第二章直流電機

2.1為什么直流發(fā)電機能發(fā)出直流電流？如果沒有換向器，電機能不能發(fā)出直流電流？

換向器與電刷共同把電樞導體中的交流電流，“換向”成苴流電，如果沒有換向器，電機不能發(fā)出直

流電。

2.2試判斷下列情況下，電刷兩端電壓性質(zhì)

（1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)；

（2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)。

（1）交流???電刷與電樞間相對靜止，，電刷兩端的電壓性質(zhì)與電樞的相同。

（2）直流電刷與磁極相對靜止，.??電刷總是引出某一極性下的電樞電壓，而電樞不動，磁場方向不

是有o

2.3在直流發(fā)電機中，為了把交流電動勢轉(zhuǎn)變成直流電壓而采用了換向器裝置；但在直流電動機中，加

在電刷兩端的電壓已是直流電壓，那么換向器有什么呢？

直流電動機中，換向法把電刷兩端的直流電壓轉(zhuǎn)換為電樞內(nèi)的交流電，以使電樞無論旋轉(zhuǎn)到N極下，

還是S極下，都能產(chǎn)生同一方向的電磁轉(zhuǎn)矩

2.4直流電機結(jié)構(gòu)的主要部件有哪幾個？它們是用什么材料制成的，為什么？這些部件的功能是什么？

有7個主磁極換向極，機座電刷電樞鐵心，電樞繞組，換向器見備課筆記

2.5從原理上看，直流電機電樞繞組可以只有一個線圈做成，單實際的直流電機用很多線圈串聯(lián)組成，

為什么？是不是線圈愈多愈好？

一個線圈產(chǎn)生的直流脈動太大，且感應(yīng)電勢或電磁力太小，線圈愈多，脈動愈小，但線圈也不能太多，

因為電樞鐵心表面不能開太多的槽，.?.線圈太多，無處嵌放。

2.6何謂主磁通？何謂漏磁通？漏磁通的大小與哪些因素有關(guān)？

主磁通：從主極鐵心經(jīng)氣隙，電樞，再經(jīng)過相鄰主極下的氣隙和主極鐵心，最后經(jīng)定子繞組磁匏閉

合，同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組，在電樞中感應(yīng)電動勢，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。

漏磁通：有一小部分不穿過氣隙進入電樞，而是經(jīng)主極間的空氣隙釘子磁瓶閉合，不參與機電能量轉(zhuǎn)

換，①6與飽和系數(shù)有關(guān)。

2.7什么是直流電機的磁化曲線？為什么電機的額定工作點一般設(shè)計在磁化曲線開始彎曲的所謂“膝點”

附近？

磁化曲線：①o=/（瑞）①o-主磁通，與勵磁磁動勢

設(shè)計在低于“膝點”，則沒有充分利用鐵磁材料，即同樣的磁勢產(chǎn)生較小的磁通中°,如交于“膝點”,

則磁路飽和，浪費磁勢，即使有較大的耳），若磁通中°基本不變了，而我的需要是①。（根據(jù)E和7；公

式）選在膝點附近好處：①材料利用較充分②可調(diào)性好③穩(wěn)定性較好。

電機額定點選在不飽和段有兩個缺點：①材料利用不充分②磁場容易受到勵磁電流的干擾而不易穩(wěn)定。

選在飽和點有三個缺點：①勵磁功率大增②磁場調(diào)節(jié)困難③電樞反應(yīng)敏感

2.8為什么直流電機的電樞繞組必須是閉合繞組？

直流電機電樞繞組是閉合的，為了換向的需要，如果不閉合，換向器旋轉(zhuǎn)，電刷不動，無法保證正

常換向。

2.9何謂電樞上的幾何中性線？何謂換向器上的幾何中性線？換向器上的幾何中性線由什么決定？它

在實際電機中的位置在何處？

①電樞上兒何中性線：相臨兩點極間的中性線

②換向器上幾何中性線：電動勢為零的元件所接兩換向片間的中心線

③由元件結(jié)構(gòu)決定，不對稱元件：與電樞上的幾何中性線重合。對稱元件：與極軸軸線重合。

④實際電機中。

2.10單疊繞組與單波繞組在繞法上、節(jié)距上、并聯(lián)支路數(shù)上的主要區(qū)別是什么？

繞法上：單疊：任意兩個串聯(lián)元件都是后一個疊在前一個上面耳=1

單波：相臨兩串聯(lián)元件對應(yīng)邊的距離約為2工形成波浪型

7.

節(jié)距上：月=亍方±g

y=±l（單疊）＞=管=芋

%=丁一%

并聯(lián)支路數(shù)2a=2p（單疊）2a=z（單波）

2.11直流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢與哪些因素有關(guān)？若一臺直流發(fā)電機的額定空載電動勢是230V,試問在

下列情況下電動勢的變化如何？

(1)磁通減少10%；

(2)勵磁電流減少10%；

(3)磁通不變，速度增加20%；

(4)磁通減少10%,同時速度增加20%。

直發(fā)：E=C4n=%①”

(1)。減少io%,則。=0.9。

即告=湍=患=0.9^=0.9x230=207")

(2)勵磁電流減少10%,如果飽和，則。不變，E也不變，如沒有飽和，則。也減少10%,E=207(V)

.?.207<E<230V

⑶套=彳=冷???￡=1.2E=276(7)

/、E_①〃_①〃

⑷F一豆7—0.9①1.2〃

E=0.9x1.2x230=2484(7)

