34056《电机与拖动基础(第2版)》汤天浩(习题解答).docx

电机与拖动基础第一章电机的基本原理1其次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第六章沟通电机的旋转磁场理论43第七章异步电机原理44第八章I可步电机原理51第九章沟通电机拖动基础61第十章电力拖动系统电动机的选择74第一章电机的基本原理I-I请说明电与毡存在哪些她本关系，并列出其框本物理规律与教学公式。答：电与磁存在三个基本关系,分别是（1）电极感应定律：假如在闭合磁路中SiHi时间而变更,那么将在线圈中感应出电动势.礴应电动势的大小与磁遹的变更率成正比,即x,de=-N-At感应电动势的方向由右手端施定则确定式中的负号龙示蜷应电动势试图瓦指闭合磴路中偎通的变更。（2）导体在检场中的感应电动势：假如碣场固定不变.而让导体在破场中运动.这时相对于导体来说，联场仍跄变更的，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e=Biv而感应电动势的方向由右手定则确定。（3）栽流导体在搬场中的电住力：假如在固定磁场中放理一个通有电流的导体，则会在我流导体上产生一个电磁力”教流导体受力的大小与导体在破场中的位置。关，当甘体与磁力战方向布口时，所受的力址大，这时电破力广与磁通密度8、导体长度/以及通电电流i成正比,即F=Bli电谶力的方向可由左手定则确定.1-2通过电路马毡路的比较，总结两者之间哪些物理求具有相像的对应关系（如电阻马做阳）,请列表说明。答：磴路是指在电工设备中，用磁性材料做成肯定形态的铁心，铁心的底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制经过快心闭合,这种人为造成的陵速闭合路径就称为横路.而电路是由金属导税和电气或通了部件俎成的导电回路.也可以说电路是电流所流经的路径“偎路与电路之间有很笠相像性，两者所遵循的基本定律相像，KlKC1.;在任一节点处趣:遵守基尔霍夫第仔定律的束：KV1.:在任一回路中梯遵守基尔霍夫其次定律：另外.磁路与电路都有各自的欧姬定律.两者之间相像的物理破主要有：电路中传输的是电流.磴路中相应的为租通；电路中的电动势、电压与移路中的磁动势、破压降类似，电路中的li阻或电导与横路中的磁阻或磁导相像.这些对应关系如下表所示：假路IAiA他动外£.(MuhHD副HKB（磁导G.磁通密段8电路电选/电动势S(H1.lkU)电RlK<G)电源密度JI/电川率0当然两者之间也有一些不同之处，比如磴通只是描述磁场的物理心，并不像电流那样表示带电质点的运动,磁通通过破阻时,也不像电波通过电阻那样要消耗功率,因而也不存在与电路中的焦耳定律类似的磴路定律；分析电跖时一般不涉及电场问瑜，不考电潮电流，而分析疏路时两不开裸场的概念，要考虑汕疏现浆；在电路中电动势为零时，电波也为厚,但在破路中往往有剌碳磁动势为零时,破通不肯定为生：磁路的欧姆定律与电跖的欧姆定律也只是形式上的相像，由于铁心的毡导率不是常数，它随励磴电流而变更.因而破路计算不能附用亮加原理.1-3如何理解机电货累转换原理？依据这个原理可以解决什么问SS?答：从能最转换的观点，可以把依席电底感应原理运行的机电设法看作是类机电转换装置，比如，变压器是一种静止的电能也换装置，而旋转电机是一种将机械能转换成电能（发电机）或将电能转换成机械能（电动机的运动装置.因此.机电能货转换原理是学习和探讨电机理论的一个由要工具。依据这个原理，可以求得电机（发电机、电动机和变压器中的关键物理量感应电动势和电磁行矩的大小，进而分析电机和变压器的运行特性.M旋转电机模型的基本结构由哪些部分组成其各力有什么作用？