【文章內(nèi)容簡介】 動機的電磁轉(zhuǎn)矩增大， 因此電樞電流也增大。 26. ★★ 如何改變并勵、串勵、積復勵電動機的轉(zhuǎn)向？ 答 改變直流電動機轉(zhuǎn)向就是要改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，電磁轉(zhuǎn)矩是電樞電流和氣隙磁場相互作用產(chǎn)生的，因此改變電樞電流的方向或改變勵磁磁場的方向就可以達到改變電動機轉(zhuǎn)向的目的。 ①并勵電動機：將電樞繞組的兩個接線端對調(diào)或?qū)⒉罾@組的兩個接線端對調(diào)，但兩者不能同時改變；②串勵電動機：方法與并勵電動機相同；③積復勵電動機：要保持是積復勵，最簡單的方法是將電樞繞組的兩個接線端對調(diào)。 27. ★ 并勵電動機和串勵電動機的機械特性有何不同？為什么電車和電力機車都采用串勵電動機？ 答 并勵電動機的機械特性表達式 ememTE aE KTnTCC RC Un ?????? 02 當忽略電樞反應時，磁通 ? 為不隨負載變化的常數(shù)， )( emTfn? 是一條略下傾的直線，轉(zhuǎn)速隨負載增加而略有下降。如果電車和電力機車使用這種電動機，那么當電車載重或上坡時電機將過載較多。串勵電動機的機械特性表達式為 aem RCTUCn 21 ?? 其中，?? CCCC TE11 ，?? CCC E12 ，aIC??? 。串勵電動機的勵磁電流等于電樞電流，磁路不飽和時 aI?? ， ?C 為一常數(shù)， 2aem IT ? ；磁路高度飽和時， ? 基本不變， ?C 與 aI成反比，而 aem IT ? 。串勵電動機的機械特性 )( emTfn? 是一條轉(zhuǎn)速隨 emT 增加而迅速下降的曲線。當電車載重或上坡時，電動機的轉(zhuǎn)速會自動下降，使得 )( emnT 增加不多，因而電 機輸入功率增加不像并勵電動機那樣快，所以電車和電力機車通常采用串勵電動機拖動。 28. ★★ 一臺他勵直流電動機，當所拖動的負載轉(zhuǎn)矩不變時，電機端電壓和電樞附加電阻的變化都不能改變其穩(wěn)態(tài)下電樞電流的大小，這一現(xiàn)象應如何理解？這時拖動系統(tǒng)中哪些量必然要發(fā)生變化？對串勵電動機情況又如何？ 答 當 負載轉(zhuǎn)矩不變時，要求電磁轉(zhuǎn)矩不變。由公式 aTem ICT ?? 知， aI? 必須不變。在他勵電動機中勵磁是獨立的，不計電樞反應的影響時， ? 不變。在 emT 不變時 aI 必然不變。改變電動機端電壓，電動機的輸入功率 aUIP?1 改變， E改變， n改變，輸出功率 ?? 22 TP改變，鐵耗 FeP 改變，而電樞銅耗 aaCua RIP 2? 不變。 改變電樞回路附加電阻時， 1P 不變， E改變， n改變， 2P 改變， FeP 和 mecP 改變， CuaP改變。 在串勵電動機中，同樣由于 aI 不變， ? 不變，結果與他勵電動機相似。 29. ★★ 一臺并勵直流電動機原運行于某一 aI 、 n 、 E 和 emT 值下，設負載轉(zhuǎn)矩 2T 增大，試分析電機將發(fā)生怎樣的過渡過程，并將最后穩(wěn)定的 aI 、 n 、 E 和 emT 的數(shù)值和原值進行比較。 答 直流電動機穩(wěn)定運行時， 02 TTTem ?? ， 2T 增大后， 02 TTTem ?? ，從而使得 n下降。由 nCE E?? 知， E 下降，而aa REUI ?? ，因此， aI 上升。 aTem ICT ?? ，故 emT上升。這個過程一直持續(xù)到 02 TTTem ?? 為止，電動機在新的狀態(tài)下穩(wěn)定運行。與原值相比， aI 增大， n 減小， E 減小， emT 增大。 30. ★★ 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 1R 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？ 