第八章电力拖动系统动力学基础
内容提要
研究电力拖动系统动力学的目的是为介绍电力花动的机械特性与过渡过程等内容准备必要的理论基拙。第一节及第二节分析运动方程式，对方程式中各参数(力、转拒、质量和飞轮惯量等)的折算方法进行分析研究;第三节介绍了电动机和工作机构!'}速比可变系统
的有关问题;第四节中讨论考虑传动机构损耗的简化折算方法与较准确的折其方法;最后，在第五节中将介绍几种典型生产机械的负载转矩特性。
第一节电力拖动系统的运动方程式
“拖动”就是应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产任务。而用各种电动机作为原动机的拖动方式称为“电力拖动”。
一般情况下，电力拖动装置可分为电动机、工
作机构、控制设备及电源四个组成部分，如图8-1
所示。电动机把电能转换成机械动力，用以拖动生
产机械的某一工作机构。工作机构是生产机械为执
行某一任务的机械部分。控制设备是由各种控制电
机、电器、自动化元件及工业控制计算机等组成
的，用以控制电动机的运动，从而对工作机构的运动实现自动控制。为了向电动机及一些电气控制设备供电，在电力拖动系统中必须设有电源部分。
需要指出的是，在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而是在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。
下面研究电力拖动系统中电动机带动负载的力学问题。
一、运动方程式
电动机在电力拖动系统中作直线运动(如直线电动机)或旋转运动时，由力学定律可知，必须遵循下列两个基本的运动方程式:
对于直线运动，方程式为
式中F—拖动力(N);
—阻力(N);
惯性力如果质量m的单位为kg，速度v的单位为m/s，时间t的单位为S，则惯性力的单位F .相同，为N。
与直线运动时相似，旋转运动的方程式为
式中 T 电动机产生的拖动转矩 T 阻转矩(或称负载转矩)
d
惯性转矩(或称加速转矩)。 转动惯量J 可用下式表示:
kg·
m 2 式中m 与G 旋转部分的质量(kg)与重量(N);
ρ与D 惯性半径与惯性直径(m};
g 重力加速度，g=9. 81 m/s
这样，由式(8-3)可见，转动惯量J 的单位为kg·m 2
运动方程式(8一2)的形式不够实用，在实际计算中常把它化为另一种形式。 在式(8-2)中，如将角速度 (rail/s)化成用每分钟转数n ( r/m in)表示的形式 Ω=2πn /60
并把式(8一3)代入，即得式(8一2)的实用形式:
式中 飞轮惯量
，。
必须指出，式(8一4)中的数字375是具有加速度量纲的，式(8一4)中各物理量在前 述的指定单位时此式才成立。
电动机电枢(或转子)及其他转动部件的飞轮惯量的数值可由相应的产品目录中
查到，但是其单位目前有时仍然用，表示。.为了转化成国际单位制，可将查到的数
据
乘以9. 81，就可换算成
的单位。
电动机的工作状态可由运动方程式表示出来。分析式(g.}}可知: ①T =T z , =0,则n =0或n =常数，稳定状态，即电动机静止或等速旋转，电力拖动系 统处于稳定运转状态下。 ②T >T z , >0 ，电力拖动系统处于加速状态，即处于过渡过程中。 ③T d T T J d z t Ω -=g GD m J 422 = =ρdt dn dt dn dt dn 二、运动方程式中转矩的正负符号分析 应用运动方程式，通常以电动机轴为研究对象。由于电动机类型及运转状态的不同， 及生产机械负载类型的不同，电动机轴上的拖动转矩T 及阻转矩T 不仅大小不同，方 向也是变化的。因此，运动方程式可写成下列一般形式: (8一5) 式（8一5)中转矩T 与 T 前均带有正负符号，一般可作如下规定: 如果预先规定某一旋转方向(如顺时针方向)为正方向，则转矩T 的方向如果与所规 定的正方向相同，式(8一5)中T 前带正号，相反时带负号。而阻转矩 ± 在式(8-5)中 己带有总的负号，因此其正负号的规定恰恰与转矩T 的规定相反，即阻转矩T z 的方向如果与所规定的旋转正方向相同时，T z 前取负号，相反时则取正号。 而在反转方向(如逆时针方向)，则转矩T 如果与反转的方向相同时取负号，相反时则取正号;阻转矩双如果与反转的方向相同时取正号，相反时则取负号。 上面的规定也可归纳为:转矩T 正向取正，反向取负;阻转矩T z 正向取负，反向取正。 加速转矩 的大小及正负符号由转矩T 及阻转矩T z 的代数和来决定。 三、各种形状旋转体转动惯量的计算 通常，电动机转子以及生产机械的旋转部件大多数都是圆往体，但是，也有非圆柱体的部件。特别是近年来随着制造业自动化程度的提高，焊接、喷涂、 装配和上下料等各种类型的机器人越来越广泛地应用于生产第一线。这一类生产机械的转动惯量是机器人控制系统中极其重要的参数。 图8-2之所示的是一个典型的3自由度机械臂的示意图。可 以看到，对于第一个自由度的驱动电动机 而言，它的转动 部件包括后面几节机械臂后，就不再是圆柱体了，它的转动惯 量随着后面几个自由度的驱动电动机 输出角度的变化 而变化。旋转体的转动惯量是机器人动力学系统数学模型中的 重要参数，如果对这个参数的计算不准确，误差过大，则会导 致机器人控制系统的性能降低，甚至导致控制系统不稳定。 因此，我们有必要计算出各种形状旋转体的转动惯量。计 算旋转物体的转动惯量分两种情况，一种是旋转轴通过该物体 的重心;另一种是旋转轴不通过该物体的重心。 (1旋转轴通过该物体的重心时，转动惯量可以按以下公式计算: 式中—该物体某个组成部分的质量; —该部分 的重心到旋转轴的距离。 对质量连续分布的物体用相应的定积分计算: t n GD T T z d d 375)(2= ±-±i i k i m r J ??=∑=21 J =∫v r 2dm (2)旋转轴为不通过该物体重心的任意轴时，该旋转物体的转动惯量是它围绕着不通过其重心的任意转轴旋转的转动惯量与它围绕穿过自身重心且平行于该任意轴线旋转的转动惯量 J 之和。 如图8一3所示的一个旋转物体，它围绕某个不通过其重心的任意转轴旋转的转动惯量为 mL 它围绕穿过自身重心且平行于一该任意轴的转轴旋转的转动惯量为 J 。 这时，该物体总的转动惯量为 ? J =J '+Ml 2 式中m —该物体的质量; L —两个平行转轴之间的距离。 根据以上方法，可以推导出几种常见的旋转物体转动惯量的计算方法如下: (l)以 ρ为半径，以0为旋转轴线，质量为二的旋转小球(小球自身的半径与p 相比充分小)的转动惯量为(参见图8_4 J=m ρ2 (2)以为外径，以 为内径，以圆环柱体自身的中轴线0为旋转轴线，质量为。 的 圆环体的转动惯量为(参见图8一5) (3)以 为半径，以圆柱体自身的中轴线o 为旋转轴线，质量为。的圆柱体的转动惯量为(参 见图8石) ) (2 2 221ρ+ρ=m J (4)长度为L 宽度为d ，质量为m 的长方体(参见图8-7) , 以垂直穿越其两个侧面 (平行于另外4个侧面)并且通过其自身重心的轴线O 为旋转轴线，其转动惯量为 如果宽度d 与长度L 相比充分小，即d< (5)长方体的质量为。，以O 为旋转轴线(参见图8一8)的转动惯量为 <6)圆锥体的质量为。，围绕自身中轴线旋转，如图乐9所示，其转动惯量为 7)圆柱体〔圆杆)，转轴垂直于圆杆的轴线且穿过它的重心，如图}r}所示，则其转 动惯量为 (8)圆柱体(圆杆)，转轴垂直于圆杆的轴线且距离圆杆一端的距离为d ，如图8-11所 示，则其转动惯量为 22 ρ =m J ) (12 2 2d L m J +=) (3 212221ρρ+ρ+ρ=m J 212 L m J =23.0mr J =) 3(12 22r L m J +=) 121234(12 222d dL r L m J +++= 当d=0时.即转轴紧靠圆杆一端.则有 而当r< 当d=O且r< 在计算出旋转部件的转动惯量以后，可以代人式(8-3)中换算成飞轮惯量GD2 (GD2=4gJ)。 [例8 -1] 有一个环形飞轮，由一个长方体支架，如图S-1所示。它的内环直径为 D.s m 外环直径为1.Z rn ,圆环体质量为60 kg，长方体的质量为25 }g，求出它的飞轮惯量 圆环体转动惯量 长方体转动惯量 总的转动惯量 总的飞轮惯量 第二节工作机构转矩、力、飞轮惯量和质量的折算 实际拖动系统的轴常常不止一根，如图$-13a所示，图中采用4根轴，将电动机角速度变成符合工作机构需要的角速度在不同的轴上各有其本身的转动惯量及转速;也有相应的反映电动机拖动的转矩及反映工作机构工作的阻转矩。