电机与拖动期末复习题.doc

一、直流电机的回答问题1、直流电机有哪几种励磁方式？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？答： 励磁方式有：IaUIIf复励Ia=If+IIaUIIf并励Ia=If+IIf=U/Rf1、直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答：电枢电动势 其中，Ce是电机的电动势结构数，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数 p及并联支路数2a ，是每个极面下的磁通，n是电机转速。电磁转矩CT是电机的电磁转矩结构常数，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数 2a，是每个极下的磁通，是电枢电流。1、如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？答：用感应电动势和端电压的大小来判断。当时为发电机状态，由原动机输入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率，再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率的形式输出；当时，为电动机运行状态，电源输入的功率，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率，再扣除空载损耗后，输出机械功率。1、直流电动机为什么能不能直接起动？一般的他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么起动方法比较好？答： 不能直接起动。这是因为受到换向器的限制，起动瞬间电枢回路相当于短路，如不加以限制，电流太大会烧毁换向器，所以，直流电动机不允许直接起动。通常采用电枢回路串电阻起动，或降压起动，以降压起动为最好。因为降压起动时，可以实现无电流冲击，做到平滑、无级的连续起动，甚至可以做到恒力矩起动。1、直流电机的衡量调速性能的好坏时，采用哪些指标，说明各项指标的意义。答：就调速指标而言，有静差率、调速范围、平滑性等，静差率与硬度是有区别的。静差率按低速机械特性校核。静差率与调速范围D是互相制约的。调速范围反映了电机的额定工作时的速度变化范围，平滑性，反映了系统调速过程中的连续性、匀速性的特点。1、直流他励电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？比较它们的优缺点。答：直流电动机通常采用三种方法调速，它们是电枢回路串电阻调速；调整电枢电压调速；弱磁调速。其中，串电阻调速和调整电枢电压调速都是属于恒转矩调速，而弱磁调速则属于恒功率调速。其特点是, 串电阻调速和调整电枢电压调速都适用于亚同步调速,即空载转速以下调速,而弱磁调速一般都用于空载转速以上调速。1、直流电机的何谓恒转矩调速方式？何谓恒功率调速方式？为什么要考虑调速方式与负载类型的配合？怎样配合才合适？答：根据定义，恒转矩调速是指在在调速的过程中始终保持电磁转矩不变的调速。在保持励磁不变、负载不变的条件下，通过改变电枢电阻和电枢电压可以实现恒转矩调速。恒功率调速是指在在调速的过程中始终保持输入的电功率不变的调速。在保持电枢电压不变、负载不变的条件下，通过改变励磁电流可以实现恒功率调速。对恒定负载采用恒转矩调速方式；对额定转速以上的调速采用恒功率调速。1、直流电机的比较各种电磁制动方法的优缺点，它们各应用在什么地方？答： 电源反接串电阻制动和能耗制动制动速度快，但对电机（机械）冲击大，能量完全消耗在制动电阻上；电枢回路串电阻制动，制动速度快，可实现分级制动，但制动后需迅速切除电枢回路中所串电阻，多用于起动和制动的过程中；回馈制动主要是指带有逆变装置的电压调速，通过降低电枢电压，使直流电机在一段时间内，处于发电状态，并将发出的电回馈电网。1、 采用能耗制动、转速反向的反接制动及回馈制动都能实现恒速下放重物，从节能的观点看，哪一种方法最经济？哪一种方法最不经济？答：回馈制动最经济；能耗制动最不经济。1、他励直流电动机起动时未加励磁，会出现什么后果？如在运行中励磁回路突然断线，又会出现什么后果？答：未加励磁时，主磁极只有剩磁，与电枢电流作用产生很小的电磁转矩，不能克服负载转矩起动，故电枢回路没有反电动势，电枢电流很大。如不及时切断电源，对电刷、电枢绕组等会造成过热而损坏。若运行时磁路突然断开，主磁通迅速减小，转速将急速增加，造成“飞车”现象。二、直流电机的计算题1-1 一台他励直流电动机，PN7.6kw，UN110V，IN85.2A，nN =750rmin，Ra=0.13，起动电流限制在2.1IN 。