《电机与拖动》习题及答案

电机与拖动电机与拖动习题答案习题答案PAGE20PAGE20PAGE21PAGE21《电机与拖动》（第2版）

习题及答案

项目一一、填空题（1）变压器是一种能够电能而不改变其交流电源的静止电能转换器。（2）按铁芯和绕组组合结构的不同，变压器可分为和两种。（3）变压器的空载运行是指变压器的一次绕组、二次绕组时的工作状态。（4）一台变压器的变压比为1∶15，当它的一次绕组接到220V的交流电源上时，二次绕组输出的电压是V。（5）收音机的输出变压器二次侧所接扬声器的阻抗为8Ω，如果要求一次侧等效阻抗为288Ω，则该变压器的变压比应为。（6）短路试验是为了检测变压器的、和。（7）三相变压器绕组的星形连接是指把三相绕组的末端连在一起，构成，三相绕组的首端分别的连接方式。（8）两台变压器并联运行时，要求变压比误差不能超过。二、简答题（1）为什么要高压输送电能？（2）试简述变压器空载试验的实际意义。（3）变压器带负载运行时，输出电压的变动与哪些因素有关？（4）变压器并联运行没有环流的条件是什么？（5）电流互感器工作在什么状态？为什么严禁电流互感器二次侧开路？为什么二次侧和铁芯要接地？三、计算题（1）单相变压器的一次绕组为2000匝，变压比，一次绕组接入工频电源时铁芯中的磁通最大值。试计算一次绕组、二次绕组的感应电动势各为多少？（2）单相变压器的额定容量是100kV·A，额定电压是6000/230V，满载下负载的等效电阻，等效感抗。试求负载的端电压及变压器的电压变化率。

项目二一、填空题（1）直流电机主磁极的作用是产生，它由和两部分组成。（2）直流电机的电刷装置主要由、、、、

和等组成。（3）电枢绕组的作用是产生和通过，使电机实现机电能量转换。（4）直流电机的励磁方式有、、和等类型。（5）直流电机的额定功率是指电机长期额定运行所允许的。二、简答题（1）简述直流发电机的工作原理。（2）什么是直流电机的换向？有哪些方法可以改善换向？（3）他励直流电动机的运行特性在什么条件下求取？有哪几条曲线？三、计算题（1）有一台他励直流电动机，铭牌数据为，，，，，空载损耗。试求：①电动机的效率；②电磁功率；③输出转矩。（2）有一台并励直流电动机，铭牌数据为，，，，，并已知。试求：①电动机的额定输出转矩；②电动机的额定电磁转矩；③电动机的理想空载转速。

项目三一、填空题（1）直流电动机的启动方法有启动、启动和启动等。（2）直流电动机直接启动的瞬间，转速为0，也为0，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。（3）直流电动机的电气调速方法主要有调速、

调速和调速三种。（4）电枢电路串电阻调速时，转速将随主磁通的减小而。二、简答题（1）电力拖动系统的负载有哪几种类型？它们各有什么样的转矩特性？（2）画图说明他励直流电动机的三种人为机械特性曲线。三、计算题（1）已知一台他励直流电动机的数据为：，，，，。试绘制以下几种情况的机械特性：①固有机械特性；②电枢电路串联电阻的机械特性；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。（2）已知一台与计算题（1）数据相同的他励直流电动机，试求：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时的电枢电流。（3）已知他励直流电动机的技术数据为：，，，，。试求：①直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？②若限制启动电流为1.5倍额定电流，则电枢电路应串联多大的电阻？（4）若负载为位能性恒转矩负载，负载转矩为，采用能耗制动使负载以120r/min的转速稳速下降，则电枢电路应串联多大电阻？项目四一、填空题（1）按照电动机转子结构的不同，三相异步电动机可分为电动机和电动机。（2）产生旋转磁场的必要条件是在三相对称中通入。（3）三相异步电动机的转动方向与旋转磁场的转动方向，它由通入定子绕组的三相交流电流的决定。（4）实践证明，当负载功率为额定功率的时，三相异步电动机的效率最高。（5）空载运行时，三相异步电动机的功率因数为。在附近，达到最大值。二、简答题（1）三相异步电动机主要由哪些部件组成？各部件的作用是什么？（2）三相异步电动机的定子绕组在结构上有什么要求？（3）三相笼式异步电动机的转子绕组有哪两种结构形式？为什么转子绕组的导电条都做成斜的？（4）三相异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？若转子电路开路，会产生旋转磁场吗？此时转子是否会转动？为什么？（5）三相异步电动机转子电路中的电动势、电流、频率和功率因数与转差率有何关系？说明在和两种情况下，以上各量的大小。三、计算题（1）已知一台三相异步电动机的，，该电动机的额定转差率是多少？（2）已知某三相异步电动机的铭牌数据为：，，，，。求该电动机的额定效率。（3），，，，。试求该电动机的额定电流和对应的相电流。