答 由轉(zhuǎn)矩平衡方程式 20 TTTem ?? 可知，制動轉(zhuǎn)矩不變時電磁轉(zhuǎn)矩是不變的。當電動機的勵磁電流保持不變，在不考慮電樞反應的影響或電樞反應保持不變時，氣隙磁通 ? =常數(shù)，因而電樞電流 aI 是不變的。又由于電壓 U不變，所以輸入 功率 ? ?fa IIUP ??1 不變。 從? ??? E jaaC RRIUn )(可知，當 U 、 aI 、 ? 不變時，轉(zhuǎn)速將隨著 jR 的增大而減小。而nTP 22 ? ，所以輸出功率隨 n 下降而下降，因此電機的效率將降低。勵磁回路銅耗)(2 jaaCua RRIP ?? 隨 jR 增大而增大，鐵耗隨 n 下降而減少。因此電樞回路串電阻后，電機的轉(zhuǎn)速下降，電樞電流不變，輸入功率不變，輸出功率減少，鐵耗減少，銅耗增加，效率降低。 31. ★★ 一臺并勵直流直流電動機，如果電源電壓 U 和勵磁電流 fI 保持不變，加上恒定轉(zhuǎn)矩 2T 的負載以后，發(fā)現(xiàn)電樞電流 aI 超過額定電流，有人 企圖在電樞回路中串接一電阻來限制電樞電流，試問是否可行？ 答 當 U 、 fI 保持不變 時，按電動 機穩(wěn)定運行 時的轉(zhuǎn)矩平 衡方程 式220 TTTTem ??? ， aTem ICT ?? ， TC 為一制造常數(shù)，因此有 2TIC aT ?? 。今電樞電流超過額定電樞電流，即 aNa II ? ，說明 2TIC aNT ?? ，亦即電樞通過額定電流時產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩。出現(xiàn)這種情況，有如下幾種可能，一是負載轉(zhuǎn)矩 2T 較大，或是勵磁電流 fI 較小，使產(chǎn)生的主磁通 ? 減小。企圖在電樞回路串電阻來限制電樞電流是不行的。因為在負載轉(zhuǎn)矩 2T 及氣隙合成磁通 ? 一定時，所需的電樞電流也是一定的。 32. ★★ 試分析在下列情況下，直流電動機的電樞電流和轉(zhuǎn)速有何變化（假設電機不飽和）。 （ 1）電樞端電壓減半，勵磁電流和負載轉(zhuǎn)矩不變； （ 2）電樞端電壓減半，勵磁電流和輸出功率不變； （ 3）勵磁電流加倍，電樞端電壓和負載轉(zhuǎn)矩不變； （ 4）勵磁電流和電樞端電壓減半，輸出功率不變； （ 5）電樞端電壓減半，勵磁電流不變，負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的平方而變化。 答 （ 1）因為磁路不飽和且勵磁電流 fI 不變，因此主磁通 ? 不變。負載轉(zhuǎn)矩不變，即電磁轉(zhuǎn)矩 emT 不變，由于 aTem ICT ?? ，故電樞電流 aI 不變。根據(jù)??? E aaC RIUn， U 減半，故轉(zhuǎn)速 n 下降，且 n 小于原來的一半； （ 2） U 減半，輸出功率 2P 不變， aI 必然上升，否則，由于輸入功率 aUIP?1 （假設 為他勵），若 aI 不變或減小，則 1P 減小， 2P 必然不能保持不變。 aI 上升， n 必然下降。 （ 3） fI 加倍，則 ? 加倍。 2T 不變，即 emT 不變，故 aI 減半。由于 URI aa ?? ，從 n的表達式右知，此時 n 下降。 （ 4） U 減半而 2P 不變，由（ 2）分析知 aI 上升。 fI 減半，則 ? 減半， )( aaRIU? 較?EC 減小的多，故 n 下降。 （ 5） fI 不變，則 ? 不變。由 于 22 nT? ， emT 近似與 2n 成正比，亦即 aI 近似與 2n 成正比。當 U 減半時，假設 n 上升，則 aI 上升， )( aaRIU? 下降，由 ??? Eaa CRIUn /)(得 n 下降，；這與假設相矛盾。