电力拖动与控制课后答案李岚梅丽凤.pdf

1 第 一章 电 力拖动系统的动 力学基础 1 1 什么是电 力拖动系统 它包括那 几部分 都起什么作 用 举例说明 答 由原动机带动 生产机械运转称为拖动 用各种电动机作为原动机带动 生产机械运动 以完成 一定的 生产任务的拖动 方式 称为电 力拖动 电 力拖动系统 一般由电动机 机械 传动机构 生产机械的 工作机构 控制设备和电源五部分组成 其中 电动机作为原动机 通过传动机构带动 生产机械的 工作机构执 行某 一 生产任务 机械传动机构 用来传递机械能 控制设备则 用来控制电动机的运动 电源的作 用是向电动 机和其他电 气设备供电 1 2 电 力拖动系统运动 方式中 T Tn及 n 的正 方向是如何规定的 如何表 示它的实际 方向 答 设转速 n 对观察者 而 言逆时针为正 则转矩 T 与 n 的正 方向相同为正 负载转矩 T 与 n 的正 方向相反为正 与正 方向相同取正 否则取反 1 3 试说明 GD 的概念 答 J 即 工程中常 用表 示转动惯量的 飞轮惯量 1 4 从运动 方程式中如何看出系统是处于加速 减速 稳速或静 止等运动状态 答 当时 系统加速 当时 系统减速 当 时 转速不变 系统以恒定的转速运 行 或者静 止不动 1 5 多轴电 力拖动系统为什么要折算为等效单轴系统 答 多轴电 力拖动系统 不同轴上有不同的转动惯量和转速 也有相应的反映电动机拖 动的转矩及反映 工作机构 工作的阻转矩 这种系统 比单轴拖动系统复杂 计算较为困难 为了简化计算 一般采 用折算的办法 把多轴电 力拖动系统折算为等 小的单轴系统 1 6 把多轴电 力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算 各轴的 飞轮 力 矩按什么原则折算 答 功率相等原则 能量守恒原则 1 7 什么是动态转矩 它与电动机负载转矩有什么区别 答 动态转矩是指转矩是时间的函数 而负载转矩通常是转速的函数 1 8 负载的机械特性有那 几种类性 各有什么特点 答 恒转矩负载特性 与 n 无关 总是恒值 2 恒功率负载特性 与 n 成反 比例变化 通 风机负载特性 与 n2成正 比例变化 1 9 某拖动系统如图 1 11 所 示 当系统以 1m s2的加速度提升重物时 试求电动机应产 生的电 磁转矩 折算到电动机轴上的负载转矩 Tmeq 195N m 折算到电动机轴上的系统总 包括卷筒 转动惯量 J 2kg m2 卷筒直径 d 0 4m 减速机的速 比 j 2 57 计算时忽略电动机的空载转矩 图 1 11 拖动系统传动机构图图 1 12拖动系统传动机构图 解 J 分别是电机转轴 卷筒的机械 角速度 j 2 57R V R 12 2 1 10 试求图 1 12 所 示拖动系统提升或下放罐笼时 折算到电动机轴上的等效负载转矩以及 折算到电动机轴上的拖动系统升降部分的 飞轮 力矩 已知罐笼的质量 m0 300k 重物的质量 m 1000kg 平衡锤的质量 mp 600kg 罐笼提升速度 vm 1 5m s 电动机的转速 n 980r min 传动效率 0 0 85 传动机构及卷筒的 飞轮 力矩略 而不计 解 1 系统以 1 5m s 提升罐笼时 g 9 81 3 2 系统以 1 5m s 下放罐笼时 1 11 一台卷扬机 其传动系统如图 1 13 所 示 其各部分的数据如下 Z1 20 Z2 100 Z3 30 Z4 124 Z5 25 Z6 92 卷筒直径 d 0 6m 质量 mT 130kg 卷筒回转半径 与卷筒半径 R 之 比 R 0 76 重物质量 m 600kg 吊钩和滑轮的质量 m0 200kg 重物提升速度 m 12m min 每对齿轮的传动效率 cZ 0 95 滑轮的传动效率 cn 0 97 卷轴效率 cT 0 96 略去钢绳的质量 电动机的数据为 PN 20kW nN 950r min 试求 1 折算到电动机轴上的系统总 飞轮 力矩 2 以 vm 12m min 提升和放下重物时折算到电动机轴上的负载转矩 图 1 13卷扬机传动系统图 解 1 1 齿轮总 飞轮矩 4 2 2 动滑轮的 飞轮矩 包括钩 子和重物 由于动滑轮半径未知 故动滑轮旋转运动的 飞轮矩忽略 2 1 提升时 设绳的拉 力为 F 2 下放重物时 5 第 二章直流电机的电 力拖动 2 1 他励直流电动机的机械特性指的是什么 是根据那 几个 方程式推倒出来的 答 据以下三个 方程 2 2他励直流电动机的机械特性的斜率与那些量有关 什么叫硬特性 什么叫软特性 答 与所串电阻 RC及励磁磁场有关 值较 小的机械特性称硬特性 反之为软特性 2 3 为什么称为理想空载转速 堵转点是否只意味着电动机转速为零 为什么 答 因为实际中空载转矩 T0不可避免 故 n0达不到 堵转就是 n 0 的点 2 4 什么叫 人为机械特性 从物理概念上说明为什么电枢外串电阻越 大 机械特性越软 答 人为机械特性指通过改变 u R 参数得到的机械特性 2 5 为什么降低电源电压的 人为机械特性是互相平 行的 为什么减弱 气隙每极磁通后机械 特性会变软 答 u 与值 无关 因为减 小 增 大 特性边软 2 6 什么是电 力拖动系统的稳定运 行 能够稳定运 行的充分必要条件是什么 答 系统在某种外界扰动下离开原的平衡状态 