第一部分(直流电机,思考题与习题)
第一部分直流电机
一、思考题与习题
1．为什么直流电机能发出直流电？如果没有换向器，直流电机能不能发出直流电流？
2．试判断下列情况下，电刷两端电压性质：
（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转：
（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
3．已知一台四极的直流发电机，电枢绕组是单绕组，如果在运行时去掉一个刷杆或去掉相邻的两个刷杆，问对这台电机有何影响？若这台电机的电枢绕组是单波绕组情况又如何？
4．两极直流电机，主极不加励磁电流，只有电刷通入直流电枢以一定的转速旋转（由别的原动机拖动），问电枢导体切割电枢磁通势产生的气隙磁场是否感生电动势；电刷两端得到总的感应电动势为多少？
5．一台两极直流电机，主极不加励磁电流，只有电刷通入直流电枢以一定的转速旋转（由别的原动机拖动），问电枢导体切割电枢磁通势产生的气隙磁场是否感生电动势；电刷两端得到总的感应电动势为多少？
6．电磁转矩与什么因素有关？如何确定电磁转矩的实际方向？
7．直流电机空载时，气隙磁场是如何分布的，并说明理由。
8．换向极起什么作用？
9．什么叫电枢反应？对电机有什么影响？
10．流电机的电磁功率指的是什么功率？并说明直流电机机——电能量转换的依据是什么？
11．并励直流发电机的转速时，空载电动势是否随之正比变化？
12．并励直流发电机正转时如能自励，问反转时是否还能自励？如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，此时是否能自励？
13．根据换向的电磁理论，如何得到直线换向？直线换向时电刷下的火花情况如何？什么是延迟换向？延迟换向严重时电刷下有没有火花出现？
14． 已知某直流电动机铭牌数据如下，额定功率 )(75kw P N =，额定电
压 )(220v U N =，额定转速 )/(1500m r n N =，额定效率
%5.88=ηN ，试求该电机的额定电流。
15 。已知某直流电动机的额定功率 )(240kw P N =，额定电压 )(460v U N =，额定转速
)/(600m r n N =，试求该电机的额定电流。 16．一台直流发电机额定容量180kw ，额定电压230伏，额定转速1450r/m ，额定效率89.5%,求额定输入功率和额定电流。
17．一台直流发电机额定数据为：额定功率P N =10kW ，额定电压U N =230V ，额定转速n N =2850r/min,额定效率ηN =0.85，求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
18．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N =17Kw ，额定电压U N =220V ，额定转速n N =1500r/min, 额定效率ηN =0.83。求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
19．已知直流电机的极对数p=2，槽数Z=22，元件数S 及换向片数K 都等于22，连成单迭绕组。（1）计算绕组各节距；（2）画出绕组展开图、磁极及电刷的位置；（3）求并联支路数。
20．已知直流电机的数据为：p=2，Z=S=K=19，连成单波绕组。
（1）计算各节距；（2）画出绕组展开图、磁极及电刷的位置；
（3）求并联支路数。
21．一台直流电机的极对数p=3,单迭绕组，电枢绕组总导体数N=398，气隙每极磁通φ=2.1×10-2Wb ，当转速分别为n=1500r/min 和n=500r/min 时，求电枢绕组的感应电动势。
2．2同上题数据，设电枢电流I a=10A，磁通φ保持不变，问其电磁转矩为多大？如果把此电枢绕组由单迭绕组改为单波绕组，并保持支路电流不变，问这种情况下的电磁转矩又为多大？
23．一台直流发电机，其额定容量P N=17kW，额定电压U N=230V，额定转速n N=1500r/min,极对数p=2，电枢总导体数N=468，单波绕组，气隙每极磁通φ=1.03×10-2Wb，求：（1）额定电流；（2）电枢电动势。
24．一台并励直流发电机的数据为：额定电压U N=230V，额定电枢电流I N=15.7A，额定转速n N=2000r/min，电枢回路电阻R a=1Ω，（包括电刷接触电阻），励磁回路总电阻R f=610Ω。今将这台发电机改为电动机运行，并联在220V的直流电源上，求当电动机电枢电流与发电机额定电枢电流相同时，电动机的转速为多少。（电刷放在几何中线上，不考虑电枢反应的影响）？
25．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢欠铁损耗P Fe=600W，机械损耗P mec=1989W。求：（1）电动机在额定负载运行时的输出转距；（2）额定效率。
26．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=230V，额定电枢电流I aN=45A，额定转速n N=1040r/min，电枢回路电阻R a=0.65Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=200Ω，若电源电压降到160V，而电磁转矩不变（仍为额定值），求电动机的转速（忽略电枢反应的影响），已知额定转速下的空载特性如下：
27．一台串励直流电动机U N=220V，I N=40A，n N=1000r/min，电枢总电阻为R a=0.5Ω,假定磁路不饱和，当I a=20A时，电动机的转速和电磁转矩是多少？
28．用单波绕组代替单迭绕组时，若导体数和其他条件均不变，电机额定容量有无改变？例如一台六极电机原为单波绕组，如果改成单迭绕组，保持元件数和元件匝数不变，问电机额定容量会不会改变？其它额定量要不要改变？
