势应该是一个椭闘形的旋转磁场。6-5如果在三相对称绕组屮通入时间上同相位的电流，则绕组所产住的磁动势具有怎样的 性质？答：因为单相绕组产生的是沿轴向方向的脉振磁动势，如果在三相对称绕组中通入时 间上同相位的电流，所产生的三相脉振磁动势幅值的变化就完全相同，其合成磁动势 就为零，这种情况就如同Y形连接三相对称电路的屮线电流为零。第七章异步电机原理7-1

48、为什么说界步电机的工作原理与变压器的工作原理类似？试分析两者的异同点。答：异步电机和变压器在功能、外型特征和运行方式上很不相同，但它们在工作原理上有很大 的和似性，都是通过电磁感应原理來工作的。界步电机的定了相当于变压器的一次侧，转了和 当丁-变压器的二次侧，两者的基木方程式、等效电路和相量图都非常相似。尤其是当界步电 机堵转吋，转子上的感应电压与定子电压Z间的关系，变压器的情况完全一样。因此，异步电机乂被形象地称为“旋转变压器”。两者的不同Z处主耍表现在，同容量的界步电机和变压器相比，变压器的空载电 流较小。空载电流是用于产生励磁磁场或主磁通的，变压器的主磁通回路没冇像界步 电机定、转子间的

49、气隙，完全由铁磁材料组成的主磁路磁阻很小，产生一定磁通所需 的电流就很小。这样，变压器可以长期空载运行。7-2试说明弄步电机频率折算和绕组折算的意义、折算条件及折算方法。答：转子绕纽折算就是用新绕组替换原绕组。为了导出等效电路，用一个与定子绕组的相数、匝数和绕组因数都相同的等效绕组桥换实际转了绕组，折算询麻转了绕纽的磁动势和各种功率及损耗不变，即从定子方看转子，一切未变。折算的方法就是将转子方的电压或电动势乘以异步电机的电压比心，将转子方的电流除以异步电机的电流比/,将转子方的阻抗乘以心/。频率折算就是用的止的转子替换旋转的转子，折算条件也是磁动势和各种功率及损耗不变。为此，只要将转子电阻尺用

50、电阻丄尺來代替，或者说在转子冋路出入一个实际上并不存在S的虚拟电阻S7-3界步电动机在空载运行、额定负载运行及短路堵转运行3种情况下的等效电路有什么 不同？当定了外加电压一定时，3种情况下的定、转了感应电动势人小、转了电流及 转了功率因数角、定了电流及定了功率因数角冇什么不同？答：R,X,R；儿剖7-13异步电动机的I形等效电路异步电动机在空载运行时，转了转速n接近同步转速耳，转差率*0,山异步电动机的T型等效电路可知，虚拟电阻Rr为无穷大，转子电流为零，没有机械功输出。此吋,S定子电流（空载电流）也很小，定了感应电动势较人，定子功率因数较小。异步电动机在堵转运行时，转子转速”=0,转差率5=