这种系统显然比一根轴的系统要复杂，计算起来也较为困难。 要全面研究这个系统的问题，必须对每根轴列出其相应的运动方程式，还要列出各轴间互相联系的方程式，最后把这些方程式联系起来，才能全面地研究系统的运动。用这种方法研究是比较复杂的。就电力拖动系统而言，一般不须详细研究每根轴的问题，通常只要把电动机轴作为研究对象即可。 为此，我们引入折算的概念，把实际的拖动系统等效为单轴系统，折算的原则是保持两 个系统传送的功率及储存的动能相同。这样，只要研究一根轴，如图8-13 }中所示的电动机 轴，即可解决整个拖动系统的问题，研究方法大为简化。 以电动机轴为折算对象，需要折算的参量为:工作机构转矩=a 系统巾各轴(除电动 机轴外)的转动惯量.}1, .J} , .}_。对于某些作直线运动的工作机构，还必须把进行直线运动 的质量rn:及运动所需克服的阻力F 二折算到电动机轴上去。 一、工作机构转矩 的析算 如图8-13a, b 所示，用电动机轴上的阻转矩T z 来反映工作机构轴上的转矩 的工作。 折算的原则是系统的传送功率不变，暂时先不考虑中间传动机构的损耗。 按传送功率不变的原则，应有如下的关系: 式中j —电动机轴与工作机构轴间的转速比 传动机构如系多级齿轮或带轮变速，且已知每级速比为 、 、 、…，则总的速比 j 应为各级速比的乘积 在一般设备上，.电动机多数是高转速的，而工作机构轴多数是低转速的，故j>> 1。在 有些设备上，如高速离心机等，电动机的转速比 工作机构轴的转速低，这时j<1。 二、工作机构直线作用力的折算 某些生产机械具有直线运动的工作机构，如 起重机的提升机构，其钢绳以力F z 吊质量为 的重物 ，以速度。:等速上升或下降，示意图 如图8-14所示。另外，如刨床工作台带动工件 前进，以某一切削速度进行切削，也是直线运动 机构的一例。无论是钢绳拉力或刨床切削力都将 在电动机轴上反映一个阻转矩爪，折算原则与上 z T 'z T 'z z z T T ΩΩ'=j T T T z z z z '=? ??? ??'=ΩΩz z n n j //==ΩΩ 321j j j j ??= 述相同，也是以传送功率不变，同样传动损耗暂不考虑。今以图8-13为例，介绍折算方法。 折算时根据传送功率不变，可写出如下关系: T z Ω=F z v z 把电动机角速度, Ω (rad/s)换算成以r/min 为单位，则Ω=2πn /60，上式变成 式中 F z —工作机构直线作用力(N); v z —重物提升速度(m/s); T z —力F z 折算为.电动机轴上的阻转矩(N.m); 9.55—单位换算系数， 三、传动机构与工作机构飞轮惯量的折算 在类似图8-lea 所示的多轴系统中，必须将传动机构各轴的转动惯量j1 ,j2、j3、…及 工作机构的转动惯量 折算到电动机轴上，用电动机轴上一个等效的转动惯量J(或飞轮惯 量 GD )来反映整个拖动系统转速不同的各轴的转动惯量(或飞轮惯量)的影响。各轴转 动惯量对运动过程的影响直接反映在各轴转动惯量所储存的动能上，因此折算必须以实际系 统与等效系统储存动能相等为原则。当各轴的角速度为 、, ，, ,, ,、一 时， 得到 下列关系: 把式(8一23)化成用飞轮惯量GD 2 }·rn)及转速n r/min 表示的形式，考虑到GD 2= 4gJ ，Ω=2πn /60，得 一般情况下，在系统总的飞轮惯量中，占最大比重的是电动机轴上的飞轮惯量，其次是 工作机构轴上的飞轮惯量的折算值，占比重较小的是传动机构各轴上的飞轮惯量的折算值。 四、工作机构直线运动质量的折算 以图8一14为例，提升或下放重物 ，在其质量中储存着动能。由于重物的直线运 动由电动机带动，是整个系统的一部分，因此必须把速度v z ;(m/s)的质量 (kg)折算到 电动 机轴上，用电动机轴上的一个转动惯量为 的转动体与之等效。折算的原则是转动惯量 中及质量 中储存的动能相等，即 n v F T z z z 55.9=z J 222212122 12121212132z z d J J J J J Ω++Ω+Ω+Ω=Ω 2 222211///? ?? ? ??ΩΩ++???? ??ΩΩ+???? ??ΩΩ+=z z d J J J J J ()()()22 2222212122///z z d n n GD n n GD n n GD GD GD ++++= z J 把z J 及m 代入上式并化简，得 式中， 36 通过以上四段分析，可以把多轴拖动系统(在系统中可包括旋转运动及直线运动部分) 折算成一个单轴拖动系统(参见图8一13b)。这样，仅用一个运动方程式即可研究实际多轴 系统的静态〔稳定状态)与动态(过渡过程)问题(均暂未考虑传动机构中的损耗)。 [例8-1] 刨床传动系统如图所示。若电动机M 的转速为n=420r/min ，其转子（或电枢） 的飞轮惯量 工作台重G 1=12050N ，工件重G 2=17650N 各齿轮齿数及飞轮惯量见表。齿轮8的节距t 8=25.13mm 。求刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量。 1） 旋转部分 = 2a GD 2 342122 5242 1223222 1 )/()/()/(z z z z GD GD z z GD GD GD +++++++2562342122 7 26) /()/()/(z z z z z z GD GD = +2782562342122 8)/()/()/()/(z z z z z z z z GD 2)20/55(81.910.2012.4(+++++22)30/64()20/55(60.1840.28++2 22) 30/78()30/64()20/55(50 .2420.41222 222m N 81.9m N )) 30/66()30/78()30/64()20/55(75 .63?=? (2)直线运动部分的飞轮惯量 齿轮8转速 工作台及工件直线运动速度v v =z 8t 8n 8=66×0.02513×12.5m/min=20.8m/min=0.347m/s 22 m N 5.110?=d GD 2 b GD ) /)(/)(/)(/(785634128z z z z z z z z n n =min /r 5.12min /r )30/66)(30/78)(30/64)(20/55(420== (3)刨床拖动系统在电动机轴上总的飞轮惯量 =++=2 222b a d GD GD GD GD 22m N 66.127m N )35.781.95.110(?=?++ 第三节电动机和工作机构间速比可变的系统 在前两节中介绍了电动机和工作机构间转矩、力、飞轮惯量和质量的折算方法。本节将 介绍电动机和工作机构间速比可变的系统。其典型的例子是工作机构作直线运动的生产机 械，在其系统的终端，具有速比(输出直线速度 v .和输人角速度 Ω之比)可变的变换机 构，例如曲柄、连杆机构等。 图8-16是曲柄机构运动的示意图。电机拖动半 径为犷的曲柄以角速度Ω运动，经变换机构转变为 工作机构 m 的直线运动。显然，直线速度。:的大小 和方向是变化的。 此时，工作机构的静阻力(图中为作用在活塞上 的压力)为 F 。反映在电动机轴上的阻转矩 T 决定 于如下的表达式: 与前两节不同的是此时的速比v z =ρΩ ,的大小是可变的。 由直线运动质量 ，在电动机轴上反映的加速(或动态)转矩 ，按照传送功率不变的 原则，应决定于 直线运动加速度 :应该用电动机的角加速度表示，而且考虑到，则 将式(8一28)代入式(8一27)，得 式(8一29)中 m z ρ2=J z 是由质量 在电动机轴上反映的转动惯量，其值是可变的。 将式(8-30)两边取导数，可得 =+=22212)(365n v G G GD b 2 222m N 35.7m N 420347.0)1765012050(365?=??+ρz z z z F v F T =Ω =dt d dt d dt dv z ρ ρΩ+Ω=dt d m dt d m dt dv m T z z z z az ρρ ρρΩ+Ω==2ρdt dv m v dt dv m T z z z z z az =Ω=dt dJ dt d m z z =ρρ 2 这样由式(8一29)，得 如果考虑到电动机与速比可变的变换机构之间还有速比不变的传动机构，则由式 (8—23)，可得折算到电动机轴上的全部加速(动态)转矩为 系统中折算到电动机轴上的总转动惯量J 为 式(8-34)中第一项和第二项为常数量，则 式（8一33)将具有如下形式: 如果在系统中，具有 ρ可变的变换机构，则 ρ的大小将与变换机构的位置 有关，也就是说，是它的转角的函数，或者是与该转角成比例的电动机转子的行程(角度) ?