在新的条件下获得的新的平衡 或当扰 动消失后系统能 自动恢复到原来的平衡状态 满 足上述条件 系统就是稳定的 系统稳定运 行的充分必要条件是 1 电机的机械特性与负载转矩特性必须有交点 在交点处 2 在交点附近应有 6 2 7 他励直流电动机稳定运 行时 电枢电流的 大 小由什么决定 改变电枢回路电阻或改变电 源电压的 大 小时 能否改变电枢电流的 大 小 答 Ia由负载 TL决定 不能 2 8 他励直流电动机为什么不能直接起动 直接起动会引起什么不良后果 答 起动开始瞬间 由于机械惯性的影响 电动机转速这时起动电流为 因电枢电阻数值很 小 因此 很 大 可达额定电流的 10 20 倍 因 此不能直接起动 直接起动可能产 生如下后果 1 大电流使电枢绕组受到过 大的电磁 力 易损坏绕组 2 使换向困难 主要是在换向器表 面产 生 火花及环 火 少坏电刷与换向器 3 过 大的 起动电流还会产 生过 大的起动转矩 从 而使传动机构受到很 大的冲击 力 加速过快 易 损坏传动变速机构 4 过 大的起动电流会引起电 网电压的波动 影响电 网上其他 用户的 正常 用电 2 9 起动他励直流电动机前励磁绕阻断线 没发现就起动了 下 面两种情况会引起什么后 果 1 空载起动 2 负载起动 TL TN 答 1 电机 飞 车 转速太 高 容易造成事故 2 电机电枢中电流很 大 却很可能起动不了 由于 此时磁场只有点剩磁很 小 2 10 如何判断他励直流电动机是处于电动运 行状态还是制动运 行状态 答 电机所发出的电磁转矩与转速 方向相同 即为电动状态 若电磁转矩与转动 方向相反 则为制动状态 2 11 电动机在电动状态和制动状态下运 行时机械特性位于哪个象限 答 电动状态机械特性位于 一 三象限 制动状态机械特性位于 二 四象限 2 12 能耗制动过程和能耗制动运 行有何异同点 答 相同点 两种状态下 电磁转矩都与电机转向相反 不同点 能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向 而能耗运 行中负载转矩与电磁转矩反向 2 13 电压反接制动与电动势反接制动有何异同点 答 相同点 两种状态都是制动状态 即电磁转矩都与转向相反 7 不同点 电压反接制动中 电流 方向发 生改变 而电动势 方向制动中电流流向不变 2 14 什么叫电 力拖动系统的过渡过程 在过渡过程中为什么电动机的转速不能突变 答 指系统从 一个稳定 工作状态过渡到另 一个稳定运 行状态 由于机械惯性时间远 大于电磁惯性时间 在过渡过程中可以把电磁量任务是突变 的 而机械量不能 2 15 什么是机械过渡过程 推导他励直流电动机拖动系统机械过渡过程解析式时作了哪些 假定 答 指机械量如转速的变化过程 从 一个稳态到另 一个稳态 假设 1 电源电压 u 恒定不变 2 磁通恒定不变 3 负载转矩 TL保持常数不变 2 16 什么是他励直流电动机拖动系统机械过渡过程的三要素 机电时间常数的 大 小与哪些 量有关 答 三要素指 初始值 稳态值 机电时间常数 机电时间常数与系统的转动惯量 所串电阻 及励磁磁场有关 2 17 他励直流电动机有那 几种调速 方法 各有什么特点 答 1 电枢串电阻调速 特点 优点 设备简单 初投资少 缺点 1 有级调速 级数有限 平滑性差 2 轻载时 调速范围 小 3 低速时 低 电能损耗 大 4 低速运 行 转速稳定性差 适 用于调速性能要求不 高的场合 2 降低电压调速 特点 优点 1 电源电压能连续调节 调速的平滑性好 可达到 无级调速 2 无论是 高速或低速 机械特性硬度不变 低速时稳定性好 3 低速时电能损耗 小 效率 高 缺点 设备的初投资 大 适 用于对调速性能要求较 高的设备上 8 3 减弱励磁磁通调速 特点 优点 1 电流较 小的励磁电路中进 行调节 控制 方便 功率损耗 小 2 用于调速的变阻器功率 小 可较平滑调速 实现 无级调速 缺点 调速范围较 小 2 18静差率与机械特性的硬度有何区别 答 机械特性越硬 越 小 可以利 用来衡量机械特性的硬度 2 19 调速范围与静差率有什么关系 为什么要同时提出才有意义 答 调速范围 其中 nmin受到调速相对稳定性限制 而稳定性则通过 静 差率 反映 故同时考察 D 与对调速系统才有意义 2 20 什么叫恒转矩调速 方式和恒功率调速 方式 他励直流电动机的三种调速 方法各属于哪 种调速 方式 答 恒 转 矩 调 速 方 式 当 采 用 电 枢 串 电 阻 调 速 和 降 低 电 枢 电 压 调 速 时 则电动机容许输出的转矩为常数 由此可 见 这两种调速 方法在整个调速范围内 不论转速等于多少 电动机容许输出的转矩都为 一恒值 因此称为恒转矩调速 方式 恒功率调速 方式 当采 用弱磁调速时 磁通是变化的 因此容许输出转矩与 转速 n 成反 比 而输出功率 即为 一恒定值 故称为恒功率 调速 方式 串电阻调速和降电压调速属于恒转矩调速 方式 弱磁调速属于恒功率调速 2 21 电动机的调速 方式为什么要与负载性质匹配 不匹配时有什么问题 答 电动机的容许输出转矩和容许输出功率 仅仅表 示电动机的利 用限度 并不代表电 动机的实际输出 电动机的实际输出是由负载的需要来决定的 负载有三种类型 恒 转矩负载 恒功率负载 通 风机型负载 每种类型的负载 在不同转速下所需要的转 