17章直流电机的运行

1第17章思考题与习题参考答案17.1如何判断直流电机是运行于发电机状态还是电动机状态，它们的emT与n、aE与aI的方向有何不同，能量转换关系有何不同?答：通过比较aE和U的大小来判断。如果UEa，则为发电机状态，如果UEa，则为电动机状态。发电机状态时，emT与n方向相反，aI与aE方向相同，将机械能转换为电能；电动机状态时，n与emT方向相同，aE与aI方向相反，将电能转换为机械能。17.2分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I、Ia、If的关系式。答：他励发电机和电动机：IIa并励发电机：faIII，并励电动机：faIII串励电动机：faIII复励电动机：并励）串励）((fafIIII17.3直流电机中有哪些损耗?是什么原因引起的?为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗?答：直流电机中有：电枢铁心损耗、机械损耗、附加损耗、电枢回路铜损耗和励磁回路铜损耗。电枢铁心损耗是由于电枢铁心内磁场交变引起的；机械损耗是由于转动部件摩擦引起的；附加损耗是由于齿槽存在及漏磁场畸变引起的；电枢回路铜损耗是电枢电流aI在电枢回路总电阻aR上产生的损耗；励磁回路铜损耗是励磁电流fI在励磁回路电阻fR上产生的损耗。铁心损耗与磁通密度幅值及交变频率有关，因为磁密不变，在转速一定时，电枢内磁场的交变频率也不变，所以铁耗是不变损耗；机械损耗与转速有关，当转速一定时，它是不变损耗。17.4如果并励直流发电机不能自励建压，可能有哪些原因？应如何处理？答：（1）主磁极可能没有剩磁，应该通过励磁绕组给主磁极充磁；（2）转向不正确（或励磁绕组与电枢绕组的连接不正确），在有剩磁的状态下改变转向（或转向不变时，改变励磁绕组与电枢绕组的相互连接）；（3）励磁回路电阻过大，超过了临界电阻，此时应减小励磁回路的调节电阻。17.5并励直流发电机正转时能自励，反转时能否自励？为什么？答：正转能自励，说明励磁电流所产生的磁场恰好与剩磁方向相同，如果反转，励磁电流所产生的磁场就会与剩磁方向相反，主极剩磁被削弱，不能建立电压。17.6一台他励直流发电机，当励磁电流保持不变时，将转速提高20%，空载电压提高多少？若是2并励直流发电机，当励磁回路电阻不变时，转速提高20%，则电压比前者升高得多还是升高得少？为什么？答：对于他励发电机，励磁电流不变，主磁通为常数，转速升高%20，空载电压也会升高%20；对于并励发电机，当励磁回路电阻不变时，转速升高%20，电压比前者升高得多（大于%20），因为随着转速升高，电枢端电压增大，励磁回路中电流也会增大，主磁通增加，使得空载电压进一步升高。17.7一台并励直流发电机，在600r/min时，空载电压为125V，假如将转速提高到1200r/min，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问电机的空载电压为多少？答：V25017.8直流电动机起动时，为什么要将串联在励磁回路的电阻短接？答：将串联在励磁回路中的电阻短接，目的是使励磁电流最大，主磁通最大，以便在限制电枢电流（起动电流）的情况下获得足够大的起动转矩。17.9直流电动机的起动电流决定于什么?正常工作时的工作电流又决定于什么?答：直流电动机的起动电流（astRUI）取决于电源电压和电枢回路电阻的大小。正常工作时的电流（aaaREUI）取决于负载的大小，负载增大，转速降低，电动势减小，电流增大。17.10起动电流过大会产生什么影响?如何限制直流电动机的起动电流?答：起动电流过大，会造成直流电机换向困难，产生强烈火花；并引起电源电压瞬时跌落，影响同一电网上其它设备的运行。为了限制起动电流，可以采用电枢串联电阻起动或降低电压起动。17.11要改变他励和并励电动机的转向应该怎么办?仅仅改变电源的正、负极性，能使转向改变吗?答：对于他励电动机，只要改变电源电压的极性就可改变转向；对于并励电动机，仅仅改变电源电压的极性不能改变转向。因为此时电枢电流和励磁磁场同时改变方向，电磁转矩方向不变。要改变并励电动机的转向，只能改变励磁绕组或电枢绕组的电压极性。17.12一台并励直流发电机，,kW10NP,V230NU,r/min1450Nn励磁回路电阻215fR，电枢回路电阻49.0aR，额定负载时，W442Fep，W104mecp，忽略附加损耗。试求：(1)励磁电流fI和电枢电流aI；(2)电磁功率emP和电磁转矩emT；(3)电机的总损耗p和效率。解：（1）AUPINNN478.43230101033ARUIfNf07.1215230AIIIfNa548.4407.1478.43（2）VRIUEaaa829.25149.0548.44230WIEPaaem48.11218548.44829.251NmnPTemem9.73145048.1121855.955.9（3）WppPPmecFeem48.1176410444248.112181WPPpN48.1764101048.1176431%85%10048.117641010%10031PPN17.13一台并励直流电动机，kW96NP，V440NU，A255NI，A5fNI，500minNnr，0.078aR。试求：电动机额定运行时的输出转矩、电磁转矩和空载转矩。解：AIIIfNNa2505255VRIUEaaNa5.420078.0250440WIEPaaem1051252505.420NmnPPTNememem74.2007605002105125602NmnPPTNNNN465.183360500210966023NmTTTNem275.174465.183374.2007017.14有一台他励直流电动机，kW30NP，V220NU，A5.158NI，min/r1000Nn，aR=0.1，保持额定负载转矩不变。