项目五一、填空题（1）三相异步电动机（2）三相异步电动机降压启动在减小启动电流的同时，启动转矩（增大、不变或减小）。（3）三相异步电动机的调速方法可分为

等。（4）三相异步电动机电源反接制动的制动力较能耗制动更（大或小）。（5）三相异步电动机变频调速的主要优点是、、

。二、简答题（1）三相笼式异步电动机定子电路串自耦变压器降压启动的特点是什么？（2）简述三相绕线式异步电动机转子电路串频敏变阻器启动的工作原理。（3）简述三相异步电动机变极调速的工作原理。（4）简述三相异步电动机反接制动的特点及适用场合。三、计算题（1）已知一台三相绕线式异步电动机，，，，，，。试求：①临界转差率和最大电磁转矩；②写出固有机械特性的实用表达式并绘出固有机械特性曲线。（2）已知一台三相绕线式异步电动机，，，，，，，，，。试求：①额定转矩；②最大电磁转矩；③临界转差率；④求出固有机械特性曲线上的4个特殊点，并绘制固有机械特性曲线。

项目六一、填空题（1）单相异步电动机启动绕组和运行绕组中的电流在相位上相差电角度。（2）在向单相异步电动机中通入单相交流电流后，会产生一个空间位置、大小及方向随变化的脉动磁场。（3）单相异步电动机可分为、和

三类。（4）单相异步电动机的调速方法常用的有和两大类。二、简答题（1）简述单相异步电动机脉动磁场的产生过程。（2）简述单相异步电动机的主要结构。（3）简述电阻分相单相异步电动机的工作原理。（4）简述电容启动单相异步电动机的工作原理。（5）简述串联电抗器调速的工作原理。（6）简述罩极式单相异步电动机中短路环的作用。项目七一、填空题（1）同步电机按结构可分为和。（2）同步电机按用途可分为、和补偿机三类。（3）常令同步电动机在过励状态下工作，是为了改善。（4）同步电动机在异步启动时，其励磁绕组应。二、简答题（1）阐述同步电动机中“同步”的含义。（2）同步电动机能自行启动吗？为什么？（3）同步电动机的启动方法有哪些？三、计算题某水泵站有4台异步电动机：，（滞后），效率。现增添了一台同步电动机，当该同步电动机的功率因数为0.8（超前）时，该泵站的功率因数调整到0.9。求此同步电动机承担的视在功率和有功功率。项目八一、填空题（1）步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的或的电动机。（2）伺服电动机是将电压信号转换成轴上的或的电动机。（3）异步交流伺服电动机定子上装有两个绕组，它们在空间上的电角度相差，其中一个称为；另一个称为。（4）异步交流伺服电动机的控制方法有、和

3种。（5）测速发电机是一种检测元件，它能将变换成。二、简答题（1）三相单三拍运行的含义是什么？（2）简述直流伺服电动机的工作原理。（3）交流伺服电动机是如何通过改变控制绕组上的控制电压来控制转子转动的？（4）简述直流测速发电机和交流测速发电机的工作原理。项目九一、填空题（1）电动机选择的主要内容包括：电动机的种类、安装方式、、

、冷却方式、工作方式、质量性能等的选择以及额定数据的确定。（2）电动机的防护方式主要有、、、

4种。（3）在确定电动机的额定功率时，首先应根据实际的机械设备负载曲线计算。（4）对于启动、制动或反转次数很少，不需要调速的低速机械设备（如球磨机、粉碎机），可选择相应的电动机和传动比的减速机构。二、简答题（1）简述短时工作制的工作特点。（2）简述断续周期工作制的工作特点。（3）选择电动机时为什么要进行过载能力和启动能力的校验？（4）对电动机额定功率进行修正的原因是什么？项目一一、填空题（1）转移；频率。（2）芯式；壳式。（3）接交流电源；开路。（4）14.7。（5）6。（6）短路电压百分值、铜损和短路阻抗。（7）中性点；接电源或负载。（8）。二、简答题（1）在同输电功率的情况下，电压越高电流就越小，这样高压输电就能减少输电时的电流从而降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。（2）变压器空载试验的目的是确定变压器的变压比、铁损耗和励磁阻抗。（3）与电源电压、负载大小、负载性质均有关。（4）各变压器的原、副边额定电压对应相等，即变压比相等；各变压器的连接组别必须相同。（5）短路状态，防止过大的开路电压损坏电流互感器。二次绕组一端及铁心必须牢固接地，以防止绕组绝缘损伤时被测电路的高电压串入副边而危及人身安全。三、计算题（1）

