电机与拖动复习第2.3章.doc

第二章 直流电机
2.1 直流电机工作原理
1. 直流发电机的工作原理
直流电机电枢绕组所感应的电动势是极性交替变化的交流电动势，只是由于换向器配合电刷的作用才把交流电动势“换向”成为极性恒定的直流电动势。
2. 直流电动机的工作原理
3、直流电机的可逆原理
2.2  直流电机基本结构、额定值及主要系列
基本结构：1.  主磁极；2.  换向极；3.  机座；4.  电枢铁心；5.  电枢绕组；6.  换向器和电刷
  直流电机的额定值：
1. 额定功率PN，单位为W或kW。
2. 额定电压UN，单位为V。
3. 额定电流IN，单位为A。
4. 额定励磁电压UfN单位为V。
5. 额定励磁电流IfN，单位为A。
6. 额定转速nN，单位为r/min。
7. 额定效率ηN。
8、额定转矩TN,单位为N·m。
主要系列
2.3 直流电机电枢绕组
一、电枢绕组的特点
1. 元件
2. 节距
二、单叠绕组
1. 绕组展开图
2. 电刷的放置：电刷应固定放置在换向器上的几何中性线上。
3、 绕组并联支路
三、单波绕组：
1）节距；2）绕组元件连接次序：3）单波绕组电路图：
2.4 直流电机的磁场
2．4．1直流电机的励磁方式
励磁方式是指励磁绕组的供电方式。直流电机按励磁绕组供电方式可分为四类：
1. 他励直流电机：励磁绕组由其他直流电源单独供电。
2. 并励直流电机：励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即励磁电压。
3. 串励直流电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流即励磁电流。
4. 复励直流电机：励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组串联，另一部分与电枢绕组并联。
2.4．2 直流电机的空载磁场
2.4．3  直流电机的电枢磁场
1. 电刷在几何中性线上
2. 电刷偏离几何中性线
3. 电枢反应
1)  交轴电枢反应；2) 直轴电枢反应
2.5 直流电机的电枢感应电动势和电磁转矩
1.  感应电动势；2.  电磁转矩
2.6 直流电动机的运行原理
2.6.1  并励直流电机的基本方程
1.  电动势平衡方程；2. 功率平衡方程；3.  转矩平衡方程；4.  效率
2.6.2  工作特性
一、并励电动机
1.  速率特性 n=f(P2)
2.  转矩特性 Tem=f(P2)
3.  效率特性 η=f(P2)
二、串励电动机
1. 速率特性n=f(P2)
2.  转矩特性Tem=f(P2)
2.6.3  机械特性
1.  并励电动机
2.  串励电动机
2.7 直流发电机的运行原理
2.7.1 直流发电机的基本方程式
一、电动势平衡方程式
二、转矩平衡方程式：
三、功率平衡方程式：
2.7.2直流发电机的运行特性
（1） 负载特性；2） 外特性；（3）调节特性；（4）效率曲线
一、他励直流发电机的空载特性：
二、他励直流发电机的外特性：
三、他励直流发电机的效率曲线：
四、并励直流发电机的自励建压：
2.8直流电机的换向
1、直流电机换向过程的物理现象；2、改善换向的方法；3、环火与补偿绕组。
第三章 直流电动机的电力拖动
3.1电力拖动系统的动力学基础
1、单轴电力拖动系统的运动方程式；2、多轴电力拖动系统的运动方程式
3．2各类生产机械的负载转矩特性
1、恒转矩负载特性；2、通风机负载特性；3、恒功率负载特性；4、实际的负载特性。
3．3电力拖动系统稳定运行的条件
1、概念；2、运行条件

