电机与拖动刘锦波版清华出版社课后答案.doc

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1、课后答案网www. khdaw. com第一章习题解答思考题1.1电机中涉及到哪些基本电磁定律？试说明它们在电机中的主要作用。答：电机与变压器中涉及到：（1）安培环路定律：（2）法拉第电磁感应定律:（3）电磁力定律：（4）磁路的欧姆定律。其中，安培环路定律反映了一定磁势 （或安匝数）所产生磁场的强弱。在电机中，磁场在机电能帚转换过程中起到了 媒介的作用；法拉第电磁感应定律反映了交变的磁场所产生电势的情况。在电机 中，电磁感应定律体现了机电能屋转换过程中所转换为电能的大小；电磁力定律 反映了通电导体在磁场中的受力情况，它体现了机电能最转换过程中所转换为机 械能的大小；磁路的欧姆定律类似电路的欧姆

2、定律，它体现了一定磁势作用到 磁路中所产生的磁通大小，亦即耦合磁场的大小。1.2永久磁铁与软磁材料的磁滞回线有何不同？其相应的铁耗有何差异？答：永久磁铁乂称为硬磁材料，其磁滞回线与软磁材料的不同主耍体现在形 状上。硬磁材料的磁滞冋线较“肥胖”：而软磁材料则“瘦弱”。硬磁材料的 而积反映了铁磁材料磁滞损耗的大小，因而软磁材料的铁耗较小。13什么是磁路饱和现象？磁路饱和对磁路的等效电感有何影响？答：当励磁安匝（或磁势）较小时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通 也线性增加：当磁势增加到一定程度时，随着磁势的增加，磁路中所产生的磁通 增加较小，共至不再增加，这一现彖称为磁路的饱和。与磁路线性时相比，

3、磁路 饱和后的磁导率和等效电感有所减小。1.4铁心中的磁滞损耗与涡流损耗是如何产生的?它们与哪些因素有关？答：铁心中的磁滞损耗是由铁磁材料在交变磁场作用卜的磁化过程屮，内部 的磁畴相互摩擦所引起的铁心发热造成的：而涡流损耗则是由于交变的磁场在铁 心中感应电势并产生涡流，从而引起铁心发热。由Ph = KhfHdB = ChfB；V可 见，磁滞损耗正比r磁场交变的频率、磁密的平方以及铁心的体积：由 代二CJ近A讪可见，涡流损耗正比丁磁场交变频率的平方、磁密的平方以及铁 磁材料的厚度。1.5实际的电机和变压器的铁心中,一般不是采用整块铸钢或矽钢组成，而是 釆用矽钢片叠压而成，为什么？答：涡流损耗反映

4、了铁磁材料的导电性能，它与铁磁材料的厚度成正比。因 此，为减小铁磁材料的导电杵能及涡流损耗，交流电机或变丿力器的铁心多采用矽 钢片叠压而成。1.6如果感应电势的正方向与磁通的正方向符合左手螺旋关系，则电磁感应定 律应写成e=N啤，试说明原因.dt答：现对图17所示铁心线圈进行分析。感应电势和磁通的假定正方向如图所示，即符介左手螺旋关系。图17磁通与其感应电势的1E方向假泄当磁通增加即竽0时，由e=N俘可知，e0,即的实际方向与假 dtdt定正方向一致：乂由楞次定律可知，线圈中所感应电势以及相应的电流所产生的 磁通（图中用表示）应阻碍磁通的增加。很显然，上述iE方向与关系式符 合楞次定律。亦即，

5、当感应电势与磁通符合左手螺旋关系时，只冇采用e=N竽 dt 才能使实际惜况与楞次定律一致。至于当磁通e减少即竽0时，则与此类似, dt只不过线圈中所感应电势以及相应的电流所产生的磁通将有助丁 磁通的增加, 具体过程略。1.7电磁感应定律有时写成e = _罠=_N学,有时又写成e = 一皀,有时 dt dtdt又写成e=Blv.这三种表达式有何区别？分别适应于什么条件？答：当电磁感应定律写成学一N咚时，它反映了绕组所感应电势的dtdt人小与磁链的变化率（或导数）成正比：若磁路为线性，对单个线圈则磁链为： T =o将其代入上式得：芈一些血-厶纟。由此可见，绕组所dt de dt感应的电势是由两部分

