1、作業題參考答案一.思考題3.1卜圖中箭頭表示轉矩與轉速的實際方向，試利用電力拖動系統的動力學方程式說明 在附圖所示的兒種情況卜，系統可能的運行狀態（加速、減速或勻速）。答：由拖動系統的動力學方程式Tein-TL= 竺半可知："375 dt（a）減速（b）減速（c）加速（d）勻速（e）勻速3.2在起重機提升重物與卜放巫物過程屮，傳動機構的損耗分別是宙電動機承擔還是山 幣:物勢能承擔？提升與下放同一雨物時其傳動機構的效率一樣高嗎？答：3.3試指出附圖中電動機的電磁轉矩與負載轉矩的實際方向（設順時針方向為轉速n的 正方向）。答：對J圖aT.m>0 , 7； >0,則有動力學方程

2、式的符號規定：順時針方向，7；為 逆時針方向；電機工作正向電動狀態。對圖bTem<0 , 7； <0,則冇動力學方程式的符號規定：7；”逆時針方向，7；為順時針 方向：電機匸作正向卜1饋制動狀態。對丁圖c7；m<0 , 7； <0,則有動力學方程式的符號規定:7二逆時針方向,7；為順時針 方向；電機匸作于反向電動狀態。對圖d7-。，兀0,則有動力學方程式的符號規定：7-順時針方向，人為逆時針 方向；電機工作于反向回饋制動狀態。3.4根據電力拖動系統的穩定運行條件，試判斷圖3.52中A、B、C三點是否為穩定運 行點？圖3 52題34圖答：根據電力拖動系統的穩定運行條件：亦

3、 8n可以得出： 系統在A點、B點是穩定的；C點是不穩定運行點。3.5 一般他勵直流電動機為什么不能直接起動？采用什么樣的起動方法最好？ 答：苴接起動時啟動電流遠遠大于額定電流。帶來的危害：會帶來很大的電流沖擊，導致電網電壓下降，影響周圍其他用電設備的正常運行。 導致電機發熱和換向問題.3.6他勵直流電動機拖動恒轉矩負我調速，梵機械特性和負找轉矩特性如圖3.53所示, 試分析當匸作點由A1向A點運行過程中，電動機經過哪些不同的運行狀態？。 Tl圖3-53題3.6圖答：增磁減速運行。電機依次經過正向回饋制動狀態垠厲工作J；正向電動狀態。3.7他勵直流電動機弱磁升速時，英拖動系統的機電時間常數是否

4、保持不變？說明理磁調速過程中磁通發生變化故機電時間常數也發生變化。3-8 一臺他勵旦流電動機拖動卷揚機運行，當電樞回路外接電源電壓為額定電壓、且電 樞回路外出電阻拖動1E物勻速上升時，窠然將外加電源電壓的極性顛倒，電動機將厳終穩定 運行在什么狀態？匝物是提升還是卜放？畫出相應的機械特性曲線，并說明期間所經歷的運 行狀態。答：電動機最終運行r發電凹饋制動狀態：巫物此時高速卜放；電動機依次經歷反接 制動狀態、反向電動狀態最終運行于回饋制動狀態。3.9采用弱磁升速的他勵直流電動機，為什么在負我轉矩較人時不但不能實現弱磁升 速，而且還出現弱磁降速的現彖，試說明理由。答：根據他勵直流電動機改變勵磁時的人

5、匸機械特性eg cecT（r>2 em繪出弱磁時他勵直流電動機典型的人工機械特性曲線如圖3. 54所示。圖3. 54思考題3. 9圖由圖3.54可見，一般情況卜，即負載;轉矩低J：一定程度（如圖中的）時，隨著勵磁電 流的減小，轉速升高，即弱磁升速。但當當負我轉矩人一定程度（如圖中的）時，則隨著 勵磁電流的減小，轉速不但不升島，反而降低。二.練習題3.2某他勵直流電動機的額定數據為：, 5=220卩，In = ISA=1O°Or nl，n,電樞回路的總電阻為0.8Q。試求：（1）為使拖動系統在額定狀態卜能夠能耗制動停機，耍求最大制動電流不超過"人， 求制動電阻值：（2）

