電機及拖動 第二章習(xí)題答案

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1、 第二章 直流電動機的電力拖動 2.1 答：由電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)為電力拖動系統(tǒng)。一般由電動機、生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制設(shè)備及電源幾部分組成。電力拖動系統(tǒng)到處可見，例如金屬切削機床、橋式起動機、電氣機車、通風(fēng)機、洗衣機、電風(fēng)扇等。 2.5 答：電動機的理想空載轉(zhuǎn)速是指電樞電流Ia=0時的轉(zhuǎn)速，即 。實際上若Ia=0，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0，這 時電動機根本轉(zhuǎn)不起來，因為即使電動機軸上不帶任何負載,電機本身也存在一定的機械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩（空載轉(zhuǎn)矩）。要使電動機本身轉(zhuǎn)動起來，必須提供一定的電樞電流Ia0（稱為空載

2、電流），以產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩來克服這些機械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩。由于電動機本身的空載摩擦阻力轉(zhuǎn)矩很小，克服它所需要的電樞電流Ia0及電磁轉(zhuǎn)矩T0很小，此所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速，這就是實際空載轉(zhuǎn)速。實際空載轉(zhuǎn)速為簡單地說，Ia=0是理想空載，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速；是Ia= Ia0實際空載，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n0’的稱為實際空載轉(zhuǎn)速，實際空載轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速。 2.7答：固有機械特性與額定負載轉(zhuǎn)矩特性的交點為額定工作點，額 定工作點對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。理想空載轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之差稱為額定轉(zhuǎn)速降，即： 2.8 答：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運

3、行的條件有兩個，一是電動機的機械特性與負載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點；二是在交點（Tem =TL）處，滿足 ，或者說，在交點以上（轉(zhuǎn)速增加時）,TemTL。一般來說，若電動機的機械特性是向下傾斜的，則系統(tǒng)便能穩(wěn)定運行，這是因為大多數(shù)負載轉(zhuǎn)矩都隨轉(zhuǎn)速的升高而增大或者保持不變。 2.9 答：只有（b）不穩(wěn)定，其他都是穩(wěn)定的。 2.10 答：他勵直流電動機穩(wěn)定運行時，電樞電流： 可見，電樞電流Ia與設(shè)計參數(shù)U、CeΦ、Ra有關(guān)，當這些設(shè)計參數(shù)一定時，電樞電流的大小取決于電動機拖動的負載大小

4、，輕載時n高、Ia小，重載時n低、Ia大，額定運行時n=nN、Ia=IN。 當恒轉(zhuǎn)矩負載下，電樞回路串入電阻或改變電源電壓進行調(diào)速，達到穩(wěn)定后，電樞電流仍為原來的數(shù)值，但磁通減小時，電樞電流將增大。 2.11 答：起動瞬間轉(zhuǎn)速n=0，電動勢Ea=CeΦn=0，最初起 動電流 。 若直接起動，由于Ra很小，Ist會達到十幾倍 甚至幾十倍的額定電流，造成電機無法換向，同時也會過熱，因此不能直接起動。 2.12 答：將處于電動狀態(tài)運行的他勵直流電動機的電樞兩端從電源斷開后投向制動電阻兩端，便進入能耗制動狀態(tài)。制動瞬間，n和Ea的大小及方向均不變，Ia和Tem

5、的大小不變，但方向改變，之后隨著制動過程的進行，這四個量均由制動瞬間的值逐漸減小到零，制動過程結(jié)束。 2.13 答：進行制動時，如果不在電樞回路串入制動電阻，則制動瞬間電樞電流將很大。例如，能耗制動瞬間電樞電流為 ,電壓反接制動瞬間 ,由于Ra很小，所以IaB很大。制動時在電樞回路串入適當?shù)闹苿与娮鑂aB ，是為了限制過在的制動電流。由IaB和IaB’兩個公式可知，電壓反接制動時的制動電流IaB’約為能耗制動時的制動電流IaB的2倍，故電壓反接制動時應(yīng)串入較大的制動電阻。 2.14 答：這兩種制動方式的實現(xiàn)都是

