2023年电气传动平时作业答案

第1章电气传动系统动力学基础

一、问答题

1.电气传动系统力学方程式中，TM,TL和n的正方向是如何规定的?如何表达它

的实际方向？

答:拖动转矩&与规定正向相同取正，相反取负；负载转矩.与规定正向相同取

负，相反取正。惯性转矩九口/山的大小及正负符号由拖动转矩7-及负载转

矩乙的代数和来决定。

3.从动力学方程式中如何看出系统是处在加速、减速、匀速等运动状态。

答:运动方程式S=S(t),其S关于时间t的导数即为瞬时运动速度：V(t)=S'

(t),

瞬时速度V(t)关于时间t的导数即为瞬时运动加速度:a(t)=V'(t)=Sz'(t).

故可知:a(t)>0,a(t)<0,a(t)=0时，相对于系统处在加速的，减速的,

稳定的工作状态；

当V(t)=s'(t)=0时，系统处在静止状态或匀速运动.

4、分析多轴电气传动系统时为什么要折算为单轴系统?折算的原则是什么？

5.为什么低速轴转矩大?高速轴转矩小？

答：转矩为力与力矩的乘积，一般来说，高速轴上的径向力要比低速轴上的径向

力小，所以在力矩相差无几的情况下，低速轴的转矩要比高速轴的转矩大。

6.起重机提高和下放重物时，传动机构的损耗由电动机承担还是重物承担？提

高和下放同一重物时，传动机构损耗的大小假如相同,传动机构的效率是否相等?

答：电动机。相等。

7.负载的机械特性有哪几种类型？各有什么特点？

答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载

特性,其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性

负载转矩的特点是它的绝对值大小不变,但作用方向总是与旋转方向相反,是阻

碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用

方向也保持不变。风机、泵类、负载特性的特点是其转矩与转速的二次方成正比

即，这类生产机械只能单方向旋转。恒功率负载特性的特点是在不同速度下负载

转矩与转速n差不多成反比即常数。

8.什么叫稳定运营？电气传动系统稳定运营的条件是什么？

答：电气传动系统的稳定运营为了使电气传动达成稳定运营，必须根据工作机

械的机械特性对的选择电动机的型式。一、机械特性f机械特性是指转矩和转

速两个物理量之问的关系特性、不同的电动机有不同的机械特性，不同的工作机

械（电动机的负载）也有不同的机械特性.只有将电动机的机械特性和工作机械的

机械特性很好地配合起来才干实现合理的运营。1）电动机的机械特性曲线和生产

机械的特性曲线有交点（即拖动系统的平衡点）。（2）当转速大于平衡点所相应的

转速时，应有TM<TL;而当转速小于平衡点所相应的转速时,TM>TL。A只有

满足上面两个条件的平衡点，才是拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的特性配

合，系统在受外界干扰后，才具有恢复到原平衡状态的能力而进入稳定运营。

第2章直流电动机的传动特性

一、问答题

1.简述直流电动机的结构和工作原理。

答：当用原动机拖动电枢逆时针方向旋转，线圈边将切割磁力线感应出电势，电势方向可据

右手定则拟定。由于电枢连续旋转,线圈边ab、cd将交替地切割N极、S极下的磁力线，每

个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的，线圈内的感应电动势是交变电动势，

但由于电刷和换向器的作用，使流过负载的电流是单方向的直流电流，这一直流电流一般是

脉动的。在图中，电刷A所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电

动势，它始终具有正极性；电刷B始终具有负极性。这就是直流发电机的工作原

理。

2.直流他励电动机的机械特性指的是什么?是根据哪几个方程式推导出来的？

答:电动机的机械特性是指电动机的转速〃与转矩7的关系阀。机械特性是电动机机

2

T_T_GDdn

械性能的重要表现，它与负载的机械特性花=/（与），运动方程式z-石彳应相联

系，将决定拖动系统稳定运营及过渡过程的工作情况。

机械特性中的T是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩四是不同的，其间差一空载转矩

方，即

在一般情况下，由于空载转矩与相比丁或与很小，所以在一般的工程计算中可以略去四，

即

Tf=宴;