（2）额定电流为：负载阻抗：负载端电压：变压器的电压变化率：项目二一、填空题（1）主磁通；主极铁芯；主极绕组。（2）电刷和刷握；刷杆；刷杆座；压力弹簧；铜丝辫。（3）感应电动势；电流。（4）他励；并励；串励；复励。（5）输出功率。二、简答题（1）直流发电机工作的理论基础是通电导体在周围产生磁场和在磁场中运动的导体将产生感应电动势。直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变的电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现将机械能转换成直流电能的目的。（2）直流电机在运行中，电枢绕组元件经过电刷时，从一条支路进入另一条支路，该元件中的电流方向也发生了改变，这个过程称为换向。正确安装换向极、合理选择电刷可以改善换向。（3）他励直流电动机工作特性的求取条件：在，励磁电流，电枢回路不串联电阻时。电动机的转速n、电磁转矩和效率分别与输出功率之间的关系曲线。三、计算题（1）①额定输入功率为：；效率：②电磁功率：QUOTEP=PN+p0③额定输出转矩：（2）①额定输出转矩：②电磁功率为：额定电磁转矩：③根据得

理想空载转速：项目三一、填空题（1）直接；降压；电枢串电阻。（2）感应电动势；10～20。（3）电枢电路串电阻调速；弱磁调速；降压调速。（4）升高。二、简答题（1）常见的生产机械的负载类型及特点：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。（2）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如图3-1、图3-2、图3-3所示。图3-1电枢电路串电阻时的人为机械特性图3-2改变电枢电压时的人为机械特性图3-3减弱磁通时的人为机械特性三、计算题（1）①估算Ra：由式，此处取系数0.67，则计算：理想空载点：额定工作点：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当电枢回路串入电阻时，理想空载点仍然为，当Tem=TN时，即Ia=53.4A时，电动机的转速为③当电源电压降至0.5UN=110V时，理想空载点与电压成正比变化，所以当Tem=TN时，即Ia=53.4A时，电动机的转速为其特性为通过（0，833）和（67.32，667）两点的直线。④当磁通减弱至30%N时，理想空载转速将升高当Tem=TN时，电动机的转速为：其人为特性为通过（0，5555）和（67.32，3707）两点的直线。（2）①由上题可知：额定电磁转矩：输出转矩：空载转矩：②理想空载转速：实际空载转速：而③④当n=1600r/min时的转矩为：则：