6、以位能性負載為前提條件，當電樞回路串入較大的電阻，使電動機的機械特性與位能性負載轉(zhuǎn)矩特性的交點（工作點）處于第四象限時，電動機便處于倒拉反轉(zhuǎn)反接制動運行狀態(tài)，此時電機的轉(zhuǎn)速方向與電動狀態(tài)運行時相反。而回饋制動時，轉(zhuǎn)速方向不變，但轉(zhuǎn)速值超過了理想空載轉(zhuǎn)速，這是位能性負載作用的結(jié)果。 2.15 答：（1）采用能耗制動或倒拉反轉(zhuǎn)反接制動；（2）采用反向回饋制動。 2.16 答：電動狀態(tài)：電動機把從電網(wǎng)輸入的電能轉(zhuǎn)換成機械能從軸上輸出。能耗制動狀態(tài)：電動機將軸上的機械慣性貯能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路電阻上?；仞佒苿訝顟B(tài)：電動機將軸上輸入的機械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。反接制動狀態(tài)：

7、電網(wǎng)輸入的電能與軸上輸入的機械能并轉(zhuǎn)換與電能一起都消耗在電樞回路電阻上。 2.17 答：直流電動機的調(diào)速方法有：（1）降壓調(diào)速；（2）電樞回路串電阻調(diào)速；（3）弱磁調(diào)速。前兩種調(diào)速方法適用于恒轉(zhuǎn)矩負載，后一種調(diào)速方法適用于恒功率負載。降壓調(diào)速可實現(xiàn)無級調(diào)速，機械特性斜率不變，速度穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍較大。串電阻調(diào)速為有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性斜率增大，速度穩(wěn)定性差，受靜差率的限制，調(diào)速范圍很小。弱磁調(diào)速控制方便，能量損耗小，調(diào)速平滑，受最高轉(zhuǎn)速限制，調(diào)速范圍不大。 2.18 答：靜差率是指電動機由理想空載到額定負載時的轉(zhuǎn)速降落ΔnN=n0-nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，即：

8、 它反映了負載變化時轉(zhuǎn)速的變化程度，即轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。靜差率的大小與機械特性的斜率（或硬度）及理想空載轉(zhuǎn)速n0的大小有關(guān)。特性斜率?。ㄓ捕却螅⒗硐肟蛰d轉(zhuǎn)速高，則靜差率就小，反之就大。電樞串電阻調(diào)速時， n0不變，轉(zhuǎn)速越低，需要串聯(lián)的電阻越大，機械特性的斜率越大，轉(zhuǎn)速降落Δn也越大，所以靜差率越大；降壓調(diào)速時，雖然機械特性的斜率（或硬度）不變，但n0減小了，所以低速時的靜差率大。 2.19 答：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式是指在調(diào)速過程中電動機的電樞電流保持在額定值的前提下，其輸出轉(zhuǎn)矩是恒定的。恒功率調(diào)速方式是指在調(diào)速過程中電動機的電樞電流保持在額定值的前提下，其輸出功率是恒定的。他勵直流電動機

9、的降壓調(diào)速和電樞串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式。 2.20 答：調(diào)速方式與負載類型相匹配時，可以按照負載實際大小選擇一臺合適額定功率的電動機，在整個調(diào)速過程中電流的大小始終等于或接近額定電流，保證電動機能得到充分得用。例如，拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載時采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式（降堿度調(diào)速或電樞串電阻調(diào)速）、拖動恒功率性質(zhì)的負載時采用恒功率調(diào)速方式（弱磁調(diào)速），在整個過程中就能保證電樞電流始終等于額定值，即能保證電動機得到充分利用，所以恒轉(zhuǎn)矩負載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式、恒功率負載配恒功率調(diào)速方式是理想的配合。如果恒轉(zhuǎn)矩負載配恒功率調(diào)速方式或恒功率負載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，這兩種