3．4直流电力拖动系统的动态分析
1、机械过渡过程；2、转速动态方程；3、转矩动态方程。
3.5  直流电机电动机的起动
1.  机械特性方程；
2. 起动方法：1）直接起动；2） 电枢回路串电阻起动；3） 降压起动
3.6  直流电机电动机的调速
1．调速指标：调速范围；静差率；平滑性；经济性。
2．调速方法：1）电枢回路串电阻调速；2）改变励磁电流调速；3）改变端电压调速
3.7 直流电机电动机的制动
1.  能耗制动；2.  反接制动；3.  回馈制动

例2-3、2-4、31、3-5
作业：2-1；2-2；2-5；3-1；3-2；3-4

1. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率 ，而电刷电压 。
答：减小，不变。
2. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率将 ，电枢电流 ，转速n将 ，电动机的效率η将 。
答：不行，不变，不变，下降，下降。
3. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
答：1.25倍。
4. ★一台p对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为,电枢电流为,可知此单迭绕组有 条并联支路，其每条支路电阻为 ；若为单波绕组其每条支路电阻为
，电枢电阻为 。
答：
5. ★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 ；若为电动机，则直轴电枢反应是 。
答：去磁的，增磁的。
1. ★★一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机转速 。
A：降低， B：保持不变，
C：升高。
答：C
2. ★一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则 。
A：Ea下降30℅，
B：T下降30℅，
C：Ea和T都下降30℅，
D：端电压下降30℅。
答：A
3. ★把直流发电机的转速升高２０℅，他励方式运行空载电压为，并励方式空载电压为,则 。
Ａ： = ，
Ｂ： < ，
Ｃ： > 。
答：B
4. ★并励直流电动机磁通增加10℅，当负载力矩不变时（T2不变），不计饱和与电枢反应的影响，电机稳定后，下列量变化为：Te ,n ,Ia ,P2 。
A：增加 B：减小 C：基本不变
答：C，B，B，B
5. ★一台他励直流发电机，额定电压220V，6极，额定支路电流为100A，当电枢为单叠绕组时，其额定功率 ；当电枢绕组为单波绕组时，其额定功率为 。
A：22kW B：88kW
C：132kW D：44kW
答：C，D
6. ★负载转矩不变时，在直流电动机的励磁回路串入电阻，稳定后，电枢电流将 ，转速将 。
A,上升，下降 B,不变，上升 C,上升，上升
答：A
1. ★他励直流电动机在固有特性上弱磁调速，只要负载不变，电动机转速升高。 （ ）
答：对
2. 直流电机的电枢绕组至少有两条并联支路。 （ ）
答：对
3. 电磁转矩和负载转矩的大小相等，则直流电机稳定运行。 （ ）
答：错
4. ★他励直流电动机降低电源电压调速与减小磁通调速都可以做到无级调速。 （ ）
答：对
5. 并励直流发电机稳态运行时短路电流很大。 （ ）
答：错
6. ★直流发电机中的电刷间感应电势和导体中的感应电势均为直流电势。 （ ）
答：错
1. ★在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？
答 在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变，因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。
2. ★直流电枢绕组元件内的电动势和电流是直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态电动势时不考虑元件的电感？
答 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器-电刷的作用，变换成为静止电路，两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。
3. ★电枢反应的性质由什么决定？交轴电枢反应对每极磁通量有什么影响？直轴电枢反应的性质由什么决定？
答 电枢反应的性质由电刷位置决定，电刷在几何中性线上时电枢反应是交轴性质的，它主要改变气隙磁场的分布形状，磁路不饱和时每极磁通量不变，磁路饱和时则还一定的去磁作用，使每极磁通量减小。
电刷偏离几何中性线时将产生两种电枢反应：交轴电枢反应和直轴电枢反应。当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离、在电动机中逆转向偏离时，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
4. ★在什么条件下电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩？若电枢磁动势有交、直轴两个分量，那么是哪个分量产生，哪个分量不产生？还是两个都产生？
答 产生直轴电枢磁动势的电流沿电枢表面对称分布在几何中性线两侧，受到异极性磁场的作用，合成电磁力为零，即不产生电磁转矩，产生交轴电枢磁动势的电流对称分布在主极轴线两侧，产生电磁转矩是同一方向的。可见，只有交轴电枢磁动势才产生电磁转矩。
5. ★在励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应电动势与空载时电枢绕组感应电动势大小相同吗？为什么？
答 负载时电动势比空载时小，由于负载时有电枢反应去磁作用，使每极磁通减小。
6. ★一台并励发电机，在额定转速下，将磁场调节电阻放在某位置时，电机能自励。后来原动机转速降低了磁场调节电阻不变，电机不能自励，为什么？
答 对应于不同的转速有不同的空载曲线，因而临界电阻也不同。电机转速降低，临界电阻减小，当临界电阻小于励磁回路电阻时，电机便不能自励。
1. ★★一台并励直流电动机，kW，V，r/min，电枢回路总电阻，定子为6极，电枢采用单叠绕组。正常运行时有三对电刷，忽略电枢反应的影响，试分析计算该电机可能发出的最大功率。
答 去掉相邻的一对电刷后的电枢后的电枢绕组电路图如图2-3所示。正常运行时
电枢电流
支路电流
励磁电动势