的函数。 因此折算到电动机轴上的阻转矩将与电动机转子的行程(角度)有关，由式(8-6 可知 在的表达式(8一36)中，转动惯量J 也是电动机转子行程(角度)的函数，即 在式(8一36)中，如果考虑 则式(8一6)中 将式(8-40)和式(8-41)代人式(8一36)，得 这样，对子电动机和工作机构间速比可变的系统，电动机轴上的运动方程式为 dt dJ dt d m z z 2/1=ρρdt dJ dt d J T a 2Ω+Ω=dt dJ dt d J J J T z z k i i i d a 2/12Ω+Ω????????+???? ??ΩΩ+=∑ =dt dJ dt dJ z = dt dJ dt d J T a 2Ω+Ω=dt d /?=Ω???d d dt d d d dt d ΩΩ=Ω=Ω???d dJ dt d d dJ dt dJ Ω ==??d dJ d d J T a 22 Ω+ΩΩ=dt dJ dt d J T T z 2Ω+Ω=-? ?d dJ d d J T T z 22Ω+ ΩΩ=-z k i i i d J J J J +???? ??ΩΩ+=∑ =12 / .显然，上述两式是电力拖动运动方程式的一般形式。对于所有部件速比不变的系统而 言，式(8-43)将变为 这就是第一节中的式(8一2)了。 下面以曲柄机构为例，说明上述运动方程式一般形式的应用。 图8-16是曲柄机i 运动的示意图·根据有关机械方面的教科书上的推导，由于曲柄半 径r 比连杆长度l 小得多，所以可令/r ，于是折算到曲柄轴的阻转矩可表示为 式中F z —作直线运动工作机构的静阻力。 设v z 为工作机构(滑块)的直线速度，Ω为曲柄的角速度，根据曲柄机构有关推导的结果， 令/r 得v z =r Ωsin α，则 式中ρ—曲柄轴与工作机构直线速度间的速比。 将代人式(8一45)，得 而折算到电动机轴的阻转矩T 为 式中j —电动机轴到曲柄轴间的角速度比 又因为电动机的行程角度 ? 所以式(8一48)可变为 设折算到电动机轴上的转动惯量可以表示为 式中J z =m ρ2=m ，将式(8一46)代人的表达式，得 J z =m 由此可得 应用式(8-42)，折算到电动机轴上的全部加速(动态)转矩为 而曲柄机构电动机轴上的运动方程式为 ' 'ρz z F T =αρsin 'r v z =Ω = α sin 'r F T z z =j r F T z z α sin = j r F T z z αsin =2 '??? ? ??j ρz k i i i d J J J J +??? ? ??ΩΩ+=∑=12 /()2 2 2/sin j j r ?()3 2/2sin j j mr d dJ d dJ z ???==()()32222212/2sin 2/sin /j j mr d d j j mr J J T k i i i d a ???Ω+ΩΩ????????+???? ??ΩΩ+=∑ =()()()3222221 2/2sin 2/sin //sin j j mr d d j j mr J J j j r F T k i i i d z ????Ω+ΩΩ??? ???? ?+ ??? ? ??ΩΩ+=-∑ = 第四节考虑传动机构损耗时的折算方法 上节中讨论工作机构转矩、力、飞轮惯量与质量的折算方法时，均未考虑传动机构中的 损耗，现介绍两种考虑传动机构中损耗的方法。 一、考虑传动机构损耗的简化方法 在图8-13a.b 中，工作机构转矩及力进行折算时，传动机构损耗的简化考虑方法可在折 算公式中引入传动效率η。。当传送功率时，效率η。的考虑方法因传送方向的不同而异。 」，工作机构转矩z T 的简化折算 现就工作机构转矩 折算的两种情况，分别讨论如下: (1)电动机工作在电动状态此时由电动机带动工作机构，功率由电动机向工作机构传 送，传动损耗由电动机承担，电动机发出的功率比生产机构消耗的功率大。按传送功率不变 的原则，应有如下关系: (2)电动机工作在发电制动状态此时由工作机构带动电动机，功率传送方向与电动状 态时相反，即由工作机构向电动机传送，传动损耗功率由工作机构承担，传送到电动机轴上 的功率较工作机构轴上的功率小。此时，可得到下列关系: 在式(8-55)及式(8一56)中。为传动机构总效率，在使用多级传动时，如各级效率为 ， 、…，则 。应为各级效率的乘积: 不同种类的传动机构，其效率是不同的。例如，每对齿轮(用滚动轴承)的满载效率 为0.975~0.985，'蜗轮蜗杆传动的满载效率为,0.5~0.7，这些数值可由机械工程手册上查 到。总传动效率是各级效率的乘积，其值较低。例如，车床的满载效率为0.7~0.8，刨床 为0.65~0.75。对于某一具体的生产机械，负载大小不同，效率也不同，往往空载效率比 满载效率低。粗略计算时，一般可以不考虑这个差别，用满载效率值来计算。 2，工作机构直线作用力的简化折算 以图8一14-为例，考虑传动损耗时简化的折算方法的原则与上述相同，传动损耗也用传 动效率表示，根据功率传送方向，也有两种情况: (l)电动机工作在电动状态此时电动机带动工作机构，使重物提升。 c z z z T T η/Ω'=Ωj T T T c z z c z z ηη'=??? ? ??ΩΩ'=c z z z T T ηΩ'=Ωc z z j T T η'= 321c c c c ηηηη??=c z z z v F T η= Ω 式中 η—提升传动效率。 (2)电动机工作在发电制动状态此时工作机构带动电动机，使重物下放。 式中 v 重物下放速度(m/s) ; c η—下放传动效率。 在提升与下放时传动损耗相等的条件下，下放传动效率r}e 与提升传动效率刀。之间有 下列关系: 式(8一59)可证明如下: 当重物下放时，功率由工作机构向电动机传送，传动损耗功率由工作机构承担。 提升与下放时的传动损耗功率相等，其值由下式表示: 当重物下放时，工作机构功率即为传动机构的输人功率P1,其计算公式为 工作机构功率p1克服传动损耗功率后，向电动机轴上传送机械功率p2，p2亦即为 传动机构的输出功率，有 由上式可见，当 <0.5时(这一情况出现在轻载或空钩提升或下放时)，p2为负值， 此时电动机轴上输人负的机械功率，即输出机械功率以克服部分传动损耗功率，电动机在轻 载或空钩下放时不能发电，仍为电动状态。工作机构的功率此时不足以克服传动机构的损耗 功率，而必须求电动机助其一臂之力，即损耗功率由工作机构与电动机共同承担。 由上式可得 由于传送惯性转矩(或加速转矩) 而引起的传动损耗在大多数情况下较 小， 因此在.简化折算方法时，通常忽略不计。在飞轮惯量和质量的折算公式中就不乘任何系数了。 二、考虑传动机构损耗的较准确方法 1.电力拖动系统处于稳定运转状态下 对于有些工作机构，其负载转矩是变化的，由于此时需要知道不同负载下的传动效率， 利用式(8一55)、式(8一56)、式(8-58)及式(8-58)来折算是困难的。如采用下列方法则 c z z z n v F T η55 .9=c z z z n v F T η'=55 .9??? ? ??-=-=?11c z z z z c z z v F v F v F P ηηc c η η12-=' 可比较准确地考虑传动机构中的损耗。 折算到电动机轴上的阻转矩T可表达为T z =T z0+ΔT式中T z0一一‘不考虑传动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩; ΔT—由于传动机构的摩擦所引起的附加转矩。ΔT可看作空载的摩擦转矩T0和由于传送T z0所引起的附加摩擦转矩ΔT0之和。ΔT0可近似地认为与T z0成正比，于是可得ΔT = T0+ΔT0ΔT0 =cT z0将式(8-61)代人式(8-60)，得T z =T z0(1+c)+T0若以提升或下放工作机构为例，则式(8一62)可用以计算提升时的T z而当下放时，式(8_60)中T z0。为负值，将式(8 -61)代人式T z =－T z0+ΔT，得下放时的T z，即?T z =－T z0(1－c)+T0要利用式(8-62)及式(8一63)进行计算，如T0为已知，则c的数值可通过额定传动效率η求得。由式(8-6l)可得式中—额定负载下传动机构的总摩擦附加转矩，其值为2.