故 n 必然下降， aI 下降。 33. ★ 一臺正在運行的并勵直流電動機，轉(zhuǎn)速為 1450r/min，現(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？ 答 從公式??? E aaC RIUn可知，反轉(zhuǎn)時 U 、 aI 、 aR 均未變， EC 為常數(shù)，而 n 上升了，因此 ? 必定下降了。但是勵磁電流未變（并勵電動機勵磁電壓等于電樞電壓未變），因此造成 ? 下降的原因可能是由于電樞反應的去磁作用。由于電樞電流未變，因此無論是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，交軸電樞反應的作用是一樣的。由電樞反應的原理可知，對于電動機而言，電刷自幾何中性線逆電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移時，直軸電樞磁動勢起去磁作用，而電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移時，則起助磁作用。因此，造成這一現(xiàn)象的原因可能是由 于電刷不在幾何中性線上，對于正轉(zhuǎn)情況而言，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移了。 34. ★★ 一臺直流并勵電動機，在維修后作負載試驗，發(fā)現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速很高，電流超過正常值，停機檢修發(fā)現(xiàn)線路無誤，電動機的勵磁電流正常。試分析這故障的可能原因并說明理由。 答 如果直流電動機的電刷不在幾何中性線上，則在負載運行時，除了具有交軸電樞磁動勢之外，還存在直軸電樞磁動勢。如果電刷位置是從幾何中性線逆電機旋轉(zhuǎn)方向移開的話，則直軸電樞磁動勢是去磁的，即與主磁通的方向相反。而當氣隙磁通削弱時，便會使轉(zhuǎn)速??? E aaC IRUn增高。同時在一定電磁轉(zhuǎn)矩下，因為 aTem ICT ?? ，電樞電流會增加。如果 電動機具有起穩(wěn)定作用的串勵繞組，則可能是串勵繞組反接，而不是電刷位置不對，或者兩種原因兼有。 35. ★★ 并勵電動機在運行中勵磁回路斷線，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？ 答 勵磁回路斷線時，只剩下剩磁。在斷線初瞬，由于機械慣性，電機轉(zhuǎn)速來不及改變。電樞電勢 nCE E?? 與磁通成比例減小。由aa REUI ?? 可知， aI 將急劇增加到最大值，當aI 增加的比率大于磁通下降的比率時，電磁轉(zhuǎn)矩也迅速增加，負載轉(zhuǎn)矩不變時，由于電磁轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速明顯提高。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電動勢增加， aI 從最大值開始下降，可能在很高的轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的新的平衡，電動機進入新的穩(wěn)態(tài)。由于這時轉(zhuǎn)速和電樞電流都遠遠超過額定值，這是不允許的。從理論上講，當勵回路斷線時，若是電動機的剩磁非常小，而電樞電流的增大受到電樞回路電阻的限制，可能出現(xiàn)電樞電流 增大的比率小于磁通 ? 下降的比率，在負載力矩一定時，電樞的電磁力矩小于制動力矩，因而轉(zhuǎn)速下降。但在這種情況下，電樞電流仍然是遠遠地超過了額定電流值?？梢?，并勵電動機在運行中勵磁回路斷線可產(chǎn)生兩個方面的影響：一方面引起電樞電流的大幅度增加，使電動機燒毀；另一方面，可能引起轉(zhuǎn)速急劇升高。