支路电阻

图2-3
去掉相邻的一对电刷后，支路数由原来的六条支路变成了四条支路，其中三条是原来的（图中2，3，4），另一条则是由原来的三条支路（图5，6，1）串联组成。当使前三条支路中的负载电流各仍为100A时，则后一条支路中的电流将为

电枢电流为

输出功率
W = 77.66kW
由于各支路电流均未超过原来的支路电流额定值100A，故电机的发热不会超过原来的数值。若使后一条支路中的负载电流达到100A，则端电压U将降为

而前三条支路中的负载电流共为

即每支路为300A，为原来额定支路电流的三倍。无论从发热或是从换向来讲都是不允许的，故最大功率应为77.66kW。
2. 一台四极、82kW、230V、971r/min的他励直流发电机，如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极磁通，试求当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解 额定电流

他励电机，额定电枢电流

依题意有

电磁转矩

3. 一台直流发电机数据：，总导体数N=720，，运行角速度rad/s，每极磁通Φ=0.0392Wb。试计算：
（1）发电机的感应电动势；
（2）当转速n=900r/min，但磁通不变时的感应电动势；
（3）当磁通Φ=0.0435Wb，n=900r/min时的感应电动势。
解 （1）

转速
r/minr/min
感应电动势

（2）当不变时，。因此时的感应电动势为

（3）当和n不变时，。因此Wb时的感应电动势为

4. ★一台并励直流电动机，额定数据为：，，，电枢回路总电阻 ，励磁电路总电阻。若将该电动机用原动机拖动作为发电机并入电压为的电网，并忽略电枢反应的影响，试问：
（1）若保持电压电流不变，此发电机转速为多少？向电网输出的电功率为多少？
（2）当此发电机向电网输出电功率为零时，转速为多少？
解 （1）电动机状态额定运行时
励磁电流

电枢电流

感应电动势

由于额定电压不变，励磁电流不变，因此主磁通保持不变。故发电机运行时的转速为

发电机运行时输出功率

（2）发电机向电网输出功率为0，即此时输出电流为0，故发电机的电枢电流等于励磁电流

发电机感应电动势为

发电机的转速

5. ★一台并励直流发电机数据如下：，，，极对数，电枢电阻，一对电刷压降，励磁回路电阻，把此发电机当电动机运行，所加电源电压，保持电枢电流为发电机额定运行时的电枢电流。试求：
（1）此时电动机转速为多少（假定磁路不饱和）？
（2）发电机额定运行时的电磁转矩为多少？
（3）电动机运行时的电磁转矩为多少？
解 （1）作发电机运行时，额定电流

励磁电流

额定电枢电流

今作电动机运行

电动机转速

(2) 发电机额定电磁转矩

（3）电动机电磁转矩

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