电力拖动系统处于加速运转状态下在这种情况下，附加摩擦转矩ΔT0不能认为与T z0成正比，因为此时传送通过传动机构，除了T z0，外，还有惯性转矩。惯性转矩从系统的一个区段传送到另一个区段时，要发生变化。在个别情况下，惯性转炬的数值可能较大。因此，在加速运转状态下，当计算附加摩擦转矩时，除了要考虑阻转矩外，还必须考虑从一个传动机构传送到另一个传动机构的惯性转矩。下面以图8-17所示的等效拖动系统代替真实的拖动系统。在等效拖动系统中，各阻转矩及惯性转矩均已折算到电动机转速(相当于未考虑传动机构损耗时的折算值)，因此系统中任一区段的角速度与角加速度分别等于电动机的角速度与角加速度。等效系统中传动机构的数目与真实系统中相等。当传动机构为。m时，则拖动系统由。m+1个部件组成，其中第一个部件包}N z N N z N T T T T T c0000-?=?=???? ??-=cN cN N z N T Tηη1Δ0 括电动机的电枢(或转子)、它的轴以及第一个传动机构的主动环节，而最后的第(m+1) 个部件则包括工作轴和最后第m 个传动机构的从动环节。 在此情况下，某一部件的转矩应为传送到紧邻着它的下一部件去的转矩和部件摩擦损耗 转矩之和，而摩擦损耗此时又附加了用以使部件加速应克服的一部分。 可以认为，每个部件的摩擦损耗均集中于传动机构中，并且每个部件(如第i 个部件) 的摩擦损耗转矩可表示为 ΔT i =T 0i +c i T i` 式中ΔT i —第i 个部件的总摩擦转矩; T 0i —第i 个部件的空载摩擦转矩; T i '--进人第i 个传动机构的转矩，它可表示.为 将式(8-67)代人式(8-66)得第i 个部件的损耗转矩为 传送到第(i 十1)个部件的转矩为 将式(8一68)代人式(8-69)，得 如果对图8-17的等效拖动系统中的所有部件[即从前述的第一个部件开始到最后第 (m+1)个部件]均采用类似的方法，就能得到传送到每个部件轴的转矩的表达式。 第一个部件的转矩为T 1 T 1=T 传送到第二个部件上的转矩 传送到第三个部件上的转矩 将式(8一72)代人式(8一73)，可得 用同样的方法，可得传送到第4个部件上的转矩 t J T T i i i d d Ω -='??? ??-+=t J T c T T i i i i i d d Δ0Ωi i i i T t J T T Δd d 1--=+Ω i i i i i i T t c J c T T 01 d d )1()1(----=+Ω 0111112d d )1()1(T t c J c T T -Ω ---=0222223d d )1()1(T t c J c T T -Ω ---=0220122112113)1(d d )1]()1([)1)(1(T c T t c J c J c c T T ----+----=Ω 03 3023201332221132114)1()1)(1(d d ) 1]()1()1)(1([)1)(1)(1(T c T c c T t c J c J c c J c c c T T ------Ω -+-+------= 传送到最后第（m＋1）个部件上的转矩为 工作轴的转矩为 式中J—工作机构的转动惯量(已折算到电动机轴上，但未考虑传动损耗时)。把式(8一76)代人式(8一77)并除以乘积（1-c1）（1-c2）（1-cm）后，可整理成如下的形式: 与下列电动机轴上的转矩式相比较，可得T1=T式中—考虑传动损耗时折算到电动机轴上的阻转矩; J—拖动系统在考虑传动损耗时折算到电动机轴上的等效转动惯量。在极个别的情况下，当c1=c2=c3=…=c m=c时，式(8-79)及式(8-80)将变为第五节生产机械的负载转矩特性在运动方程式中，阻转矩(或称负载转矩)与转速n的关系即为生产机械的负载转矩特性。)1()1)(1([)1()1)(1(2112111m m m c c c J c c c T T-------=+ t c J c c c J m m m d d)]1()1()1)(1(322Ω-++---+ m m m T c c T c c c T03023201)1()1()1()1)(1(--------- t J T T z m z d d10Ω-=+])1()1)(1()1)(1(1[210021021011m z m c c c T T c c T c T T---+++--+-- t c c c J c c J c J J m z d d])1()1)(1()1)(1(1[21213121Ω---++--+-+= t J T T z d dΩ=-)1()1)(1()1)(1(121002102101m z m z c c c T T c c T c T T---+++--+-= )1()1)(1()1)(1(121213121m z c c c J c c J c J J J---++--+-+= m z m z c T T c T c T T)1()1(10020201-+++-+-= m z c J c J c J J J)1()1(12321-++-+-+= 负载转矩T的大小和多种因素有关。以车床主轴为例，当车床切削工件时，主轴转矩与切削速度、切削量大小、工件直径、工件材料及刀具类型等都有密切关系。根据统计，大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为下列三种类型。一：恒转矩负载特性所谓恒转矩负载特性，就是指负载转矩T z与转速n.无关的特性，即当转速变化时，负载转矩爪保持常值。恒转矩负载特性多数是反抗性的，也有位能性的。反抗性恒转矩负载特性的特点是，恒转矩T z总是反对运动的方向。根据第八章第一节中对转矩T z正负符号的规定，当正转时，n为正，转矩T z为反向，应取正号，即为+T z;而反转时，n为负，转矩T z为正向，应变为一T z，如图8一l8所示。显然，反抗性恒转矩负载特性应画在第一与第三象限内。属于这类特性的负载有金属的压延机构、机床的平移机构等。位能性恒值负载转矩则与反抗性的特性不同.，它由拖动系统中某些具有位能的部件(如起重类型负载中的重物)造成，其特点是转矩T z具有固定的方向，不随转速方向改变而改变。如图8一19所示，不论重物提升(n为正)或下放(n为负)，负载转矩始终为反方向，即T z始终为正，特性画在第一与第四象限内，表示恒值特性的直线是连续的。由图8-19可见，提升时，转矩T z反对提升;下放时，T z却帮助下放，这是位能性负载的特点。二、通风机负载特性通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的二次方成正比，即T z=Kn2 式中K一比例常数。 通风机负载特性如图8一20所示。属于通风机负载的生产机械有离心式通风机、水泵、油泵等，其中空气、水、油等 介质对机器叶片的阻力基本上和转速的二次方成正比。 三、恒功率负载特性 一些机床，如车床，在粗加工时，切削量大，切削阻力 大，此时开低速;在精加工时，切削量小，切削力小，往往 开高速。因此，在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比，即 ?T =K/n z 式中K常.数; P—负载〔切削)功率(W) 可见，切削功率基本不变，负载转矩T与n的特性曲线呈现恒功率的性质，如图8一21 所示必须指出，实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩，因而实际通风机负载特性应为T z=T0+Kn2与上式相应的特性如图8一22所示。又如，机床刀架等机构在平移时，负载的性质基本上是反抗性恒转矩负载，但从静止状态起动及当转速还很低时，由于润滑油没有散开，静摩擦系数较动摩擦系数大，摩擦阻力较大。另外，当传动机构在旋转时，有一些油或风的阻力，通常带有通风机负载的性质，这导致在转速较高时负载转矩会略见增高，因此，机床平移机构的实际负载特性如图8一23所示。小结电力拖动系统主要研究电动机和生产机械之间的关系，具体表现在电磁转矩T与负载转矩双的关系上，用电力拖动运动方程式具体体现，即:一:二_}} _}}a7}t 把工作机构的转矩、力、飞轮惯量和质量折算到电动机轴上，电动机和生产机械就成为 第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 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？ 