矩和电流是不同的 所以要根据电动机所拖动负载的性质来选择调速 方式 达到合理 使 用电动机的 目的 2 22 是否可以说他励直流电动机拖动的负载只要转矩不超过额定值 不论采 用哪 一种调速 方 9 法 电动机都可以 长期运 行 而不致过热损坏 答 不可以 串电阻调速和降压调速可以这样认为 但弱磁调速时时 绕组 故不能 长时间运 行 2 23 一台他励直流电动机 铭牌数据为 PN 60kW UN 220V IN 305A nN 1000r min 试 求 1 固有机械特性并画在坐标纸上 2 T 0 75TN时的转速 3 转速 n 1100r min 时的电枢电流 解 1 通过 1058 0 及 1000 605 8 可以作出固有机械特性 2 3 n 1100r min 2 24电动机的数据同上题 试计算并画出下列机械特性 1 电枢回路总电阻为 0 5RN时的 人为机械特性 10 2 电枢回路总电阻为 2RN的 人为机械特性 3 电源电压为 0 5UN 电枢回路不串电阻时的 人为机械特性 4 电源电压为 UN 电枢不串电阻 0 5 N时的 人为机械特性 注 RN UN IN称为额定电阻 它相当于电动机额定运 行时从电枢两端看进去的等效电 阻 解 1 当外串后总电阻为 0 5Rn时 2 当电枢总电阻为时 3 4 2 25Z2 71 型他励直流电动机 PN 7 5kW UN 110V IN 85 2A nN 750r min Ra 0 129 采 用电枢串电阻分三级起动 最 大起动电流为 2ln 试计算各级起动电阻值 解 选 11 2 26 一台他励直流电动机 PN 7 5kW UN 220V IN 41A nN 1500r min Ra 0 376 拖动恒转矩负载运 行 T TN 当把电源电压降到 U 180V 时 问 1 降低电源电压瞬间电动机的电枢电流及电磁转矩是多少 2 稳定运 行时转速是多少 解 机械特性 1 当在额定点运 行时 降压瞬间 180 2 2 27 上题中的电动机拖动恒转矩负载运 行 T TN 若把磁通减 小到 0 8 N 计算稳定运 行 时电动机的转速是多少 电动机能否 长期运 行 为什么 解 当 T TN 时 电机不能 长期运 行 2 28 他励直流电动机的数据为 PN 13kW UN 220V IN 68 7A nN 1500r min Ra 0 224 采 用电枢串电阻调速 要求 max 30 求 12 1 电动机拖动额定负载时最低转速 2 调速范围 3 电枢需串 入的电阻值 4 拖动额定负载在最低转速下运 行时电动机电枢回路输 入的功率 输出功率 忽略 T0 及外串电阻上的消耗的功率 解 1 2 3 1133 4 2 29 上题中的电动机 如果采 用降低电源电压调速 要求 max 30 求 1 电动机拖动额定负载运 行时的最低转速 2 调速范围 3 电源电压需调到的最低数值 4 电动机拖动额定负载运 行在最低转速时 从电源输 入的功率及输出功率 不计 T0 解 1 13 2 3 4 2 30 他励直流电动机 PN 29kW UN 440V IN 76A nN 1000r min Ra 0 376 采 用降低 电源电压及弱磁调速 要求最低理想空载转速 n0min 250r min 最 高理想空载转速 n0max 1500r min 试求 1 T TN时的最低转速及此时的静差率 2 拖动恒功率负载 P2 PN时的最 高转速 3 调速范围 解 1 2 设 x 为弱磁系数 当时 设电机转速为 nx 转矩为 Tx 代 入机械特性 n 中 整理有 解得或 14 拖动恒功率时最 高转速为 1410 3 弱磁时拖动恒转矩负载的转速 2 31 一台他励直流电动机 PN 3KW UN 110V IN 35 2A nN 750r min Ra 0 35 电动机 原 工作在额定电动状态下 已知最 大允许电枢电流为 Iamax 2IN 试问 1 采 用能耗制动停 车 电枢中应串 入多 大电阻 2 采 用电压反接制动停 车 电枢中应串 入多 大电阻 3 两种制动 方法在制动到 n 0 时 电磁转矩各是多 大 4 要使电动机以 500r min 的转速下放位能负载 TL TN 采 用能耗制动运 行时电枢应串 入多 大电阻 解 1 能耗制动 代 入数据 可解得 2 3 能耗制动时 n 0 则 T 0 反接制动时 将 U 代 入 得 4 2 32 一台他励直流电动机 PN 13KW UN 220V IN 68 7A nN 1500r min Ra 0 195 拖 动 一台起重机的提升机构 已知重物的负载转矩 TL TN 为了不 用机械闸 而由电动机的电磁 转矩把重物吊在空中不动 问此时电枢回路中应串 入多 大电阻 15 解 固有机械特性 若使重物吊在空中不动 即时 解得 2 33他励直流电动机的技术数据为 PN 29KW UN 440V IN 76A nN 1000r min Ra 0 377 Iamax 1 8IN TL TN 问电动机拖动位能负载以 500r min 的转速下放重物时可能 工作在什 么状态 每种运 行状态电枢回路中应串 入多 大电阻 不计传动机构中的损耗转矩和电动机的 空载转矩 要求画出相应的机械特性 标出从稳态提升重物到以 500r min 速度下放重物的 转换过程 解 若只可进 行 一次变换则有可能的 工作状态 能耗制动 转速反向的反接制动 