电机与拖动期末复习题

一、直流电机的答复以下问题

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：

答:电枢电劭势Xi

＞I

其中，C是电机的电动势结构数察，它的大小决定于电枢绕组

6()6/

导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数2a,①是每个极面下

的磁通，n是电机转速。

电磁转矩CM①/〃

CT是电机的电磁转矩结构常数，—譬,它的大小决定于电枢绕

2必

组导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数2a,①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。当心＞〃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ro=再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率U/的形式输出；

当邑＜0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，转变为电磁功率凡人=7。，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拟好?

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

答:

士

有

酸

U而1S

、

，

、

一

核

机

度

差

率平?

雷

静

。调速范

DM醺O

暹喈

译

反f

过

映J耋化范围，平滑性，

它们的主要特点是什

么？比拟它们的优缺点。

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？怎样配合才适宜？

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、直流电机的比拟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。假设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，P；v=7.6kw,UN=110V,/N=85.2A,

n^=750r/min,R〃=0.13Q,起动电流限制在2.1加。

(1)采用串电阻起动，求起动电阻；

(2)假设采用降压起动，电压应降为多少?

(3)求出这二种情况下的机械特性。

解：

⑴所串电阻及=为一”七一0.13户0/8。.

(2)降压起动的电压为U=2.1IN&=2.L85.2X0.13V^23.3V.

⑶电势系数c中尸二一八K="°一852*013二0.13

1

nN750

・

转矩系数以力尸9.55cf①N=9.55X013=L26

串电阻时，机械特性

UN_R+R.T=-048+0.13

c4中「"(H30.13x1.267=874-3.727

降压时，机械特性

。尸23.3_013

U_RT^T=180-0.79T

2

。仲,丫t?rcwOv0.130.13x1.26

1-2一台直流他励电动机，PN=10kW,UN=220V,IV=54A,HN

=1000r/min,凡=0.5Q,◎=5，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

Ea=UN-Zv/?=220-54x0.5v=193v.

电势系数C,%产区=禺=0.193

nN1000

转矩系数CDv=9.55cf0)v=9.55xO.193^L84

(1)降压瞬间的电枢电流/.二4二七二空2史A=・108A

Ra0.5

电磁转矩丁二%①”,=l.84x(-108)N•M=-198.72N•M.

(2)新的稳态时,电枢电流L，N=54A.

转速n=u「RJ=139-0.5x54“mg2580.3r/min=58lr/min.

1M0.193

(3)降压后的理想空载转速

〃=2,20=当x1140r/min〜720.3r/min=72lr/min.

°%°220

静差率5=出口L=2Hxl00%比19.4%

"o721

输入功率p,=t/,/v=139x54w=7506w.

3

降压后输出功率P2=^PV=—xl0xl0w=5810w.

nN1000

那么效率片乙=生3、100%心77.4%

/P、7506

1-3一并励直流电动机，UN=110V,Z\=28A,n/v=1500r/min,

励磁回路总电阻&=

110Q,电枢回路电阻凡=0.15Q,在额定运行状态下突然在电枢回

路串入0.5。的电阻，

忽略电枢反响和电磁惯性，计算：

(1)串入电阻后瞬间的电枢电势、电枢电流、电磁转矩；

(2)假设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/广3二^A=1A.

R,110

电枢电流=284A=27A.

感应电动势E=U/IR=220-27x0.15V=105.95V.

电势系数q中尸与=叵史仁0.071

nN1500

转矩系数①*9.55CO.=9.55X0.071^0.678

(1)电阻瞬间及'=E"=105.95V

1110595

电枢电流1(1,==°~A6,23A.

“凡+H0.15+0.5

电磁转矩T==0.678x6.23N•M^4.22N•M.

(2)假设负载转矩减为原来的一半，那么电枢电流

7=0.5/=0.5x27A=13.5A.

那么串入电阻后的稳态转速

〃=UN-(R”R)I=1TO-065x13.5“mg=1425.7”min=l426”min.