2死

而

3.如何绘制直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性？

4.电动机的特性硬度是如何定义的？它和静差率有什么区别？

答:机械特性硬度是说电动机的转速与电流之间的关系,在相等的电流变化下，转速变化

越小，硬度就越大。定子磁场转速和转子转速之差称为转速差，转速差与旋转磁场转速的比

值称为异步电机的转差率

5.直流他励电动机为什么不能直接起动？

答：直流电动机起动时，转速为零，内部没有反电势，所以起动电流=电网电压/电

枢电阻，（电枢电阻很小）起动电流很大，1）绕组不允许通过太大的电流；2）很

大电流产生很大起动转矩，电机机械强度有限，承受不了。

微小直流电动机可以直接起动，由于其转动惯量小，能不久转起来建立起反电势，

限制起动电流。

6.直流他励电动机有哪几种限制起动电流的起动方法？

答：电机的软起动重要采用如下方式：1、减少电源电压启动2、减少电源频率启

动3、减少励磁电流启动

软启动器重要采用可控硅移相来减少电机电压,实现软启动。

所谓电机的软启动，实质就是电机以较低的电流慢速启动，这样对电网的冲击小，

同时可以减少变压器和控制电路的负荷裕量，同时提高设备的使用寿命。一般交

流电机直接启动时,启动电流是试运营电流的6〜10倍,而采用软启动技术后，启

动电流减少到03倍。

软启动器重要采用可控硅移相来减少电机电压,实现软启动。

7.直流他励电动机有哪几种调速方法？各有什么特点？

答：一是调节电枢电压，二是调节励磁电流，

而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，

所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，

常用的一是可控硅调压法，再就是脉宽调制法（PWM）。不同的需要，采用不同

的调速方式，应当说各有什么特点。

1.在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在0~基速以下范围内调速。不能达成电

机的最高转速。

2.在电枢全电压状态，调激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。不能得

到电机的较低转速。

3.在全磁场状态，调电枢电压，电枢全电压之后，弱磁升速。适合应用在调速范

围大的情况。这是直流电机最完善的调速方式，但设备复杂，造价高。

8.直流他励电动机有哪几种制动方法?各有什么特点？

答：直流电机的制动,有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动

机械制动就是抱闸，是电动的抱闸。

反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源,使电动机快速停止，当电动

机速度降到零时，装在电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，

防止电动机真的反转

9.什么叫做电气传动系统的过渡过程?引起过渡过程的因素有哪些?

答：当系统中的转矩或负载转矩发生改变时,系统就要由一个稳定的运转状态变

化到另一个稳定运转状态，这个变化过程称为过渡过程。系统转矩平衡关系被破

坏。内因一贮能的惯性元件。（机械惯性、电磁惯性和热惯性）

10.电气传动系统的机电时间常数是什么？它对系统的过渡过程有什么影响？

答：机电时间常数直接影响机电传动系统过渡过程的快慢，机电时间常数大，

则过渡过程进行得慢;反之，则过渡过程进行得快。所以，机电时间常数是机电传动

系统中非常重要的动态参数。

11.在中小型直流他励电动机的电气传动系统中，为什么一般情况下只考虑机械惯性？

答：如电机运营发热时.，电枢电阻和励磁绕阻电阻都会变化，从而会引起电流I

a和磁通①的变化。但是由于热惯性较大，温度变化较转速、电流等参量的变化

要慢得多，一般可以不考虑，而只考虑机械惯性和电磁惯性。由于有机械惯性和

电磁惯性，在对机电传动系统进行控制（如启动、制动、反向和调速）过程中，假

如系统中电气参数（如电压、电阻、频率）发生忽然变化或传动系统的负载忽然变

化时，传动系统的转速、转矩、电流、磁通等也会变化，并要通过一定的时间达

成稳定，从而形成机电传动系统的电气机械过渡过程。相比之下，电动机的电磁

惯性比机械惯性要小得多，对系统运营影响也不大,则可只考虑机械惯性

12.一直流他励电动机拖动提高机构，当电动机拖动重物匀速上升时，忽然将电枢电压反接,

试运用机械特性说明：

（1）从反接开始到达成新的稳定运营状态期间，电动机经历了哪几个过程？最后稳定在

什么运营状态？

（2）每一过程中，n、L及TM是如何变化的？

13.当提高机下放重物时，欲使他励电动机获得低于抱负空载转速的速度，应采用什么

制动方法？

答：采用能耗制动或倒拉反转反接制动。

14.采用能耗制动和电源反接制动时,为什么要在电枢回路中串入电阻？哪种情况串入

的电阻大？

答:不串入制动电阻的话，会使制动电流过大，马达发热;此外,还会使马达停下来的

速度太快，做成冲击，加快设备的损坏。但假如电阻太大时,制动的功率局限性，

达不到效果，电阻太小时，会使制动电流过大，马达发热，具体要看马达功率的大

小，负载的情况（特别是转动的惯性）来定的。一般情况下，电压反接制动时电阻会

大些。

第3章交流电动机的传动特性

一、问答题

1.将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转?为

什么？

答:果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调，例如将B.C两

根线对调，即使B相遇C相绕组中电流的相位对调，此时A相绕组内的电流导前于

C相绕组的电流2兀/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转，与未对调

的旋转方向相反.