i 能耗制动 若 500 下放 则 则 此时校核制动瞬间的电流 16 可 见故不可采 用 ii 将 IN 500 代 入得变换瞬间满 足要求 如图 转换过程 2 34电动机的数据同上题 拖动 一辆电 车 摩擦负载转矩 TL1 0 8TN 下坡时位能负载转矩 TL2 1 2TN 问 1 电 车下坡时在位能负载转矩作 用下电动机的运 行状态将发 生什么变化 2 分别求出电枢不串电阻及电枢串有 0 5 电阻时电动机的稳定转速 解 1 在位能负载转矩作 用下 电机从正向电动状态逐渐过渡到正向回馈制动的发电 状态 2 电机不串电阻时 电机串 0 5电阻时 2 35 一台他励直流电动机的数据与题 2 33 相同 拖动起重机的提升机构 不计传动机构 的损耗转矩和电动机的空载转矩 求 1 电动机在反向回馈制动状态下下放重物 Ia 60A 电枢回路不串电阻 求电动机的 转速及转矩各为多少 回馈到电源的功率多 大 2 采 用电动势反接制动下放同 一重物 要求转速 n 850r min 问电枢回路中应串 入多 大电阻 电枢回路从电源吸收的功率是多 大 电枢外串电阻上消耗的功率是多少 17 3 采 用能耗制动运 行下放同 一重物 要求转速 n 300r min 问电枢回路中应串 入的电 阻值为多少 该电阻上消耗的功率为多少 解 1 2 3 2 36设题 2 33 中的电动机原 工作在固有特性上 T 0 8TN 如果把电源电压突然降到 400V 求 1 降压瞬间电动机产 生的电磁转矩 T 画出机械特性曲线并说明电动机 工作状态的 变化 2 电动机最后的稳定转速为多少 解 1 电源电压降到 400V 18 2 2 37 2 52 型他励直流电动机 PN 4kW UN 220V IN 22 3A nN 1000r min Ra 0 91 TL TN 为了使电动机停转 采 用电压反接制动 已知电枢回路串 入的制动电阻 Rc 9 求 1 制动开始时电动机产 生的电磁转矩 2 制动结束时电动机所发出的电磁转矩 3 如果是反抗性负载 在制动到 n 0 时不切断电源 不 用机械闸制动 电动机能否反 转 为什么 解 1 2 时 3 不采 用机械抱闸 电机会反向起动 2 38他励直流电动机的数据为 PN 17kW UN 110V IN 185A nN 1000r min Ra 0 035 GD 30N m2 拖动恒转矩负载运 行 TL 0 85TN 采 用能耗制动或反接制动停 车 最 大允 许电枢电流为 1 8IN 求两种停 车 方法的停 车时间是多少 取系统总 飞轮矩 GD2 1 25 GD 19 解 1 能耗制动 取得 代 入 得取 t 2 第三章第三章三相异步电动机的电 力拖动三相异步电动机的电 力拖动 3 1 何谓三相异步电动机的固有机械特性和 人为机械特性 答 固有特性 异步电机在额定电压和频率下 按规定的接线 方式接线 定 转 子外接 电阻为零时的 n 与 T 的关系 人为特性 人为改变电动机参数或电源参数 而得到的机械特性 3 2 三相笼型异步电动机的起动电流 一般为额定电流的 4 7倍 为什么起动转矩只有额定转 矩的 0 8 1 2倍 答 由起动时 s 1 由很 小 约 0 2 左右 20 另 一 方 面 大 引起定 子漏阻抗压降 大 电动势 E1减 小 主磁通减 小 由于这两 方 面原因所致 3 3 异步电动机的最 大转矩 Tmax受哪个参数变化的影响最 大 试从物理意义上解释其原 解 受电压参数变化影响很 大 3 4 三相异步电动机的机械特性 当 0 s sm时 电磁转矩 T 随转差率 s 的增 大 而增加 当 sm s 1时 电磁转短随转差率的增 大 而减 小 为什么 答 由于 当 s 很 小时 忽略分 母中 s 各项 当时 可以忽略式中分 母中的 即 3 5为什么通常把异步电动机机械特性的直线段称为稳定运 行区 而把它的曲线段称为不 稳定运 行区 曲线段是否有稳定运 行点 答 对于恒转矩负载 而 言 只有特性的直线段满 足稳定运 行条件 曲线段不满 足 但若 是对于 风机 泵类负载整条特性都满 足条件 都是稳定 工作区域 3 6 三相异步电动机电磁转矩与电源电压 大 小有什么关系 如果电源电压 比额定电压下降 30 电动机的最 大转矩 Tmax和起动转矩 Tst将变为多 大 若电动机拖动的额定负载转矩不变 问电压下降后 电动机转速 n 定于电流 Il 转于电流 I2 主磁通 m 定 子功率因数 cos l和 转 子功率因数 cos 2将有什么变化 答 若 则 当电压下降后 n 减 小 I1与增 大 减 小 与降低 3 7容量为 几个千 瓦时 为什么直流电动机不允许直接起动 而笼型异步电动机可以直接 起动 答 对于直流电机 而 言 而对于感应电机 式中 由于存在电抗 则此时 使得感应电机起动时电流增 大倍数没有直流电机那 21 么剧烈 3 8三相笼型异步电动机的起动 方法有哪 几种 各有何优缺点 各适 用于什么条件 答 各起动 方法 比较 如下表 起动 方 法 优缺点 直接起 动 111起动最简单 但起动电流 大 起 动转矩 小 只适 用于 小容量轻载起动 串电阻 或 电 抗 起 动 起动设备较简单 起动转矩较 小 适 用于轻载起动 自耦变 压 器 起 动 起动转矩较 大 有三种抽头可 选 起动设备较复杂 可带较 大 负载起动 Y 起 动 起动设备简单 起动转矩较 