6、若制動電阻與（1）相同，位能性負我轉竝為7；=（）用仏，求拖動系統能耗制動 后的穩定轉速；（能耗制動考點）解：求解此類題II時,最好首先根據以知條件繪出相應運行狀態的機械特性與運行點, 然肩再根據解析幾何知識求解所需的物理吊或參數。通過這種方法可將電機與拖動的問題轉 換為解析兒何的求解問題。（1）根據題意，繪出苴流電機的機械特性如圖3. 54所示。根據額定負載時的數據得= H_R 鼻220-0.8x181000= 0.2056能耗制動時的機械特性（或轉速特性）為幷=U 7Ra+ Rq 匹=0二冬 + Rq 竝將圖3. 54中B點的數據代入上式得3咖（一 2/“）().2()56x10002x1

7、80.8=4.91Q（2）對J：位能性負載:，根據題盤，所求穩態轉速即是圖3.54屮C點的轉速。根據7呎以及得電樞電流為7； =08仏I； =0.8厶。這樣，將C點的數據代入能耗制動時的機械特性得忌態轉速為=-4()0r. min-(0.8 + 4.91)x0.8xlX0.20563.3某他勵I'流電動機，= 220J/，電樞回路的總電阻為0一032°,由該電機拖動起朿機。當乘物上升時，匕=5 ,匚=站0/ ,= 795r/min。若希里將同一車物以77?/=3O（）r min的轉速卜放，保持迫樞電壓和勵磁電流不變，問此時電樞回路應串入多人 的電阻？（轉速反向的反接制動）解：

8、根據題意，繪出II流電機的機械特性如圖3. 55所示。很顯然，轉速的反轉是通過 轉速反向的反接制動來實現的。圖3. 55題3. 3圖由電壓平衡方程式可得220-0.032x350795=0.2626半電樞冋路電阻實現轉速反向的反接制動時.相應的機械特性為UnW/Rc 兒（利用轉速反向的反接制動的電壓平衡方程式）考慮到負載轉矩不變，由可得：人嚴人"50H。0.2626220-(0.032n)x350 = _30()z./n.nRq = 0.822Q3.4 -臺他勵直流電動機的額定數據如F： 5=30腳,UN = 4401; 0=75/,5 = 1100r nun,電樞回路的總電阻為0.

9、3（1）電動機拖動一位能性負栽在反接時作回饋制動卜放，人=5（）.4,卜放轉速為 1200rpm,問電樞回路應串聯多人的電阻？（2）若串聯同（1） 一樣的電阻，電動機拖動反抗性負我，負載電流如（1）相同，求 反接制動時，其卜放的穩定速度為多少？（這一問筈案矛盾刪去不做）（3）対位能性負載，采用能耗制動，要確保最大制動電流不超過2，入制動電阻應選 多人？轉速為零時，若讓拖動繼續反轉，直卜放的穩定轉速為多少？解：根據題意，繪出育流電機的機械特性如圖3. 56所示。由電壓平衡方程式可得(J R I 44() 0 3 x 751100J匕= 0.3795當電動機拖動位能性負載作反接冋饋卜放，即拖動系統

10、運行在圖3. 56中的疋點時.相丿衛的機械特性為-Un-(R+R)J-440-(0.3+/?o)x50z .n = 一'J也l =1亠=1200/7 minCQ”0.3795J是得電樞回路應串聯的電阻為Rq = 0.008Q(2) 當電動機拖動反抗性負載;，且采用反接制動時，系統穩定卜放的速度為刃=-(凡 +%)(7) = -440-(0.3 + 0.008)x (-50) 一血仞嚀 CRn03795(3) 對J：位能性負載，若采用能耗制動，其機械特性如圖3. 57所示。圖3.57中,現已知點的數值為/"J。其中/點的轉速為5-R入.0-03X50 =1120r/nnn0.3

