1、电机与电力拖动（第三版）习题 及 答案 第 1 章 思考题和习题 一、填空题 1直流电动机主磁极的作用是产生 ，它由 和 两大部分组成。 气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组 2直流电动机的电刷装置主要由 、 、 、 和 等部件组成。 电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫 3电枢绕组的作用是产生 或流过 而产生电磁转矩实现机电能量转换。 感应电动势、电枢电流 4电动机按励磁方式 分类，有 、 、 和 等。 他励、并励、串励、复励 5在直流电动机中产生的电枢电动势 Ea 方向与外加电源电压及电流方向 ，称为 ，用来与外加电压相平衡。 相反、反电势 6直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小
2、部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效 转矩，它们之间的平衡关系可用_表示。 输出、电磁转矩 =损耗转矩 +输出转矩 二、判断题 (在括号内打“”或打“” ) 1直流发电机和直 流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。（ ） 2直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。（ ） 3串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。（ ） 4电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。（ ） 5直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。（ ） 6直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。（ ） 三、选择题 (
3、将正确答案的序号填入括号内 ) 1直流电动机在旋转一周的过程中，某一个 绕组元件 (线圈 )中通过的电流是 ( B )。 A直流电流 B交流电流 C互相抵消，正好为零 2在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组 ( B )。 A应与主极绕组串联 B应与电枢绕组串联 C应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联 3直流电动机的额定功率 PN是指电动机在额定工况下长期运行所允许的 ( A )。 A从转轴上输出的机械功率 B输入电功率 C电磁功率 4直流电动机铭牌上的额定电流是。 ( C )。 A额定电枢电流 B额定励磁电流 C电源输入电动机的电流 5在 个 4
4、 极直流电动机中， N、 S 表示主磁极的极性， n、 s 表示换向极的极性。顺着转子的旋转方向，各磁极的排列顺序应为 ( C )。 A N n N n S s S s B N s N s S n S n C N n S s N n S s D N s S n N s S n 四、简答题 1有一台复励直流电动机，其出线盒标志已模糊不清，试问如何用简单的方法来判别电枢绕组、并励绕组和串励绕组 ? 答：根据阻 值大小和绕组直径判断。 2为什么直流电动机的定子铁心用整块钢材料制成，而转子铁心却用硅钢片叠成 ? 答：定子励磁电流是直流电流，磁滞损耗和涡流损耗小；而转子中流过的是交变的电流，磁滞损耗和涡
5、流损耗较大。 3写出直流电动机的功率平衡方程式，并说明方程式中各符号所代表的意义。式中哪几部分的数值与负载大小基本无关 ? 答： 0TTT Lem ，电磁转矩 emT 、负载转矩 LT 、空载转矩 T0，其中空载转矩的大小与 负载大小基本无关。 4直流电机电枢绕组中的电动势和电流是直流吗？励磁绕组中的电流是直流还是交流？为什么将这种电机叫直流电机？ 答：电枢绕组中的电动势和电流是交流。励磁绕组中的电流是直流。因输入或输出的电流是直流，故称直流电机。 5什么是电枢反应？电枢反应对电机气隙磁场有什么影响？ 答：电枢反应是指电枢磁场对主磁场的影响。电枢反应使磁极下的磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合