小 适 用于轻载起动 只 用于联结 电动机 3 9两台 一样的笼型异步电动机同轴联接 起动时把它们的定于绕组串联 如图 3 43 所 示 起动后再改成并联 试分析这种起动 方式时的起动转矩和起动电流 与把它们并联接电源起 动相 比较有什么不同 答 即相当于的定 子串电阻减压起动 与直接并联起动相 比 串联后 3 10Y 系列三相异步电动机额定电压 380V 3kW 以下者为 Y 接法 4kW 以上者为 D 接法 试问哪 一种情况可以采 用 Y D 降压起动 为什么 答 后者可以即 4kw 以上者 因为它在正常 工作时是接法 22 3 11 双笼式和深槽式异步电动机与 一般笼型异步电动机相 比有何优缺点 为什么 答 优点 起动性能好 即有较 大起动转矩 较 小起动电流 缺点 功率因数和过载能 力稍低 用铜多 制造 工艺复杂 原因 利 用集肤效应在起动时增 大了转 子电阻 3 12三相绕线转于异步电动机有哪 几种起动 方法 为什么绕线转于电动机的转于串频敏变 阻器可以得到 挖 土机机械特性 而串 一个固定电阻却得不到 答 起动 方法 直接起动 定 子串电阻或电抗器降压起动 自耦变压器降压起动 起动 转 子串频敏变阻器起动 转 子串电阻起动 由频敏变阻器随起动过程进 行 自动根据 s 减 小所串 入的电阻 参数选择合适时可以 维持起动时间转矩不变 3 13 绕线转 子异步电动机 转于电路串 入适当电阻 为什么起动电流减 小 而起动转短反 而增 大 如串 入的电阻太 大 起动转矩为什么会减 小 若串 入电抗器 是否也会这样 答 因为串 入电阻后 值变 大 故减 小 而虽然减 小 但增加更多 所以使增 大 当串 入电阻太 大时 亦减 小 使减 小 串电抗器不 行 因为这样会使始终减 小 3 14如何从转差率 s 的数值来区别异步机的各种运 行状态 答 时 电机电动运 行 时 电机制动 时 电机回馈发电运 行 3 15 为使异步电动机快速停 车 可采 用哪 几种制动 方法 如何改变制动的强弱 试 用机械特性 说明其制动过程 答 1 能耗制动 可以采 用增 大转 子电阻或加 大直流励磁来增强制动效果 2 两相反接的反接制动 可以采 用转 子串电阻来增 大制动效果 23 3 16当异步电动机拖动位能性负载时 为了限制负载下降时的速度 可采 用哪 几种制动 方 法 如何改变制动运 行的速度 其能量转换关系有何不同 答 可以采 用能耗制动 转速反向的反接制动 回馈制动 通过改变转 子所串电阻可 以改变运 行的速度 3 17 异步电动机有哪 几种制动运转状态 每种状态下的转差串及能量转换关系有什么不同 答 1 能耗制动 机械能转换为电能在外串电阻上消耗 2 反接制动 机械能与定 子输 入的电磁能均被外串的转 子电阻消耗 3 回馈制动 机械能转变为电能回馈回电 网 3 18 异步电动机在哪些情况下可能进 入回馈制动状态 它能否像直流电动机那样 通过降低 电源电压进 入回馈制动状态 为什么 答 1 带位能负载 定 子任意两相反接 2 变极调速时 3 变频调速时 4 电 车下坡时 不能通过改变电压 而进 入回馈状态 因为此时没有改变同步运 行点 n1的 大 小 3 19 影响异步电动机起动时间的因素是什么 如何缩短起动时间 起动时能量损耗与哪些因 素有关 如何减少起动过程中的能量损耗 答 影响起动的时间因素 机电时间常数 Tm和 缩短起动时间可以通过改变 Tm 即采 用 小转动惯量电机 以及采 用 高转差率电机 缩短起动时间 影响起动时能量损耗因素 系统性能 可以采 用减 小系统性能 降低同步转速 增 大 方法来减 小损耗 3 20 绕线转 子异步电动机转 子突然串 入电阻后电动机降速的电磁过程是怎样的 如负载转 矩 TL为常数 当系统达到稳定时转 子电流是否会变化 为什么 答 当转 子突然串 入电阻后 电动机所发出的电磁转矩减 小 使 此时电机转速没 变 在负载作 用下 开始减速 同时 T 增 大 当 T TL时 电机稳定运 行 再次稳定后 转 子电流不变 因为此时 对于等效电路不影响 3 21 在绕线转 子异步电动机转 子电路中串接电抗器能否改变转速 这时的机械特性有何不 24 同 答 可以改变转速 随着所串电抗器的增 大 sm减 小 3 22绕线转 子异步电动机转 子串电阻调速时 为什么他的机械特性变软 为什么轻载时其 转速变化不 大 答 串电阻后 sm随着 R 的增 大 而增 大 这样 这个稳定 工作区域增 大 特性变软 由于串电阻不改变同步转速 故所有的 人为特性均通过纵轴上同 一个点 这样越靠近 纵轴即轻载时 调速范围越 小 3 23 为什么调压调速不适 用于普通笼型异步电动机 而适宜 用于特殊笼型异步电动机或绕线 转 子异步电动机 答 因为调压调速的范围是 0 sm 为了扩 大调速范围 只有采 用 高转差率电机或者在转 子 回路串电阻 3 24 为什么调压调速必须采 用闭环调速系统 答 单纯调节电压来调速 调速范围太 小 串了电阻后特性 又太软 为了克服这些问题 故采 用闭环调速系统 3 25 怎样实现变极调速 变极调速时为什么同时要改变定 子电源的相序 答 通过改变定 子绕组的接法 当变极后 将会引起绕组相序的变化 故要改变 定 子相序 3 26 如采 用多速电动机配合调压调速来扩 大平滑调速的范围 问应采取哪种变极电动机较合 理 D YY 还是 Y YY 