2.12一臺4極單疊繞組的直流電機，問：

(1)如果取出相鄰的兩組電刷，只用剩下的另外兩組電刷是否可以？對電機的性能有何影響？端電壓

有何變化？此時發(fā)電機能供給多大的負載(用額定功率的百分比表示)？

(2)如有一元件斷線，電刷間的電壓有何變化？此時發(fā)電機能供給多大的負載？

(3)若只用相對的兩組電刷是否能夠運行？

(4)若有極失磁，將會產(chǎn)生什么后果？

(1)取出相臨的兩組電刷，電機能夠工作，此時，電樞感應(yīng)電動勢不受影響，但電機容量會減??；設(shè)

原來每條支路電流為I,4條支路總電流為41,現(xiàn)在兩條支路并聯(lián)，一條支路電阻為另一條支路的3倍，因

14411

此兩條并聯(lián)總電流為1+71=^1，現(xiàn)在電流與原來電流之比為三1：41=9，因此容量減為原來容量的至

(2)只有一個元件斷線時，電動勢不受影響，元件斷線的那條支路為零，因此現(xiàn)在相當于三條支路并

3

聯(lián)，總電流為原來的彳

(3)若只用相對的兩組電刷，由于兩路電刷間的電壓為零，所以電機無法運行。

(4)單疊：由于電刷不動，若有一磁極失磁，則有一條支路無電勢，.?.電刷間無感應(yīng)電動勢，電機內(nèi)

部產(chǎn)生環(huán)流，電機不能運行。

2.13如果是單波繞組，問2.12題的結(jié)果如何？

(1)只用相鄰兩只電刷，電機能工作，對感應(yīng)電勢和電機容量均無影響，僅取?只電刷時，因仍是

兩條支路并聯(lián)，所以電機還能工作，對電動勢和電機容量均無影響。

1

(2)一個元件斷線，對電動勢無影響，由于僅剩卜.一條支路有電流，電流為原來的，，容量減為原

1

來的亍

(3)只用相對的兩只電刷時，由于兩只電刷為等電位，電壓為零，因此電機無法運行。

11

(4)單波失去一個磁極，感應(yīng)電動勢減小爹，容量減小，且內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)流。

2.14何謂電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對氣隙磁場有何影響？直流發(fā)電機和直流電動機的電樞反應(yīng)有哪些共同

點？又有哪些主要區(qū)別？

電樞反應(yīng)：電樞磁場對勵磁磁場的作用

交軸電樞反應(yīng)影響：①物理中性線偏離幾何中性線

②發(fā)生疇變

③計及飽和時，交軸有去磁作用，

直軸可能去磁，也可能增磁。

④使支路中各元件上的感應(yīng)電動勢不均。

發(fā)電機：物理中性線順電機旋轉(zhuǎn)方向移過一個不大的號角

電動機：物理中性線逆電機旋轉(zhuǎn)方向移過一個不大的a角

直軸電樞反應(yīng)影響：電動機：電刷順電樞轉(zhuǎn)向偏移，助磁，反之去磁

2.15直流電機空載和負責運行時，氣隙磁場各由什么磁動勢建立？負載時電樞回路中的電動勢應(yīng)由什么

樣的磁通進行計算？

空載：然僅由勵磁磁動勢2N",建立，F(xiàn)0=2IfNf

負載：由2N///和Ax共同建立：Fn+Fa由每極合成磁通計算，即負載磁通計算，?.?負載時，導

體切割的是負載磁通（即合成磁通）

2.16一臺直流電動機，磁路是飽和的，當電機帶負載以后，電刷逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動了一個角度，試

問此時電樞反應(yīng)對氣隙磁場有什么影響？

電動機電刷逆電樞轉(zhuǎn)向移動，直軸電樞反應(yīng)去磁，交軸電樞反應(yīng)總是去磁的

2.17直流電機有哪幾種勵磁方式？分別對不同勵磁方式的發(fā)電機、電動機列出電流/、/“、//的關(guān)系

式。

四種勵磁方式：他勵，并勵，串勵，復(fù)勵

電動機：他勵：I—Ia

并勵：/=/q+//

串勵：I=Ia=If

復(fù)勵：I=la+If=If短復(fù)勵

Ia=If,/=/0+//長復(fù)勵

發(fā)電機：他勵：I=I&

并勵：/=/＜；+//

串勵：/=/“=//

復(fù)勵：I=la+If=If短復(fù)勵

2.18如何判別直流電機是運行于發(fā)電機狀態(tài)還是運行于電動機狀態(tài)？它們的7加、n、E、U、1”的

方向有何不同？能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如何？

如所受電磁力的方向與電樞轉(zhuǎn)向相同即為電動機狀態(tài)，反之為發(fā)電機狀態(tài)。

電動機：與n方向相同，是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，E”與U方向相反，是反電動勢，/q方向流向電樞，E”與Ia

方向相反。EJa=TQ

只有輸入電能，克服反電勢，才能產(chǎn)生電樞電流，進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

發(fā)電機：Z，卅與n方向相反，是阻力轉(zhuǎn)矩，E與U方向相同，E&與方向相同，發(fā)出電功率，為克服

阻力轉(zhuǎn)矩￡,“，不斷輸入機械能，才能維持發(fā)電機以轉(zhuǎn)n旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電能。

