第2章直流电机15答：直流电机中的损耗有铜损耗、铁损耗、机械损耗和附加损耗等。铜损耗包括电枢铜损耗和励磁损耗，电枢铜损耗由负载的大小决定，与电枢电流的平方成正比，属于可变损耗；励磁损耗即励磁回路的电阻损耗，若励磁电流和励磁回路总电阻不变，则励磁损耗为不变损耗。铁损耗是电枢铁心的损耗，其大小与铁心中的磁通密度和转速有关，与负载的大小基本无关，若磁通密度和转速不变，则铁损耗是不变损耗。机械损耗是由电枢旋转时的轴承摩擦、电剧摩擦和通风引起的，其大小与转速有关，当转速变化不大时，可以认为机械损耗是与负载大小无关的不变损耗。附加损耗又称为杂散损耗，其产生原因较多。例如，电枢旋转时电枢齿槽使气隙磁通脉动而在铁心中产生脉振损耗，电枢反应使气隙磁场畸变而引起的额外电枢铁损耗，换向电流产生的铜损耗，还有一些结构件中的铁损耗等。附加损耗所占的比例很小，一般当作不变损耗处理。铁损耗、机械损耗和附加损耗合称为空载损耗。在磁通密度和转速不变时，空载损耗为不变损耗。直流电机定子铁心中没有铁损耗。因为无论是励磁磁场还是电枢磁场均与定子铁心无相对运动（电枢虽然在旋转，但电枢磁动势的空间位置是固定不动的）。因此，直流电机的铁损耗就是电枢铁心的损耗。2-6他励直流发电机和并励直流发电机相比较，短路电流谁大？电压调整率谁大？答：他励直流发电机的短路电流远远大于并励直流发电机。因为他励直流发电机的励磁与电枢电压无关，发生短路时，电枢电流达到最大值；而并励直流发电机的励磁由电枢电压产生，发生短路时，励磁电流为零，故短路电流由剩磁产生的感应电动势决定，其值较小。并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发电机。因为他励直流发电机电枢电压降低的原因只有电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种，而并励直流发电机除了上述原因外，还有因电枢电压的降低引起励磁电流减小从而促使电枢电压进一步减小这一因素，故其电压调整率较大。2-7把他励直流发电机转速升高20%，此时空载端电压升高多少？如果是并励直流发电机，电压变化前者大还是后者大？答：根据U。=E=C，Φn可知，当他励直流发电机的转速升高20%时，U。也将升高20%。如果是并励直流发电机，U的升高将大于20%。因为并励直流发电机端电压的升高，使励磁电流增大，磁场增强，由此引起端电压进一步升高。2-8简述并励直流发电机自励的条件；若正转时能自励，试问反转能否自励？若在额定转速时能自励，试问降低转速后能否自励？答：并励直流发电机自励有如下3个条件：①要有剩磁；②由剩磁感应产生的励磁电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致；③励磁回路的总电阻要小于临界电阻值。若正转时能自励，在不改变任何接线的情况下，反转是不能自励的。因为，如果不改变任何接线，反转时将破坏上述自励的第二个条件。要使反转时也能自励，必须在反转时交换励磁绕组的两端。若在额定转速时能自励，降低转速后可能就不能自励了。因为不同的转速对应不同的空载特性，相应的临界电阻值也就不同。直流发电机转速降低后，临界电阻值减小，当临界电阻值小于励磁回路的总电阻时，并励直流发电机便不能自励