29．一台四极直流发电机，空载电压为440伏，电枢绕组修理后，保持原来的转速和励磁电流不变，发出的空载电压为220伏，问修理前后该电枢绕组可能是什么型式的绕组？为什么？如果保持电枢导体内电流不变，问修理前后发电机的功率有无改变？为什么？
二、实训与实际操作题
1．电动机的拆卸工艺、步骤和注意事项；
2．电动机的装配工艺步骤；
3．直流电动机电刷的安装；
4．电动机定子绕组的拆除工艺；
5．电动机定子绕组的下线工艺.
第一章直流电机习题答案
1、说明直流发电机的工作原理。 答：1）用原动机拖动电枢绕组旋转 2）电机内部有磁场存在； 3）电枢绕组旋转切割磁场，产生交变的感应电势（右手定则）； 4）通过电刷将交变感应电势引出变成直流； 5）将机械能变为电能。 2、说明直流电动机的工作原理。 答：1）将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 2）机内部有磁场存在。 3）载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f 作用f=Bli a（左手定则） 4）所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖 动机械负载。 3、直流电机的额定值有哪些？ 答：额定值有额定功率、额定电压、额定电流和额定转速等 4、 答：直流电机的励磁方式分为他励和自励两大类，其中自励又分为并励、串励和复励三种形式。 1）他励 他励直流电机的励磁绕组由单独直流电源供电，与电枢绕组没有电的联系，励磁电流的大小不受电枢电流影响。 2）并励 发电机：I a=I f+I 电动机：：I =I a+I f 3）串励：I a=I f=I 4）复励 5、直流电机有哪些主要部件？各部件的作用是什么。 答：一、定子 1、主磁极：建立主磁通，包括：铁心：由低碳钢片叠成 绕组：由铜线绕成 2、换向磁极：改善换向，包括：铁心：中大型由低碳钢片叠成。 小型由整块锻钢制成。 绕组：由铜线绕成。 3、机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。 4、电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
二．转子 1．电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由电工钢片叠成。 2．电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。由铜线绕成。 3． 换向器：换向用，由换向片围叠而成。 6、直流电机的换向装置由哪些部件构成？它在电机中起什么作用？ 答 ：换向装置由换向片、换向极铁心和换向极绕组构成。主要作用是改善直流电机的换向，尽可能地消除电火花。 7、 直流电枢绕组由哪些部件构成？ 答：电枢绕组是由很多个线圈按照一定的规律连接而成的。 8、 什么是电枢反应？对电机什么影响？ 答：直流电机在空载运行时,气隙磁场仅有励磁磁动势产生,而负载运作时,气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的,显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强。 9、电机产生的的电动势E a =C e Φn 对于直流发电机和直流电动机来说，所起的作 用有什么不同？ 答； 直流发电机电枢电动势为电源电动势（a a E I 与同向），直流电动机为反电 动势（a a E I 与反方向）。 10、电机产生的的电磁转矩T=C e ΦI a 对于直流发电机和直流电动机来说，所起的 作用有什么不同？ 答：在发电机中，电磁转矩的方向与电枢转向相反，对电枢起制动作用；在电动机中，电磁转矩的方向与电枢转向相同，对电枢起推动作用。 11、 答：电流电动机的输入功率P 1是从电枢两端输入的电功率，P 1=UI ；电磁功率P M 是扣除励磁回路的损耗和电枢回路的损耗后剩余部分的功率， )(1Cuf Cua M p p P P +-=； 输出功率P 2是转轴上输出的机械功率，即电磁功率扣除机械损耗Ωp 、铁损耗Fe p 和附加损耗ad p 后的机械功率，02)(p P p p p P P M ad Fe M -=++-=Ω。
直流电机发展历史.doc
1 发展历史 直流马达(directcurrent,DCmotor)可以说是最早发明能将电力转换为机械功率的电动机，它可追溯到Michael Faraday所发明的碟型马达。法拉第(Faraday)的原始设计其后经由迅速的改良，到了1880年代已成为主要的电力机械能转换装置，但之后由于交流电的发展，而发明了感应马达与同步马达，直流马达的重要性亦随之降低。直到约1960年，由于SCR （单向可控硅）的发明、磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良，以及变速控制的需求日益增加，再加上工业自动化的发展，直流马达驱动系统再次得到了发展的契机，到了1980年直流伺服驱动系统成为自动化工业与精密加工的关键技术。 扭矩与功率 将力施于一可旋转之连杆，则此连杆将会旋转，扭矩即为造成此一旋转运动之力，定义为： (2.1) (2.2) (2.3) 如果扭矩固定不变，则
图2.1扭矩(torque)、功(work)与功率(power)牛顿定律(Newton's Law)
磁场之产生 在变压器、马达与发电机的运作过程中，能量常由一种型式转换为另一种型式，这种转换过程的基本机制即在于电磁场(electro-mechanical field)。 电场的变化在适当的情况下将造成感应的磁场，反之亦然，因而在电磁的交互作用中达到能量转换的目的。一个变化的磁场在其切割的线圈上将产生感应电压，这是变压器的基本工作原理。一根载有电流的导线如置于磁场中，则将感应一力施于其上，这是马达运转的基本原理。一根在磁场中移动的导线则将在导线上产生感应电压，这是发电机运转的基本原理。
