第十六章 直流电机的运行原理
16-1试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系？ 答： 发电机 电动机
电动势平衡关系 Ea?U?IaRa Ea?U?IaRa 功率平衡关系
P1?P2??p P1?P2??p
转矩平衡关系 T1?Tem?T0 Tem?T2?T0
16-2.判断直流电机运行状态的依据是什么？何时为发电机状态？何时为电动机状态？ 答：由电动势平衡方程Ea?U?IaRa
当Ea>U为发电机运行状态，Ea 16-3 试述并激直流发电机的自激过程和自激条件？ 答：①有剩磁。当电机起动旋转时，电枢绕组切割主磁极下气隙中的剩磁磁场而感应一数值很小的剩磁电动势，由于励磁绕组与电枢绕组并联，因此就有一不大的励磁电流流过励磁绕组，产生一个不大的磁场，它也作用在气隙中。若它对原剩磁磁场起助磁作用，气隙磁场得以加强，致使电枢绕组感应电动势比原剩磁电动势增大，则励磁电流就进一步增大，其建立的磁场更进一步增强(即助磁作用进一步增强`)， 电枢电动势进一步提升,……，周而复始，经几个循环, 电枢绕组便建立起电压，因而②要求电枢转向及励磁绕组接线正确。为使建立一个定值电压，还需③主磁场具有饱和特性, 因磁路饱和后,励磁电流即使再增大, 主磁场因饱和而增加不大了, 所以电枢电动势就稳定在某一定值。这个稳定值的大小还取决于发电机励磁回路电阻的大小, 为保证要建立某一定值电压,还要求：④励磁回路电阻小于其临界值。 16-4在实际应用中，如果并激直流发电机不能自激建压，试分析可能产生的原因，怎样检查，应采取哪些措施？ 答：根据并激直流发电机建压的条件，首先检查励磁回路电阻是否在最小位置、然后检查励磁绕组和电枢绕组之间的接线是否正确。如果励磁回路电阻是不在最小位置，则应放在最小位置，如果励磁绕组和电枢绕组之间的接线不正确，调换励磁绕组两端头。 16-5并激直流发电机正转能自激，反转能否自激？为什么？如果反接励磁绕组，电机并以额定转速反转，这种情况能否自激建压？ 答：不能自激，由于反向旋转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，其产生的磁通方向与剩磁方向相反，将剩磁抵消。 能自激建压，电机反转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，由于反接励磁绕组，励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向相同，使磁通增大，感应电势越来越大，建立起电压。 16-6 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？ 答： 讨论他励和并励发电机 aaa 他励发电机：稍下倾曲线（端电压U随负载电流I增大稍有下降），原因有： U?E?IR①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁通减小，使电枢电动势②负载增加，电枢绕组电阻压降aa增大。 U 并励发电机：下倾曲线（端电压U随负载 电流增大下降幅度较他励发电机大），原因是： 除①、②两原因与他励发电机相同外，因并 UN Ea减小。 IR他 并 IN I If?励发电机的 URf, 因此由①、②原因引 起U减小，致使f减小（他励发电机f不变），磁通?减小，a进一步减小，致使端电压下降幅度较大。 16-7 并激直流电动机的起动电流取决于什么？正常工作时的电枢电流又决定于什么？ 答：起动时：n=0, IIEEa?Ce?n Ia? 起动电流大小取决于外加电压和电枢回路电阻。 正常工作时，由于反电动势Ea的作用，此时 U?EaU?RaRa Ia? 故工作时，电枢电流大小却取决于负载转矩的大小。 16-8并激直流电动机起动时，常把串接于激磁回路的磁场变阻器短接，为什么？若在起动时，激磁回路串入较大电阻，会产生什么现象？ 答：起动转矩 U?EaTT?em?2RaCT?CT? Tst?CT?Ist Tst??，欲使起动转矩Tst尽可能大，就要求磁通?（即励磁电流 起动电流一定时， IfIf?）尽可能大。而并励电动机， URfI（ Rf为励磁回路总电阻），故它常把励磁回路的 磁场变阻器短接，致使励磁回路电阻最小，励磁电流 If（即磁通?）达最大。 L若起动时在励磁回路串入较大电阻，使f、?减小，导致起动转矩很小，若此时st（负载转矩），电机就起动不起来，这样电枢电流剧增，直致烧毁电枢绕组。 16-9并激直流电动机在运行时励磁回路突然断线，问电机有剩磁的情况下会有什么时候后果？若在起动时就断线，又会出现什么后果？ T?T答：并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（ If=0），主磁通减小至剩 磁磁通值，断线瞬间，由于惯性，电机转速未变，则电枢电动势Ea?Ce?n大为减小，从 Ia?