2.19為什么電機的效率隨輸出功率不同而變化？負載時直流電機中有哪些損耗？是什么原因引起的？為

什么鐵耗和機械損耗可看成是不變損耗？

?.?電機銅耗隨輸出功率變化，所以效率隨輸出功率變化，負載時有：銅耗，鐵耗，機械損耗。

銅耗：電樞繞組銅耗和勵磁繞組銅耗。心2&,四

鐵耗：交變磁場引起渦流損耗和磁滯損耗

機械能：抽水，電刷摩擦損耗

???鐵耗和機械耗和附加損耗與負載電流無關(guān)認為是不變損耗

2.20直流發(fā)電機中電樞繞組元件內(nèi)的電動勢和電流是交流的還是直流的？若是交流的，為什么計算穩(wěn)態(tài)

電動勢E=U+IaRa時不考慮元件的電感？

都是交流的

?.?通過電刷引出的感應(yīng)電動勢是直流，.?.不考慮元件電感

2.21他勵直流發(fā)電機由空載到額定負載，端電壓為什么會下降？并勵發(fā)電機與他勵發(fā)電機相比，哪個

的電壓變化率大？

空載時：他勵發(fā)電機端電壓U=E=C①”

e

負載時：u=E-I?R?電壓下降

并勵下降大，???隨著電壓下降，①減小，下降，端電壓更加下降

a

2.22若把直流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高20%,問在他勵方式下運行和并勵方式下運行時，哪一種運行方式下空

載電壓升高的較多？

空載電壓U0?E=￡,①〃他勵時，n升20%,E升20%

并勵時，?.、增加.IE增加，//增加，①增加，...E除n增大外，①也增大，...并勵時，空載電壓升

較多。

2.23并勵發(fā)電機正轉(zhuǎn)時能自勵，反轉(zhuǎn)時還能自勵嗎？

2.24要想改變并勵電動機、串勵電動機及復(fù)勵電動機的旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)該怎樣處理？

2.25并勵電動機正在運行時勵磁繞組突然斷開，試問在電機有剩磁或沒有剩磁的情況下有什么后果？若

起動時就斷了線又有何后果？

2.26-臺正在運行的并勵直流電動機，轉(zhuǎn)速為1450r/min?，F(xiàn)將它停下來，用改變勵磁繞組的極性來改

變轉(zhuǎn)向后(其它均未變)，當電樞電流的大小與正轉(zhuǎn)時相同時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速為1500r/min,試問這可能是什么

原因引起的？

2.27對于一臺并勵直流電動機，如果電源電壓和勵磁電流保持不變，制動轉(zhuǎn)矩為恒定值。試分析在電樞

回路串入電阻A,后，對電動機的電樞電流、轉(zhuǎn)速、輸入功率、銅耗、鐵耗及效率有何影響？為什么？

2.28電磁換向理論是在什么基礎(chǔ)上分析問題的？主要結(jié)論是什么？在研究真實換向過程應(yīng)如何補充修

正？

2.29換向元件在換向過程中可能出現(xiàn)哪些電動勢？是什么原因引起的？它們對換向各有什么影響？

2.30換向極的作用是什么？它裝在哪里？它的繞組怎么連接？如果將已調(diào)整好換向極的直流電機的換向

極繞組的極性接反，那么運行時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

2.31一臺直流電機，輕載運行時換向良好，當帶上額定負載時，后刷邊出現(xiàn)火花。問應(yīng)如何調(diào)整換向極

卜.氣隙或換向極繞組的匝數(shù)，才能改善換向？

2.32接在電網(wǎng)上運行的并勵電動機，如用改變電樞端的極性來改變旋轉(zhuǎn)方向，換向極繞組不改換，換向

情況有沒有變化？

2.33小容量2極直流電機，只裝了一個換向極，是否會造成一電刷換向好另一電刷換向不好？

2.34沒有換向極的直流電動機往往標明旋轉(zhuǎn)方向，如果旋轉(zhuǎn)方向反了會出現(xiàn)什么后果？如果將這臺電動

機改為發(fā)電機運行，又不改動電刷位置，問它的旋轉(zhuǎn)方向是否與原來所標明的方向一樣？

2.35環(huán)火是怎樣引起的？補償繞組的作用是什么？安置在哪里？如何連接？

2.36選擇電刷時應(yīng)考慮哪些因素？如果一臺直流電機，原來采用碳-石墨電刷，額定負載時換向良好。

后因電刷磨壞，改換成銅-石墨電刷，額定負載時電刷下火花很大，這是為什么？

2.44電機的冷卻方式和通風系統(tǒng)有哪些種類？一臺已制成的電機被加強冷卻后，容量可否提高？

2.45已知某直流電動機銘牌數(shù)據(jù)如下：額定功率產(chǎn)徵=75kW.額定電壓UN=220V.額定轉(zhuǎn)速

nN-1500r/min.額定效率〃*=88.5%。試求該電機的額定電流。

3

解：P\=%=75°%885=84.75X10W1N=%”=385.2(A)

2.46已知直流發(fā)電機的額定功率4,=240ZW，額定電壓UN=460V，額定轉(zhuǎn)速

蹉=600r/min.試求電機的額定電流。

2.47-臺直流發(fā)電機的數(shù)據(jù)：2p=6,總導體數(shù)N“=780,并聯(lián)支路數(shù)2a=6,運行角速度是

Q=40mad/s，每極磁通①=0.0392WA。試計算

(1)發(fā)電機的感應(yīng)電動勢；

(2)當轉(zhuǎn)速〃=900r/min，但磁通不變時發(fā)電機的感應(yīng)電動勢；

(3)當磁通變?yōu)?.0435Wb,〃=900r/min時發(fā)電機的感應(yīng)電動勢。

解：⑴4=熬=畿=13E=C〃〃=C*^

=13X0.0392X里海=6U.5V

(2)E=ct0/1=13X0.0392X900=458.6V

(3)E=13X0.0435X900=509V

2.48一臺4極、82AW、230V、970r/min的他勵直流發(fā)電機，如果每極的合成磁通等于空載額定

轉(zhuǎn)速下具有額定電壓時每極的磁通，試求當電機輸出額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩。