（1）采用串电阻起动，求起动电阻；（2）若采用降压起动，电压应降为多少？（3）求出这二种情况下的机械特性。解：（1）所串电阻R = -R=-0.130.48.（2）降压起动的电压为U=2.1IR=2.185.20.13v23.3v.（3）电势系数c=0.13转矩系数c=9.55 c=9.550.131.26串电阻时，机械特性n=-T=-T846.2-3.72T=874-3.72T降压时，机械特性n=-T=-T179.2-0.79T=180-0.79T1-2 一台直流他励电动机，PN =10 kW，UN220V，IN54A，nN1000rmin，Ra0.5，=N ，在负载转矩保持额定值不变的情况下工作，不串电阻，将电压降至139V。试求：（1）电压降低瞬间电动机的电枢电流和电磁转矩；（2）进入新的稳定状态时的电枢电流和转速；（3）求出新的稳定状态时，电动机的静差率和效率。解：瞬间时E=U-IR=220-540.5v=193v. 电势系数c=0.193 转矩系数c=9.55 c=9.550.1931.84（1）降压瞬间的电枢电流I=A=-108A 电磁转矩T= cI=1.84（-108）NM= -198.72 NM.（2）新的稳态时，电枢电流I=I=54A. 转速n=r/min580.3r/min=581r/min. (3)降压后的理想空载转速 n=n=1140r/min720.3r/min=721r/min. 静差率=100%19.4%输入功率P=UI=13954w=7506w.降压后输出功率P=P=1010w=5810w.则效率=100%77.4%1-3 一并励直流电动机，UN110V，IN28A，nN1500rmin，励磁回路总电阻Rf 110，电枢回路电阻Ra0.15，在额定运行状态下突然在电枢回路串入0.5的电阻，忽略电枢反应和电磁惯性，计算：（1）串入电阻后瞬间的电枢电势、电枢电流、电磁转矩；（2）若负载转矩减为原来的一半，求串入电阻后的稳态转速。解：励磁电流I=A=1A. 电枢电流I=I- I=28-1A=27A.感应电动势E=U-IR=220-270.15V=105.95V.电势系数c=0.071转矩系数c=9.55 c=9.550.0710.678(1) 电阻瞬间 E=E=105.95V电枢电流I=A6.23A.电磁转矩T= cI=0.6786.23NM4.22 NM.(2) 若负载转矩减为原来的一半，则电枢电流I=0.5I=0.527A=13.5A.则串入电阻后的稳态转速n=r/min1425.7r/min=1426r/min.1-4 一他励直流电动机，PN2.5kW，UN =220V，IN =12.5A，nN =1500r/min，Ra=0.8。试求：（1）电动机以1200rmin的转速运行时，采用能耗制动停车，要求制动开始后瞬间电流限制为额额定电流的两倍，求电枢回路应串入的电阻值；（2）若负载为位能性恒转矩负载，TZ 0.9TN，采用能耗制动，使负载以420rmin的转速恒速下放，电枢回路应串入的电阻。解：（1）电势系数c=0.14 以n=1200r/min运行时，感应电动势E=cn=0.141200V=168V. 制动开始瞬时，要求I= -2I=-212.5V= -25V. 则串入的电阻R= -R=-0.8=5.92.(2) 若T=0.9T, 则电枢电流I=0.9I=0.912.5A=11.25A.感应电动势E= -cn= -0.14420V= -58.8V则串入的电阻R= -R=-0.85.23-0.8=4.43.1-5 他励直流电动机，PN5.6 kW，UN220V，IN31A，nN =1000rmin，Ra=0.4。在额定电动运行情况下进行电源反接制动，制动初瞬电流为2.5IN ，试计算电枢电路中应加入的电阻，并绘出制动的机械特性曲线。如果电动机负载为反抗性额定转矩，制动到n0时，不切断电源，电动机能否反转？若能反转，稳定转速是多少？解：制动前运行于额定状态，则E=U-IR=220-310.4V=207.6V.制动后开始瞬时, I=-2.5I=-2.531A= -77.5A.则串入的电阻R=-R=-0.45.52-0.4=5.12.电势系数c=0.21转矩系数c=9.55 c=9.550.212.01机械特性曲线n=-T=-T-1047.6-13.1T=-1048-13.1T当转速n=0时，T= -NM=-80 NM.(负号表示方向与开始时相反).忽略空载制动转矩，额定电磁转矩为T=9.55=NM=53.48NM.稳态时，负载转矩T=T=53.48NM.|T| T，故电动机能反转。