为什么 答 采 用 Y YY 变极电机更合理 它可以在变极后同时增 大过载能 力 3 27 变频调速时 为什么需要定 子电压随频率按 一定的规律变化 试举例说明之 答 当变化时 为使保持恒定 也 要随同时变 3 28 几种分析讨论以下异步电机变频调速控制 方式的机械特性及优点 1 恒电压频率 比 U1 f1 c 控制 2 恒 气隙电势频率 比 E1 f1 c 控制 3 恒转 子电势频率 比 Er f1 g 控制 25 答 1 恒电压频率 比 控制 机械特性 1 随变化 2 不同频率下机械特性为 一组硬度相同的平 行直线 3 随频率降低 而减 小 优点 近似不变 控制简单 易于实现 2 恒 气隙电动势频率 比 控制 机械特性 1 与恒压频 比控制时性质相同 2 低频起动转矩 比额定频率起动转矩 大 而起动电流并不 大 3 不随变化 优点 恒定 稳定性优于恒压频 比时 3 恒转 子电动势 频率 比 控制 机械特性 是 一条准确的直线 优点 稳定 工作特性最好 类似他励直流电动机 3 29保持恒 气隙电势频率 比控制中 低频空载时可能会发 生什么问题 如何解决 答 会出现负载愈轻电流愈 大的问题 可以采 用电流反馈控制 使低频时电压降低 3 30 填写下表中的空格 解 电 源 转 速 转 差 率 运 行 状 态 极 数 正 序 14500 0331500正 向 电 动 4 26 正 序 1150 0 151000正 向 回 馈 6 正 序 6001 8750反 接 制 动 8 负 序 5001 83600反 接 制 动 10 负 序 4750 05500反 向 电 动 12 负 序 1575 0 051500反 向 回 馈 4 3 31 一台三相绕线转于异步电动机 已知 PN 75kW nN 720r minI1N 148A N 90 5 cos 1N 0 85 T 2 4 E2N 213V I2N 220A 试求 电动机的临界转差率 sm和最 大转矩 Tmax 用实 用表达式计算并绘制固有机械特性 解 1 27 2 固有特性 3 32 一台笼型异步电动机额定数据为 U1N 380V I1N 20A nN 1450r min K1 7 KT 1 4 T 2 试求 若要保证满载起动 电 网电压不得低于多少伏 如 用 Y D 起动 起动电流为多少 能否带半载起动 如 用 自耦变压器在半载下起动 起动电流为多少 并确定此时的变化 k 为多少 解 1 设 2 所以不能带半载起动 3 3 33某台绕线转于异步电动机的数据为 PN 11kW nN 715r min E2N 163V I2N 47 2A 起动最 大转矩与额定转矩之 比 T1 TN 1 8 负载转矩 TL 98N m 求三级起动时的每级起动 电阻值 解 28 3 34 一台三相六极绕线型异步电动机 U1N 380V nN 950r min f1 50Hz 定 子和转于绕 组均为 Y 接法 且定于和转 子 折算 的电阻 电抗值分别为 r1 2 x1 3 r 2 1 5 x 2 4 转 子电路串电阻起动 为使起动转矩等于最 大转矩 转于每相串 人的电阻值应为多少 折算到定 子侧 转 子电路串电阻调速 为使额定输出转矩时的转速调到 600r min 求应串 人的电阻 值 折算到定 子侧的 解 1 2 当时 29 3 35三相笼型异步电动机的额定数据为 PN 40kW U1N 380kV I1N 75 1A nN 1470r min T 2 定 子 D 接法 拖动系统的 飞轮矩 GD2 29 4N m2 电动机空载起动 求 全电压起动时的起动时间 采 用 Y D 减压起动时的起动时间 解 1 2 2 36采 用题 3 2 中的电动机数据 试求 用该电动机带动位能负载 如下放负载时要求转速 n 300r min 负载转矩等于额定 转矩 转于每相应串 人多 大电阻 电动机在额定状态下运转 为了停 车 采 用反接制动 若要求制动转矩在起始时为 2TN 则转于每相串接的电阻值为多少 30 解 1 其中 可得6 414 或 0 306 舍 2 3 646 或 1 058 时 时 3 37某异步电动机 UN 380V 定于 D 接 nN 1460r min T 2 设 TL TN 常数 问 是否可以 用降低电压的办法使转速 n 1100r min 为什么 如采 用降压调速 转速最低只能调到多少 当电压降到多少时 可以使 n 1300r min 解 1 当时 由于降压调速不改变 此时 所以不能降到 1100 2 当时 3 降电压调速 无法使转速降为 1300 3 38某绕线转 子异步电动额定值 PN 55kW U1N 380V I1N 121 1A nN 580r min E2N 212V I2N 159A T 2 3 电动机带 一个 TL 0 9TN的位能负载 当负载下降时 电动机处于回馈 制动状态 试求 31 转于中未中电阻时电动机的转速 当转 子中串 入 0 4 的电阻时电动机的转速 为快速停 车 采 用定 子两相反接的反接制动 转于中串 人 0 4 则电动机刚进 入制 动状态时的制动转矩 设制动前电动机 工作在 520r min 的电动状态 解 1 整理有 解得或 舍去 2 解得或 舍 3 当时 0 32 3 39 一台笼型异步电动机 PN 7 5kW U1N 380V I1N 15 4A nN 1440r min