解：晨=先=陪=356.52(A)

E=G①〃產(chǎn)齡①4

T?w=C網(wǎng)產(chǎn)黑①八

.E—2萬.N

Tem60IN

.丁_4)八￡_30x356.52x230_父八7

1QNvn

**em-2/7/I(V-2^x970~OV/.//Vm

2.50試計算下列繞組的節(jié)距必，y2,y和VK，繪制繞組展開圖，安放主極及電刷，求并聯(lián)支路對

數(shù)。

(1)右行短距單疊繞組：2P=4，Z=S=22；

(2)右行整距單疊繞組：2P=4，Z=S=20；

(3)左行單波繞組：2P=4,Z=5=19；

(4)左行單波繞組：2〃=4,Z=S=21。

2.51一臺直流發(fā)電機，2P=4，2。=2，S=21，每元件匝數(shù)"，=3，當

①()=1.825x10-2W/2〃=1500/7min時試求正負刷間的電動勢。

解：N〃=2NvS=2x21x3=126

①〃=等x1.825x10々*1500=115V

E=匕2

2.52一臺直流發(fā)電機2P=8,當"=600r/min，每極磁通①=4x10-3%時，E=230V，

試求：

(1)若為單疊繞組，則電樞繞組應(yīng)有多少導體？

(2)若為單波繞組，則電樞繞組應(yīng)有多少導體？

解：⑴E=

c*〃--CE=^==95.83

C『需單疊a=4

N"=半G=竽X95.83=5750根

(2)單波：a=l

N“=誓x95.83=1438根

2.53--臺直流電機，2P=4，5=120.每元件電阻為0.2。，當轉(zhuǎn)速”=1000/7min時，每

元件的平均電動勢為10Vo問當電樞繞組為單疊或單波時，電樞端的電壓和電樞繞組的電阻R,,各為多少？

解：單疊繞組：每支路元件數(shù)：竽=30

電刷端電壓U=30X10=300V

電樞繞組電阻(=罕=I.5C單波繞組：每支路元件數(shù)：

等=60電刷端電壓：U=10X60=600V

電樞繞組電阻：耳=7皿=6Q

2.54一臺2極發(fā)電機，空載時每極磁通為0.3W7?，每極勵磁磁動勢為3000A?，F(xiàn)設(shè)電樞圓周上共有電

流8400A并作均勻分布，已知電樞外徑為0.42m若電刷自幾何中性線前移20°機械角度，試求：

(1)每極的交軸電樞磁動勢和直軸電樞磁動勢各為多少？

(2)當略去交軸電樞反應(yīng)的去磁作用和假定磁路不飽和時，試求每極的凈有磁動勢及每極卜?的合成磁

通。

2.55有一直流發(fā)電機，每個元件的串聯(lián)匝數(shù)，加，

2p=4，5=95,Nv=30.162

電刷在兒何中性線上，試計算額定負載時的線負荷及交軸電樞磁動勢。

/N=36A，a=l，AFaq

2.56一臺并勵直流發(fā)電機，單波

PN=26kW，UN=230V，nN=960r/min.2P=4,

繞組，電樞導體總數(shù)N“=444根，額定勵磁電流//N=2.5924，空載額定電壓時的磁通

①0=0.0174皿0電刷安放在幾何中性線上，忽略交軸電樞反應(yīng)的去磁作用，試求額定負載時的電磁

轉(zhuǎn)矩及電磁功率。

解：&=笠=瑞=141.4

》十嚼J13.043(A)

,-.7；w=141.4x0.0174x115.64=284.5(N?m)

A,=4+/御=113.043+2.592=115.64(4)

。=卷=2^=100.48，叱

Pem=TWQ=284.5x100.48=28.59kW

2.57一臺并勵直流發(fā)電機，電樞電路各繞組

PN=\9kW.t/.，=230V，nN=1450r/min，

總電阻乙勵磁繞組每極匝數(shù)匝，，勵磁繞組

=O.183Q，2\Uh=2V，N/=880I飄=2.79A

電阻R/=81.1。。當轉(zhuǎn)速為1450r/min時，測得電機的空載特性如下表：

Uo/V44104160210230248276

Ir/A0.370.911.452.002.232.513.35

試求：(I)欲使空載產(chǎn)生額定電壓，勵磁回路應(yīng)串入多大電阻？

(2)電機的電壓調(diào)整率△[/：

(3)在額定運行情況下電樞反應(yīng)的等效去磁磁動勢尸〃。

2.59一臺4極并勵電動機，。，主

PN=l4kW.UN=220V，〃=0.0814=2V,

極繞組每極2800匝，總勵磁電阻&=248C。電機在1800/7min時的空載特性如下：

h/A0.20.30.40.50.60.70.80.91.0

u(/v75110140168188204218231240

當額定負載時，電樞電流為76A,此時電樞反應(yīng)的去磁磁動勢用并勵繞組的電流表示時為0.1A,試

求：

(1)額定負載下的轉(zhuǎn)速；

(2)若在此電機中的每個主極裝設(shè)3.5匝的串勵繞組(積復(fù)勵或差復(fù)勵兩種情況)，這時電樞電路的

總電阻幾=0.089Q，試求額定負載下的轉(zhuǎn)速。'