稳定转速n=-1048-13.1(-53.48)r/min-1048+701r/min=-347r/min.1-6 他励直流电动机，PN12 kW， UN220V，IN64A ，nN685r/min，Ra=0.25，系统的总飞轮矩为GD249Nm2，在空载（假设为理想空载）情况下进行能耗制动停车，求：（1）使最大制动电流为2IN ，电枢应串入多大电阻？（2）能耗制动时间；（3）求出能耗制动过程中nf(t)，Iaf(t)表达式并画出曲线。解：（1）制动前运行于理想空载状态，则E=U=220V. 制动后开始瞬时，I=-2I=-264A= -128A. 则串入的电阻R= -R=-0.251.72-0.25=1.47. (2)电势系数c=0.298 转矩系数c=9.55 c=9.550.2982.846 机电时间常数T=s0.265s. 制动时间t=4T=40.265=1.06s. (3)理想空载转速n=r/min738.3r/min=739r/min.n=f(t)=(n-0)e+0=739e I=I=-128A. I=f(t)=(I-0)e+0= -128e1-7 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）， （2）不变时，不变，即 ， （3）不计空载转矩时，故： ， 解得：1-8 一台并励直流电动机的额定数据如下：PN=17kw，UN=220v，nN=3000r/min， IN=88.9A，电枢回路总电阻Ra=0.114，励磁回路电阻Rf=181.5。忽略电枢感应影响，试求： (1)电动机的额定输出转矩；(2)额定负载时的电磁转矩； (3)额定负载时的效率； (4)理想空载（Ia=0)时的转速；(5)当电枢回路串入一个电阻 Rc=0.15时，额定负载的转速； 解：（1）电动机的额定输出转矩（2）额定负载时的电磁转矩（3）额定负载时的效率 （4）理想空载时的转速（5）当电枢回路串入电阻 时，额定负载的转速为三、直流电机的填空题1、他励直流电动机有三种调速方法，分别为 、 、 。2、直流电动机的起动方法有 、 。3、直流电机拖动恒转距负载调速，应采_ 、 _调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_调速方法。4、直流电机的绕组常用的有_ _和_ _两种形式。5、直流电机的UEa时运行于_状态，UEa时运行在_状态。7、他励直流电动机的机械特性是指在 的条件， 和 的关系。2、直流电动机的起动方法有： 和 。一、变压器的回答问题1、变压器并联运行需要满足下列三个条件： 答：（1）并联运行的各台变压器的额定电压应相等，即各台变压器的电压比应相等； （2）并联运行的各台变压器的联结组号必须相同； （3）并联运行的各台变压器的短路阻抗（或阻抗电压）的相对值要相等。1、 变压器铁芯的主要作用是什么？其结构特点怎样？答：变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路，为变压器交变主磁通提供流通回路。为了减小磁阻，一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的，硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间，表面涂有绝缘漆。1、变压器空载运行时，为什么功率因数不会很高？答：变压器空载运行时，一次绕组电流就称为空载电流，一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%，变压器空载电流可以分为两个分量：建立主磁通所需要的励磁电流和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流。其中励磁电流与主磁通同相位，称为空载电流的无功分量；铁耗电流与一次绕组的相位相反，超前主磁通90o,称为空载电流的有功分量。其中的铁耗电流与励磁电流相比非常小，所以一次绕组电流就近似认为是励磁电流，在相位上滞后一次绕组电压90，所以空载运行时功率因数不会很高。1、 变压器负载运行时，绕组折算的准则是什么？答：折算就是用一个匝数和一次绕组完全相同的假想绕组来替代原有的二次绕组，虽然折算前后二次绕组匝数改变了，但是变压器二次绕组折算之前的能量关系、电磁关系和磁动势大小并不受影响，这是变压器折算的基本准则。1、 额定电压为380/110的变压器，如果将二次绕组误接到380V电压上，对变压器磁路会产生哪些影响？答：变压器一次绕组外接电压和主磁通的关系满足,当外接电压的大小和频率不变时，铁芯中流通的主磁通和绕组匝数成反比，即。设一次绕组外接电压为380V时，空载电流为，此时。如果误把二次绕组接到380V电压上，则有，并且由变压器的变比可以知道，。当变压器铁芯不饱和的时候，可以根据磁路欧姆定律，有，所以可以得到；如果考虑到磁路饱和情况，则铁芯处于严重饱和状态，变压器发热，严重的会损坏变压器。