10、情況都不是合理的配合，因為在調(diào)速過程中不是出現(xiàn)過載運行就是出現(xiàn)輕載運行，電動機不可能在任何轉(zhuǎn)速下都得到充分利用。 2.25 解：（1） （2） （3） 2.26 解：（1）由上一題可知： 則固有特性為： （2）電樞串電阻時n0不變，斜率變?yōu)椋? 故串電阻的人為特性為： （3）電壓下降一半時β不變，理想空載轉(zhuǎn)速n0下降一半。故降壓的人為特性為：

11、 （4）磁通減少30%時，n0和β均變化。弱磁人為特性為： （機械特性曲線圖略） 2.27 解：（1）直接起動電流和起動電流倍數(shù)分別為： （2） 2.27解：起動電流比為： 各級起動電阻為: 2.29 解： （1） 當轉(zhuǎn)速n=1200r/min時，電動勢為： 此時進行能耗制動時，應(yīng)串入制動電阻為： （2）

12、當忽略空載轉(zhuǎn)矩時，Tem=TL，將已知數(shù)據(jù)代入能耗制動機械特性： 即 解得 當考慮空載轉(zhuǎn)矩時，Tem=TL+T0。 額定電磁功率： 空載轉(zhuǎn)矩： 制動時電磁轉(zhuǎn)矩： 由能耗制動機械特性： 解得 2.30 解：先畫出機械特性草圖，如圖2.3所示。圖中A點為電動機額定工作點，B點為反接制動起始點，根據(jù)題意，B點對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為2.2TN。電壓反接制動特性為

13、通過B點和（0，-n0）點的直線。 （1）限制最大制動電流為2.2IN，電樞回路應(yīng)串入的電阻為： 其中 將已知數(shù)據(jù)代入RB式中，得： （2）當制動到C點，n=0時，電源不切斷，電機能否反轉(zhuǎn)，這取決于C點的電磁轉(zhuǎn)矩TemC是否大于負載轉(zhuǎn)矩?？紤]到負載是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，當不計空載轉(zhuǎn)矩時，負載制動轉(zhuǎn)矩為： 計空載轉(zhuǎn)矩時，負載制動轉(zhuǎn)矩為： 其中 故 C點處，n=0，Ea=0，電樞電流大小為： C點處

14、的電磁轉(zhuǎn)矩大小為： 可見在C點處n=0時，存在TemC>TL，故電機將反轉(zhuǎn)加速運行，直到D點，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，這時電機處于反向電動狀態(tài)穩(wěn)定運行。其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為： 2.31解：參見圖2.3。 根據(jù) 代入已知數(shù)據(jù)： 可以解出制動瞬間電磁轉(zhuǎn)矩為： （2）由 得n=0時的電磁轉(zhuǎn)矩： （3） 因為 ， 所以不能反轉(zhuǎn)。 2.

15、32 解：（1） （2） （3）降壓瞬間n不突變，Ea不突變，電流突變?yōu)椋? 穩(wěn)態(tài)后電流Ia恢復(fù)到原來值（0.8IN），穩(wěn)態(tài)后轉(zhuǎn)速為： （4）根據(jù) 得 2.33解：（1） 根據(jù)： 代入數(shù)據(jù)得： 解得： （2）根據(jù)： 代入數(shù)據(jù)： 解得：

16、 2.34 解：畫出機械特性草圖，如圖2.4所示。在固有特性曲線1上，A點是額定工作點。 （2）在降壓人為特性曲線2上，B點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 靜差率為： 在弱磁人為特性曲線3上： C點對應(yīng)的電流和轉(zhuǎn)速分別為： 靜差率為： 2.35 解：

17、 即 當δ=20%時，調(diào)速范圍為： 當δ=30%時，調(diào)速范圍為： 2.36 解： （1） 因為磁路不飽和，電流與磁通成正比，所以當Ia=20A時，CeΦ=0.1，其轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 （2）因為Tem=CTΦIa=CTKIa2=常數(shù) 所以Ia=20A不變，CeΦ =0.1也不變，轉(zhuǎn)速變?yōu)椋? 2.37 解： 因為Tem=CTΦIa=CTKIa2保持不變，所以Ia、Φ均不改變，根據(jù)機械特性： 可以解出：