2.60兩臺完全相同的并勵直流電機，機械上用同一軸聯(lián)在一起，并聯(lián)于230V的電網(wǎng)上運行，軸上不帶

其它負載。在1000/7min時空載特性如下：

h/A1.31.4

Uo/V186.7195.9

現(xiàn)在，電機甲的勵磁電流為L4A，電機乙的為1.3A，轉(zhuǎn)速為1200“min，電樞回路總電阻(包

括電刷接觸電阻)均為0.1Q，若忽略電樞反應(yīng)的影響，試問：

(1)哪一臺是發(fā)電機？哪臺為電動機？

(2)總的機械損耗和鐵耗是多少

(3)只調(diào)節(jié)勵磁電流能否改變兩機的運行狀態(tài)(保持轉(zhuǎn)速不變)？

(4)是否可以在1200/7min時兩臺電機都從電網(wǎng)吸取功率或向電網(wǎng)送出功率？

解：⑴?.?甲臺電機在1000%抽時的電動勢為195.9V,

乙臺電機在1000%in時的電動勢為186.7V,

...甲臺電機在1200%加時電動勢

-=195.9x^=2355)(???￡')

乙臺電機在1200%iin時電動勢：

E乙=186.7X輟=224(V)&>23ovE乙<23ov

甲為發(fā)電機，乙為電動機。

⑵電動機:

Pemn-Pom=P2m

發(fā)電機：

P2-PoG=PeinG

二兩臺電機總的機械耗和鐵耗為：

CwtP°G—^eniM月

電動機：就=浣山=產(chǎn)=60(A)

心”=與&=224x60=1344。3)

發(fā)電機：*==號產(chǎn)1=50(A)

以心=紇4G=235義50=11750(卬)總的機械耗和鐵耗：

P-Pr.=13440-11750=1690(lV)

(3)要改變兩臺電機運行狀態(tài)并保持轉(zhuǎn)速不變，應(yīng)減小甲臺電機的勵磁電流，同時增加乙臺電機的勵磁電流,

當兩臺電機的勵磁電流相同時，兩臺電機都是電動機，最后乙為發(fā)電機，甲為電動機。

(4)都可以通過從電網(wǎng)吸收電功率成為電動機，但不能都成為發(fā)電機，因為沒有原動機，即沒有輸入機械能,

無法輸出電能。

2.61一直流電機并聯(lián)于u=220Vz電網(wǎng)上運行，已知a=l,p=2，N“=398根，

電樞回路總電阻(包括電刷接觸電阻)

nN=1500r/min.0=0.0103Wb，R“=0.170,

卬，雜散損耗月%，試問：此直流電機是

lN=1.8371,pFe=216W,pmec=379pad=0.86

發(fā)電機還是電動機運行？計算電磁轉(zhuǎn)矩和效率。

解：(1)石=?！曛小?怒①〃06103x1500=205(V)<220V

.?.總電動機運行。

(2)/。=置=鏟=88.24(4)

=蕓①(=符x0.0103x88.24=U5.15(Nm)

(3)/=/〃+//=88.24+1.83=90.07(A)

P\=UI=220x90.07=19815.4”)

鳥=分—七一匕儂—P“d=W,-(/+P?,ec+&)=

205X88.24-276-379-0.86X198l5%()o=17263.79(W)

〃=^X100%J篇投X100%=87J2%或者：

Pcua=I：&=88.24?x0.17=1323.67(%

Pcuf=IjU=1.83x220=402.6”)

=0.86%X19815.4=170.41(W)

鳥=

6-ZP=19815.4-^(a-P,,-^=17263.7(^)

2.62—臺15kW、220V的并勵電動機，額定效率〃N=85.3%，電樞回路的總電阻(包括電刷接觸電

阻)。，并勵回路電阻。今欲使起動電流限制為額定電流的倍，試求起動變

Ra=0.2R/=44C1.5

阻器電阻應(yīng)為多少？若起動時不接起動電阻則起動電流為額定電流的多少倍？

一臺并勵電動機，N

2.63PN=5.5kW,UN=110V./=58A，nN=1470r/min.

。，(包括電刷接觸電阻)。在額定負載時突然在電樞回路中串入。電阻，

R(=138Ra=0.15Q0.5

若不計電樞回路中的電感和略去電樞反應(yīng)的影響，試計算此瞬間的卜.列項目：

(1)電樞反電動勢；

(2)電樞電流；

(3)電磁轉(zhuǎn)矩；

(4)若總制動轉(zhuǎn)矩不變，求達到穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)速。

⑴//=±=*=攜=0.797(A)

=58-0.797=57.2(A)

在電樞串入電阻的瞬間，①和n不變,

EN=UN-IaNR,=110-57.2x0.15=101.42(V)

：?電動勢不變，￡'=1(M.42(V)

?；//不變，，①不變，由于慣性，n不變(加講串電阻調(diào)速過程)

⑵/〃/=端翳=132(A)

⑶手=景吾H%Tem=9.55C￡O/a

或者：???CE①不變

金版

T'em=9.55C/DZa=9.55?/；=9.55xx13.2=8.7(N?m)

(4)?.?總制動轉(zhuǎn)矩不變，不變。

/.電樞電流不變

Ia=57.2(A)

E=U-4(小+&)=110-57.2x(0.15+0.5)=72.82(V)

???整=.=爵=1470x^=1055.5%)

2.64并勵電動機的=96AW，UN=440V，IN=2554,/加=54,=500r/min。

已知電樞電阻為0.078Q，試求：

(1)電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩；

(2)在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩；

(3)電機的空載轉(zhuǎn)速；

(4)在總制動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當電樞回路串入0.1Q電阻后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.