对应的电枢电流为：

（3）①

倍数为

②将启动电流限制到，应串入的电阻为项目四一、填空题（1）三相笼式；三相绕线式。（2）定子绕组；三相交流电。（3）旋转磁场；相序。（4）70%～80%。（5）0.1～0.2；额定负载。二、简答题（1）三相笼型异步电动机主要由定子部分和转子部分组成。定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组和端盖，主要用来产生旋转磁场，转子部分主要由转子铁芯和转子绕组构成，是电动机的旋转部件。（2）三相异步电动机的3个绕组是相互独立的，每个绕组为一相，在空间上相差120°，结构完全对称。（3）铜排结构和铸铝结构。导电条做成斜的是为了使电机转子导电条在任何一个位置都能切割磁力线，从而在整周内都有一样大小的转矩，使电机转速均匀。（4）旋转磁场的转速由磁极对数和频率决定。只要定子三相绕组通入对称三相交流电流即可产生旋转磁场，但转子开路时转子电路没有电流，转子不受力，不转动。（5）转子电路中的电动势大小与转差率成正比，频率与转差率成正比，感抗大小与转差率成正比，转子电流和功率因数随s的增大而减小。当时：当时：三、计算题（1）（2）（3）三角形联结时项目五一、填空题（1）理想空载点；启动点；临界运行点；额定运行点（2）减小。（3）变极调速变频调速；变转差率调速。（4）大。（5）能平滑调速调速范围广效率高。二、简答题（1）特点是在相同的启动电压下，自耦变压器降压启动比Y/D降压启动向电源吸取的电流要小。（2）频敏变阻器是由厚钢板叠成铁芯并在铁芯柱上绕有线圈的电抗器。它是一个铁损耗很大的三相电抗器，电动机开始启动时，电动机转子转速很低，转子频率较高，频敏变阻器的铁损耗很大，限制了启动电流，增大了启动转矩。随着电动机转速增大，转子电流频率减小，相当于启动过程中电阻无级切除。当转子增大到接近于稳定值时，频敏变阻器短接，启动过程结束。（3）在电源频率不变的条件下，改变电动机的磁极对数p，电动机的同步转速就会发生变化，从而改变电动机的转速。若磁极对数减少一半，同步转速就提高一倍，电动机转速也几乎提高一倍。通常用改变定子绕组的接法来改变磁极对数，这种电动机称为双速或多速电动机。其转子均采用笼式转子，因为其感应的磁极对数能自动与定子相适应。（4）电源两相反接的反接制动其制动转矩大，制动速度快，需要入较大传的制动电阻，适用于要求快速制动的地方。倒拉反接制动可获得稳定下放速度，适用于低速下放位能性负载。三、计算题（1）①②实用表达式为：额定点：；理想空载点：；临界点：；启动点：；（2）①②③④额定点：；理想空载点：；临界点：；启动点：；项目六一、填空题（1）。（2）不变；电流。（3）电阻分相单相异步电动机；电容分相单相异步电动机；罩极式单相异步电动机。（4）改变绕组主磁通调速；改变电动机端电压调速。二、简答题（1）当时，，绕组内无电流；为正，电流从Z相绕组的首端端流入，从末端端流出。合成的磁场即为产生的磁场。当时，，绕组内无电流；为正，电流从U相绕组的首端端流入，从末端端流出。合成的磁场即为产生的磁场。可见，此时磁场已经转过。用同样的方法可以得出：当时，磁场较最初已经转过；当时，磁场较最初已经转过；当时，磁场转过，如此循环便形成旋转磁场。（2）单相异步电动机主要包括定子和转子两大部分。定子部分用于产生旋转磁场，主要包含机座、定子铁芯、定子绕组和端盖等部件。转子部分由转子铁芯和转子绕组构成。（3）将电源接通后，电阻分相单相异步电动机便开始启动，待电动机转速达到额定转速的70%～80%时，启动完毕，电动机通过离心开关S将启动绕组和启动电阻从电源上切除，由此进入正常运行状态，这就是电阻分相单相异步电动机的启动过程。（4）接通电源后，运行绕组电路呈感性，运行绕组中电流的相位滞后于电源电压u，相位角为；在启动绕组电路，由于启动电容C的串入，使得电路的容抗大于感抗，电路呈容性，启动绕组电流的相位超前于电源电压u，相位角为，因此和之间出现了相位差。选择合适的启动电容即可使，从而实现单相异步电动机的自行启动。（5）将电动机的运行绕组和启动绕组并联后，再与一个带有抽头的电抗器串联在电源上，电抗器起到降压的作用。通过调节电抗器的抽头，可以实现电动机的调速。当开关S在高速挡时，电动机直接接在电源上，电动机全压运行，转速最高；当开关S在低速或中速挡时，电动机通过电抗器（或部分电抗器）接在电源上，电动机输入电压减小，转速减小。（6）在励磁电流从零增大时，励磁电流产生的磁通是逐渐增大的，整个磁极的磁通分布不均匀。在被短路环罩住的那一部分，短路环会因磁场中磁通量的增大而产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的磁通要阻碍原磁通的变化，从而削弱了原磁场，使这部分合成磁通较疏；在未被短路环罩住的部分，磁通较密。项目七一、填空题（1）旋转磁极式；旋转电枢式。（2）同步发电机；同步电动机。（3）功率因数。（4）通入直流电。二、简答题（1）转子与旋转磁场的转速相同，没有相对运动。（2）同步电动机不能自行启动。因为同步电动机转子由于惯性作用使得旋转磁场转过一周时，转子受到的平均转矩为0，所以不能自行启动。（3）辅助电动机启动法，异步启动法，调频启动法。三、计算题多台异步电机总的视在功率S为因为，所以，多台异步电机总的无功功率Q为因为，所以，补偿无功功率为因为，所以，故同步电机的视在功率为同步电机的有功功率为项目八一、填空题（1）角位移；线位移。（2）角位移；角速度。（3）90°；励磁绕组；控制绕组。（4）幅值控制；相位控制；幅相控制。（5）输入的机械转速；电压信号。二、简答题（1）拍即通电状态循环一周需要改变的次数。三相单三拍运行方式：通电状态循环一周需要改变三次，每次只有单独一相控制绕组通电。（2）传统直流伺服电动机的基本工作原理与普通直流电动机完全相同，依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，是伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，转速越低；电枢电压为0时电动机停转。由于电枢电压为0时电枢电流也为0，电动机不产生电磁转矩，不会出现自转现象。（3）在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流相位不相同时，则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。控制信号消失后，电动机没有立即停止的现象称为“自转”。交流同服电动机主要从两方面克服“自转”现象。首先把转子做得细面长，减小转动量。其次把转子导体电阻做得足够大，当控制信号消失时，转子产生足够的能耗制动转矩而迅速停止。（4）①直流测速发电机的工作原理和直流发电机相同，在恒定磁场中，当发电机以转速n旋转时，电刷两端产生的空载感应电动势与转速n成正比，电动势的极