求：(1)电枢回路串入0.3电阻后的稳态转速；(2)电源电压降为180V时的稳态转速；(3)磁通减弱为80%N时的稳态转速。解：（1）VRIUEaNNa15.2041.05.158220420415.0100015.204NaEnEC电枢回路串电阻后：VRRIUEsaNNa6.156)3.01.0(5.158220)(min/08.76720415.06.1561rCEnEa（2）电压降低后：VRIUEaNa15.1641.05.158180min/07.80420415.015.1642rCEnEa（3）磁通减小后：AIINa125.1988.05.1588.016332.020415.08.08.0EECCVRIUEaNa2.2001.0125.198220min/8.122516332.02.2003rCEnEa17.15一台并励直流电动机，额定功率NP=10kW，额定电压NU=220V，额定电流NI=54.8A，额定转速Nn=1000r/min，额定励磁电流fI=1.6A，电枢回路总电阻aR=0.4。当电动机满载运行时，电源电压突然下降到200V，如果负载转矩保持不变，试求：(1)电压刚下降瞬间的电枢电流；(2)稳定运行后的电枢电流；(3)稳定运行后的转速。解：(1)AIIIfNa2.536.18.54VRIUEaaNa72.1984.02.532202.0100072.198NaEnEC电压刚下降瞬间，励磁电流不变，所以aE不变AREUIaaa2.34.072.198200（2）稳定运行后18.02.0220200220200EECC5AIIaa52.582002.53220200220（3）VRIUEaaa59.1764.052.58200min/98118.059.176rCEnEa第17章自测题参考答案一、填空题1.大、小；2.相同、相反；3.制动、驱动；4.铜损耗、空载损耗；5.emT、aaIE；6.不能、能；7.大、端电压下降后使励磁电流减小，感应电动势降低；8.0（或最小）、得到足够大的起动转矩；9.下降、增大；10.升高、增大二、选择题1.③2.②3.④4.④5.②6.③7.④8.②9.①10.③三、简答题1.答：有电枢串电阻调速、降低电压调速和减弱磁通调速三种方法。电枢回路串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。缺点是电阻只能分段调节，调速平滑性差，低速时特性软，转速相对稳定性差，限制了调速范围，由于串入电阻，损耗大，效率低。降压调速优点是电压能够平滑调节，可以实现无级调速，调速前后特性硬度不变，负载变化时，速度稳定性好，调速范围较宽，调速前后效率基本不变，经济性较好。但降压调速需要一套电压可连续调节的直流电源。弱磁调速的优点是通过电流较小的励磁回路进行调节，控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好，调速前后效率基本不变，经济性较好。缺点是特性变软，转速升高受到电机换向性能和机械强度的限制，升速范围不可能很大。2.答：并励直流电动机运行过程中励磁绕组断线可能有两种后果，一是由于磁通减小为剩磁通，电磁转矩减小，带不动负载导致电机停转，此时电枢电流达到很大值，可能烧毁绕组。二是在空载和轻载时会出现“飞车”，使换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身事故。若起动时断线，因磁通仅为很小的剩磁通，起动转矩很小，不足以克服阻力转矩，电机不能起动。612OUI3.答：曲线1为他励发电机外特性，曲线2为并励发电机外特性。后者电压变化率大。他励发电机外特性下降有两个原因（1）电枢反应去磁作用使电枢电动势减小；（2）电枢回路电阻压降；并励发电机除了上面两个原因外，还因电枢端电压下降造成励磁电流减小，引起电枢电动势进一步降低，所以其外特性比他励发电机外特性下降多，电压变化率较大。4.答：当NUU，fNfII（N），电枢回路调节电阻0sR时的机械特性称为自然机械特性。当NUU，或fNfII，或电枢回路调节电阻0sR时的机械特性称为人为机械特性。人为机械特性分为三种：电枢串电阻人为机械特性、降压人为机械特性、弱磁人为机械特性。和自然机械特性比较，电枢串电阻人为机械特性理想空载转速不变，曲线斜率增大，特性变软；降压人为机械特性，理想空载转速下降，曲线斜率不变，特性硬度不变；弱磁人为机械特性，理想空载转速升高，曲线斜率增大，特性变软。四、计算题1.解：（1）AUPINNNN93.79853.022010153ARUIfNf544220AIIIfNaN93.74593.7976.12.093.745.12205.1aaNNsRIUR（2）ARUIaNst11002.022068.1493.741100aNstII2.解：（1）AUPINNNN25.82829.0110105.73ARUIfNf65.25.41110AIIIfNaN6.7965.225.82VRIUEaaNNa06.9815.06.79110WIEPaaem6.78056.7906.987NmnPPTNememem58.7460100026.7805602（2）0981.0100006.98NaEnECVRRIUEsaaNNa87.55)53.015.0(6.79110)(min/5.5690981.087.551rCEnEa