1、 为什么电压互感器在工作时不允许二次侧短路？电流互感器在工作时不允许二次侧开路？答：由于电压互感器二次侧所接的电压表或者功率表等仪表，内阻很大，所以实际上电压互感器工作时相当于一太降压变压器的空载运行，此时二次侧短路，会产生很大的短路电流，烧坏变压器绕组，所以不允许二次侧短路。电流互感器正常工作时，二次侧相当于短路，二次侧电流所产生的磁动势近似与一次侧磁动势大小相等，方向相反，所以建立铁芯中主磁通的合成磁动势和励磁电流很小。但是如果二次侧开路，则一次侧电流全部为励磁电流，在铁芯中产生的磁通会很大，铁芯过饱和，铁损耗增大，互感器发热。而且二次绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危机操作人员安全。1、画出变压器的“T”型等效电路二、变压器的计算题1、有一台单相变压器，额定容量，额定电压，求一次侧和二次侧的额定电流。解：2、 有一台三相变压器，额定容量，额定电压，Y/连接。求一次侧和二次侧的额定电流。解：3、 一台三相变压器，容量为，用400V的线电压给三相对称负载供电，设负载为Y形连接，每相负载阻抗为，问此变压器是否可以带动该负载？解： 负载阻抗的模值为：负载的相电压和相电流分别为：三相负载的视在功率为：因为,所以变压器不能带动该负载。三、变压器的填空题1、变压器空载试验时输入的有功功率主要消耗在_ _，短路试验时输入的有功功率主要消耗在_。2、使用电流互感器时，其二次侧必须 ，否则，将 ；使用电压互感器时，其二次侧必须 ，否则，将 。3、一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏磁阻抗压降的条件下，其主磁通的大小决定于输入 的大小，而与磁路的 基本无关，其主磁通与励磁电流成 正比 关系。一、异步电机的回答问题1、 为什么异步电动机(电动状态)的转速n总低于同步转速n0？答：只有在同步转速n0总是高于转子转速n的情况下，才能在旋转磁场与转子之间存在着相对运动，转子上的有效导体才能够有机会切割磁力线，并在转子绕组和铝条中中产生感应电动势，在感生电动势的作用下产生感生电流，产生电磁力矩。带动负载或生产设备工作。1、 异步电动机的气隙为什么要做得很小？答：三相异步电动机又名叫做感应电动机，表明在电机将电能转换为机械能或机械能转换为电能的过程中，能量都是通过磁场传递的，在磁场能量传递的磁路中两次穿过气隙。为了减少在能量转换的过程中电机自身的损耗，提高电机的能量转换效率，必须减小气隙磁阻，从而减少磁场在气隙中的损耗，降低在气隙两侧的磁压降。由于气隙构成的磁阻大小与气隙的宽度成正比，所以，要减小气隙磁阻，必须将定子与转子之间的气隙做得尽可能的小。1、 什么叫电角度？电角度与机械角度是什么关系？答：机械角度每转一圈所对应的机械或几何角度称为机械角度。电角度是指转子每转一圈，定子和转子绕组中的感应电动势或感应电流变化的角度。当所谓的“一圈”用定子内表面圆周上的槽数Q来表示，磁极对数用p来表示，电角度用来表示，电角度与机械角度将有如下关系：1、 异步电机等效电路中rm和xm的物理意义是什么?可以不可以把rm和xm的串联支路转变成并联支路?答：异步电机等效电路中rm和xm反映了电机在建立和维持磁通的过程中，在磁路中的实功损耗和虚功损耗。理论上讲完全可以，但不便于分析，物理意义不直观。1、 绕线式异步电动机定，转子的极数与相数分别是否相等? 鼠笼式异步电动机定、转于的极数与相数分别是否相等? 鼠笼式转子磁极是怎样形成的?答：绕线式异步电动机定，转子的极数与相数分别是相等的，而鼠笼式的异步电动机却不等。是由气隙中的磁场的等效磁极形成的。1、 异步电机等效电路中r1和x20的物理意义是什么?它们大小与定、转子电流值有无关系? 答：在异步电机等效电路中，r1和表示定子某一相绕组回路中的等效电阻，其大小会影响励磁电流的大小；而x20是转子在静止状态下绕组中漏抗。其大小会影响到功率因数的大小，而与转子电流的大小无关，因为转子电流的大小由负载决定。1、 三相异步电动机的定子绕组和转子绕组没有电路上的直接联系，为什么当负载转矩增加时，定子电流和输入功率会自动增加？ 答：异步电动机原、副绕组没有电路的联系，但有磁耦合，通过电磁感应作用，异步电动机把电能转变成机械能通过转子输出，所以，负载转矩增加时，转子电流加大，同时，定子电流和输入功率也跟着加大。二、异步电机的计算题5、 一台三相、50 Hz异步电动机，PN10 kW，nN1455 r/min，m2。试计算这台电机的额定转矩、最大转矩、起动转矩。解： 额定转矩：最大转矩：起动转矩：6、一台三相、50 Hz异步电动机，PN10 kW，nN1455 r/min，m2 中的电动机采用倒拉反转制动的方法下放重物，