《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min /67.2412 *5.1*21450 321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.03800 3 212== = ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 2 2 222222 322212 2 2 2 12 2 1 22 2.55.425.0 3.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+ + + = （4） 电动机电磁转矩： M N j j j FD T T L .29.349 .0*9.0*9.0*2*5.1*22 /15.0*20002/3213213 212=== = ηηηηηη （5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 ! M N j j j FD T .252 *5.1*22 /15.0*20002/'3212=== 传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-= 加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752= - （b ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752= + （d ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- 《电机与拖动技术》课程标准 一、课程简介 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业主干课，是学习本专业其它专业课的重要基础。 《电机与拖动技术》在电力系统自动化专业的课程体系中具有承上启下和举足轻重的地位。先修课程包括高等数学、电工电子等。该课程是学生学习“电力系统继电保护原理”、“发电厂电气部分”、“电力系统自动化”、等专业主干课程和“电力系统课程设计”、“电力系统综合实验”等实践性教学环节的必备理论基础。 《电机与拖动技术》既具有较强的理论性，又具有很强的实践性，课程内容与电力系统生产运行过程密切相关，对于培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，全面提高自身素质具有特别重要的作用。。 二、课程性质与定位 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业的一门主干课，它又是本专业一门重要的必修专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握各类电机的工作原理、基本结构及运行特性，掌握直流和交流电力拖动系统的组成、起动、制动和调速的分析计算方法及必要的测试技能，从而能合理地使用电机以满足后续专业课对该方面知识的需要，同时也为学生在今后从事专业技术工作中，保证电机工作稳定、可靠和经济运行打下扎实基础。 《电机与拖动技术》是机械类和电气类专业的核心课程，在人才培养方案中起承上启下的作用，具有十分重要的地位，为后续专业课程的学习及班组技术革新打下良好的理论和专业技术基础。 前续课程：《高等数学》、《电工电子技术》、等课程。 后续课程《发电厂变电站电气部分》、《工厂供配电技术》、《电力系统继电保护》和毕业设计等课程。 三、课程设计思路 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 四、课程培养目标 1.总体目标 线路图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的原理、电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 2.知识目标 （1）通过学习，掌握常用交、直流电机、变压器的基本结构和工作原理 （2）掌握电力拖动系统的基本理论，计算方法 （3）掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。 （4）掌握一定的电磁计算方法，培养学生运算能力。 1.1.1 某铁心的截面积A=10cm 2，当铁心中的H=5A/cm ，Φ=0.001Wb,且可认为磁通在铁心内均匀分布，求铁心的磁感应强度B 和磁导率μ。 m H m H H B T T A B /002.0/105111010001 .024 =?===?=Φ= -μ 1.2.1求下述两种情况下的铸钢中的磁场强度和磁导率：（1）B=0.5T; （2）B=1.3T ，并比较饱和与不饱和两种情况谁的μ大。 （1）B=0.5T ：由磁化曲线查得H=4A/cm ， m H m H H B /00125.0/1045 .02 =?== μ （2）B=1.3T ：由磁化曲线查得H=16A/cm ， m H m H H B /0008125.0/10 163.12=?== μ 由于B=0.5T 时，磁路未饱和，B=1.3T 时，磁路已经饱和。所以磁路不饱和时μ大。 1.2.2 已知硅钢（含硅4%）的H=4A/cm ，铸铁的H=9A/cm 。求它们的B 和μ，并比较谁的导磁能力强。 （1）H=4A/cm 时，由磁化曲线查得B=1.1T ，且磁路已经饱和。 m H m H H B /00275.0/1041.12 =?== μ （2）H=9A/cm 时，由磁化曲线查得B=0.2T ，且磁路未饱和。 m H m H H B /000222.0/1092.02 =?== μ 所以硅钢的磁导率强。 1.3.1在图1.01所示恒定磁通磁路中，铁心的平均长度l =100cm ，铁心各处的截面积均为A=10cm 2，空气隙长度l 0=1cm 。当磁路中的磁通为0.0012Wb 时，铁心中磁场强度为6A/m 。试求铁心和空气隙部分的磁阻、磁位差和线圈的磁通势。 A A U U F A A l B l H U A A l H U H H A l R H H A l R H m H H B T T A B m mc m c mc m c c c mc c c c 10150)9550600(955010110 42 .160010061096.710 10104101105.010 10102.010100m /102.0/1062.12.110100012.0027 00 000c 1 614 720000 1 614 222 -2 4=+=+==???= = ==?==?=????==?=????==?=?===?=Φ=-------------πμπμμμ 图1.01 电机与拖动基础试题库及答案 《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、直流电动机的工作原理是把能转化为能。直流发电机的工作原理是把能转化为能。（直流电；机械；机械；直流电） 2、直流发电机的工作原理用定则判断感应电动势的方向。直流电动机的工作原理用定则判断电磁力的方向。（右手；左手） 3、并励直流发电机自励建压的条件是 _______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 4、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为 发电机状态。（E a 〈U；E a 〉U） 5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式。（叠绕组；波绕组） 6、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 7、电动势常数 C与转矩常数T C之间的关系为 e ______。（ C=9.55e C） T 二、选择题 1、电机的电流小于额定电流，称为（）运行。（1） （1）欠载（2）过载（3）额定 2、电机的电流大于额定电流，称为（）运行。（2） （1）欠载（2）过载（3）额定 3、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机。（3）（1）他励（2）并励（3）复励（4）串励 4、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 第一章 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== = η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距; ( 2 )求并联支路数。 