第 2章 直 流 电 机 15 答 :直 流电机 中的损耗有铜损耗 、铁损耗 、机械损耗和附加损耗等。 铜损耗包括 电枢铜损耗和励磁损耗 ,电 枢铜损耗 由负载的大小决定 ,与 电枢 电流的平方 成正 比,属 于可变损耗 ;励 磁损耗即励磁 回路 的电阻损耗 ,若 励磁 电流和励磁 回路总电阻不 变 ,则 励磁损耗为不变损耗 。 铁损耗是 电枢铁心的损耗 ,其 大小与铁心 中的磁通密度和转速有关 ,与 负载的大小基本 无关 ,若 磁通密度和转速不变 ,则 铁损耗是不变损耗 。 机械损耗是 由电枢旋转时的轴承摩擦 、电刷摩擦和通风引起的 ,其 大小与转速有关 ,当 转速变化不大时 ,可 以认为机械损耗是与负载大小无关 的不变损耗 。 附加损耗又称为杂散损耗 ,其 产生原 因较多。例如 ,电 枢旋转时电枢齿槽使气隙磁通脉 动而在铁心 中产生脉振损耗 ,电 枢反应使气隙磁场畸变而引起 的额外 电枢铁损耗 ,换 向电流 产生的铜损耗 ,还 有一些结构件 中的铁损耗等 。附加损耗所 占的比例很小 ,一 般 当作不变损 耗处理 。铁损耗 、机械损耗和附加损耗合称为空载损耗 。在磁通密度和转速不变时 ,空 载损 耗为不变损耗 。 直流电机定子铁心 中没有铁损耗 。因为无论是励磁磁场还是电枢磁场均与定子铁心无相 对运动 (电 枢虽然在旋转 ,但 电枢磁动势 的空间位置是 固定不动 的)。 因此 ,直 流 电机 的铁 损耗就是 电枢铁心的损耗 。 2咱 他 励直流发 电机和并励直流发电机相 比较 ,短 路 电流谁大?电 压调整率谁大? 答 :他 励直流发电机 的短路 电流远远大于并励直流发 电机 。因为他励直流发 电机 的励磁 与电枢电压无关 ,发 生短路时 ,电 枢 电流达到最大值 ;而 并励直流发电机的励磁 由电枢 电压 产生 ,发 生短路时 ,励 磁 电流为零 ,故 短路 电流 由剩磁产生的感应 电动势决定 ,其 值较小 。 并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发 电机 。因为他励直流发 电机 电枢 电压降低 的原因只有 电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种 ,而 并励直流发 电机除了上述原 因外 , 还有 因电枢 电压的降低引起励磁 电流减小从而促使 电枢 电压进一步减小这一因素 ,故 其 电压 调整率较大。 2刀 把 他励直流发 电机转速升高 ⒛%,此 时空载端 电压升高多少?如 果是并励直流发 电机 ,电 压变化前者大还是后者大? 答 :根 据 σ。=E=CE Φ 瓦可知 ,当 他励 直 流发 电机 的转 速 升高 ⒛%时 ,〃 。也将 升 高 ⒛%。 如果是并励直流发电机 ,σ 0的 升高将大于 ⒛%。 因为并励直流发电机端 电压 的升高 , 使励磁 电流增大 ,磁 场增强 ,由 此引起端 电压进一步升高 。 2⒙ 简 述并励直流发电机 自励 的条件 ;若 正转 时能 自励 ,试 问反转 能否 自励?若 在额 定转速时能 自励 ,试 问降低转速后能否 自励? 答 :并 励直流发 电机 自励有如下 3个 条件 :① 要有剩磁 ;② 由剩磁感应产生的励磁 电流 所产生 的磁通方 向与剩磁方 向一致 ;③ 励磁 回路的总电阻要小于临界电阻值。 若正转时能 自励 ,在 不改变任何接线的情况下 ,反 转是不能 自励 的。因为 ,如 果不改变 任何接线 ,反 转时将破坏上述 自励 的第二个条件 。要使反转时也能 自励 ,必 须在反转时交换 励磁绕组 的两端 。 若在额定转速时能 自励 ,降 低转速后可能就不能 自励 了。因为不同的转速对应不 同的空 载特性 ,相 应的临界电阻值也就不 同。直流发电机转速降低后 ,临 界 电阻值减小 ,当 临界 电 阻值小于励磁 回路的总电阻时 ,并 励直流发 电机便不能 自励
