電機(jī)及拖動(dòng) 第二章習(xí)題答案

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1、第二章 直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2.1 答：由電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。一般由電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制設(shè)備及電源幾部分組成。電力拖動(dòng)系統(tǒng)到處可見，例如金屬切削機(jī)床、橋式起動(dòng)機(jī)、電氣機(jī)車、通風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等。 2.5 答：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速是指電樞電流Ia=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，即 。實(shí)際上若Ia=0，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0，這 時(shí)電動(dòng)機(jī)根本轉(zhuǎn)不起來，因?yàn)榧词闺妱?dòng)機(jī)軸上不帶任何負(fù)載,電機(jī)本身也存在一定的機(jī)械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩（空載轉(zhuǎn)矩）。要使電動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)動(dòng)起來，必須提供一定的電樞電流Ia0（稱為空載電流），以產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩來克服這些機(jī)械摩擦等阻力轉(zhuǎn)矩。由

2、于電動(dòng)機(jī)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速，這就是實(shí)際空載轉(zhuǎn)速。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速為簡(jiǎn)單地說，Ia=0是理想空載，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n0稱為理想空載轉(zhuǎn)速；是Ia= Ia0實(shí)際空載，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n0的稱為實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，實(shí)際空載轉(zhuǎn)速略低于理想空載轉(zhuǎn)速。 2.7答：固有機(jī)械特性與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)為額定工作點(diǎn)，額定工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)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(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件有兩個(gè)，一是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性必須有交點(diǎn)；二是在交點(diǎn)（Tem =TL）處，滿足

3、，或者說，在交點(diǎn)以上（轉(zhuǎn)速增加時(shí)）,TemTL。一般來說，若電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是向下傾斜的，則系統(tǒng)便能穩(wěn)定運(yùn)行，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)負(fù)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(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電樞電流： 可見，電樞電流Ia與設(shè)計(jì)參數(shù)U、Ce、Ra有關(guān)，當(dāng)這些設(shè)計(jì)參數(shù)一定時(shí)，電樞電流的大小取決于電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載大小，輕載時(shí)n高、Ia小，重載時(shí)n低、Ia大，額定運(yùn)行時(shí)n=nN、Ia=IN。 當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，電樞回路串入電阻或改變電源電壓進(jìn)行調(diào)速，達(dá)到穩(wěn)定后，電樞電流仍為原來的數(shù)值，但磁通減小時(shí)，電樞電流將增大。 2.11 答：起動(dòng)瞬間

4、轉(zhuǎn)速n=0，電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen=0，最初起 動(dòng)電流 。 若直接起動(dòng)，由于Ra很小，Ist會(huì)達(dá)到十幾倍 甚至幾十倍的額定電流，造成電機(jī)無法換向，同時(shí)也會(huì)過熱，因此不能直接起動(dòng)。 2.12 答：將處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端從電源斷開后投向制動(dòng)電阻兩端，便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)瞬間，n和Ea的大小及方向均不變，Ia和Tem的大小不變，但方向改變，之后隨著制動(dòng)過程的進(jìn)行，這四個(gè)量均由制動(dòng)瞬間的值逐漸減小到零，制動(dòng)過程結(jié)束。 2.13 答：進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，如果不在電樞回路串入制動(dòng)電阻，則制動(dòng)瞬間電樞電流將很大。例如，能耗制動(dòng)瞬間電樞電流為 ,電壓反接制動(dòng)瞬間 ,由于Ra很小，所以IaB很大。

5、制動(dòng)時(shí)在電樞回路串入適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻RaB ，是為了限制過在的制動(dòng)電流。由IaB和IaB兩個(gè)公式可知，電壓反接制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)電流IaB約為能耗制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)電流IaB的2倍，故電壓反接制動(dòng)時(shí)應(yīng)串入較大的制動(dòng)電阻。 2.14 答：這兩種制動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)都是以位能性負(fù)載為前提條件，當(dāng)電樞回路串入較大的電阻，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)（工作點(diǎn)）處于第四象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)便處于倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向與電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)相反。而回饋制動(dòng)時(shí)，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(fù)載作用的結(jié)果。 2.15 答：（1）采用能耗制動(dòng)或倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)；（2）采用反向回饋制

6、動(dòng)。 2.16 答：電動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)把從電網(wǎng)輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從軸上輸出。能耗制動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)將軸上的機(jī)械慣性貯能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路電阻上?；仞佒苿?dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)將軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。反接制動(dòng)狀態(tài)：電網(wǎng)輸入的電能與軸上輸入的機(jī)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(dòng)機(jī)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(fù)載，后一種調(diào)速方法適用于恒功率負(fù)載。降壓調(diào)速可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，機(jī)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(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性斜率增大，速度穩(wěn)定性差，受靜