解：（1）第一节距 54 242221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均感应电动势为10 V ,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少 解：当电枢绕组为单叠绕组时, 绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30, 换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件, 每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为 a E =29?10=290V ; 每一条支路的电阻为 Ω=?=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为 Ω=== 45.14 8 .54R R a 《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在 ( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果， 这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。 第二部分 直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（ ） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn <） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =7.5kW ，U N =110V ，I N =79.84A ，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =0.1014Ω，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0.8T N ，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？ 解：（1）0.068N a N e N N U R I C n -Φ== 1528/min N a a e N U R I n r C -==Φ （2）N T 不变时，em T 不变，即T N N T a C I C I Φ=Φ 93.930.85N N a N N N I I I A ΦΦ===ΦΦ 1738/min N a a e U R I n r C -==Φ （3）不计空载转矩时，em L T T =，故： 西南交10秋学期《电机与拖动II》离线作业答案 电机与拖动II第1次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共4道小题) 1. 在维修三相异步电动机定子绕组时，将每相绕组的匝数做了适当增加，气隙中的每极磁通将（） (A) 增加 (B) 减小 (C) 保持不变 (D) 不一定 正确答案：B 2. 三相合成旋转磁动势中的7次谐波，其在气隙中的转速是基波旋转磁势的转速的（）。 (A) 1/7倍 (B) 7倍 (C) 相等 正确答案：A 3. 三相交流电机的定子合成磁动势幅值计算公式的电流为（） (A) 每相电流的最大值 (B) 线电流 (C) 每相电流有效值 (D) 三相电流代数和 正确答案：C 4. 三相四极36槽交流绕组，若希望尽可能削弱5次磁动势谐波，绕组节距取（）。 (A) 7 (B) 8 (C) 9 (D) 10 正确答案：A 二、判断题(判断正误，共3道小题) 5. 在机械和工艺容许的条件下，异步电动机的气隙越小越好。 正确答案：说法正确 6. 异步电动机空载运行时功率因数很高。 正确答案：说法错误 7. 交流绕组的绕组系数总是小于1。 正确答案：说法正确 三、主观题(共4道小题) 8. 一个三相对称交流绕组，通以对称三相交流电时，会产生何种合成磁势？请写出其基波磁势幅值表达式。如果绕组有一相断线又将产生何种磁势？ 参考答案：答：圆形旋转磁势；；Y接断线产生脉振磁势，D接断线产生 椭圆旋转磁势。 9. 一台三相4极异步电动机，定子槽数为36，线圈节距为，试求其基波绕组系数。 参考答案：答：0.945 10. 为什么采用短矩和分布绕组能削弱谐波电势？为什么削弱5次谐波和7 次谐波电势，节距选多大比较合适？。 参考答案：答：从绕组系数公式可知，采用短矩和分布绕组 能削弱谐波电势，这是因为每槽电势随着谐波次数的增加，相邻槽的电势相位差增大倍，所以采用它们 可以削弱谐波电势。从知，要削弱5次和7次谐波电势，选y1＝比较合适， 此时，，，使它们削弱都比较大。 11. 总结交流发电机定子电枢绕组相电动势的频率、波形和大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？ 参考答案： 答：交流绕组感应电动势的频率与旋转磁场转速、电机极数有关；其波形与磁势波形、电机结构相关；其大小与频率、绕组匝数、磁场强弱有关。 电机与拖动II第2次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共3道小题) 1. 交流电机的定子、转子极对数要求（） (A) 不等 (B) 相等 (C) 可以相等，也可以不相等 正确答案：B 2. 笼型三相异步电动机额定状态下转速下降10％，则转子电流产生的旋转磁动势相对于定子的转速不变，相对于转子的转速（） (A) 上升约10％ (B) 下降约10％ (C) 不变 正确答案：A 3. 三相异步电动机电磁转矩的大小和（）成正比 (A) 电磁功率 (B) 输出功率 (C) 输入功率 电机与拖动基础 第一章电机的基本原理 (1) 第二章电力拖动系统的动力学基础 (6) 第三章直流电机原理 (12) 第四章直流电机拖动基础 (14) 第五章变压器 (29) 第六章交流电机的旋转磁场理论 (43) 第七章异步电机原理 (44) 第八章同步电机原理 (51) 第九章交流电机拖动基础 (61) 第十章电力拖动系统电动机的选择 (73) 第一章 电机的基本原理 1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。 答： 电与磁存在三个基本关系，分别是 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应 出电动势。感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 t ΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路 中磁通的变化。 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动， 这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。这种导体在 磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出 Blv e = 而感应电动势的方向由右手定则确定。 （3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体， 则会在载流导体上产生一个电磁力。载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关， 当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即 Bli F = 电磁力的方向可由左手定则确定。 1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁 阻），请列表说明。 答： 磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物 质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人 为造成的磁通闭合路径就称为磁路。