安培定律 (2.4) 载有电流的导线会在其周围形成磁场，其关系即为(2.4)所示的安培定律，其中H为由净电流I net所造成的磁场强度(magneticfieldintensity)，单位为ampere-turns/meter。 (2.5) 其中H为磁场强度向量H的大小，由此可计算出H为 (2.6) 。 (2.7) 称之为导磁性材料的导磁率(permeability)。
电机及电力拖动课后习题答案
《电机与拖动基础》课后习题 第一章 习题答案 1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。 （2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。 直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。 换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。 电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。 换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。 2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/m in 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。 解：电动机η?=N N N I U P ， 故 A =??=?=5.6985 .02201013U P I 3 N N N η 3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/m in 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。 解：发电机N N N I U P =， 故 A ?==391230 1090U P I 3 N N N
直流电机测验题带答案
直流电机测验题 一、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N=，U N=220V，I N=20A，n N=1000r/min，电枢回路电阻r a=1Ω，△U=2V，励磁 回路电阻R f=440Ω，空载实验：当U=220V时，输入电流I0=2A，试计算:当电枢电流I a=10A时,电机的效率。 二、一台他励直流电动机数据为：P N=，U N=110V，I N=，n N=1500r/min，电枢回路电阻R a=Ω，求：1）U=U N，Φ=ΦN条件下，电枢电流I a=60A时转速是多少2）U=U N条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N不变时，电动机电枢电流与转速是多少（3）U=U N， Φ=ΦN条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机：P N=29KW，U N=440V，I N=，n N=1050rpm，R a=。 1）电动机在发电反馈制动状态下工作。设I a=-60A，附加电阻R c=0 ，求电动机的转速 2）电动机在能耗制动状态下工作。转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的电磁转矩； 3）电动机在反接状态下工作。转速n=-600rpm 时，电枢电流I a=-50A。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4）画出电机的机械特性及其1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时： （1）在启动阶段（n 控制电机第三版课后习题答案 第二章 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? P25 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、 B 电刷的极性如何? P7 3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组(见图 2 - 3)的电刷放在磁极轴线上? P9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给 定值? P23 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图 2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示: 在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 6. 具有 16 个槽， 16 个换向片的两极直流发电机结构如图 2 - 30 所示。 (1) 试画出其绕组的完整连接图; (2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图; (3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性; (4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向移动一个换向片的距 离，会出现什么问题? 4321161514N514 a,,1A513B 6132第三章 67891011121. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答 直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势(当?