過高的轉(zhuǎn)速造成換相不良。到使電動機轉(zhuǎn)子遭到破壞。因此，并勵電動機在運行中應絕對避免勵磁回路斷線。針對勵磁回路斷線的故障，應采取必要的保護措施。 36. 試述并勵直流電動機的調(diào)速方法，并說明各種方 法的特點。 答 并勵直流電動機的調(diào)速方法有以下三種： （ 1）改變勵磁電流調(diào)速。這種調(diào)速方法方便，在端電壓一定時，只要調(diào)節(jié)勵磁回路中的調(diào)節(jié)電阻便可改變轉(zhuǎn)速。由于通過調(diào)節(jié)電阻中的勵磁電流不大。故消耗的功率不大，轉(zhuǎn)速變化平滑均勻，且范圍寬廣。接入并勵回路中的調(diào)節(jié)電阻為零時的轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速，故只能“調(diào)高”，不能“調(diào)低”。改變勵磁電流，機械特性的斜率發(fā)生變化并上下移動。為使電機在調(diào)速過程中得到充分利用，在不同轉(zhuǎn)速下都能保持額定負載電流，此法適用于恒功率負載的調(diào)速。 （ 2）改變電樞端電壓調(diào)速。當勵磁電流不變時，只要改 變電樞端電壓，即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，提高電樞端電壓，轉(zhuǎn)速升高。改變電樞端電壓，機械特性上下移動，但斜率不變，即其硬度不變。此種調(diào)速方法的最在缺點是需要專用電源。在保持電樞電流為額定值時，可保持轉(zhuǎn)矩不變，故此法適用于恒轉(zhuǎn)矩的負載調(diào)速。 （ 3）改變串入電樞回路的電阻調(diào)速。在端電壓及勵磁電流一定、接入電樞回路的電阻為 零時，轉(zhuǎn)速最高，增加電樞路電阻轉(zhuǎn)速降低，故轉(zhuǎn)速只能“調(diào)低”不能“調(diào)高”。增加電樞電阻 ，機械特性斜率增大，即硬度變軟，此種調(diào)速方法功率損耗大，效率低，如果串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻 是分級的，則為有級調(diào)速 ，平滑性不高，此法適用于恒轉(zhuǎn)矩的負載調(diào)速。 五、計算 1. ★★ 一臺并勵直流電動機， 138?NP kW， 230?NU V， 970?Nn r/min，電樞回路總電阻 ?? ，定子為 6極，電樞采用單疊繞組。正常運行時有三對電刷，忽略電樞反應的影響，試分析計算該電機可能發(fā)出的最大功率。 答 去掉相鄰的一對電刷后的電樞后的電樞繞組電路圖如圖 23 所示。正常運行時 圖 23 電 樞電流 AUPII NNNa 230 101383???? 支路電流 AaIi aa 66002 ?? A100? 勵磁電動勢 ARIUE aaN ) 0 02 3 0( ????? A260? 支路電阻 ?????? aa Rr 去掉相鄰的一對電刷后，支 路數(shù)由原來的六條支路變成了四條支路，其中三條是原來的（圖中 2， 3， 4），另一條則是由原來的三條支路（圖 5， 6， 1）串聯(lián)組成。當使前三條支路中的負載電流各仍為 100A時，則后一條支路中的電流將為 AArUE a N ..03 2302603 ????? 電樞電流為 AAI a )(39。 ???? 輸出功率 39。 ??? aN IUP W = 由于各支路電流均未超過原來的支 路電流額定值 100A，故電機的發(fā)熱不會超過原來的數(shù)值。若使后一條支路中的負載電流達到 100A，則端電壓 U 將降為 VVU 170)( ???? 而前三條支路中的負載電流共為 AA 9003/ 170260 ?? 即每支路為 300A，為原來額定支路電流的三倍。無論從發(fā)熱或是從換向來講都是不允許的，故最大功率應為 。 2. 設一臺 4kW、 220V，