6、成磁场发生畸变，使主磁场削弱。 6什么是直流电机的换向？研究换向有何实际意义？根据换向时电流变化的特点有哪几种形式的换向？哪种形式较 理想？有哪些方法可以改善换向以达到理想的换向？ 答：一个元件从一个磁极下旋转到另一个磁极下时，元件中电流方向改变的过程称换向。研究换向是为了在换向时电火花对电刷的损害小而均匀。电流均匀的由大到小再由小到大的均匀变化（直线换向）是理想的换向形式。采取安装换向极、正确移动电刷、正确选用电刷、装设补偿绕组等方法都能改善条件。 五、计算题 1有一台 100 kW 的他励电动机， UN=220 V， IN=517 A， nN=1200 r min， Rt=0 05 欧姆，
7、空载损耗 P0=2 kW。试求： (1)电动机的效率 ； (2)电磁功率 P； (3)输出转矩 T2。 答： （ 1）额定输入功率为： kWIUP NNN 74.1 1 35 1 72 2 01 效率： 88.074.1131001 NNPP（ 2）电磁功率： kWPPP N 1 0 221 0 00 （ 3）额定输出转矩： mNnPT NNN 2.7961 2 0 014.32 10100602 1060332 2一台并励直流电动机，铭牌数据为 PN=96kW， UN=440V， IN=255A， IfN=5A， nN=1 550r/min，并已知 Ra=0.087。试求： （ 1）电动机的
8、额定输出转矩 TN； （ 2）电动机的额定电磁转矩 Tem； （ 3）电动机的理想空载转速 n0。 答： （ 1） 额定输出转矩： mNnPT NNN 5 9 21 5 5 014.32 1096602 1060332 （ 2） 根据电压平衡方程式可知电枢电动势为：VRIUE aaNa 418087.0255440 电磁功率为： kWIEP aaem 5.104)5255(418 额定电磁转矩： mNnPPT Nememem 6 4 41 5 5 014.32 105.1 0 4602 106033（ 3） 根据 nCE ea 得 2697.01550418 nEC ae理想空载转速： m i
9、n/1 6 3 12 6 9 7.0 4 4 00 rCUn e N 第 2 章 思考题和习题 一、填空题 1串励电动机不允许 启动，同时规定负载不能小于额定值的 20 30，不准用 V 带或链条传动，防止因 V 带或链条滑脱而发生 事故。 空载、飞车 2直流电动机启动瞬间，转速为零， 也为零，加之电枢电阻又很小，所以启动电流很大，通常可达到额定电流的 倍。 感应电动势、 10 20 3直流电动机的启动方法有 启动和 启动两种。 直接、降压或电枢串电阻 4直流电动机的调速有 调速、改变 调 速和改变 调速三种方法。 串电阻、电压、磁通 5电枢回路串电阻调速时，转速将随主磁通的减小而 ，但最高转
10、速通常控制在 1 2 倍额定转速以下。 升高 6改变直流电动机旋转方向的方法有两种：一种是改变 方向；另一种是改变 方向。若同时采用以上两种方法，则直流电动机的转向将 。 电枢电流、励磁电流、不变 二、判断题 (在括号内打“”或打“” ) 1降低他励直流电动机的电枢电压时其理想空载转速不会降低。（ ） 2电枢串电阻调速时其理想空载转速不会降低。（ ） 3所谓电气制动，就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩 emT ， emT 起到阻碍运动的作用。（ ） 4倒拉反转反接制动和回馈制动都是即可以用于高速下的限速下放，也可以用于低速下的限速下放。（ ） 三、选择题 (将正确答案的序号填入括号
11、内 ) 1并励电动机改变电枢电压调速得到的人为机械特性与自然机械特性相比，其特性硬度 ( C )。 A变软 B变硬 C不变 2由于电枢反应的作用，使直流电动机 主磁场的物理中性线 ( B )。 A在几何中性线两侧摆动 B逆着电枢的旋转方向偏转 角 C顺着电枢的旋转方向偏转 角 3一台他励直流电动机带恒定负载转矩稳定运行，若其他条件不变，只是人为地在电枢电路中增加了电阻，当重新稳定运行时，其 ( C )将会减小。 A电磁转矩。 B电枢电流 C电动机的转速 4要改变直流电动机的转向，以下方法可行的是 ( C )。 A改变电流的大小 B改变磁场的强弱 C改变电流方向或磁场方向 5直流电动机的能耗制动