而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电 电机与拖动试卷及参考答案 一、、填空题（每空1分，共30分） 1．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（阻力）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（动力）转矩。 2．接触器主要由（电磁机构）、（触点系统）、（灭弧装置）等三大部分组成。 3．空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构）、（触点系统）和（延时机构）三部份组成。若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180度）。 4、用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的（1/3）,所以对降低（起动电流）很有效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时（1/3），因此只适用于空载或轻载启动。 5．反接制动时，当电机转速接近于（0）时，应及时（切断电源），防止电机（反转）。 6、伺服电动机为了防止（反转）现象的发生，采用（增大转子电阻）的方法。 7、步进电动机是一种把（电脉冲）信号转换成（角位移或线位移）信号的控制电机。8．分磁环的作用是使（产生的合成吸力始终大于弹簧的反作用力），以消除（衔铁的振动和噪声）现象；三相交流电磁机构是否需要分磁环（不需要）。 9．单相异步电动机定子绕组中产生的磁场是（脉动磁场），可分解为（正向旋转磁场）和（反向旋转磁场）两部分。 10．熔断器又叫保险丝，用于电路的（短路）保护，使用时应（串）接在电路中。二、判断题（每小题1分，共10分）。 （×）1．一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均 可使用。 （×）2．三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。 （×）3．交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。 （×）4．转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。 （×）5．三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。 （×）6．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。（×）7．电流、电压互感器属于特殊变压器。电压互感器二次侧禁止开路，电流互感器二次侧禁止短路。 （√）8．三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。 （√）9．刀开关安装时，手柄要向上装。接线时，电源线接在上端，下端接用电器。（×）10．单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。 三、简述题（每小题5分，共15分） 1．直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？（5分） 《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。（E a〈U；E a〉U） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。 电机与拖动教案 【教案】 课程性质、任务和目的《电动与拖动》是电气工程及其自动化专业必修的专业基础课.它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科,又可以作为一门独立的技术应用课,直接为工农业生产服务.本课程的理论性与实践性都很强,通过本课程学习,使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理,独立分析电力拖动系统各种运行状态,掌握有关计算方法,合理地选择和使用电动机,为后续电气控制技术、自动控制系统等专业课打下坚实基础,为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼. 基本要求通过本课程的教学,应使学生达到下列要求: 掌握和理解变压器和电动机的基本方程式; 掌握他励直流电动机负载运行计算,调速性能计算,起制动电阻计算和他励直流电动机过渡过程计算,负载转矩折算,飞轮矩折算; 三相异步电动机机械特性实用公式计算调速电阻及制动电阻,三相异步电动机降压起动的计算与选择,三相绕线式异步电动机转子回路串电阻分级起动计算; 具有选择电力拖动系统电动机的型式、种类、电压、转速及额定功率,校核发热,起动能力与过载能力. 课时分配共64学时,安排在第二学年的第二学期.其中理论教学52学时,实践教学12学时. 先修课程电路原理、电子技术和电力电子技术教学内容、要求与安排绪论课程的性质及任务以及常用的几个基本定律直流电机 1.1 教学内容: 直流电机的工作原理和结构;直流电机电枢绕组;直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性;他励直流电动机的工作特性;串、复励直流电动机的机械特性;直流电动机换向. 1.2 教学重点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电 动机的机械特性 1.3 教学难点: 直流电机的励磁方式和空载磁场;他励直流电动机的机械特性直流电动机的电力拖动 2.1 教学内容: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速;串励及复励直流电动机的电力拖动. 2.2 教学重点: 电力拖动系统的动力学基础;他励直流电动机的起动、制动和调速; 2.3 教学难点: 他励直流电动机的起动、制动和调速; 变压器 3.1 教学内容: 变压器的用途、结构及额定数据;变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器参数测定;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行;自耦变压器. 3.2 教学重点: 变压器的空载运行、空载等值电路;变压器的负载运行、负载等值电路;标么值;变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;变压器并联运行. 3.3 教学难点: 变压器电压调整率及效率;变压器联接组别;标么值. 交流电机的绕组、电动势和磁通势 4.1 教学内容: 交流电机电枢绕组;交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.2 教学重点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 4.3 教学难点: 交流电机电枢绕组磁场;交流电机电枢绕组电势. 异步电动机 5.1 教学内容: 三相异步电动机的结构及额定数据;三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性;三相异步电动机的工作特性. 5.2 教学重点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 5.3 教学难点: 三相异步电动机工作原理及转差率;三相异步电动机的电磁关系及等值电路;三相异步电动机的功率关系;三相异步电动机的机械特性. 三相异步电动机的电力拖动 6.1 教学内容: 鼠笼式三相异步电动机的 电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性 学年度第一学期 自动化系《电机与电力拖动基础》期末考试试卷（） 年级专业自动化班级学号姓名 注：1、共120分钟，总分100分 2、此试卷适用自动化专业本科 一、选择题（每小题2分，共20分） 1．他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 2．