=常数时) 根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁转矩不变; 加上励磁电流If 不变，磁通Φ不变，所以电枢电流Ia也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 2. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性(见图 3 - 33)，就会发现，当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻RL时，电动机的转速就下降。试问这是什么原因? RITTIn,,,,,,,,,,, La发发发电电1223. 一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅提高电枢端电压，试问电枢电流、转速变化怎样? 答:最终电枢电流不变，转速升高 4. 已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110 V，额定运行时的电枢电流Ia=0.4 A，转速n=3600 r/min, 它的电枢电阻Ra=50 Ω，空载阻转矩T0=15 mN?m。试问该电动机额定负载转矩是多少? 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率， 电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n 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em T 与n 、a E 与a I 的方向有何不同，能量转换关系有何不同? 答：通过比较a E 和U 的大小来判断。如果U E a >，则为发电机状态，如果U E a <，则为电动机状态。发电机状态时，em T 与n 方向相反， a I 与a E 方向相同，将机械能转换为电能；电动机状态时，n 与em T 方向相同，a E 与a I 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 、 I a 、I f 的关系式。 答： 他励发电机和电动机：I I a = 并励发电机：f a I I I +=，并励电动机：f a I I I += 串励电动机：f a I I I == 复励电动机：并励）串励）((f a f I I I I +== 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a I 在电枢回路总电阻a R 上产生的损耗；励磁回路铜损耗是励磁电流f I 在励磁回路电阻f R 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 直流无刷风扇电机的优 点及前景 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] 直流无刷风扇电机的优点及前景 无刷直流电动机是一种没有机械换向器和电刷的直流电动机,它采用电子换向装置,从而克服了一般直流电机存在的有换向火花、可靠性差、噪声大、对无线电干扰等弱点。它既有一般直流电动机的机械特性和调节性,又具有调速范围宽、体积小、启动迅速、运行可靠、效率高、寿命长等优点。 汽车发动机冷却风扇无刷直流电机的优点及基本工作原理,对比分析了内、外转子结构的优缺点,不同转子结构的特点,定、转子铁心和永磁体材料的选择. 近年来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术的发展,永磁无刷直流电机得到了长足的发展.与传统冷却风扇永磁有刷直流电机相比,无刷电机不仅具有良好的调速与启动特性、控制性能好、运行平稳、应用场合广泛等优点,而且还具有寿命长、效率高、性能稳定、可靠性高、无换向火花、机械噪声低、机械磨损小、力辉电机发热量小等有刷电机无法比拟的优点。 针对无传感器直流无刷风扇电机开环控制的不稳定性和转速闭环控制的相位偏差，首先从直流无刷风扇电机的数学模型及反电势过零点检测方法出发，阐述了由外部PWM驱动的开环控制和转速闭环控制方法的不足，提出了一种新型的基于电流反馈的无传感器直流无刷风扇电机控制系统。最后借助软件进行了建模与仿真，验证了新型控制系统的可行性。 无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。 无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。 第二章机电传动系统的动力学基础 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和 静态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加 速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。 2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。 2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点 第三章 3.1为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N =180kW, U N =230V,n N =1450r/min,η N =89.5%，试求： ①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η= η N ） P N =U N I N 180KW=230*I N I N =782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N 100/η N P=87.4KW 3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N =7.5KW, U N =220V, n N =1500r/min, η N =88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。 