解：⑴凡=含=號翳=1833.5(Mm)

(2)

EUN=U_I?Ra=440-250x0.078=420.5")

r_QEaJaN_420.5x250x60=2007.74(Nm)

em—CR,O.N-2;rx500

0=255—5=250(A)

Q

⑶①=-o.841=523.2%n)

空載轉(zhuǎn)速%=懸=嚅1=523.2(%而)

(4)總制動轉(zhuǎn)矩不變，不變，/8=/°N=250A

EX=UN-IJR,+R)=440-250x0.178=395.5V

,%=管與=mx500=470.3%n)

2.65i臺并勵電動機，PN=1.2kw.UN=110V.nN=900r/min.r/N=85%.

Ru=0.08Q(包括電刷接觸電阻)，/刊=2A。若總制動轉(zhuǎn)矩不變，在電樞回路串入一電阻使轉(zhuǎn)速降

低到450r/min，試求串入電阻的數(shù)值、輸出功率和效率(假設(shè)p。oc九)。

解：a=缶==77(A)

EaN=UN-IaN7?u=110-(77-2)x0.08=1047

⑴C①=*=端=01156&=C"'=『*(&+&)即

0.1156X450=110-75X(0.08+R,)求解得R,=0.6933。

2.66串勵電動機U”=220V,IN=40A，n,v=100(k/min，電樞回路各繞組電阻=0.5Q，

一對電刷接觸壓降2AU&=2丫。若制動總轉(zhuǎn)矩為額定值，外施電壓減到150V,試求此時電樞電流/“及

轉(zhuǎn)速”(假設(shè)電機不飽和)。

解：(1):?是串勵：.1?=1f又?.?總制動轉(zhuǎn)矩保持為額定值

&=&&=■①I,=JkJ：Crkf為常數(shù)，

???—0(A)

(2)EN=UN-INra-2\Uh=220-40x0.5-2=198(V)

￡'=(/'-/a-2A=150-40x0.5-2=128(V)

去=3一(條件不變)否則：冬=華

Ln"EIan

〃="N旨=1000x]1f=646.5(%n)

2.67某串勵電動機，PN=14.7ZW，UN=220V，IN=78.5A，nN=585/7min，

/??=0.26Q(包括電刷接觸電阻)，欲在負載制動轉(zhuǎn)矩不變條件卜把轉(zhuǎn)速降到350/7min，需串入多

大電阻？

解:E=U-INRa=220-78.5x0.26=199.59(V)

?.?總制動轉(zhuǎn)矩不變，不變，，①不變

.E_CE^n_n

??E品①〃n

：.￡'=￡^=199.59x^=119.41(V)

R°=噎一R=嗎臀-0.26=1.021(C)

szi(la/O.D''

2.68已知他勵直流電動機PN=12AW，UN=220V-1~=624，nN=1340r/min.

&=0.25Q，試求：

(i)拖動額定負載在電動機狀態(tài)下運行時，采用電源反接制動，允許的最大制動力矩為27；，那

么此時應(yīng)串入的制動電阻為多大？

(2)電源反接后轉(zhuǎn)速下降到0.2〃w時，再切換到能耗制動，使其準確停車。當允許的最大力矩也為

2TN時，應(yīng)串入的制動電阻為多大？

2.69?臺并勵電動機，PN=\QkW，UN=220V-nN=1500r/min.r/N=84.5%.

/w=1.178A，R“=0.354。，試求下列制動方式制動時，進入制動狀態(tài)瞬間的電樞回路的損耗和

電磁制動轉(zhuǎn)矩。

(1)電動機在恒轉(zhuǎn)矩負載在額定狀態(tài)下運行時，電樞網(wǎng)路串電阻使轉(zhuǎn)速下降到n=200/min時穩(wěn)

定運行，然后采用反接制動：

(2)采用能耗制動,制動前的運行狀態(tài)同(1)；

(3)電動機帶位能性負載作回饋制動運行，當”=2000/7min時。

第三章變壓器

3.1變壓器有哪兒個主要部件？各部件的功能是什么？

變壓器的主要部件：

鐵心:磁路,包括芯柱和鐵舸兩部分

繞組：電路

油箱:加強散熱，提高絕緣強度

套管:使高壓引線和接地的油箱絕緣

3.2變壓器鐵心的作用是什么？為什么要用厚0.35mm、表面涂絕緣漆的硅鋼片制造鐵心？

變壓器鐵心的作用是磁路.鐵心中交變的磁通會在鐵心中引起鐵耗,用涂絕緣漆的薄硅鋼片疊成鐵心,

可以大大減小鐵耗.

3.3為什么變壓器的鐵心和繞組通常浸在變壓器油中？

因變壓器油絕緣性質(zhì)比空氣好，所以將鐵心和繞組浸在變壓器油中可加強散熱和提高絕緣強度.