12、是指切断电 源后，把电枢两端接到一只适宜的电阻上，此时电动机处于 ( B )。 A电动机状态 B发电机状态 C惯性状态 6直流电动机在进行电枢反接制动时，应在电枢电路中串入一定的电阻，所串电阻阻值不同，制动的快慢也不同。若所串电阻阻值较小，则制动过程所需时间 ( A )。 A较长 B较短 C不变 四、简答题 1写出电力拖动系统的运动方程式并说明方程式中各物理量的意义以及方程式中转矩和转速正、负号的规定。 答： Lem TTtnGD dd3752， emT 电动机的拖动转矩， LT 生产机械的负载转矩，GD2 转动物体的飞轮矩， dn/dt 转速的变化率。 1）首先选定顺时针或逆时针中的某一个方
13、向为规定正方向。 2）转速的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。 3）电磁转矩 emT 的方向与规定正方向相同时为正，相反时为负。 4）负载转矩 LT 与规定正方向相反时 为正，相同时为负。 2电力拖动系统的运动方程式有何实际应用意义？ 答：判断拖动系统的运动状态；定量计算拖动系统的参数。 3研究电力拖动系统时为什么要把一个多轴系统简化为一个单轴系统？简化过程要进行哪些量的折算？折算时各需遵循什么原则？ 答：为简化传动系统的计算。要进行转矩和惯性的折算。转矩折算的原则是保持折算前后功率不变；惯性折算的原则是保持折算前后动能不变。 4什么是生产机械的负载转矩特性？有哪几种类型？各有何特点？
14、答：生产机械的转速 n与负载转矩 LT 之间 的关系 )( LTfn 特性。有恒转矩负载：特点是转矩大小恒定不变；恒功率负载：特点是负载功率大小恒定不变；通风机型负载：特点是转矩大小与转速的平方成正比。 5什么是直流电动机的人为机械特性 ?并画图说明他励直流电动机的三种人为机械特性曲线。 答：为满足性能需要人为改变电动机运行参数的机械特性叫人为机械特性。三种人为机械特性曲线见图 2-13、 2-14、 2-15 所示。 6当并励直流电动机的负载转矩和电源电压不变时，减小电枢回路电阻，会引起电动机转速的何种变化 ?为什么 ? 答：转速升 高。因电阻减小使得电枢电流增大，电磁转矩增大，当达到新的平
15、衡点时在较高的转速下运行。 7为什么说串励电动机比并励电动机更适宜用做起重机械的动力 ? 答：因串励电动机有较大而不是很大的启动转矩，便于控制。 五、计算题 1一台他励直流电动机的数据为： PN=10 kW， UN=220V， IN =53.4A， nN=1 500r/min，Ra=0.4。试绘制以下几条机械特性曲线：（ 1）固有机械特性；（ 2）电枢串入 1.6电阻的机械特性；（ 3）电源电压降至额定电压一半的机械特性；（ 4）磁通减少 30%的机械特性。 答： （ 1）绘制固有特性曲线 估算 Ra：由2)7.04.0( N NNNa I PIUR 式，此处取系数 0.67，则 4 1 1.
16、04.53 1 0 0 0 04.532 2 067.0 2aR 计算 NeC ： 132.05001 411.04.53220 N aNNNe n RIUC 理想空载点： 0emT m inr/7.6661132.02200 Ne NCUn 额定工作点： n=nN=1 500 r/min mN32.674.531 3 2.055.955.9 NNeN ICT 在坐标图中连接额定点和理想空载点，即得到 固有特性曲线。 （ 2）绘制电枢串入 1.6电阻的机械特性 当电枢回路串入电阻 Rpa=1.6时，理想空载点仍然为 n0=1666.7 r/min，当 Tem=TN时，即 Ia=53.4A 时，
17、电动机的转速为： m inr/8534.53132.0 6.1411.07.66610 aNe paa IC RRnn （ 3）电源电压降至额定电压一半的机械特性 当电源电压降至 0.5UN=110V 时，理想空载点 0n 与电压成正比变化，所以 m inr/8332201107.66610 n 当 Tem=TN时，即 Ia=53.4A 时，电动机的转速为 ： m inr/6 6 74.531 3 2.0 4 1 1.08 3 3 n 其特性为通过（ 0， 833）和（ 67.32， 667）两点的直线。 （ 4）磁通减少 30%的机械特性 当磁通减弱至 30%N时，理想空载转速 0n 将升高
18、 m inr/5555132.03.0 2203.00 NeNCUn 当 Tem=TN时，电动机的转速为： m inr/3 7 0 732.67)132.03.0(55.9 411.05 5 5 5)3.0(55.9 220 NNea TCRnn 其人为特性为通过（ 0， 5555）和（ 67.32， 3707）两点的直线。 2一台他励直流电动机数据与题 1 数据相同，求：（ 1）在额定负载下运行 时的电磁转矩、输出转矩及空载转矩；（ 2）理想空载转速和实际空载转速；（ 3）负载为额定负载一半时的转速；（ 4） n=1 600r/min 时的电枢电流。 答： （ 1）在额定负载下运行时的电磁转