P N =U N I N η N 7500W=220V*I N *0.885 I N =38.5A T N =9.55P N /n N =47.75Nm 3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前n=0,E=0,而R a 很小,所以将电动机直接接入电网并施加额 定电压时,启动电流将很大.I st =U N /R a 3.14直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足 ） d ）不确定。 ） d ）不确定。 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n 第一章直流电机练习 一、判断题（对的打√，错的打×） 1、并励电机在运行时断开励磁绕组对电机运行没有多大的影响。（×） 2、在直流电动机的调速中，当调节器为PI调节时，表现为转速无静差。（√） 3、直流电机的电枢铁芯由于在直流状态下工作，通过的磁通是不变的，因此完全可以用整块的磁材料构成，不必用硅钢片叠成。（×） 4、降压调速适用于并励直流电动机。（×） 5、机械特性表征转速和电磁转矩的关系，直流电动机的机械特性是一条直线。（×） 6、在直流电动机起动时，采用电枢串电阻起动，在起动中过程为了快速起动和减小电阻引起的损耗，必须将电阻直接切除掉。（×） 7、一台并励直流发电机，空载运行于某一电压下，如将其转速升高10% ，则发电机的端电压升高10%。（×） 8、使用并励电动机时，发现转向不对，应将接到电源的两根线对调以下即可。（×） 9、换向器是直流电机特有的装置。（√） 10、直流发电机线圈中的感应电势是交变的。（√） 二、填空题 1、直流电动机的调速方法有：1）改变电枢两端电压调速、2）改变励磁磁通调速、 3）电枢回路串电阻调速等三种。 2、改变直流电动机旋转方向的方法有：（1）将电枢两端电压极性反接，使电枢电流方向改变；（2）将励磁电源电压反接，使励磁电流方向改变。 3、直流电动机按照电枢绕组和励磁绕组的联接方式不同可分为：他励、串励、 并励和复励电动机。 4、直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相反，因此电磁转矩为阻转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相同，因此电磁转矩为驱动转矩。 5、直流电动机正处于运行状态，若想改变它的旋转方向，可用的方法有通过改变电枢两端电压极性，而改变电枢电流方向，实现反转和带位能性负载时，通过倒拉方式实现反转。 6、直流发电机的电磁转矩与电机转子方向相反。（相同/相反） 7、并励直流发电机在原动机转向改变后，电枢两端不可以产生感应电势。（可以/不可以） 关于成立年产xx台直流电动机公司 可行性分析报告 规划设计/投资分析/实施方案 报告摘要说明 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性 能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励 和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。 xxx科技发展公司由xxx有限责任公司（以下简称“A公司”）与xxx有限责任公司（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公 司出资1340.0万元，占公司股份74%；B公司出资470.0万元，占公 司股份26%。 xxx科技发展公司以直流电动机产业为核心，依托A公司的渠道资 源和B公司的行业经验，xxx科技发展公司将快速形成行业竞争力，通过3-5年的发展，成为区域内行业龙头，带动并促进全行业的发展。 xxx科技发展公司计划总投资17641.87万元，其中：固定资产投 资13505.97万元，占总投资的76.56%；流动资金4135.90万元，占总投资的23.44%。 根据规划，xxx科技发展公司正常经营年份可实现营业收入35929.00万元，总成本费用27472.45万元，税金及附加342.82万元，利润总额8456.55万元，利税总额9965.79万元，税后净利润6342.41万元，纳税总额3623.38万元，投资利润率47.93%，投资利税率 56.49%，投资回报率35.95%，全部投资回收期4.28年，提供就业职位649个。 电机（俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M（旧标准用D）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G 表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电。 绪 论 0.-1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特 性？ 答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部 分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、磁导率 大、铁耗低的特征。 0-3 感应电动势=e dt d ψ -中的负号表示什么意思？ 