(2025年)电力拖动练习题含参考答案

(2025年)电力拖动练习题含参考答案一、选择题（每题2分，共20分）1.三相异步电动机带恒转矩负载运行时，若电源电压突然下降10%，稳定后电动机的（）。A.转速下降，电流增大B.转速不变，电流不变C.转速上升，电流减小D.转速下降，电流减小2.他励直流电动机采用电枢串电阻调速时，若负载转矩不变，调速后的电枢电流与调速前相比（）。A.增大B.减小C.不变D.无法确定3.三相异步电动机的能耗制动过程中，定子绕组通入（）。A.单相交流电B.三相交流电C.直流电流D.脉冲电流4.某台三相笼型异步电动机的额定功率为15kW，额定电压380V，额定电流30A，启动电流倍数为7，则直接启动时的启动电流约为（）。A.210AB.180AC.240AD.150A5.同步电动机的调速方法是（）。A.改变电枢电压B.改变励磁电流C.改变电源频率D.电枢串电阻6.直流电动机的电磁转矩与（）成正比。A.电枢电流与主磁通的乘积B.电枢电流C.主磁通D.电枢电压7.三相异步电动机的转差率s=1时，电动机处于（）状态。A.空载运行B.启动瞬间C.额定运行D.再生制动8.绕线转子异步电动机采用转子串频敏变阻器启动时，随着转速升高，频敏变阻器的等效阻抗（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小9.他励直流电动机的机械特性曲线是指（）的关系。A.转速与电枢电流B.转速与电磁转矩C.电磁转矩与电枢电流D.转速与电枢电压10.电力拖动系统稳定运行的条件是（）。A.电动机机械特性与负载特性有交点，且在交点处电动机机械特性的斜率大于负载特性斜率B.电动机机械特性与负载特性有交点，且在交点处电动机机械特性的斜率小于负载特性斜率C.电动机机械特性与负载特性无交点D.电动机机械特性斜率为正二、填空题（每空1分，共20分）1.三相异步电动机的调速方法主要有______、______和改变转差率调速三类。2.直流电动机的制动方法包括______、______和回馈制动。3.他励直流电动机的启动方法通常有______和______。4.三相异步电动机的额定转差率一般在______范围内。5.同步电动机的启动方法主要有______和______。6.电力拖动系统的运动方程式为______，其中GD²表示______。7.绕线转子异步电动机转子串电阻调速时，随着串入电阻增大，机械特性的硬度______（填“变硬”或“变软”），转速______（填“升高”或“降低”）。8.直流电动机的电枢反应会导致气隙磁场______（填“增强”或“削弱”），并使物理中性线______（填“偏移”或“不变”）。9.三相异步电动机的效率η=______，功率因数cosφ是指______与______的比值。10.电动机的工作制分为______、______和断续周期工作制三类。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述三相异步电动机直接启动的优缺点及适用条件。2.比较他励直流电动机电枢串电阻调速与弱磁调速的特点（从调速范围、机械特性、适用负载类型等方面分析）。3.说明三相异步电动机能耗制动的原理及影响制动效果的主要因素。4.画出他励直流电动机电枢电压反向的反接制动电路图（只需主电路），并标注各元件作用。5.分析同步电动机失步的原因及防止措施。四、计算题（每题10分，共30分）1.一台他励直流电动机的额定数据为：P_N=15kW，U_N=220V，I_N=80A，n_N=1500r/min，电枢电阻R_a=0.2Ω。求：（1）额定电磁转矩T_N；（2）理想空载转速n_0；（3）若负载转矩T_L=0.8T_N，求稳定运行时的转速n。2.一台三相笼型异步电动机的额定数据为：P_N=30kW，U_N=380V，I_N=57A，n_N=1470r/min，cosφ_N=0.88，η_N=0.92，启动电流倍数K_I=7，启动转矩倍数K_T=1.8。供电变压器允许的最大冲击电流为300A，试问该电动机能否直接启动？若不能，采用Y-Δ降压启动时，启动电流和启动转矩各为多少？3.某绕线转子异步电动机的额定数据为：P_N=55kW，n_N=980r/min，E_2N=400V，I_2N=85A，转子电阻R_2=0.1Ω。现需将转速降至750r/min（带恒转矩负载），求应在转子回路中串入的电阻值R_c（忽略定子漏阻抗和空载转矩）。五、综合分析题（20分）某机床采用他励直流电动机拖动，控制电路如图1所示（注：图中包含电枢回路接触器KM1、KM2，励磁回路接触器KMF，启动电阻Rst，过电流继电器KI，热继电器FR，欠电压继电器KV）。已知电动机额定电压220V，额定电流60A，电枢电阻0.3Ω，励磁绕组电阻200Ω。（1）简述电路的启动过程（要求按顺序说明各电器动作逻辑）；（2）分析过电流继电器KI、热继电器FR、欠电压继电器KV的保护作用及整定值选取原则；（3）若电动机运行中突然失磁（励磁回路断开），会出现什么故障？