1、第二部分 直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在 _条件下， _和 _的关系。 （ U=UN、 = N，电枢回路不串电阻； n； Tem 2、直流电动机的起动方法有 _ _。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的 _倍。 （ 2） 4、当电动机的转速超过 _时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采 _调速方法，而拖动恒功率负载时应采用 _调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（ F） 2、直流电动机串多级电阻
2、起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（ ） （ T） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （ T） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （ F） 5、他励直流电动 机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （ T） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的 GD2 反映了：（ 2） （ 1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（ 2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（ 3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励
3、直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（ 3） （ 1）串电阻的人为特性；（ 2）降压的人为特性；（ 3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压 的方法起动，其目的是：（ 2）（ 1）为了使起动过程平稳；（ 2）为了减小起动电流；（ 3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（ 2）（ 1）能耗制动状态；（ 2）反接制动状态；（ 3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为 I1和 I2，那么：（ 2）（ 1） I1I2。
4、 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点 处，满足 em LdT dTdn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？ (所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行 ,还是调速过程中处于不同转速下运行 ,其电枢电流都等于额定值。 ) 一台他励直流电动机数据为： PN=7.5kW， UN=110V， I N=79.84A， nN=1500r/min，电枢回路电阻 Ra=0.1014，求：（ 1） U=U N， = N条件下，电枢电流 Ia=60A时转速是多少？（ 2） U=U N条件下，主磁通减少 15%，负载转矩为 TN不变
5、时，电动机电枢电流与转速 是多少？（ 3） U=U N， = N条件下，负载转矩为 0.8TN，转速为（ 800） r/min，电枢回路应串入多大电阻？ 解：（ 1） 0.068N a NeN NU R IC n 1 5 2 8 / m inN a aeNU R InrC （ 2） NT 不变时， emT 不变，即 T N N T aC I C I 9 3 .9 30 .8 5NNa N NNI I I A 1 7 3 8 / m inN a aeU R InrC （ 3）不计空载转矩时， em LTT ，故： 0 .8 0 .8 0 .9 5 5 3 8 .2Ne m N NPT T N m
6、n 2N a Be N e T NU R Rn C C C解得： 2.69BR 第五部分 异步电动机 一、填空题： 1、当 s 在 _范围内，三相异步电机运行 于电动机状态，此时电磁转矩性质为_；在 _范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为 _。（ 0；反电动势；制动转矩） 2、三相异步电动机根据转子结构不同可分为 _ _和 _ _两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机） 3、一台 6 极三相异步电动机接于 50HZ的三相对称电源；其 s=0.05，则此时转子转速为 _r/min，定子旋转磁势相对于转子的转速为 _r/min。（ 950； 50； 0） 4、三相异 步电动机的电磁转矩是由