19、矩、输出转矩及空载转矩 由上题可知： mN261.1132.055.955.9 NeNT CC 额定电磁转矩： mN34.674.532 6 1.1 NNTe m N ICT 输出转矩： mNnPT NNLN .6.611 5 5 0109 5 5 09 5 5 0 空载转矩： mN74.56.6134.670 LNe m N TTT （ 2）理想空载转速和实际空载转速 理想空载转速： m inr/7.6661132.02200 Ne NCUn 实际空载转速： mN1 6 5 374.541.27.1 6 6 6000 Tnn 而 41.226.1132.0 4.0 NTNe aCC R（ 3
20、）负载为额定负载一半时的转速 mN1 5 8 632.675.041.27.1 6 6 65.000“ NTnn （ 4） n=1600r/min 时的电枢电流 当 n=1600r/min 时的转矩为： TTn 41.27.16661600 0 则： mNT .7.27 ， 对应的电枢电流为： AC TI NTa 224.53261.126.1 7.27 3他励直流电动机的技术数据为： PN =7.5 kW， UN =110V， IN=85.2A， nN =750r/min，Ra=0.13。试求：（ 1）直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？（ 2）如限制启动电流为 1.5 倍，电枢回路应串
21、入多大的电阻？ 答： （ 1）直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？ ARUI aNst 84613.0110 倍数为： 9.92.85846 NstIIn（ 2）如限制启动电流为 1.5 倍，电枢回路应串入多大的电阻？ 将启动电流限制到 时AII Nst 8.1 2 72.855.15.1 应传入的电阻为： 731.013.08.127110 astNfp RIUR 4一台他励直流电动机的额定功率 PN=2.5kW，额定电压 UN=220V，额定电流 IN=12.5A，额定转速 nN=1500 r/min，电枢回路总电阻 Ra=0.8，求： （ 1）当电动机以 1200 r/min 的转速
22、运行时，采用能耗制动停车，若限制最大制动电流为 2IN，则电枢回路中应串入多大的制动电阻？ （ 2）若负载为位能性恒转矩负载，负载转矩为 TL=0.9TN，采用能耗制动使负载以 120 r/min 转速稳速下降，电枢回路应串入多大电阻？ 答： （ 1） 14.05 0 01 8.05.122 2 0 N aNNNe n RIUC 在 1200 r/min 的转速运行时的感应电动势为： VnCE Nea 1 6 81 2 0 014.0 应串入的电阻为： 92.58.05.122 168azaH RIER（ 2） 根据机械特性方程式：LNTe Ha TCC RRn 2，此时， NL TTn 9.
23、0,120 则： 5.1214.09.014.055.9 8.01202 HR故： 5.13HR 5一台他励直流电动机的额定功率 PN=4kW，额定电压 UN=220V，额定电流 IN=22.3A，额定转速 nN=1 000 r/min，电枢回路总电阻 Ra=0.91。运行于额定状态，为使电动机停车，采用电枢电压反接制动，串入电枢回路的电阻为 9，求：电动机拖动反抗性负载转矩运行于正向电动状态时， TL=0.85TN(与反接后电磁转矩进行比较，若 TL大，则不转，若小，则转 )。 （ 1）制动开始瞬间电动机的电磁转矩是多少？ （ 2） n=0 时电动机的电磁转矩是多少？ （ 3）如果负载为反抗
24、性负载，在制动到 n=0 时不切断电源，电动机会反转吗，为什么？ 答： （ 1） 2.01000 91.03.22220 N aNNNe n RIUC 制动开始瞬间的感应电动势为： VRIUE aaNa 20091.03.22220 制动瞬间的电流为： ARR EUI aH aZ 4.4291.09 200220 （ 2） 当 n=0 时， Ea=0，此时， ARR EUI aH aZ 2.2291.09 0220 电磁转矩： mNICT Zeem .4.42)2.22(2.055.955.9 （ 3）如果负载为反抗性负载，在制动到 n=0 时不切断电源， mNTem .4.42 将成为反向拖