T 2 2 该 电动机拖动 一正反转的 生产机械 设电 网电压为额定值 正转时电机带额定负载运 行 现采 用定于两相反接使电机制动 然后进 入反转 反转时电机空载 空载转矩为 0 1TN 试利 用 机械特性的近似公式计算 反接瞬间的制动转矩 反转后的稳定转速 画出正 反转时的机械特性及负载转矩特性 并标明电动机运 行点的变化过程 解 1 所以反接时的机械特性为 制动瞬间 2 代 入机械特性 s 7 3 舍 或 0 004 3 3 40 一台绕线转于异步电动机带动 一桥式起重机的主钩 已知 PN 60kW nN 577r min I1N 133A I2N 160A E2N 253V T 2 9 cos 1N 0 77 N 89 33 设电动机转 子转 35 4 转 则主钩上升 一 米 如要求额定负载时 重物以 8m min 的 速度上升 求电动机转于电路应串 入的电阻值 为消除起重机各机构齿轮间的间隙 使起动时减 小机械冲击 转 子电路设有预备级电 阻 设计时要求串接预备级电阻后 电动机起动转矩为额定转短的 40 求预备级电阻值 预各级电阻 一般也作为反接制动 用电阻 用以在反接制动状态下下放重物 如下放时 电动机负载转矩 TL 0 8TN 求电动机在下放负载时的转速 如果电动机在回馈制动状态下下放重物 转 子串接电阻为 0 06 设重物 TL 0 8TN 求此时电动机的转速 解 1 2 98 或 0 094 舍 2 14 43 或 0 07 舍 3 将代 入 整理有 解得 舍 或 34 4 或 舍 3 41 一台双速笼型异步电动机 P 2 时 PNl 40kW nN1 1450r min T1 2 P 1 时 PN2 55kW nN2 2920r min T2 2 已知拖动系统的 GD2 44 3N m2 r1 r 2 1 5 电动机空载 试求 一级起动到最 高转速时电动机的能量损耗 两级起动到最 高转速时电动机的能量损耗 由最 高转速逐级制动 试计算电动机的能量损耗 第 一级制动 由 n12 n11 用回馈制动 第 二级制动 由 n11 0 用能耗制动 解 1 2 第 一级 第 二级 总 35 3 42有 一台四极绕线转 子电动机 其额定数据为 PN 30kw UN 380V nN 720r min r1 0 143 r 2 0 134 定转 子接法均为星形接法 现要求在额定负载时 转速降到 500r min 试求 1 每相绕组中应串 入多 大电阻 2 此时转 子电流及电磁功率的数值是否发 生变化 解 1 2 所以不变 又亦不变 3 43某 一笼型电动机 PN 11kw UN 380V fN 50Hz nN 1460r min T 2 如采 用变频调 速 当负载转矩 TL 0 8TN时 要使 nN 1000r min 则 f1及 U1应调节到多少 解 采 用恒控制时 当时 设变频后同步转速为 又由得 3 44某台异步电动机 UN 380V nN 1450r min T 2 定 子 D 接法 设 TL TN const 试求 1 是否可以 用降低电压 方法使 nN 1100r min 时运 行 2 如采 用降低电压调速 转速最低可以调到多少 3 如采 用变频调速 使 nN 1100r min 运 行 此时 f1及 u1应作如何变化 解 1 36 不能降到 1100 2 3 降频后的 第五章电 力拖动系统电动机的选择 5 1 电 力拖动系统中电动机的选择主要包括哪些内容 答 内容 电机额定功率选择 电机种类 额定电压 额定转速及外部结构形式 5 2确定电动机额定功率时主要应考虑哪些因素 答 主要考虑负载情况和进 行发热校验 5 3电动机的额定功率选得过 大和不 足时会引起什么后果 答 如果额定功率选 小了 电动机经常在过载状态下运 行 会使它过热 而过早的损坏 还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难 如果额定功率过 大 此时不仅增加了设备投资 而且由于电动机经常在 欠载运 行 其效率及功率因数等性能指标变差 浪费了电能 增加了供电设备的容量 使综合效益 下降 5 4电动机的温度 温升 及环境温度三者之间有什么关系 答 电动机温度 比周围环境温度 高出的值称为温升 当电动机的温度 高于周围环境温度 时 电动机就要向周围散热 温升越 高 散热越快 当单位时间内产 生的热量与单位时 间内散发到周围介质中的热量相等时 电动机的温度不再升 高 达到了所谓的热稳定状 态 此时的温升为稳定温升 其 大 小决定于电动机的负载 5 5电机的温升按什么规律变化 两台同样的电动机 在下列条件下拖动负载运 行时 它 们的起始温升 稳定温升是否相同 发热时间常数是否相同 l 相同的负载 但 一台环境温度为 一般室温 另 一台为 高温环境 2 相同的负载 相同的环境 一台原来没运 行 一台是运 行刚停下后 又接着运 行 37 3 同 一个环境下 一台半载 另 一台满载 4 同 一个房间内 一台 自然冷却 一台 用冷 风吹 都是满载运 行 答 规律 发热过程开始时 由于温升 小 散发出去的热量少 大部分热量被电动机所 吸收 所以温升上升较快 其后随着温升的升 高 散发的热量逐渐增加 电动机吸收的 热量则逐渐减少 使温升的变化缓慢了 当发热量与散热量相等时 电动机的温升不再 升 高 达到 一稳定值 1 起始温升不同 