7、 _和 _共同作用产生的。（主磁通；转子电流的有功分量 ） 5、一台三相异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的转速 _，定子电流 _，最大转矩_，临界转差率 _。（减小；增大；减小；不变） 6、三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速 _，定子电流 _。（减小； 增加） 7、三相异步电动机等效电路中的附加电阻是模拟 _的等值电阻。（总机械功率） 8、三相异步电动机在 额定负载运行时，其转差率 s 一般在 _范围内。 （ 0.01 0.06） 9、对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩 _，最大转矩 _。（增大；不变） 二、判断题
8、 1、不管异步电机转子是旋转还是静止，定、转子磁通势都是相对静止的（ ）。（ T） 2、三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗（ ）。 （ T） 3、三相异步电动机的最大电磁转矩 Tm的大小与转子电阻 r2阻值无关（ ）。（ T） 4、通常三 相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。（ ） （ T） 5、三相异步电机当转子不动时，转子绕组电流的频率与定子电流的频率相同（ ）。（ T） 三、选择题 1、三相异步电动机带恒转矩负载运行，如果电源电压下降，当电动机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩：下降；增大
9、；不变；不定。 2、三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因： 异步电动机是旋转的；异步电动机的损耗大；异步电动机有气隙；异步电动机有漏抗。 3、三相异步电动机空载 时，气隙磁通的大小主要取决于： 电源电压；气隙大小；定、转子铁心材质；定子绕组的漏阻抗。 4、三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于： 它们的定子或原边电流都滞后于电源电压； 气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势； 它们都有主磁通和漏磁通； 它们都由电网取得励磁电流。 5、三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会： 升高；下降一直到停转； 下降至零后再反向旋转；下降到某一稳定转速。 四、简
10、答题 1、三相异步电动机空载运行时，电动机的功率因数 为什么很低？ （空载时， 10II ，而 0 0 0arI I I ，其中， 0aI 为有功分量电流，用来供给空载损耗； 0rI 为无功分量电流，用来建立磁场。由于 00arII ，所以空载电流基本上是一无功性质的电流，因而电动机的功率因数很低。） 2、异步电动机等效电路中的附加电阻21 sRs的物理意义是什么？能否用电抗或电容代替这个附加电阻？为什么？ （ 异步电动机等效电路中的附加电阻代表总机械功率的一个虚拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率 2221 sRIs来代替总机械功率（包括轴上输出的机械功率和机械损耗、附加损耗等）。因输出的
11、机械功率和机械损耗等均属有功性质。因此， 从电路角度来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电抗或电容代替这个附加电阻。） 3、异步电动机中的空气隙为什么做得很小？ （异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而 提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流有属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。） 五、计算题 1、已知一台三相四极异步电动机的额定数据为： PN=10kW， UN=380V， IN=11.6A，定子为 Y 联结，额定运行时，定子铜损耗 PCu1=560W,转子铜损耗 PC
12、u2=310W，机械损耗 Pmec=70W，附加损耗 Pad=200W，试计算该电动机在额定负载时的：（ 1）额定转速；（ 2）空载转矩；（ 3）转轴上的输出转矩；（ 4）电磁 转矩。 解：（ 1） 22 1 0 .5 8e m m e c a d C uP P P P P k W 2 / 0.0293N C u ems P P 1(1 ) 1 4 5 6 / m inNNn s n r （ 2） 0 1 .7 7m ec adPPT N m （ 3） 22 65.59NPT N m （ 4） 20 6 7 .3 6emT T T N m 2、已知一台三相异步电动机，额定频率为 150kW，额