直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2） （1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 3．他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（2） （1）I1 ①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 7．三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：② ①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。 8．三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：② ①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。 9．三相异步电动机的与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3） （1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。 10．一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1） （1）T em =T N ;(2) T em =0.81 T N ;(3) T em =0.9T N 。 二、填空题：（共20分） 1、（4分）他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem ） 2、（2分）三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。 （绕向；首末端标记；联结方式） 3.当s 在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩） 4.三相异步电动机根据转子结构不同可分为___ ____和__ _____两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机） 5.一台6极三相异步电动机接于50H Z 的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为_______r/min ，定子旋转磁势相对于转子的转速为_______r/min 。（950；50） 6. 对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩_______，最大转矩_______。（增大；不变） 7. 三相异步电动机的过载能力是指______。 (N m T T /) 8. 拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s 在_______范围内时，电动机都能稳定运行。 (m s 0) 9. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U 1应随f 1按_______规律调节。 (正比) 电机复习提纲 第一章： 一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗 磁路的基本定律: 安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁 通量 Φ乘以磁阻R m 磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。E=IR 磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律 穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零 （2）磁路的基尔霍夫电压定律 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数 和。 第二节 常用铁磁材料及其特性 一、铁磁材料 1、软磁材料：磁滞回线较窄。剩磁和矫顽力都小的材料。软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。 2、硬磁材料：磁滞回线较宽。剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。 二、铁心损耗 1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗 Ni HL 的能量。 2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。 3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。 第二章： 一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终 不变，即进行所谓的“换向”。 二、一台直流电机 作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能； 作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。 三、直流电机的主要结构（定子、转子） 定子的主要作用是产生磁场 转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势 要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙） 四、直流电机的铭牌数据 直流电机的额定值有： 1、额定功率P N(kW) 2、额定电压U N(V) 第1章 电磁学基础知识 1.1 简答题 1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ?-=、dt d e ψ-=、dt d N e Φ?-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？ 答：式dt d e ψ-=是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。 2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dt d N e Φ?=，试说明其原因。 3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？ 答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N ?I=φ?Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N ?I ）空芯>>（N ?I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。 4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？ 5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？ 6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？ 7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？ 8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？ 1.2 分析题 1. 变压器原理图如图所示，试回答： （1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势？ （2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。 答： （1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2电机与拖动基础试题及答案
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