稳态温升和时间常数相同 2 起始温升和稳态温升不同 时间常数相同 3 起始温升相同 稳态温升和时间常数不同 4 起始温升相同 稳态温升不同 时间常数相同 5 6电动机有 几种 工作制 是怎样划分的 其发热的特点是什么 答 一 连续 工作制 电动机连续 工作时间很 长 可达 几 小时 甚 至 几昼夜 在 工作时 间内 电动机的温升可以达到稳定值 二 短时 工作制 电动机 工作时间较短 在 工作时间内 电动机的温升达不到稳定 值 而停歇时间 长 电动机的温升可以降到零 三 断续 工作制 电动机的 工作时间与停歇时间轮流交替 5 7同 一台电动机 如果不考虑机械强度问题或换向问题等 在下列条件下拖动负载运 行 时 为充分利 用电动机 它的输出功率是否 一样 哪个 大 哪个 小 1 自然冷却 环境温度为 40 2 强迫通 风 环境温度为 40 3 自然冷却 高温环境 答 不 一样 2 大 3 小 5 8为什么说电动机运 行时的稳定温升取决于负载的 大 小 答 电动机的稳定温升 由于 Q 与电动机的损耗功率成正 比 当电动机的 负载增 大时 随之增 大 因 而 Q 增加 若散热系数 A 不变 则将随负载的增加 而升 高 如果电动机的负载恒定 那么 及 Q 都是常数 这时与 A 成反 比关系 设法改善散热条件 使 A 增 大 即可降低 5 9连续 工作变化负载下 电动机容量选择的 一般步骤是什么 解 1 初选电动机容易 2 校验电动机容易 38 5 10 用平均损耗法校验电动机发热的依据是什么 请指出等效电流法 等效转矩法 等效功 率法及平均损耗法的共同点和不同点 以及它们各 自的适 用条件 答 依据 电动机发热是由其内部损耗决定 所以电动机损耗的 大 小直接反映了电动 机的温升情况 相同点 几种 方法实质上都是温升的校验 不同点 每种 方法判断的依据不同 5 11什么是负载持续率 试 比较普通三相 鼠笼式异步电动机 ZC 15 30kW 与 ZC 40 20kW 的电动机 哪 一台实际功率 大 答 在断续周期 工作制中 负载 工作时间与整个周期之 比称为负载持续率 的电动机实际功率 大 5 12电动机若周期性地 工作 15min 停歇 85min 则应选择什么 工作 方式 答 短时 工作 方式 5 13 一台 35kW 工作时限为 30min 的短时 工作电机突然发 生故障 现有 一台 20kW 连续 工作制电机 已知其发热时间常数 90min 不变损耗与额定可变损耗 比 0 7 短时过载 能 力 2 这台电机能否临时代 用 解 不通过过载能 力 此时应选择 而 所以可以代替 5 14需要 一台电动机来拖动 工作时间的短时 工作负载 负载功率 18 空载起动 现有两台笼型异步电动机可供选 用 它们是 1 起动转矩倍数 39 2 起动转矩倍数 如果温升都 无问题 试校验起动能 力和过载能 力 以确定哪 一台电动机可以使 用 校验 时考虑到电 网电压可能降低 10 解 考虑电 网电压 第 一台故不取 第 二台故可以取 用 又因为是空载起动 故选 用第 二台 第六章常 用低压电器 6 1电弧是怎样产 生的 怎样灭弧 答 电弧实际上是触点间 气体在强电场作 用下产 生的放电现象 所谓 气体放电 就是 触点间隙中的 气体被游离产 生 大量的电 子和离 子 在强电场作 用下 大量的带电粒 子 定向运动 于是绝缘的 气体就变成了导体 电路通过这个游离区时所消耗的电能转换为 热能和光能 发出光和热的效应 产 生 高温并发出强光 使触点烧坏 并使电路的切 断时间延 长 甚 至不能断开 造成严重事故 6 2交流接触器和直流接触器在结构上有何区别 为什么 答 交流接触器 铁 心 用钢 片叠成 有短路环 直流接触器 铁 心 用整块软钢 无短路环 多 用指形触点 在动铁与静铁之间加 一 个 非磁性垫 片 原因 铁 心 用叠 片构成可以减少涡流 短路环 用来消除交流电过零点影响 6 3继电器和接触器 比较 区别在哪 里 答 继电器 用于通 断 小电流的控制电路和保护电路 其触点的额定电流较 小 所以在 结构上不需加灭弧装置 而接触器 用于通 断电动机及电热器等 大电流的负载电路 其触点的额定电流较 大 所以在结构上有时需加灭弧装置 另外 继电器可以对各种 输 入量作出反应 而接触器只能在 一定的电压信号下 工作 6 4交流接触器在运 行中 有时在线圈断电后衔铁仍掉不下来 试分析故障原因 40 答 1 释放弹簧损坏或反作 用 力太 小 2 触点弹簧损坏 3 衔铁 自重量太 大 4 铁芯剩磁太 大 5 铁芯端 面有油污 6 5试述继电器的种类及其 用途 答 电压继电器 作电压保护和控制 用 中间继电器 远距离传输或转换控制信号 电流继电器 作起动控制和电流保护 时间继电器 用作电机延时起动等 热继电器 用于电动机过载保护 断相及电流不平衡运 行 温度继电器 用于电动机过载 堵转等过热保护 速度继电器 用于反接制动控制中 6 6热继电器进 行过载保护时 如果热继电器不动作 而将电动机烧坏 试分析故障原因 答 电机绕组过热 而烧坏也有可能是由于 1 电 网电压或频率升 高 2 周围介质温度 过 高 3 通 风不良 6 7熔断器 用于保护电动机时 若电动机过载电流为两倍额定电流 熔断器能否起过载保 护作 用 为什么 答 不能 过载保护实际上是热保护 熔断器不能检测电动机的绕组过热 根据熔断