3.4變壓器有哪些主要額定值？詼、二次側(cè)額定電壓的含義是什么？

額定值1\N」2N，U、NU2N5N,FN

U|N：?次繞組端子間電壓保證值

U2N:空載時，一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)測量得到的電壓

3.5變壓器中主磁通與漏磁通的作用有什么不同？在等效電路中是怎樣反映它們的作用的？

主磁通:同時交鏈次，二次繞組，但是能量從一次側(cè)傳遞到二側(cè)的媒介，使/z==A，實現(xiàn)變

壓功能

漏磁通:只交鏈自身繞組，作用是在繞組電路中產(chǎn)生電壓降，負載時影響主磁通，E］和二次電壓I/2的變化,

以及限制二次繞組短路時短路電流的大小，在等效電路中用Z,“反應(yīng)磁通的作用，用為5,反應(yīng)漏磁通

的作用

3.6電抗X］。、X*、X,“的物理概念如何？它們的數(shù)據(jù)在空載試驗、短路試驗及正常負載運行時是否

相等？為什么定量計算可認為Z*和Zm是不變的？Z；的大小對變壓器的運行性能有什么影響？在

類變壓器Z；的范圍如何？

再J:對應(yīng)一次繞組的漏磁通，磁路的磁組很大，因此再s很小，因為空氣的磁導率為常數(shù)，，入方為常數(shù)

X*=叫短路電抗

:對應(yīng)于主磁通，主磁通所走的磁路是閉合鐵心，其磁阻很小，而電抗與磁阻成反比,因此茗”很大.另外，鐵

心的磁導率不是常數(shù)，它隨磁通密度的增加而變小，磁阻與磁導率成反比,所以勵磁電抗和鐵心磁導率成正比

由于短路時電壓低，主磁通小，而負載試驗時加額定電壓，主磁通大，所以短路試驗時％，”比空載試驗時

的工大.正常負載運行時加額定電壓，所以主磁通和空載試驗時基本相同，即負載運行時的勵磁電抗與空載

試驗時基本相等，xls,xk在空載試驗，斷路試驗和負載運行時，數(shù)值相等,

*叫短路阻抗ZK=/?K+JXK=（與+&）+，（玉f+Zs）是常數(shù)???不變（&&隨溫度變

化）

Z,”牛=爺號=用（見背面）

*0VZ/QN,Km

3.7為了得到正弦感應(yīng)電動勢，當鐵心不飽和與飽和時，空載電流應(yīng)各呈何種波形？為什么？

鐵心不飽和時，空載電流①與成正比，如感應(yīng)電勢成正弦，則①也為正弦變化，，《也為正弦

鐵心飽和時：%為尖頂波，見《23圖3.8

3.8試說明磁動勢平衡的概念極其在分析變壓器中的作用？

一次電流4產(chǎn)生的磁動勢E和二次電流乙產(chǎn)生的磁動勢E共同作用在磁路上，等于磁通乘磁組，即

E+E=SKM

其中a是考慮鐵心的磁滯和渦流損耗時磁動勢超前磁通的?個小角度，實際鐵心的很小，而

R,nao,則E+E=o，即M=一￡這就叫磁動勢平衡,即一二次磁動勢相量的大小相等，方向相

反，二次電流增大時,一次電流隨之增大.

當僅考慮數(shù)量關(guān)系時，有NJ】=N2I2即M=，2或人=?

利用磁動勢平衡的概念來定性分析變壓器運行時，可立即得出結(jié)論，一，二次電流之比和他們的匝數(shù)成反比.

3.9為什么變壓器的空載損耗可以近似地看成是鐵耗，短路損耗可以近似地看成是銅耗？負載時變壓器

真正的鐵耗和銅耗與空載損耗和短路損耗有無差別，為什么？

解：.??空載損耗玲=%空載時/（）很小，

加/：均可忽略P0~PFe

PkPcu???《+?短路試驗時外施電壓力很小，

...①很小，/（,很小.??鐵耗很小，可忽略鐵耗，Pk-PCU

負載時匕：與空載時無差別，這是因為當f不變時，尸%8①2OCE?XU?負載與空載

時一次繞組側(cè)施加的電壓基本不變，...七基本不變，則不變損耗，嚴格說，空載時，漏抗壓降大,磁密

略低，鐵耗略少些

Pcll：如果是同一電流，則無差別。如果考慮到短路損耗包含少量的鐵耗的話，負我真正的銅耗比短路時側(cè)

略小。

3.10變壓器的其它條件不變，僅將一、二次繞組匝數(shù)變化±10%,對X1b，X,”的影響怎樣？如果

僅將外施電壓變化±10%,其影響怎樣？如果僅將頻率變化±10%,其影響又怎樣？

解：①一，二次繞組匝數(shù)變比±10%。

：如N]=N[+io%=i.1再6=一漏磁路的漏磁導，為常數(shù)

r2C

再6=1.1%5=1.21%],即X],增加21%

如N；=N1-IO%=O.9N]則％5=0.92再6=0.811%》即再,減少19%,二次繞組匝數(shù)變化對

無影響

Xm：七“=24九“=2乃加;A,“=24力V：華N1增加,/（）減少，U增大Xm<-19%0

②外施電壓變比±10%,%"不變,

U-Et由磁化曲線知，4比①,“變化快.?.①ocUUTJXmt

③115：X\s=2兀fN；N\s為漏磁路的漏磁導,A"為常數(shù)

/變化±10%,再j變化士10%。

Xm：Xm除與f成正比外，還與“用成正比

...￡=4.44.例①：,f變化±10%,E不變

①變化土10%,

如f增加10%,則①減小10%,UFe增大，...Xm的增加大于10%.

