第三章直流电机的工作原理及特性

发布 2019-04-29 14:55:37 阅读 3288

输出转矩:tn=9.55pn/nn=9.55*7500/1500=47.75n·m

3.7、一台他励直流发电机:pn=15kw,u n=230v,i n=65.3a,n n=2850r/min,ra =0.25ω,其空载特性为:

今需在额定电流下得到150v 和220 v的端电压,问其励磁电流分别应为多少?

解:由空载特性得到其空载特性曲线为:

当u=150v时 if=0.71a

当u=220v时 if=1.08a

3.8、一台他励直流电动机的铭牌数据为:pn=5.5kw,un=110v,i n=62a,nn=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。

解:估算电枢电阻:ra=(0.50~0.75)[1-pn/(unin)]un/in=0.75[1-5500/(110*62)]*110/62=0.26ω

求keφn:keφn=(un-inra)/ nn=(110-62*0.26)/1000=0.09388

求理想空载转速:n0=un/(keφn)=110/0.09388=1172r/min

求额定转矩:tn=9.55 pn/ nn =9.55*5500/1000=52.525n·m

根据(0,1172)和(52.525,1000)两点作出固有机械特性曲线如下:

3.9、一台并励直流电动机的技术数据如下:pn=5.

5kw,u n=110v,i n=61a,额定励磁电流i fn=2a,n n=1500r/min,电枢电阻ra =0.2ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗,铁损,认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩,试绘出它近似的固有机械特性曲线。

解:求额定电枢电流ian=in-ifn=61-2=59a

求keφn:keφn=(un-ianra)/ nn=(110-59*0.2)/1500=0.065

求理想空载转速:n0=un/(keφn)=110/0.065=1692r/min

求额定转矩:tn= 9.55keφnian=9.55*0.065*59=36.6n·m

根据(0,1692)和(36.6,1500)两点作出固有机械特性曲线如下:

3.10、一台他励直流电动机的技术数据如下:pn=6.

5kw,u n=220v,i n=34.4a,n n=1500r/min, ra =0.242ω,试计算出此电动机的如下特性:

固有机械特性;

电枢附加电阻分别为3ω和5ω时的人为机械特性;

电枢电压为u n/2时的人为机械特性;

磁通φ=0.8φn时的人为机械特性;

并绘出上述特性的图形。

解:①固有特性。

求keφn:keφn=(un-inra)/ nn=(220-34.4*0.242)/1500=0.141

求理想空载转速:n0=un/(keφn)=220/0.141=1560r/min

求额定转矩:tn=9.55pn/nn=9.55*6500/1500=41.38n·m

在直角坐标中标出理想空载点和额定工作点,连成直线如下图1所示,即为固有机械特性曲线。

固有机械特性表达式为:

n= un/(keφn)- rat/( keφn ktφn)= n0- 0.242t/[9.55( keφn )2]=1560-1.27t

电枢回路串电阻的人为机械特性。

串3ω电阻时:

nn1= n0-( ra+rω1)tn/( keφn ktφn)

1560-(0.242+3)*41.38/(0.141*9.55*0.141)=853r/min

由(n= n0=1560r/min,t=0)和(n= nn1=853r/min,t= tn= 41.38n·m)两点,在n-t平面上作直线,如下图曲线2所示,即为串3ω电阻时的人为机械特性曲线。

该人为机械特性表达式为:

n= un/(keφn)- ra+ rω1)t/( keφn ktφn)= n0- (ra+ rω1)t/[9.55( keφn)]2

1560-(0.242+3)t/(9.55*0.1412)= 1560-17.08t

串5ω电阻时:

nn2= n0-( ra+rω2)tn/( keφn ktφn)

1560-(0.242+5)*41.38/(0.141*9.55*0.141)=418r/min

由(n= n0=1560r/min,t=0)和(n= nn2=418r/min,t= tn= 41.38n·m)两点,在n-t平面上作直线,如下图曲线3所示,即为串5ω电阻时的人为机械特性曲线。

该人为机械特性表达式为:

n= un/(keφn)- ra+ rω2)t/( keφn ktφn)= n0- (ra+ rω2)t/[9.55( keφn)]2

1560-(0.242+5)t/(9.55*0.1412)= 1560-27.61t

降低电枢电压的人为机械特性。

n01=u/(keφn)= u/(2keφn)=220/(2*0.141)=780r/min

此时δnn不变,对应t=tn的转速。

nn3= n01-δnn= n01-( n0-nn)=780-(1560-1500)=720r/min

由(n= n01=780r/min,t=0)和(n= nn3=720r/min,t= tn= 41.38n·m)两点,在n-t平面上作直线,如下图曲线4所示,即为降低电枢电压时的人为机械特性曲线。