6、组成：一部分是速度电势，即通常的表达式e = bh，；另一 部分为：L学它反映的是绕组中所感应的H感电势，或变压器电势。因 dt此，上述表达式中，e = -为一般表达式：当磁通与全部绕组匝数相匝链，则 dt竽；当磁路为线性，且为常数时，e =dtdt1.8在图1.8所示变压器磁路中，当在M中施加正弦电压“1时，为什么会在N、N,两个线圈中均会感应电势？当流过线圈M中的电流尊增加时，试标出两个线圈中所感应电势的实际方向与输出电压的方向，并计算两个线圏感应电势之间的关系。图18习題18图答：尽管图1.8所示变斥器的两个绕组没有克接电的联系，但由于两个绕组 共同匝链同一磁通，”。若该磁通交变，便会在

7、分别任绕组M中感应电势勺、 匕，HU： e产一N習,匕二-N,竽，且匝数较多的绕组所感应电势的有效值dt - dt较大。图1.7中，线圈N?的同名端均为上端。当流过线圈M中的电流/；增 加时，磁路中的磁通增加，则实际感应电势的方向均为上负下正，即由同名端 指向非同名端。考虑到匕的实际方向，输出电压“2的实际方向为下正上负。两 个线圈感应电势的有效值之间满足：EJE厂NJN-练习题1.1 如丁表格包含了磁性钢的试样，50Hz,对称磁滞回线上半部分的数据：B/JW持原來方向， 故转子转向将不会改变。而对丁串励苴流电动机，情况如此相同，转子转向将保 持不变。他励直流电动机则会例外。2.15什么是直流

8、电机的换向？换向不正常会带来什么后果？答：也流电机的换向是指对某一电枢元件而育，当其经过电刷前后，内部电枢 电渝方向将发生改变，这一现象称为换向。换向不良会造成换向火花，严巫时， 会引起环火，造成电刷和换向器表而烧坏，并危及电枢绕组。练习题2一台四极并励直流电机接在220V的电网上运行，已知电枢表面的总导体 数N = 372根，“ = 1500八mm, O= l.lxlO-2 VF&,单波绕纽,电枢回路的总电阻R, = 0.208Q , pFr = 362W , pnie( = 240W ,试问：(1 )此电机是发电机还是电动机？(2) 电磁转矩与输出功率各为多少？解：(1)耍判断H流电机是匸

9、作在发电机还是电动机运行状态，只需比较一下端 部电压和电刷两端感应电势的大小即可。当E“U时,厲流电机工作在发 电机状态：当Ea U时，K流电机I作在电动机状态。 考虑到单波 = 1,根据题意，E =-770= 372x2xl500xl.lxl0-2 = 204.6V U,而EaB U,因此，甲运行在发电机状态，而乙则运行在电动机状态。（2）根据H流电机的功率流程图，两台电机总的机械耗和铁耗等丁电动机的电 磁功率减去发电机的电磁功率。对丁电动机而言，其电枢电流为-230-224.06 = 59.44R,0.1电磁功率为匕”厂目屛厂 224.04 x 59.4 = 13308W对丁发电机而言，其

10、电枢电流为岛- =235.030 = 50.84 心0电磁功率为= 235.08 x 50.8 = 11942IV两台电机总的机械耗和铁耗为匕”8 一匕以3308-11942 = 1366#课后答案网www. khdaw. com第3章习题解答思考题3.1下图中箭头表示转矩与转速的实际方向，试利用电力施动系统的动力学 方程式说明在附图所示的几种情况下，系统可能的运行状态（加速、减速或匀速）。图3 50題31图答：3.2在起重机提升重物与下放重物过程中，传动机构的损耗分别是由电动机 承担还是由重物势能承担？提升与下放同一重物时其传动机构的效率一样高 吗？ 答：3.3试指出附图中电动机的电磁转矩与