/減小10%,則①增加10%,“反減小，“的減小于10%。

3.II分析變壓器有哪幾種方法？它們之間有無聯(lián)系？為什么？

解：分析變壓器有三種方法：基本方程式，等效電路和相量圖，三者有聯(lián)系，他們的物理本質(zhì)是?樣，都

反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，在進行定量計算時，宜采用等效電路和方程式，定性的給各物理量

間關(guān)系時，可用相量圖。

3.12一臺變壓器，原設(shè)計的額定頻率為50Hz,現(xiàn)將它接到60Hz的電網(wǎng)上運行，額定電壓不變，試問對

勵磁電流、鐵耗、漏抗、電壓變化率等有何影響？

解：f也50Hz變?yōu)?0Hz,額定電壓不變。

①U產(chǎn)g=4.44/N1①,"f變?yōu)樵瓉淼腎,則①,”變?yōu)樵瓉淼膖

.,.勵磁電流減小，即/()/()為原來的焉

②外0=%G)%B=L21.6

雖然頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，但頻率的1.6次方與鐵耗成正比

但①,”減小I倍，.IB,“減小1倍，但Bm的平方與PFe成正比

最終仍是鐵耗減小，即9eJ

③勵磁電抗X,"=2乃力=2〃力V；牛f?,飽和程度降低，4T/.xmT

④漏電抗：Xis=2不力V：A]jA"為漏磁路磁導可認為是常數(shù)

再》隨頻率增大而增大。

⑤電壓變化率At/%="R；cos</)-,+x；sin圾)：x：T,二AU增大

3.13臺額定頻率為50Hz的電力變壓器，接到頻率為60Hz、電壓為額定電壓5/6倍的電網(wǎng)上運行，問

此時變壓器的空載電流、勵磁電抗、漏電抗及鐵耗等將如何變化？為什么？

解：原來QM=4.44力^中,,“現(xiàn)在V0山=4?44、今加1中,“2

???①小誓叫與3.12一樣

5.

如改為60Hz電力變壓器，接到50Hz電網(wǎng)上，電壓為石倍，則現(xiàn)在VGN=4-44XVHV|R“2

①，，“=中”2

(1)..?磁通未變不變

(2)V①不變...飽和程度不變虱Fe不變故x,“<xf：.Xm減小為原來的石倍

￡5.

(3)0cJ再S也減小為原來的6倍，副方電抗％2s也一樣，

產(chǎn)不變七隨/的減小而減小。

d/3=131.6Bin

3.14在變壓器高壓方和低壓方分別加額定電壓進行空載試驗，所測得的鐵耗是否一樣？計算出來的勵磁

阻抗有何差別？

在高壓方和低壓方做空載試驗，只要都加額定電壓，由于〃IN=女〃2可這兩種情況下主磁通是相等的：

原因是

中“"=隔①，"2=最7=WM=zSk=①，"1二鐵損耗相等

在高壓方做：Z,“|=￡U］為電壓，為在高壓側(cè)測得的空載電流。

在低壓方做：的為低壓方做空載試驗時所測得的電壓，電流。

，,2=u2/02

?.?無論在高壓做還是低壓做磁通不變，相同

...電壓之比等于匝數(shù)之比，即。1=左〃2

又..?磁通相等，...兩種情況磁勢相同，...NJOI=N2/O2

2

?/_I./-—￡LZ?2.—Ki-1—Kk

??/oT3>-z?2-u2;OI-1-

3.15在分析變壓器時，為何要進行折算？折算的條件是什么？如何進行具體折算？若用標么值時是否還

需要折算？

(1廣.,變壓器一，二次繞組無直接電聯(lián)系，且一，：次繞組匝數(shù)不等，用設(shè)有經(jīng)過折算的基本解公司無法

畫出等效電路，.?.要折算。

如果將二次繞組折算到一次側(cè)，因為二次繞組通過其磁動勢對一起繞組起作用，，只要保持不

(2)F2F2

變，就不會影響一次繞組的各個量

()具體方法是將二次繞組的匝數(shù)折合到與一次繞組相同的質(zhì)數(shù)，即，

3E=NJ2=NJ24=%

E2=kE2,U2=kU2

2

R2-k"R2,x2a=kx2aRL=k'RL,XL=kXL

(4)若用標么值時不需要折算，因為用標么值表示時折算前后數(shù)值相等例/；=代=a=a=1；

3.16?臺單相變壓器，各物理量的正方向如圖3.1所示，試求：

(1)寫出電動勢和磁動勢平衡方程式；

(2)繪出COS°?=1時的相量圖。

(1)Ut=E,+Els+IiRlU2=E2+E2S+i2R2

匕乂+八乂=①“凡匝=要注意方向，如與圖中相反，則為：

N/o(A/,7V,-i2N2=Nj0)

令，x

A='oZ,"Exs=ji\XxsE2S=jI22S

力(沒有"一"號)(沒有“一”號)

E2=j4.44vgmE=J4.44/7Vld)m

內(nèi)+X

“=E+/,U2—E2+i2R2+ji22aL+〃2=，o

￡=kEt=/0Z,?U2=-I2ZL

(2)COS3=1時相量圖

3.17如何確定聯(lián)接組？試說明為什么三相變壓器組不能采用Yy聯(lián)接組，而三相心式變壓器又可以呢？

為什么三相變壓器中常希望一次側(cè)或者二次側(cè)有一方的三相繞組接成三角形聯(lián)接？

3.18-臺Yd聯(lián)接的三相變壓器，一次側(cè)加額定電壓空載運行。此時將二次側(cè)的三角形打開一角測量開

口處的電壓，再將三角形閉合測量電流，試問當此三相變壓器是三相變壓器組或三相心式變壓

器時，所測得的數(shù)值有無不同？為什么？

3.19有一臺Yd聯(lián)接的三相變壓器，一次側(cè)(高壓方)加上對稱正弦電壓，試分析：

(1)一次側(cè)電流中有無3次諧波？

(2)二次側(cè)相電流和線電流中有無3次諧波？

(3)主磁通中有無3次諧波？

(4)一次側(cè)相電壓和線電壓中有無3次諧波？

(5)二次側(cè)相電壓和線電壓中有無3次諧波？

3.20并