该人为机械特性表达式为:

n= u/(keφn)- rat/( keφn ktφn)= n01-rat/[9.55( keφn)]2

780-0.242t/(9.55*0.1412)=780-1.27t

弱磁时的人为机械特性。

n01=un/(keφ)=un/(0.8keφn)=220/(0.8*0.141)=1950r/min

nn4= n02-ratn/(0.82keφn ktφn)=1950-0.242*41.38/(0.82*9.55*0.1412)=1868r/min

由(n= n02=1950r/min,t=0)和(n= nn4=1868r/min,t=tn= 41.38n·m)两点,在n-t平面上作直线,如下图曲线5所示,即为降低电枢电压时的人为机械特性曲线。

该人为机械特性表达式为:

n= un/(keφ)-rat/( keφktφ)=n02-rat/[9.55( keφ)]2

1950-0.242t/(0.82*9.55*0.1412)=1950-1.99t

3.11、为什么直流电动机直接启动时启动电流很大?

答:电动机在未启动前n=0,e=0,而ra很小,电压平衡方程式u=e+iara变成u=iara,所以ist= ia=un/ra。将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大。

3.12、他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求?如何实现?

答:他励直流电动机直接启动过程中的要求是:1、启动电流不要过大;2、不要有过大的转矩。可以通过两种方法来实现电动机的启动:1、降压启动;2、在电枢回路内串接外加电阻启动。

3.13、直流他励电动机启动时,为什么一定要先把励磁电流加上?若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通,这时会产生什么现象(试从tl=0 和tl=tn两种情况加以分析)?

当电动机运行在额定转速下,若突然将励磁绕阻断开,此时又将出现什么情况?

答:直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上是因为主磁极靠外电源产生磁场。如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通,tl=0时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车;tl=tn时将使电动机电流大大增加而严重过载。

3.14、直流串励电动机能否空载运行?为什么?

答:串励电动机决不能空载运行,根据串励电动机机械特性表达式,因为空载时,t≈0,这时电动机转速极高,所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外。另外串励电动机可能反转运行,但不能用改变电源极性的方法,因为这时电枢电流ia与磁通φ同时反向,使电磁转矩t依然保持原来方向,则电动机不可能反转。

3.15、一台直流他励电动机,其额定数据如下:pn=2.

2kw,un=uf=110v,nn=1500r/min,ηn=0.8,ra=0.4ω,rf=82.

7ω。试求:

额定电枢电流ian;

额定励磁电流ifn;

励磁功率pf;

额定转矩tn;

额定电流时的反电势;

直接启动时的启动电流;

如果要是启动电流不超过额定电流的2倍,求启动电阻为多少欧?此时启动转矩又为多少?

解:①对电动机而言:pn=unianηn

所以ian= pn/(unηn)=2200/(110*0.8)=25a

励磁回路中:uf=rfifn

所以ifn= uf/rf=110/82.7=1.33a

励磁功率为:pf= ufifn=110*1.33=146.3w

额定转矩为:tn=9.55pn/nn=9.55*2200/1500=14n·m

电枢回路中电压平衡方程式为:un=e+ianra

额定电流时的反电势en=un-ianra=110v-25*0.4=100v

直接启动时的启动电流ist=un/ra=110/0.4=275a

串电阻启动时:ist=un/(ra+ rst)≤2in

所以ra+ rst≥un/2in=110/(2*25)=2.2ω

所以rst≥2.2-ra=1.8ω

keφn=(un-inra)/nn=(110-25*0.4)/1500=0.067

启动转矩tst=ktφnist= 9.55keφnist =9.55*0.067*50=31.8n·m

3.16、直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时,为什么要逐渐切除启动电阻?如切除太快,会带来什么后果?

答:如果启动电阻一下全部切除,在切除瞬间,由于机械惯性的作用使电动机的转速不能突变,在此瞬间转速维持不变,机械特性会转到其他特性曲线上,此时冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻的方法。如切除太快,过大的冲击电流有可能会烧毁电机。

3.17、转速调节(调速)与固有的速度变化在概念上有什么区别?

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