11、795對應F能耗制動時的機械特性為0-傀+心兒將B點的數值代入上式得20 =二+ «g)x(-2x75)0.3795即= 2.5336Q若系統反轉，則下放的穩定轉速為-(0.3 + 2.5356)x50.it =-373.3r/iinn037953.5某他勵直流電動機的額定數據如下:3=18.5炒，5 = 220",乙=1034n?z=500r min，電樞冋路的總電阻為o 18Q,最高轉速應限制在= 1500r/mino電 動機拖動生產機械，采用弱磁調速。試分析：_ 0> = -0）.（1）若拖動系統運行在恒轉矩負載（兀二乙，）區，當磁通減少至3 '時，求電

12、動機穩態運行的轉速和電樞電流，并說明電動機能否長期運行？=一.（2）若拖動系統運行在恒功率負載曲=戸人）區，當磁通減少至3 *'時，求電動機穩態運行的轉速和電樞電流，并說明電動機能否長期運行？=一，解：（1）若直流電機拖動恒轉矩負載，兒= 當 3'時，1 220-0.18x103=x3500= 0.1343Un-Rnx3 g考慮到轉矩不變,并根據4 = 3人可得= 7 = 3/=3x103 = 309.4則穩態運行的轉速為220-0.18x3090.1343=1224/7 min由J：,則電機容易發熱，故不能長期運行。(2 )若直流電機拖動恒功率負我，Pl=P.考慮到電磁功率為

13、:P他=UJ廠】：R。,由此可見，若忽略空我損耗，則恒功率負載弱幽升速時電樞電流保持不變，即4 "03力顯，根據電床'卜衡方程式以及3 ，于是得穩態轉速為n = V竺_"乂 = 3x =3n,r =15OOr/minegcs "由J因此電動機可以長期運行。=13.6他勵直流電動機的數據為:幾=29旳，=440" , I小6A ,77“ =1()0()廠min,電樞回路的總電阻為o.376 0，忽略空載轉矩。(1)電動機以轉速500r/niin吊起近=°-87的匝物，求此時電樞冋路應外串的電阻值：(2) 采用哪兒種方法可使負戯心=0以50

14、0r/min的速度卜放？求每種方法電樞回路應串入的電阻值；(3) 在負我以500r/inin K起時，突然將電樞反接，并使電樞電流不超過額定電流，求系統最終穩定的卜放速度。Tl = ° 87(4) 試用MATLAB繪出匕述各種情況卜眉流電動機的機械特性。 解：由電壓平衡方程式可得440-0.376x761000= 0.4114根據幾=0.8?和4 二務人可知 Ia =0.8/“ = 0.8x76 = 60.8J根據題意，繪出Fi流電機的機械特性如圖3. 58所示。H 358世36圖(1)他勵直流電動機吊起車物上升時的機械特性為= 500Un-(Rc +R°兒 _ 440-(

15、0.376+ 7?n)x60,8“ 一0.4114由此得電樞回路的外串電阻為Rq = 3.48Q(2)可采用下列兩種方法使重物下放： a若采用轉速反向的反接制動，則直流電動機的機械特件為,-(&+ Rq )打 440 - (0.376 + 7?q)x 60.8n = CN0.4114由此得電樞冋路的外串電阻為比=10.240b.若釆用能耗制動，則直流電動機的機械特性為八=0-(&+心)打=-(0.376+4)x60.8 = 一厶。_ C. n _0.4114由此得電樞冋路的外用電阻為Rq = 3.00Q(3)根據題意，繪出立流電機的機械特性如圖3. 59所示。圖3.59中，已知

16、3點的數據為，其中，=nA =500r/min e 寫出直流電機的機械特性表達式為”g + 心)(-/?/)H C4將點的數據代入上式得一 440 - (0.376+ 尺小(一76)0.4114500 =由此得反接制動時電樞回路的外串電阻為系統最終穩定的卜放速度為-UN -(Ra +Rq)(0 込)CQ N-440-(0.376 + 8.12)60.80.4114=-2325尸/minmaxmax3.8 -臺并勵直流電動機的數據為:Pn=2.2JcW片=220" %= 1500八min ,Z = 81%，電樞回路的總電阻為1.813°,額定勵噬電流7=0-414當電動機運行