7、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(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落nN=n0-nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，即：它反映了負(fù)載變化時(shí)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(jī)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(shí)， n0不變，轉(zhuǎn)速越低，需要串聯(lián)的電阻越大，機(jī)械特性的斜率越大，轉(zhuǎn)速降落n也越大，所以靜差率越大；降壓調(diào)速時(shí)，雖然機(jī)械特性的斜率（或硬度）不變，但n0減小了，所以低速時(shí)的靜差率大。 2.19 答：恒轉(zhuǎn)

8、矩調(diào)速方式是指在調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(fù)載類型相匹配時(shí)，可以按照負(fù)載實(shí)際大小選擇一臺(tái)合適額定功率的電動(dòng)機(jī)，在整個(gè)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(dòng)機(jī)能得到充分得用。例如，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)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(dòng)恒功率性質(zhì)的負(fù)載時(shí)采用恒功率調(diào)速方式（弱磁調(diào)速），在整個(gè)過程中就能保證電樞電流始終

9、等于額定值，即能保證電動(dòng)機(jī)得到充分利用，所以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式、恒功率負(fù)載配恒功率調(diào)速方式是理想的配合。如果恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配恒功率調(diào)速方式或恒功率負(fù)載配恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，這兩種情況都不是合理的配合，因?yàn)樵谡{(diào)速過程中不是出現(xiàn)過載運(yùn)行就是出現(xiàn)輕載運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)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(shí)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(shí)不變，理想空載轉(zhuǎn)速n0下降一半。故降壓的人為特性為： （4）磁通減少30%時(shí)，n0和均變化。弱磁人為特性為： （機(jī)械特性曲線圖略） 2.27

10、 解：（1）直接起動(dòng)電流和起動(dòng)電流倍數(shù)分別為： （2） 2.27解：起動(dòng)電流比為： 各級(jí)起動(dòng)電阻為: 2.29 解：（1） 當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1200r/min時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為： 此時(shí)進(jìn)行能耗制動(dòng)時(shí)，應(yīng)串入制動(dòng)電阻為： （2） 當(dāng)忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，Tem=TL，將已知數(shù)據(jù)代入能耗制動(dòng)機(jī)械特性： 即 解得 當(dāng)考慮空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，Tem=TL+T0。 額定電磁功率： 空載轉(zhuǎn)矩： 制動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩： 由能耗制動(dòng)機(jī)械特性： 解得 2.30 解：先畫出機(jī)械特性草圖，如圖2.3所示。圖中A點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)，B點(diǎn)為反接制動(dòng)起始點(diǎn)，根據(jù)題意，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為2.2TN。電壓反接制動(dòng)特性為通過B點(diǎn)和（0，-n0）點(diǎn)的直線。（1

11、）限制最大制動(dòng)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(dāng)制動(dòng)到C點(diǎn)，n=0時(shí)，電源不切斷，電機(jī)能否反轉(zhuǎn)，這取決于C點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩TemC是否大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩?？紤]到負(fù)載是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)不計(jì)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：計(jì)空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： 其中 故 C點(diǎn)處，n=0，Ea=0，電樞電流大小為： C點(diǎn)處的電磁轉(zhuǎn)矩大小為： 可見在C點(diǎn)處n=0時(shí)，存在TemCTL，故電機(jī)將反轉(zhuǎn)加速運(yùn)行，直到D點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，這時(shí)電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)瞬間電磁轉(zhuǎn)矩為：

12、（2）由 得n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩： （3） 因?yàn)?， 所以不能反轉(zhuǎn)。 2.32 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：2.34 解：畫出機(jī)械特性草圖，如圖2.4所示。在固有特性曲線1上，A點(diǎn)是額定工作點(diǎn)。 （2）在降壓人為特性曲線2上，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 靜差率為： 在弱磁人為特性曲線3上： C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和轉(zhuǎn)速分別為： 靜差率為： 2.35 解： 即 當(dāng)=20%時(shí)，調(diào)速范圍為： 當(dāng)=30%時(shí)，調(diào)速范圍為： 2.36 解： （1） 因?yàn)榇怕凡伙柡?，電流與磁通成正比，所以當(dāng)Ia=20A時(shí)，Ce=0.1，其轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 （2）因?yàn)門em=CTIa=CTKIa2=常數(shù) 所以Ia=20A不變，Ce =0.1也不變，轉(zhuǎn)速變?yōu)椋?2.37 解： 因?yàn)門em=CTIa=CTKIa2保持不變，所以Ia、均不改變，根據(jù)機(jī)械特性： 可以解出：