说明原因及预防措施；（4）若需要将电动机调速范围扩大至1:5（基速以下采用电枢调压，基速以上采用弱磁），试提出主电路的改进方案（需说明关键元件及参数计算）。参考答案一、选择题1.A2.C3.C4.A5.C6.A7.B8.B9.B10.B二、填空题1.改变电源频率；改变磁极对数2.反接制动；能耗制动3.电枢串电阻启动；降压启动4.0.01~0.055.异步启动法；辅助电动机启动法6.T-T_L=(GD²/375)(dn/dt)；飞轮矩（或转动惯量的换算值）7.变软；降低8.削弱；偏移9.输出功率/输入功率；定子相电压；相电流10.连续工作制；短时工作制三、简答题1.优点：设备简单、操作方便、启动时间短；缺点：启动电流大（约为额定电流的5~8倍），会引起电网电压波动，影响其他设备正常运行。适用条件：电动机容量较小（一般小于10kW）或供电变压器容量足够大（电动机启动电流不超过变压器额定电流的30%）。2.电枢串电阻调速：调速范围较小（一般1:2~1:3），机械特性变软（转速稳定性差），适用于恒转矩负载；弱磁调速：调速范围较大（一般1:2~1:4，特殊可达1:10），机械特性变硬（转速稳定性好），适用于恒功率负载（如机床主轴）。3.原理：电动机断电后，定子绕组通入直流电流产生静止磁场，转子因惯性旋转切割磁场产生感应电流，与磁场作用产生制动转矩（方向与转向相反）。影响因素：直流励磁电流大小（电流越大，制动转矩越大）、转子电阻（电阻越大，制动时间越长）、初始转速（转速越高，制动能量越大）。4.主电路需包含电枢电源、反向接触器KM2、电枢绕组、反接制动电阻Rb（限制制动电流）。KM1闭合时电动机正转，KM2闭合时电枢电压反向，Rb串入限制电流。5.失步原因：负载转矩超过最大同步转矩（如突然过载）、电源频率或电压波动、励磁电流过小。防止措施：设置失步保护装置（如欠励磁保护）、限制负载突变、采用自动励磁调节装置维持励磁电流稳定。四、计算题1.（1）T_N=9550×P_N/n_N=9550×15/1500=95.5N·m（2）n_0=U_N/(C_eΦ_N)，C_eΦ_N=(U_N-I_NR_a)/n_N=(220-80×0.2)/1500=0.136n_0=220/0.136≈1617.6r/min（3）T_L=0.8T_N=76.4N·m，电枢电流I_a=T_L/(9.55C_eΦ_N)=76.4/(9.55×0.136)≈59.8A（近似为0.8I_N）n=(U_N-I_aR_a)/C_eΦ_N=(220-59.8×0.2)/0.136≈(220-11.96)/0.136≈208.04/0.136≈1530r/min（注：实际因T=K_tΦI_a，T_L=0.8T_N时I_a=0.8I_N，故n=(U_N-0.8I_NR_a)/C_eΦ_N=(220-0.8×80×0.2)/0.136=(220-12.8)/0.136≈207.2/0.136=1523.5r/min，更准确）2.直接启动电流I_st=K_I×I_N=7×57=399A>300A，不能直接启动。Y-Δ启动时，启动电流I_stY=I_stΔ/3=399/3=133A（Δ启动电流为线电流，Y启动时相电流为Δ的1/3，线电流也为1/3）；启动转矩T_stY=T_stΔ/3=K_T×T_N/3=1.8×(9550×30/1470)/3≈1.8×194.9/3≈116.9N·m。3.额定转差率s_N=(n_1-n_N)/n_1，n_1=1000r/min（因n_N=980r/min，同步转速n_1=1000r/min），s_N=(1000-980)/1000=0.02。目标转速n=750r/min，目标转差率s=(1000-750)/1000=0.25。恒转矩负载下，T=K×(s(R_2+R_c))/((R_2+R_c)^2+(X_2)^2)，忽略X_2（或认为X_2=s_N×E_2N/(√3I_2N)，但简化为T∝s/(R_2+R_c)），故s/(R_2+R_c)=s_N/R_2（T不变时），即R_c=(s/s_N)R_2-R_2=(0.25/0.02-1)×0.1=(12.5-1)×0.1=1.15Ω。五、综合分析题（1）启动过程：合上电源开关，欠电压继电器KV得电吸合，自锁；按下启动按钮SB2，KMF得电（励磁回路接通），同时时间继电器KT得电；KMF辅助常开闭合，KM1得电（电枢回路接通，串入Rst限流），电动机开始启动；KT延时结束后，其常闭触点断开Rst，电动机全压运行。（2）KI：过电流保护，整定值约为(1.5~2)I_N（防止启动或短路时电流过大）；FR：过载保护，整定值约为I_N（反映长期过载）；KV：欠电压保护，整定值约为(0.85~0.9)U_N（防止电压过低导致电动机停转或过热）。（3）失磁故障：励磁电流消失，主磁通Φ急剧减小，电枢电流I_a=U/(C_eΦ)增大（若负载转矩T_L=K_tΦI_a不变，Φ减小则I_a增大），导致电枢绕组过热；同时转速n=U/(C_eΦ)-R_aI_a/(C_eΦ)急剧上升（“飞车”），损坏机械部件。预防措施：设置励磁回路欠电流继电器（欠磁保护），当励磁电流低于整定值时切断电枢电源。（4）改进方案：