而电枢电流 U?EaRa急剧增大，电枢绕组有被烧毁的可能。 若电枢电流aa增大的速率大于主磁通减小的速率，电磁转距Tem?CT?Ia增大，若负载转矩不变，致使电机转速迅速升高。若发生在空载或轻载时，则转速剧增至飞逸速度，致使换向不良，换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身伤害事故。 若电枢电流 IIa增大速率小于主磁通减小速率，Tem就减小，若负载转矩TL不变，当 Ea?0, 则电枢电流很大。同时，由 Tem?TL, 转速下降, 甚至停转, 此时电枢电流仍很大, 同样可能会烧毁电枢绕组. 若起动时励磁回路断线, 这时n=0, 电枢电动势 于此时主磁通?很小（剩磁磁通），em就小，而不能起动，也导致电枢电流剧增。 可见，并励直流电动机励磁回路不容许开路，并应采取必要的保持措施。 T 16-10 一台并励直流发电机，励磁回路电阻 Rf?44?,负载电阻RL?4?，电枢回路电阻 Ra?0.25?，端电压U=220V。 试求：（1）励磁电流 If和负载电流I； （2）电枢电流Ia和电动势Ea（忽略电刷电阻压降）； （3）输出功率P2和电磁功率Pem。 If?解：①励磁电流 U220??5ARf44 I?负载电流 ②电枢电流 电枢电动势 U220??55ARL4 Ia?I?If?55?5?60AEa?U?IaRa?220?60?0.25?235V Pem?EaIa?235?60?14100W ③输出功率 P2?UI?220?55?12100W 电磁功率 或 16-11一台并励直流发电机，磁功率和电磁转矩？ 222Pem?P2?IaRa?I2R?12100?60?0.25?5?44?14100WffRa?0.0243?，一对电刷压降 PN?35kW,UN?115V,nN?1450r/min，电枢回路电阻 Rf?20.1?2?Ub?2V，励磁回路电阻 ，求额定时的电 If?解：励磁电流 U115??5.72ARf20.1 IN?负载电流 电枢电流 PN35000??304.3AUN115 Ia?IN?If?304.3?5.72?310AEa?UN?IaRa?2?Ub?115?310?0.0243?2?124.533V P?EaIa?124.533?310?38605.23W 电磁功率 em电枢电动势 Tem?9550电磁转矩 16-12 一台并励直流电动机， Pem38.605?9550??254.2NmnN1450 PN?17kW,UN?220V,nN?3000r/min,IN?88.9A，R?0.114?， 电枢回路总电阻a励磁回路电阻f，忽略电枢反应的影响，求： （1）电动机的额定输出转矩？ （2）额定负载时的电磁转矩； （3）额定负载时的效率； （4）在理想空载时（a）的转速； （5）当电枢回路中串入一电阻R=0.15Ω时，在额定转矩下的转速。 R?181.5?I?0TN?9550解： ①额定输出转矩 ②额定负载时电磁转矩： PN17?9550??54.1NmnN3000 If?励磁电流 电枢电流 UN220??1.21ARf181.5 Ia?IN?If?88.9?1.21?87.7ACe?N?TemNUN?IaRa220?87.7?0.114??0.07nN3000 ?CT?NIa?9.55Ce?NIa?9.55?0.07?87.7?58.63Nm ??③额定负载时效率 PNPN17000???0.869P1UNIN220?88.9 UN220??3143r/minC?0.07eN④ T⑤当电枢回路串入R?0.15?，在N时转速： n0?n?UN?Ia(Ra?R)220?87.7(0.114?0.15)??2812r/minCe?N0.07 16-13 一台并励直流电动机， UN?220V,IN?80A，额定运行时，电枢回路总电阻Ra?0.099?，励磁回路电阻 b，，附加损耗占额定功率1%，额定负载时的效率N，求：（1） 额定输入功率； （2）额定输出功率；（3）总损耗；（4）电枢回路铜损耗；（5）励磁回路铜损耗；（6）电刷接触电阻损耗；（7）附加损耗；（8）机械损耗和铁损耗之和。 Rf?110?2?U?2V?85%解： 1)输入功率 P1?UNIN?220?80?17.6kW P2?P1?N?17.6?0.85?14.96kW 2)输出功率 1?P2?17.6?14.96?2.64kW 3)总损耗 ?p?PIf? 4)励磁电流: 电枢电流： UN220??2ARf110 Ia?IN?If?80?2?78A22p?IR?78?0.099?602.3W cuaaa 电枢回路铜损耗： 22p?IR?2?110?440W cufff 5）励磁回路铜损耗： 6）电刷接触电阻损耗： 7）附加损耗：ad 8）机械损耗和铁损耗之和： ppb?2?UbIa?2?78?156W ?1%P2?0.01?14960?149.6W
第十六章 直流电机的运行原理