气隙又有何作用？答：脆转电机模里的基本”，构住I定子、粒子和气隙三个部分加成：定子是固定不动的,转子是运动的,它们之间“行一层薄薄的气隙.在定子和转子上分别按须要安装若干线限，其目的是在气港中产生磴场往往要求气Pg感场按肯定的形式分布，例如正弦分布磁场.电机作为一种机电能址转换装置,能够将电能转换为机械能,也能将机械能转换为电能.由于机械系统和电气系统是两种不同的系统，其能此转换必需有一个中间媒介，这个任务就是由气殷构成的揭合磁场来完成的,1-5以两极像型电机作为旋转电机的物埋模型.有何应用意义？答：两极原型电机结构简洁,原理清楚易于扩展,可作为旋转电机的物理模型.通过对该模型的探讨和分析，便于学习和骂取般旋转电机的基本原理，1-6通过模型电机，是如何建立电机的基本电动势和转矩方程的？又怎样将两极电机的方程推广到多极电机？答：通过模型电机，依据电毡华应定律，可以求得旋转电机电动势的通用计徵公式e=-Nd不cos，W+NOrasin处.利川该公式可以推导出详细电机的电动势.比犹如步电机、异步电机或直流电机,再依据机电能M转换原理，可得两极电机的电底转矩公式n=芈"RNn.由于电机的磁极总是成对设置的,常用核对数册来表时2g示电机的i极数，则多极电机的电磁转地为。=-«Frsin2g1-7电机中存在哪些能砧损耗？有哪g因素公影响电机发热？电动机与发电机的功率传递有何不同?答：电机进行机电能量犯换时总是存在能愤损耗的，能量损耗将引起电机发热和效率降低.一般来说，电机的能/物疑可分为两大类：（1）机械损耗：由电机的运动部件的机械磨擦和空气阻力产生的损耗，这类投耗与电机的机械构造和转速有关.（2）电气损耗：主要包括导体损耗、电刷损耗和快耗等.导体损耗是由于电机的找Ia电阻产生的损耗，有时又称为铜耗，通常在电机的定子和转子上都会产生钢耗；电刷损耗是由子电用的接触电压降引起的他At损耗，因为只有在支流电机中安装电利，所以电刷损耗仅仅出现在直流电机中：狭耗是由于电机铁磁材料的磁滞效应和涡流效应产生的一种损耗，主要取决于磁通密度、特速和铁段材料的特性。电动机与发电机的功率传递过程如下图所示：电动机是符电能转换为机械能,而发动机是将机械能转换为电能，电动率电u力率机械功率机械功率电磁功率电功率电动机与发电机的功率传建过程U）电动机b）发电机1-8用硅钢作为牛毡材料，现已知5=I.6T,试依据图13所示的8-，曲雄求取在此碳场条件下硅钢的世导率从.解：依据图1-3所示的硅钢A-H曲线,查得B=1.6TBf.H=22（X）nz=l7.27×IO-*(HZm)TJ27x10；u411×10578.81-9有一导体,长度=3m通以电波i=2OOA,放在8=0.5T的磁场中.试求:（1）导体与磁场方向垂直时的电破力:（2）导体与磁场方向平行时的电感力:（3）导体与磁场方向为3T时的电极力。解:我流号体在毡场中电磁力的一般计豫公式为F=ZiIisinG(I)导体与愚场方向垂直时，6>=9O",F=O.5x3x200=300(N)(2)导体与磁场方向平行时.C=O.F=O(3)导体与磁场方向为3(时，"=0.5x3x2OOXSin30"=I50(N)1-10有一横路的铁心形态如图1-20所示,铁心各边的尺寸为：A、B两边相等,长度为17cm.故面积为7c11:C边长5.5cm,裁面积为I4<n:气隙长度g=0.4cm两边各有一个战圈，其匝效为M=N2=IQO,分别通以电流&和所产生的曦动势由A、B两边汇入中间的C边,且方向一样.试求：在气圈中产生3=1.ZT时所需的电流值，及此时气眼中储存的能埴叱，并计算电感1.Bl20解:设i=A="NI=N2=N=100,由%+%=q%得2Ni=,所以.