25、动转矩，此时的负载转矩大小为：mNICT Neem .2.36)3.2285.02.055.985.055.9 ，负载转矩小于反向拖动转矩， 电动机将反转。 第 3 章 思考题和习题 一、填空题 1变压器是一种能变换 电压，而 不变的静止电气设备。 交流、频率 2变压器的种类很多，按相数分，可分为单相和三相变压器；按冷却方式分，可分为 、风冷式、自冷式和 变压器。 油冷、水冷 3电力系统中使用的电力变压器，可分为 变压器、 变压器和 变压器。 升压、降压、配电、厂用 4变压器的空载运行是指变压器的一次绕组 ，二次绕组 的工作状态。 加额定电压、断路 5一次绕组为 660 匝的单相变压器，当一次
26、侧电压为 220 V 时，要求二次侧电压为127 V，则该变压器的二次绕组应为 匝。 381 6一台变压器的变压比为 1： 15，当它的一次绕组接到 220 V 的交流电源上时，二次绕组输出的电压是 V。 14.7 7变压器空载运行时，由于 损耗较小， 损耗近似为零，所以变压器的空载损耗近似等于 损耗。 铜、铜、铁 8变压器带负载运行时，当输入电压 U1 不变时，输出电压 U2 的稳定性主要由 和 决定，而二次侧电路的功率因数 cos 2 主要由 决定，与变压器关系不大。 变压器内阻、负载大小、负载性质 9收音机的输出变压器二次侧所接扬声器的阻抗为 8 ，如果要求一次侧等效阻抗为 288，则该
27、变压器的变比应为 。 6 10变压器的外特性是指变压器的一次侧输入额定电压和二次侧负载 一定时，二次侧 与 的关系。 功率因数、输出电压、电流 11一般情况下，照明电源电压波动不应超过 ；动力电源电压波动不应超过 ，否则必须进行调整。 +5%和 -10%、 5% 12如果变压器的负载系数为，则它的铜耗 PCu与短路损耗 PK的关系式为 ，所以铜耗是随 的变化而变化的。 KCu PP 2 、负载 13当变压器的负载功率因数 cos 2 一定时，变压器的效率只与 有关；且当_时，变压器的效率最高。 负荷大小、 7.05.0 14短路试验是为了测出变压器的 、 和 。 铜损、断路阻抗、短路阻抗百分
28、数 15在铁心材料和频率一定的情况下，变压器的铁耗与 成正比。 电压 16变压器绕组的极性是指变压器一次绕组、二次绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用 来标记。 时钟法 17所谓同名端，是指 ，一般用 来表示。 原、副绕组中，某一瞬时同为高电位（或同为低电位）的出线端称为同名端，用“ *”或“ ”。 18所谓三相绕组的星形接法，是指把三相绕组的尾端连在一起，接成 ，三相绕组的首端分别 的连接方式。 星形点、接电源或负载 19某变压器型号为 S7 500 10，其中 S 表示 ，数字 500 表示 ； 10表示 。 三相、 500kVA、一次侧电压为 10kV 20一次侧
29、额定电压是指变压器额定运行时， ，它取决于 和 。而二次侧额定电压是指一次侧加上额定电压时，二次侧空载时的 。 一次侧工作电压、电源和负载需要、空载电压 21所谓温升，是指变压器在额定工作条件下，内部绕组允许的 与 之差。 最高温度、环境 温度 21为了满足机器设备对电力的要求，许多变电所和用户都采用几台变压器并联供电来提高 。 供电的可靠性和经济性 22变压器并联运行的主要条件有两个：一是 ；二是 。否则，不但会增加变压器的能耗，还有可能发生事故。 各变压器的变压比相等、连接组别必须相同 23两台变压器并联运行时，要求一次侧、二次侧电压 ，变压比误差不允许超过 。 对应相等、 1% 24变压器并联运行时的负载分配 (即电流分配 )与变压器的阻抗电压 。因此，为了使负载分配合 理 (即容量大，电流也大 )，就要要求它们的 都一样。 成正比 25并联运行的变压器容量之比不宜大于 ， Uk要尽量接近，相差不大于 。 3： 1 26运行值班人员应定期对变压器及附属设备进行全面检查，每天至少 。在检查过程中，要注重 、闻、嗅、摸、测”五字准则，仔细检查。 进行一次巡回检查、看 27三相自耦变压器一般接成 。 星形 28自耦变压器的一次侧和二次侧既有 的联系，又有 的联系。 电、磁的耦合 29为了充分发挥自耦变 压器的优点，其变压比一般在 范围内。