2.当三相异步电动机的负载增长时，为什么定子电流会随转子电流的增长而增长？

答：由于负载增长n减小，转子与旋转磁场间的相对转速（nO-n）增长,转子导

体被磁感线切割的速度提高，于是转子的感应电动势增长，转子电流特增长，.定子

的感应电动使由于转子的电流增长而变大，所以定子的电流也随之提高.

3.三相异步电动机带一固定负载运营时,若电源电压减少了，此时电动机的转矩及转

速有无变化?如何变化？

答:若电源电压减少，电动机的转矩减小，电流也减小.转速不变.

4.三相异步电动机正在运营时，转子忽然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对

电动机有何影响？

答：电动机的电流会迅速增长,假如时间稍长电机有也许会烧毁.

5.三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能起动?而在运营时断了一根，为什么

仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？

答：三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转

子而产生两个方向相反的转矩，并且转矩大小相等。故其作用互相抵消，合转矩

为零，因而转子不能自行启动，而在运营时断了一线，仍能继续转动转动方向的转

矩大于反向转矩，这两种情况都会使电动机的电流增长。

6.三相异步电动机为什么不运营在工出或接近的情况下？

答：根据异步电动机的固有机械特性在Tmax或接近Tmax的情况下运营

是非常不稳定的，有也许导致电动机的停转。

7.三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：当三相鼠笼型异步电动机起动时由于转子绕组与电枢磁场的相对运动速

度最大，起动时笼条切割旋转磁场的速度最大，所以感应电势最大，转子电流也

很大就是电动机在启动瞬间的转速为零，反电势尚未建立起来，所以外电压所有

加在没有反电势的定子绕组上，其电路电流瞬间就是外电压除以绕组的电阻，所

以转子绕组感应电势与电流均最大，但此时转子回路的功率因数却很小，所以起

动转矩不大。

8.三相异步电动机能在低于额定电压下长期运营吗?为什么？

答:低于正常电压的5%,带负荷是允许的,这是由于供电压有也许不够或者是

自身的负荷大。但是超过这个最低限度，长期运营肯定会导致线圈发热，这样的

话会加速电机的老化，缩短其使用寿命。

9.笼型异步电动机的起动方法有哪几种？各有何优缺陷?各合用于什么场合？

答：1、直接起动，电机直接接额定电压起动。

2、降压起动：

（1）定子串电抗降压起动

（2）星形一三角形启动器起动

（3）软起动器起动

(4)用自耦变压器起动

三相异步电机降压起动方式选择比较

(1)实行降压起动的目的是为了减小线路的浪涌，保障变压器正常供电。电机直

接启动它的启动电流是额定电流的7倍。

(2)星-三角降压起动:启动电流是额定电流的2.3倍。但星三角启动的力距较

小，只能轻负载的电机可以启动。一般叫重负启动荷设备不能用。星三角启动造

价轻、体积小、操作方便。

(3)软起动：软启动是，由变频器无级变速启动，一般用于须要调速的设备上,

而单一为启动电机的基本不用。造价最大、使用方便、运营平稳。

(4)自耦变压器降压起动：自耦变压启动由于它可以按规定调整启动电流，所以

它的启动力距比较大，适合重负载启动，或大型机械设备。它的体积大、造价也

大、操作麻烦。

10.三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载起动时，起动电流是否相同？起动

转矩是否相同？

答：三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启

动转矩都相同。Tst=KR2u2/(R22+X220)1=4.44f1N2/R与U,R2,X2O

有关

11.绕线转子异步电动机采用转子串电阻起动时，所串电阻越大，起动转矩是否也越

大？

答：线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈

大

12.为什么绕线转子异步电动机在转子串电阻起动时，起动电流减少而起动转矩反而

增大？

答:Tst=KR2U2/(R22+X2O2)当转子的电阻适当增长时，启动转聚会

增长。

13.异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺陷？

答:①调压调速这种办法可以无级调速，但调速范围不大

②转子电路串电阻调速这种方法简朴可靠，但它是有机调速，随着转速减

少特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。

③改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价

格稍高，只能有机调速，但是结构简朴，效率高特性高，且调速时所需附加设备

少。

④变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩，是i种很好的调速方法。

14.如何实现变极调速？变极调速时为什么要改变定子电源的相序?每种变极调速有何

特点？

答：假设将一个线圈组集中起来用一个线圈表达，但绕组双速电动机的定子每组

绕组由两各项等闲圈的半绕组组成。半绕组串联电流相同，当两个半绕组并

联时电流相反。他们分别代表两中极对数。可见改变极对数的关键在于使

每相定子绕组中一般绕组内的电流改变方向。即改变定子绕组的接线方式来

实现

15.试说明笼型异步电动机定子极对数忽然增长时，电动机的速度变化过程。

答：NO=60f/pp增长定子的旋转磁场转速减少，定子的转速特随之减少.