所需的电流值i=1=虚；=2：葭:黑户W（八）气用侬通/=BR=1.2l4lOT=0.00168(Wb)依据嵋的定义，节牛MXyFO(M4（三）气隙中储存的能量叱=2叱=2；/,产=0.0044x19.1%1.61(J)其次章电力拖动系统的动力学基础2-1什么是电力拖动系统？它包括哪些部分？答：拖动就是由原动机带动生产机械产生运动，以电动机作为原动见拖动生产机械运动的拖动方式,称为电力拖动.如图2-1所示.电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、限制改备和电源组成,通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械倒我.H21电力推动K观蛆成2-2电力疵动系统旋转运动方程式中各Jit的物理意义是什么？它们的正负号如何确定？答：电力拖动系统经过化简.都可视为如图2-2a所示的电动机转轴与生产机械的工作机构干脆相连的单轴电力拖动系统,各物埋量的方向(正负号标示如图2-2b所示.b)H2-2单轴电力程动系跳a)单轴电力推动第俄b)事或各物理的方向标示依据牛顿力学定律，该系统的运动方程为Tt-Tv=J-ld/式中，各量的物理意义分别是：Tt电动机的电极转电（Nm）.Tt生产机械的阳转矩（Nin）.J电动机轴上的总转动做地（kRm'）,"电动机的地速度（rads）2-3，专矩的动态平衡关系与用*态平衡关系有什么不同？雨转短的静态平衡是指电力拖动系统柩定运行时，电动机的电跟转矩7；与生产机械的阻转矩7；相平衡.即7；=0.而转走的动态平衡是指电力拖动系统在扰动作用下,从原来的平衡状态达到新的平衡状态的过渡过程中，电动机的电租转矩7；与生产机械的阻转矩7；以及加速度转矩J华相平衡,即，-4=J中.由于过渡过程中转速（it出是变更的，电假转知7；也是随时变更的，以保持转矩的动态平衡关系。2-4拖动系统的飞轮惯MGD,与转动惯量J是什么关系？雨在拖动系统的工程计能中，习惯用飞轮帼状G。'代酋转动惯玳J,G。?与J的关系为式中，,w系统转动部分的质尿（网，G系统转动部分的理力（N）,系统转动部分的回转半径（m）,D系统转动部分的回转且径（m）,giR力加速度（可取g=9.81m）.2-5把多轴电力拖动系统简化为单轴电力拖动系统时，仪软转矩的折算原则是什么？各轴飞轮惯量的折算原则是什么？答:对于一个困难的笠轴电力拖动系统，比较简沽而且好用的分析方法是用折算的方法把它等效成一个简洁的单轴拖动系统来处理.并使两者的动力学性能保持不变.其基本思想是通过传动机构的力学折竟把实际的多轴系统表示成等效的单轴系统.在电力拖动系统中折豫慑是把仇教转矩和各釉飞轮惯/折算到电动机构上，而中间传动机构的传送比在折算中就相当于变味的匝效比.系统等效的的原则足：保扑两个系统传递的功率及储存的动能相同。2-6起重机提升和下放重物时.传动机构的损耗是由电动机还是重物负担？提升和下放同一正物时，传动机构投耗的大小是否相同？传动机构的效率是否相等？雨起熨机提升理物时,传动机构的损耗由电动机负担：下放羽物时,则由重物负担.提升和下放同由物时，可以认为传动机构的损耗是相同的，但其效率不相等。设提升重物时的效率为名,下放垂物时的效率为从，两针之间的关系为K""2-7生产机械的负栽转矩特性归纳起来，可以分为喉几种基本类组？答：生产机械的负教转掂特性归纳起来可以分为三种基本类型：（D恒转电负我特性：负毂转加元与转速无关当转速变更时负毂转友外保持常值.恒转矩负效特性又可分为抗拒性负教特性和位能性负我特性两种，如下图所示.图23反抗性恒转矩负性RBN位能性恒转弟黄#性（2）通风机负投特性：负投转矩7；,与转速大小有关，基本上与转递的