17、在12（X" / mi"時，系統轉入能耗制動狀態自動停乍。（1）試問若保證起始制動電流不超過2電樞M路網串入的電阻值為多少？（2）當負我為位能性負載;，若負我的總阻力轉拒為額定轉矩的0.9倍。現采用能耗制 動方法使電動機以« = 220r/min的轉速勻速卜放晅物，試問所礙制動電阻為多少？解：（1）額定電流厶 5”一 220 x 0.81-1235仏額定電樞電流1 型=In_1jn=235-0.414= 11.94/1由電壓平衡方程式可得1500C.% = 57 = 220-1.813x11.94 = 口22根據題恿，繪出直流電機的機械特性如圖3. 58所示（注意

18、能耗制動時勵磁電壓保持為 額定勵磁電壓）。maxmaxn, = 1200r/min圖3. 58中，現已知“點的數值為：（一2/小）。其中,將B點的數據代入能任制動時的機械特性0.13221200 = -(1.813 + 7?fl)x(-2xll.94) 得 即R嚴4.830（2）當拖動位能性負載時，由題意知：丁產珥又根據得：7“ = Cr<D/d厶=0.9 厶川=0.9 x 11.94 = 10.746/根據能耗制動時的機械特性得0-（1.813 + &»10.746 0.1322J：是得能耗制動時所需制動電阻為：Rq = 0.893Q注意并勵直流電動機在制動過程中勵磁

19、電流保持不變。補充題某直流調速系統要求調速范圍E5,靜差率5=20%,在電動機額定功率及額 定轉速都滿足要求的條件下，請問這臺它勵直流電動機采用降壓調速的方法是否滿足調速要求？電動機數據為：UN=220V,PN=2.5KW , /v = 12.54 , /v = 1500/7 min Rt = 1.07Q。解：首先計算出直流電動機的額定轉速降落N 然后計算當靜差率氏瘁= 20%時的調速范圍D,再看調速范圍是否滿足要求。1500C = -/A= 220-12.5xl.07 =()1385U?20額定轉速降落皿刑-=-0 -1500 = 5因為對最低轉速也有要求心= 20% = max則最低轉速“

20、皿=44° =471 94.2 = 376.8卩山則調速范圍°七=黑“98<5不滿足要求.也可以采用公式="rnaxSmax 仏（1一氏遠）1500x0.2=3. 9894.2x0.82.臺他勵直流電動機的額定數據：UN =440V, PV=33/CW , /jV = 85A , g = 1050/7min , Ra = 0.352Q ,負載為位能性負載。1）電動機在電樞反接的回饋制動下工作，如果此時電樞電流/ = 62At若電樞回路 不串電阻，就電動機的轉速.2）電動機在能耗制動下下方重物，如果要求重物下放速度為550rpm,電樞電流為額 定電流，求電樞回

21、路應串的電阻值和電動機軸上轉矩（考慮空載轉矩）選作.3）電動機在轉速反向的反接制動下工作，重物的下方速度為650rpm,電樞電流為 '尸5°人，求電樞回路應串的電阻、負載轉矩、電網供給功率、軸上輸出功率、 電樞回路電阻所消耗的功率。解:C» 57 = 440" 0.352 = ° 39061050 v =955C n =3.73（1）依題意得：電動機在電樞反接的回饋制動下工作，則其電壓平衡方程式為: Un=E¥R"=C®+ IR11 =Un ir-440-62x0.3520.3906=-1183r/min（2）依題意紂，電動機在能耗制動卜卜放巫物，則轉速為負即n=.550r miii,其電壓平衡方程式為0 = Ea + laRa =Q肆+/“（/?“+心）85Z-d" 506 x(_550) _ 0.352 = 2.】754QP33電動機軸上輸出的機械轉矩為7； =9550=