11、负载转矩的实际方向（设顺时针方向 为转速的正方向）o(3)(b)nnATlojTl.（c 丿（d）图3 5L题33图答：3.4根据电力拖动系统的稳定运行条件，试判断图3.52中A、B、C三点是否 为稳定运行点？答：根据电力拖动系统的稳定运行条件：色竺V理可以得曲on on系统在A点、B点是稳定的；C点是不稳定运行点。3.5 般他励直流电动机为什么不能直接起动？釆用什么样的起动方法最 好？ 答：3.6他励直流电动机拖动恒转矩负载调速，其机械特性和负载转矩特性如图3.53所示，试分析当工作点由A1向A点运行过程中，电动机经过哪些不同的运 行状态？答：3.7他励直流电动机弱磁升速时，其拖动系统的机电

12、时间常数是否保持不 变？说明理由。答：3.8 台他励直流电动机拖动卷扬机运行，当电枢回路外接电源电压为额定 电压、且电枢回路外串电阻拖动重物匀速上升时，突然将外加电源电压的极性颠 倒，电动机将最终稳定运行在什么状态？重物是提升还是下放？画出相应的机械 特性曲线，并说明期间所经历的运行状态。答：3.9采用弱磁升速的他励直流电动机，为什么在负载转矩较大时不但不能实 现弱磁升速，而且还出现弱磁降速的现象，试说明理由。答：根据他励任流电动机改变励磁时的人工机械特性c cecT em绘出弱磁时他励H流电动机典型的人匸机械特性曲线如图3. 54所示。由图3. 54可见，一般情况下，即负载转矩低于一定程度(

13、如图中的)时, 随看励磁电流的减小，转速升高，即弱磁升速。但当当负载转矩大丁一定程度(如 图中的时，则随着励磁电流的减小，转速不但不升高，反而降低。练习题3.1由电动机与卷扬机组成的拖动系统如图3.4所示。设重物G = 4900N,当 电动机的转速为n = 980r/nun时，重物的上升速度为V = s 电动机转子的转动惯量为J = 2kg-m1,卷筒直径DF = 0.4m ,卷筒的转动惯i JF = 1.9kg m2减速机构的转动惯量和钢绳质量可以忽略不计，传动机构的效率=0.95。试求:(1 )使重物匀速上升时电动机转子轴上的输出转矩；(2) 整个系统折算到电动机转子轴上的总飞轮矩G% ；

14、3 )使重物以im/s1的加速度上升时电动机转子轴上的输出转矩。解：(1)当电动机拖动巫物匀速上升时，电机轴上的输出转矩与负载折算金电机 轴上的转矩相等。按照功率的传递方向，于是有60GV2叫60x4900x1.52xx980x0.95=75.39N(2)根据题意，卷筒的转速为60VnD,=60x1,5- 71.62r/min0.4按照折算前后储的动能不变的原则，有占冷如Mff n. . G 60V . = / + JF() + -(-?) n g 2加a71.62u4900 z 60x1.5 u,=2+ 1.9x()-+x()-= 2169kg 加9809.8 In x 9804g丁是转子

15、轴上的总飞轮矩为GDZ2 = 2.1169x4x9.8 = 82.98/V-/n2（3）考虑到电动机的转速与币物的提升速度之间的关系60V n = nFj = j nDe丁是紂电动机的加速度与币:物的提升加速度之间满足dn 6093课后答案网www. khdaw. com#课后答案网www. khdaw. com其中龙 x 0.4 x 98060x1.5= 13.683#课后答案网www. khdaw. com#课后答案网www. khdaw. com因此，当雨物以aL = lm/s2的加速皮上升时，电动机的加速度为八I箸知75.39+霁x爲小.69.9553.2某他励直流电动机的额定数据为：PN = 3kW , Uy = 220V , lN =184,nN =1000r/nMiu 电枢回路的总电阻为0.8G。试求:（1 ）为使拖动系统在额定状态下能够能耗制动停机，要求最大制动电流不超 过2几，求制动电阻值；（2）若制动电阻与（1 ）相同，位能性负载转矩为Tl = 0.8Tv ,求拖动系统能耗制动后