16.异步电动机有哪几种制动状态?各有何特点？

答：异步电动机有三种反馈制动，反接制动和能耗制动

反馈制动当电动机的运营速度高于它的同步转速，即nl.>nO时一部电动机处在

发电状态.这时转子导体切割旋转磁场的方向与电动机状态时的方向相反.电流改

变了方向,电磁转矩也随之改变方向；反接制动电源反接改变电动机的三相电源

的相序，这就改变了旋转磁场的方向，电磁转矩由正变到负,这种方法容易导致反

转.•倒拉制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时候，例如起重机放下重物时，机

械特性曲线如下图，特性曲线由a到b,在降速最后电动机反转当到达d吐丁="

系统到达稳定状态；能耗制动一方面将三项交流电源断开，接着立即将一个

低压直流电圆通入定子绕组.直流通过定子绕组后，在电动机内部建立了一个固

定的磁场，由于旋转的转子导体内就产生感应电势和电流，该电流域恒定磁场互

相作用产生作用方向与转子实际旋转方向相反的转矩，所以电动机转速迅速下

降，此时运动系统储存的机械能被电动机转换成电能消耗在转子电路的电阻中.

17.异步电动机带位能性负载，试说明定子相序忽然改变时，电动机的速度变化过程。

答：异步电动机定子相序忽然改变，就改变了旋转磁场的方向,电动机状态下

的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2但由于机械

惯性的因素，转速不能突变，系统运营点a只能平移到曲线2的b点，电磁转

矩由正变到负，则转子将在电瓷转矩和服在转矩的共同作用下迅速减速，在从

点b到点c的整个第二相限内，电磁转矩和转速方向相反，.

18.同步电动机的工作原理与异步电动机的有何不同？

答：1、同步电机和异步电机都可以归为交流电机的范畴。2、交流异步电机的

转子一般为鼠笼型的，尚有绕线型的，定子上绕组也有不同的绕制方法。而同步

电机设计上定子转子也许都是绕线的。3、同步电机工作时，电机的转子通入直

流电，产生类似永磁体产生的磁场,而定子上通入三相交流电，此时定子随磁场变

化同步旋转，转速n=60f/p,这里f是电源频率,p是电机的极对数。异步电机工

作时候，只有定子通电（三相交流电），转子由于受到感应电流产生磁场（原理

同变压器），由于是感应电流,所以，产生磁场旋转时候要滞后定子磁场一个角度，

在定子侧看，是定子磁场拖动转子旋转。转速要低于同步转速，所以就称之为异

步电机。4、同步电机一般用于发电，也用于比较精确的控制，异步电机一般造

价低廉，用于规定不高的场合，也更加广泛。

19.一般情况下，同步电动机为什么要采用异步起动法？

答:同步电动机在转子未施加励磁电压前就是一台异步电动机，当转子旋转

起来后，施加励磁，转子磁极产生磁场，牵引转子同步运转，所以采用异步启动

法

20.为什么可以运用同步电动机来提高电网的功率因数?

答：由于功率因数，可采用并联电容器进行无功补偿;当直流励磁电流大于正常励

磁电流时，电流励磁过剩，在交流方面不仅无需电源供电，并且还可以向电网发出

点感性电流与电感性无功功率，正好补偿了电网附近电感性负载，的需要.使整个

电网的功率因数提高

第4章电气传动系统中电动机的选择

一、问答题

1.电动机的温升与哪些因素有关？电动机铭牌上的温升值其含义又是什么？电动机的

温升、温度以及环境温度三者之间有什么关系？

答：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边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，大量被空气吸取.，因而温度升高的较快.随着电动机

温度逐渐升高，被电动机吸取的减少，而发散到空气中的热量增长.

2.电气传动系统中，电动机的选择涉及哪些具体内容？

答:电动机的选择涉及：1电动机容量.2电动机电压等级,3电动额定转速.4

电动机结构型式.5电动机的种类

3.选择电