答：dt d e ψ -=是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应 定律的数学描述可表示为dt d N e Φ -=；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时， 有L Li ,=ψ为常数，则可写成dt di L e -=。 0-.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。 答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特点： 1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通； 2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗 3）由于G 导约为G 绝的1020倍，而Fe μ仅为0μ的4 310~10倍，故可认为 电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通； 4）电路中电阻率ρ在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率μ随B 变化，即磁阻m R 随磁路饱和度增大而增大。 0-5 在图0-2中，已知磁力线l 的直径为10cm ，电流I 1 = 10A ，I 2 = 5A ，I 3 = 3A ，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？ 答：平均磁场强度 m A m A D I I I l I H /2.381.0/)3510(/)(/321=?-+=-+=∑=ππ 0.-6 在图0.8所示的磁路中，线圈21N N 、中通入直流电流21I I 、，试问： （1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？ （2） 2N 中电流2I 反向，总磁动势又为多少？ （3） 若在图中b a ,处切开，形成一空气隙δ，总磁动势又为多少？ （4） 比较3,1两种情况下铁心中的H B ,的相对大小，及3中铁心和气隙中 H 的相对大小？ 解： （1）22111N I N I F -= （2）22112N I N I F += （3）221113N I N I F F -==不变 （4）由于31F F =，而31m m R R <<， 图 第二篇直流电机 一、填空题： 1.直流电机电枢导体中的电动势是电动势，电刷间的电动势是电动势。 交流；直流 2.直流电机电枢绕组中流过的电流方向是___________的，产生电磁转矩的方向是___________的（填变化或 不变）。 变化；不变 3.直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在________上。 气隙 4.直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为____________波。 平顶 5.直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时______________与______________之间的关系曲线。 每极气隙磁通0与励磁磁动势2F f（F0） 6.一台6极他励直流发电机，额定电流为150A，若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为A，若 采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为A。 25；75 7.一直流电机，Q u=S=K=22，2p=4，右行单叠绕组，绕组节距y=y K= ，y1= ，y2= 。 5；1；4或6；1；5 8.一台四极直流电机，元件数为21，换向片数为____________，构成左行单波绕组，则合成节距为 ____________，第一节距为____________，第二节距为____________，并联支路数为______________。 21；10；5；5；2 9.直流电机电刷放置的原则是：。 空载时正负电刷间的感应电动势最大 10.直流电机的励磁方式分为____________、____________、____________、____________。 他励；并励；串励；复励 11.直流电机负载运行时，___________ 对__________ 的影响称为电枢反应。 电枢磁动势；励磁磁场 12.直流发电机的电磁转矩是___________转矩，直流电动机的电磁转矩是___________转矩。 制动；驱动（或拖动） 13.直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是___________的；若为电动机，则直轴电 枢反应是___________的。 去磁；助磁（或增磁） 14.直流电机电刷在几何中性线上时，电枢反应的作用为：（1）_____________________________；（2）使物 理中性线_____________________________ ；（3）当磁路饱和时起_____________作用。 使气隙磁场发生畸变；；偏移几何中性线一个角度；；去磁作用 15.并励直流发电机自励建压的条件是：_____________________________，__________________________， __________________________________ 。 电机有剩磁；励磁绕组并联到电枢两端的极性正确；励磁回路的电阻小于与电机转速相应的临界电阻16.他励直流发电机的外特性是一条下垂的曲线，其原因有：(1)___________________；(2) ____________ . .. 