13、定电压为 380V，额定转 速为 1460r/min，过载倍数为 2.4，试求：（ 1）转矩的实用表达式；（ 2）问电动机能否带动额定负载起动。 解：（ 1）9 5 5 0 9 8 1 .2NN NPT N mn 2355m m NT T N m 根据额定转速为 1460r/min，可判断出同步转速 1n =1500 r/min，则额定转差率为 11 0.027NNnns n2( 1 ) 0 .1 2 4mN mmss 转子不串电阻的 实用表达 式为： 2 4710 0 .1 2 40 .1 2 4mmmTT ssssss （ 2）电机开始起动时， s=1， T=Ts，代入实用表达式得： 47
14、10 5751 0 .1 2 40 .1 2 4 1sT N m 因为 sNTT ，故电动机不能拖动额定负载起动。 第六部分 异步电动机的电力拖动 一、 填空题： 1、拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率 s 在 _范围内时，电动机都能稳定运行。 ( ms0 ) 2、 三相异步电动机的过载能力是指 _。 ( NmTT/ ) 3、星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的 _倍。 (3) 4、三相异步电动机进行能耗制动时，直流励磁电流越大，则补始制动转距越 _。 (大 ) 5、三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则 U1应随 f1按
15、 _规律调节。 (正比 ) 二、判断题 1、由公式 Tem=CT mI 2cos 2可知，电磁 转矩与转子电流成正比，因为直接起动时的起动电流很大，所以起动转矩也很大。（ ） (F) 2、深槽式与双笼型三相异步电动机，起动时由于集肤效应而增大了转子电阻，因此具有较高的起动转矩倍数。（ ） (T) 3、三相绕线转子异步电动机转子回路串入电阻可以增大起动转矩，串入电阻值越大，起动转矩也越大。（ ） (F) 4、三相绕线转子异步电动机提升位能性恒转矩负载，当转子回路串接适当的电阻值时，重物将停在空中。（ ） (T) 5、三相异步电动机的变极调速只能用在笼型转子电动机上。（ ） (T) 三、选择题 1
16、、与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（ 3） （ 1）定子串接电阻的人为机械特性；（ 2）转子串接电阻的人为机械特性；（ 3）降低电压的人为机械特性。 2、 一台三相笼型异步电动机的数据为 PN = 20kW， UN = 380V， T=1.15， ki=6,定子绕组为三角形联结。当拖动额定负载转矩起动时，若供电变压器允许起动电流不超过 12IN，最好的起动方法是： （ 1） （ 1）直接起动；（ 2） Y 降压起动；（ 3）自耦变压器降压起动。 3、一台三相 异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降 10%，这时电动
17、机的电磁转矩： （ 1） （ 1） Tem=TN;(2) Tem=0.81 TN;(3) Tem=0.9TN。 4、三相绕线转子异步电动机拖动起重机的主钩，提升重物时电动机运行于正向电动状态，若在转子回路串接三相对称电阻下放重物时，电动机运行状态是： （ 3） （ 1）能耗制动运行；（ 2）反向回馈制动运行；（ 3）倒拉反转运行。 5、三相异步电动机拖动恒转矩负载，当进行变极调速时，应采用的联结方式为：（ 1）（ 1） Y YY；（ 2） YY；（ 3）正串 Y 反串 Y。 四、简答题 1、容量为几个千瓦时，为什么直流电动机不能直接起动而三相笼型异步电动机却可以直接起动？ (直流电动机的直接起
18、动电流为 aNst RUI / ，由于 aN RU ,无论功率大小， stI 都将达到额定电流的十几倍，甚至几十倍，这是电动机本身所不能允许的，所以直流电动机不能直接起动。三相异 步电动机在设计时通常允许直接起动电流为额定电流的 5-7 倍，加上供电变压器容量通常都能满足小功率三相异步电动机直接起动要求，所以几个千瓦的三相异步电动机可以直接起动。 ) 2、深槽与双笼型异步电动机为什么起动转矩大而效率并不低？ (深槽式与双笼型异步电动机所以起动转矩打，是因为起动时转子电动势、电流频率较高，出现集肤效应造成了转子电阻增大所致。正常运行时集肤效应不显著，转子电阻减小为正常值。因此运行时效率仍较高。
19、) 五、计算题 一台三相笼型异步电动机的数据为 PN=40kW,UN=380V,nN=2930r/min, N=0.9, cos N=0.85， ki=5.5, kst=1.2，定子绕组为三角形联结，供电变压器允许起动电流为 150A，能否在下列情况下用 Y 降压起动？ （ 1）负载转矩为 0.25TN;(2)负载转矩为 0.5TN。 解：额定电流AAU PINNNNN 44.7985.09.03 8 03 1 0 340c o s3 直接起动电流 AAIkI NIst 4 3 744.795.5 采用 Y-降压起动时 起动电流： AAAII stst 1 5 07.1 4 54 3 7313
20、1 起动转矩： NNNststst TTTkTT 4.02.1313131 可见：（ 1）当 NL TT 25.0 时，可以起动；（ 2）当 NL TT 5.0 时，不能起动 。 第九部分 电力拖动系统中电动机的选择 (选学内容 ) 一、简答题： 1、电动机的温升、温度以及环境温度三者之间有什么关系？电机铭牌上的温升值的含义是什么？ (电动机 的温升与铜耗 ,铁耗和机械损耗有关。电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高温度。电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小，热量的发散是随温度差递增的，少量被发散法到空气中，大量被空气吸收。因而温度升高