电机与拖动MATLAB仿真与学习指导1612-9怎样改变并励、串励和积复励直流电动机的旋转方三答：直流电动机的旋转方向由电磁转矩的方向决定，而电驱转毛三通的方向和电枢电流的方向共同决定。改变磁通或者电枢电流的方向就可以改电连转毛方向，从而改变电动机的旋转方向。因此，交换并励直流电动机励磁绕组的两端，或者置电枢绕组的两端就可以改变其转向：串励直流电动机改变转向的方法与并励直流电：积复励直流电动机只要对调电枢绕组的两端，既改变了转向又保证了仍然为积复励2-10电动机的电磁转矩是驱动性质的转矩，为什么电磁转矩增加时.转速而下降呢？答：电动机电磁转矩的大小取决于负载的轻重，负载较重时，电磁转矩大：由T，=C,Φl.可知电枢电流也大，引起电枢电阻压降增加，使电动势减小，根据E=C.Φn可知转速会下降。2-11试比较串励直流电动机的机械特性与并励直流电动机有何不同；为什么传统电力机车大都采用串励直流电动机？答：并励直流电动机的机械特性是一条略向右下倾斜的直线，随着电磁转矩的增加，转速略有下降，其特性较硬；而串励直流电动机的机械特性是一条像双曲线一样的曲线，随着电磁转矩的增加，转速下降很快，其特性很软。当电力机车重载或上坡时，转矩加大，转速自动降低，既保证了安全，又使其输入、输出功率增加较少，电机不易过载。因此，电力机车均采用串励直流电动机。2-12试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速与额定值比较如何变化（不计磁路饱和的影响)：（1）U.=0.5U，,=la，T,=T；（2）U,=0.5Ux，l,=IN，P,=P;(3)U,=UaN,1,=0.5IN,T,=Tx;(4)U.=Uax,I,=IN,T,=0.5Tno答：（1）根据T=C,l、T=T,=T可知，当I,=I，使Φ=Φ~时，电枢电流1,不变；因为U=0.5U.n，使n。=0.5ng，则n=0.5ng-△n（An不变），即转速比额定值的一半还小。（2）当输出功率不变时，输人功率基本不变，由于电枢电压幅度大大降低，电枢电流I，必定要增加，由此造成转速n下降。（3）假设磁路是线性的，当1,=0.51时，有Φ=0.5Φ。由（1）中的公式可知，I。=21.s，转速也将下降较多。（4）由（1）中的公式可知，1.=0.5I.s，转速将提高。2-13将一台额定功率为P的直流发电机改为电动机运行，其额定功率怎样变化？如果是将额定功率为P的电动机改为发电机运行，其额定功率又将怎样变化？答：将额定功率为P的直流发电机改为电动机运行时，原发电机的额定功率P（输出功率）即为该电动机的额定输人功率，故其额定功率（nP）将小于P。如果将额定功率为P的电动机改为发电机运行，原电动机的额定输人功率（Ps/m）即为该发电机的额定功率，故其额定功率将大于P。2-14一台并联在电网上的直流发电机，怎样使其转变为电动机状态运行？答：直流电机处于发电机运行状态时，电动势高于端电压，若使原动机的输人转矩为零，电机转速将下降，从而电动势减小，使得端电压高于电动势，发电机即转变为电动机运行状态了