无刷直流电动机的发展现状 无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。 《电机学》各章练习题与自测题参考答案 第1章 思考题与习题参考答案 1.1 变压器是怎样实现变压的?为什么能够改变电压，而不能改变频率? 答：变压器是根据电磁感应原理实现变压的。变压器的原、副绕组交链同一个主磁通，根据电磁感应定律dt d N e φ =可知，原、副绕组的感应电动势（即电压）与匝数成正比，所以当原、副绕组匝数21N N ≠时，副边电压就不等于原边电压，从而实现了变压。因为原、副绕组电动势的频率与主磁通 的频率相同，而主磁通的频率又与原边电压的频率相同，因此副边电压的频率就与原边电压的频率相同，所以，变压器能够改变电压，不能改变频率。 1.2变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什么? 答：若一次绕组接直流电源，则铁心中将产生恒定的直流磁通，绕组中不会产生感应电动势，所以二次侧不会有稳定的直流电压。 1.3变压器铁心的作用是什么?为什么要用0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成? 答：变压器铁心的主要作用是形成主磁路，同时也是绕组的机械骨架。采用导磁性能好硅钢片材料是为了提高磁路的导磁性能和减小铁心中的磁滞损耗，而用薄的（0.35mm 厚）表面绝缘的硅钢片叠成是为了减小铁心中的涡流损耗（涡流损耗与硅钢片厚度成正比）。 1.4 变压器有哪些主要部件，其功能是什么? 答：变压器的主要部件是器身，即铁心和绕组。铁心构成变压器的主磁路，也是绕组的机械骨架；绕组构成变压器的电路，用来输入和输出电能。除了器身外，变压器还有一些附属器件，如绝缘套管、变压器油、油箱及各种保护装置等。 1.5 变压器二次额定电压是怎样定义的? 答：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组空载时的端电压定义为变压器二次额定电压。 1.6 双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计? 答：变压器传递电能时，内部损耗很小，其效率很高（达95%以上），二次绕组容量几乎接近一次绕组容量，所以双绕组变压器的一次、二次额定容量按相等设计。 1.7 变压器油的作用是什么？ 答：变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，起绝缘和冷却作用。 第1章直流电机 1-1 P N=201 kW I N=782 A 1-2 答：可以根据感应电动势e的大小来判断直流电机的运行状态。当e>U时处于发电机状态，反之处于电动机状态。发电状态时M em与n反向，e与I a同向，与U a反向；电动机M em与n同向，e与I a、U a反向。 发电机把机械能转换为电能，电动机把电能转换为机械能。 1-3 I N=522 A 1-4 E e=110.9 V T em=378.4 N·m 1-5 T2=54.1 N·m T p=5.1 N·m η=86.9% n0=3 111.2 r/min 1-6 答：他励直流电动机的固有机械特性是指当电动机电源电压和磁通为额定值，且电枢回路不串联电阻的机械特性。 通过人为的改变他励直流电动机机械特性公式中的磁通、电源电压和电枢回路串联电阻等参数得到的机械特性称为人为机械特性。 1-7 答：电力拖动系统稳定运行的条件有： （1）必要条件。电动机的机械特性曲线与负载转矩特性曲线有交点，即T em=T L（T L 为负载转矩）。 （2）充分条件。在交点对应的转速之上有T em 直流电动机的应用与发展 （哈尔滨工业大学工业工程系哈尔滨150001） 摘要：直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，自诞生以来经过多年的改进和完善，已经产生了多种类型、具有不同特点的直流电动机，在工业生产与日常生活中产生了重要作用。 1.直流电机的基本工作原理 A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。ab和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd 边则是向右。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S 极范围内，cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此，电磁力Fdc的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内 时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流发电机中，换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出；而在直流电动机中，则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 2.直流电动机的应用 直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 直流电动机应用广泛。使用最广的就是直流电动工具。直流电动工具是一种运用小容量直流电动机或电磁铁，通过传动机构驱动工作头的手持式或可移式的机械化工具。世界上第一台直流电动工具是1894年制造的电钻。1900年制造出三相工频电钻，由三相异步电动机驱动。1913年生产出首批由单相串激电机驱动的交、直流两用电钻。20世纪80年代后，随着世界经济的发展，电动工具技术得到迅速发展。到新世纪初，世界电动工具的品种发展到近千个，年产量超过1亿台。控制电机第三版课后习题答案
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