21、的较快，随着电动机温度逐渐升高，被电动机吸收的减少 ,而发散到空气中的热量增加。 ) 2、电动机在使用中，电流、功率和温升能否超过额定值？为什么？ （电动机在运行中其电压、电流、功率、温升能超过额定值因为保证电动机长期安全运行的必要条件是按发热条件选择电动机功率 的 ,只要保证 max a） 3、电动机的允许温升取决于什么？若两台电动机的通风冷却条件不同，而其他条件完全相同，它们的允许温升是否相等？ （电动机的允许温升主要取决于所采用的绝缘材料。电动机的选择与使用都以不以超过额定温升为原则。若两台电动机的通风冷却条件不同，而其他条件完全相同，它们的允许温升相等。） 4、电动机的三种工作制是如何
22、划分的？负载持续率 FC%表示什么意义？ （电动机的三种工作制是根据负载持续时间的不同来划分的，有连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三种。在断续周期工作制，额定负载时间与整 个周期之比称为负载持续率 FC%） 电机与拖动 (刘振兴版 )参考答案 2-1 （ 1） 切削功率 : WFVPsmdnVrjjj nnLff3 8 0 09.1*2 0 0 0/9.1215.0*60 67.241*22*602m in/67.2412*5.1*2 1 4 5 0321 （ 2） 电动机输出功率： WPP L 6.52 129.0*9.0*9.0 38 003212 （ 3） 系统总飞轮转矩： 222
23、222223222122221221222.55.425.03.05.05.32*5.1*2 95.1*2 7.22 25.3 mNjjjGDjjGDjGDGDGD dcba（ 4） 电动机电磁转矩： MNjjj FDTT L .29.349.0*9.0*9.0*2*5.1*2 2/15.0*20002/ 3213213212 （ 5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 MNjjjFDT .252*5.1*2 2/15.0*20002/ 3212 传动机构阻转矩： MNTTT .29.92529.34220 加速时电 动机转矩： MNdtdnGDTT .19800*375
24、55.429.9375 20 2-2 （ a） 减速dtdnGDTT L 37 52（ b） 减速dtdnGDTT L 375 2（ c） 加速dtdnGDTT L 37 52（ d） 减速dtdnGDTT L 375 2（ e） 匀速dtdnGDTT L 3752 2-3 (a) 稳定 ；（ b）稳定； (c) 稳定； (d) 稳定； (e) 不稳定； 第四章 4-1 直流电动机起动要求： （ 1） 起动 电流要小，一 般在 （ 1.52） IN （ 2） 起动 转矩要大， Tst TL， ； （ 3） 起动 设备要简单便可靠。 如果起动时直接将额定电压加至电枢两端，称为直接起动。由于起动初
25、始时，电动机因机械惯性而未能旋转起来，转速为零，电枢电动势 0 nCE ea ，忽略电枢回路电感的作用时，电动机的起动电流为 aNaaNst RUR EUI 一般电动机的电枢绕组电阻 Ra很小，若直接加上额定电压起动， Ist可达到额定电流的 10 20 倍。这样大的起动过流将导致转向困难，换向器表面产生强烈的火花式环火；电枢 绕组产生过大的电磁力，引起绕组损坏；而且产生过大的起动转矩，对传动机构产生强烈冲击，可能损坏机械传动部件。另外，过大的起动电流将引起电网电压的波动，影响同一电网上其他电气设备的正常运行。一般直流电动机是不允许直接起动 . 一般直流电动机的最大允许电流为（ 1.52） I
26、N，为了限制过大的起动电流，由aNst RUI 可以看出，可以采用两种办法：一种办法是降低电源电压，另一种办法是电枢回路串电阻。 4-2 速度调节 是用改变电动机参数的方法，使电力拖动系统运行于不同的人为机械特性上，从而在相同的 负载下，得到不同的运行速度。是人为的有目的行为；速度变化是由于负载的变化，使电动机在同一条机械特性上发生的转速变化。 4-3 在额定负载下，电机可能运行的最高转速 nmax与最低转速 nmin之比称为调速范围。用 D 表示，即： NTTnnDminmax 在同一条机械特性上，额定负载时的转速降 nN与理想空载转速 n0之比称为静差率，用表示，即 000 nnn nn
27、NN 调速范围 D 与静差率是相互制约的两项性能指标，由图 4-4（ b）可以推断出 D 与之间的关系式为 )1( m a xm a x0 m a xm i nm a x NNNN nnnnnnnnnnD 4-4 电动机调速时的容许输出是指电动机电枢电流保持额定值 I=IN的条件下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。恒转矩调速是指在不同转速下保持 Ia=IN，电动机容许输出的转矩不变。恒功率调速是指在调速范围内，保持 Ia=IN，电动机容许输出的电磁功率保持不变。 如果以恒转矩调速方式配以恒功率负载时，为确保低速时电动机的转矩满足要求，只有在最低速时，电动机允许输出转矩与负载转矩相等；在高