16Ⅱ 电 机 与拖动 MATLAB仿 真 与学 习指 导 || 29 怎 样改变并励 、串励和积复励直流 电动机的旋转方 =∶ 答 :直 流电动机的旋转方 向由电磁转矩 的方 向决定 ,而 电乏拜乇∷Ⅰ=≡ ≡通的方 向和 电枢电流的方 向共 同决定 。改变磁通或者电枢 电流的方 向就可以莰Ι毛≡≡≡:∶方向,从 而 改变电动机的旋转方 向。因此 ,交 换并励直流电动机励磁绕组的两麦 .交 蓍i1ε 毛妪绕组 的 两端就可 以改变其转 向;串 励直流电动机改变转 向的方法与并励直流电麦F1茫 百:△ 复励直 流电动机只要对调 电枢绕组的两端 ,既 改变了转 向又保证 了仍然为积复励 : 2-10 电 动机的电磁转矩是驱动性质 的转矩 ,为 什 么 电磁转矩增加 时 ,转 逗 夏而下降 呢? 答 :电 动机 电磁转 矩 的大小 取决 于负载 的轻 重 ,负 载较 重 时 ,电 磁 转矩 大 .由 Γe= CT Φfa可 知电枢 电流也大 ,引 起 电枢 电阻压降增加 ,使 电动势减小 ,根 据 E=CE Φ n可 知转 速会下降。 ⒉11 试 比较 串励直流电动机的机械特性与并励直流电动机有何不 同;为 什么传统 电力 机车大都采用 串励直流电动机? 答 :并 励直流电动机的机械特性是一条略向右下倾斜的直线 ,随 着电磁转矩的增加 ,转 速略有下降 ,其 特性较硬 ;而 串励直流电动机的机械特性是一条像双 曲线一样的曲线 ,随 着 电磁转矩 的增加 ,转 速下降很快 ,其 特性很软 ⊙当电力机车重载或上坡时 ,转 矩加大 ,转 速 自动降低 ,既 保证 了安全 ,又 使其输人 、输 出功率增加较少 ,电 机不易过载 。因此 ,电 力机 车均采用 串励直流电动机。 2-12 试 分 析 在 下 列 情 况 下 ,直 流 电 动 机 的 电 枢 电 流 和 转 速 与 额 定 值 比 较 如 何 变 化 (不 计 磁 路 饱 和 的 影 响 ):(1)σ a=0· 5叽 N,rf〓 J仆 ,rL=rx; (2)〃 a=0· 5叽 N,Jf=JfN,P2= PN; (3) σ a=σ aN, Jf=0.5JⅨ , rL=rN; (4) I/a=IJaN, Jf=Jm, rL〓 0.5TN。 答 :(1)根 据 Te=cT Φ ra、 re〓 ⒎ 〓 rN可 知 ,当 rf〓 JⅨ ,使 Φ 〓 Φ N时 ,电 枢 电 流 ra不 变 ;因 为 σ a〓 0· 5σ aN,使 刀 ′ 0=0.5刀 。 ,则 刀 ′ =0.5屁 0-Δ 庀 N(Δ 屁 N不 变 ),即 转 速 比 额 定 值 的 一 半 还 小 。 (2)当 输 出功率不变时 ,输 人功率基本不变 ,由 于 电枢 电压 幅度大大降低 ,电 枢 电流 Ja必 定要增加 ,由 此造成转速 屁下降。 (3)假 设磁路是线性 的 ,当 rf=o.5`^时 ,有 Φ =05Φ N⊙ 由 (1)中 的公式可知 ,Ja= 2raN,转 速也将下降较多。 (4)由 (1)中 的公式可知 ,Ja=0.5faN,转 速将提高 。 ⒉13 将 一 台额定功率为 PN的 直流发 电机改为电动机运行 ,其 额定功率怎样变化?如 果是将额定功率为 PN的 电动机改为发电机运行 ,其 额定功率又将怎样变化? 答 :将 额定功率为 PN的 直流发电机改为电动机运行时 ,原 发 电机的额定功率 PN(输 出 功率 )即 为该 电动机的额定输人功率 ,故 其额定功率 (”PN)将 小于 Px。 如果将额定功率 为 PN的 电动机改为发 电机运行 ,原 电动机的额定输人功率 (PN/η )即 为该发 电机的额定功 率 ,故 其额定功率将大于 PN。 2-14 一 台并联在 电网上的直流发电机 ,怎 样使其转变为电动机状态运行? 答 :直 流电机处于发电机运行状态时 ,电 动势高于端 电压 ,若 使 原动机 的输入转矩 为 零 ,电 机转速将下降 ,从 而电动势减小 ,使 得端电压高于电动势 ,发 电机即转变为电动机运 行状态 了