28、速运行时，电动机的转矩就得不到充分利用。如果以恒功率调速方式配以恒转矩负载时为确保高速时电动机的转 矩仍满足要求，只有在 nmax时电动机允许输出转矩才等于负载转矩；而在低速时，电动机转矩都得不到充分利用，造成投资和运行费用的浪费。 4-5 电动机制动运行的主要特点是电磁转矩与转速方向相反，不再从电源吸收电功率。 制动运行的作用包括：快速或准确停车、限制高速。能耗、电压反接、倒拉反转、回馈等四种形式。 4-7 4-8 038.0305 6 0 0 0 0305*2202121036.0305 220*05.005.0,05.0,95.022NNNNNNNNNaNIPIURaIURaURaIUE
29、或(1) 直接起动时 NaNst IRUI 2011.6 1 11036.0 220 (2) 如果需要将起动电流限制在 2 倍额定电流，则 324.0036.036.036.036.0305*2 2202 astNNsta RRIURR(3) 如果需要将起动电流限制在 2 倍额定电流，则 VRIU aN 96.210 3 6.0*3 0 5*22 4-9 415.1722.0369.089.2384.0*96.1475.1384.0*96.1753.0384.0*96.156.7796.115296.1384.089.289.276*2440152*23384.0762 9 0 0 076*4
30、402121289.076440*05.005.0,05.0,95.02331221133122211231122RRRRRRRaRRRRRRRRAIIRRIURAIImIPIURaIURaURaIUEaaamamNmNNNNNNNNNNaN起动级数或4-10 278.025053.69233.0411.0*55.9376.0)4(09.01 5 0 08.1 3 6 31 5 0 04 5 7 7.02 9 3 3.0*55.9376.0)3(m in/8.1 3 6 32 9 3 3.0376.0*4.1064401 5 0 02 9 3 3.0440,4.10676*714.01714.
31、0411.02 9 3 3.02 9 3 3.01 5 0 0440)2(m in/47.18053.69250m in ,/250)1(m in/1 0 7 0411.044053.69411.0376.0*7693.355.9411.01 0 0 0376.0*76440220022000率与静差率：最低转速机械特性的斜率与静差率：最高转速机械特性的斜额定转矩时的转速为：弱磁后的电流为：对于恒转矩负载而言，转速为：弱磁时的最高理想空载速为：相应的额定转矩最低转载转速为降压调速的最低理想空TeaNTeaeaNNeNNNeeNeaNeTNaNNeccRnnnccRrcRIUncUnIInUcr
32、rrcUncRInccnRIUc4-11 m imrcRIUnIIIIVRIncURIncURccnRIUceaNNNNaNeaNeNeTNaNNe/4.73985.0*327.0044.0*85.0/280220,*85.01)3(8.175044.0*280500*327.02158.0044.0280500*327.0220)1(12.355.9327.0635044.0*280220不能长期运行）降压调速（电枢串电阻：4-12 m imrcRIUnIIIm imrcRIUnVrcRRIUnrcRIUnccnRIUceaNNNNaeaNeaNNeaNNeTNaNNe/12518.0*20
33、4.01.0*5.158*2208.0*8.018.04/820204.01.0*5.158*8.01808.08.0180)3(m in/830204.0)3.01.0(*5.158*8.0220)8.08.03.02m in/3.1016204.01.0*5.158*8.02208.01(8.095.155.9204.010001.0*5.158220矩不变，倍额定磁通时，负载转）磁通减弱到（倍额定电流不变时，电枢电流同样维持电枢电压为（倍额定电流不变：电阻时，电枢电流维持）电枢回路串入（）倍额定负载时带上4-13 显然效率较低外串电阻上的损耗输出功率电动机输入功率拖动额定负载转矩时（电枢
34、回路串入电阻值：电动机调速范围为）带上额定负载时WRIpWPnnPWIUPRrRcRRIUnnnDrnnnnnrcUnccnRIUcNcuNNNNeaNNeNeTNaNNe4.3 4 7 89 8 1 41 3 0 0 0*1 5 0 04.1 1 3 21 5 1 1 47.68*220)4(737.0m in/4.1 1 3 2136.0)224.0(*7.68220)3(325.14.1 1 3 21 5 0 0)2(m in/4.1 1 3 26.1 6 1 7*7.0)1(3.01(m in/6.1 6 1 7136.02203.155.9136.01 5 0 0224.0*7.682202m i n21m i nm i nm a x0m i n0m i n00