QQ.N0.071

1-4一他励直流电动机，P；v=2.5kW,UN=220V,IN=12.5A,nN

=1500r/min,4=0.8Q。试求:

(1)电动机以1200r/min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)假设负载为位能性恒转矩负载，Tz=0.9TN,采用能耗制动，

使负载以420r/min的转速恒速下放，电枢回路应串入的电阻。

解：

(1)电势系数CQ户外-'A：220-12.5x0.8=o.i4

%v1500

以n=1200r/min运行时，感应电动势

E=c(D/VW=0.14X1200V=168V.

制动开始瞬时，要求ZU=-2/A=-2X12.5V=-25V.

那么串入的电阻氏=-苓-尺产度-0.8C=5.92Q.

1a25

(2)假设rz=0.9TN,那么电枢电流

/尸0・9人=0・9x12・5A=11.25A.

感应电动势及尸-c,中/--0.14x420V=-58.8V

那么串入的电阻R=一旦一二迦一0.8。心。=4.43。.

1a11.25

1-5他励直流电动机，PN=5.6kW,t/A=220V,Lv=31A,n^=1000r

/min,R〃=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2.5Iv,

试计算电枢电路中应

参加的电阻，并绘出制动的机械特性曲线。如果电动机负载为对抗

性额定转矩，制动到

n=0时，不切断电源，电动机能否反转？假设能反转，稳定转速是

多少？

解：

制动前运行于额定状态，那么

£=17VzR=220・31x0.4V=207.6V.

制动后开始瞬时,A=-2.5Zv=-2.5x31A=-77.5A.

那么串入的电阻R=UNF_R-220-207.6_Q4Q弋

/0-77.5

Q=5.12C・

电势系数。，①,二47'4=220—31x0.420.2i

nN1000

转矩系数c”①人万9.55。，①N=9.55X0.21=2.01

机械特性曲线

n=-R+R“T=3_5.12+0.4T%

，外中J0.210.21x2.01

-1047.6-13.1T=-1048-13.1T

当转速n=0时，T=史N•M=-80N•M.（负号表示方向与

13.1

开始时相反）.

忽略空载制动转矩，额定电磁转矩为

r=9.55生="5X5.6x0N•M=53.48N•M.

nN1000

稳态时，负载转矩T/=7\=53.48N•M.

|T|>Tz,故电动机能反转。

稳定转速n=-1048-13.1x（-53.48）r/min%

-1048+701r/min=-347r/min.

1-6他励直流电动机，Pv=12kW,t/v=220V,Iv=64A,〃N=

685r/min,4=0.25Q,

系统的总飞轮矩为GZ）2=49N•m2,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2加，电枢应串入多大电阻?

⑵能耗制动时间；

⑶求出能耗制动过程中〃=")，/〃=/⑴表达式并画出曲线。

解：

(1)制动前运行于理想空载状态，那么E万U产220V.

制动后开始瞬时，/a=-2Zv=-2x64A=-128A.

那么串入的电阻R=-"-&二型-0.25。心夏二l.47c.

128

(2)电势系数C,①“二上乂"=当士"七0.298

nN685

转矩系数a"①”=9.55c,①N=9.55X0.298、2.846

GD2R+R,491.47+0.25

机电时间常数T,==Xs^O.265s.

n0.298x2.846

制动时间f,,=4^=4x0.265=1.068.

(3)理想空载转速n=/匚=空r/min^738.3r/min=739r/min.

q①N0.298

n=f(t)=(n^0)eTn+0=739e^

70=/a=-128A.

L次=+0=-128e说

1-7一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=0.10140,求：(1)

U=UN,0>=5条件下，电枢电流L=60A时转速是多少？⑵U=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=UN,0=①N条件下，负载转矩为0.8TN,

转速为(一800)r/min,电枢回路应串入多大电阻?

解：⑴QRv=吐必=0.068，n=L=1528r/min

⑵■不变时,北”不变，即G"N=G”

JJ_R1

=93.93A，〃==一^=1738r/min

①“一0.85①N。仲

（3）不计空载转矩时，&=乙，故:

T„n=0.87；=0.8x0.955生=38.2N•m

"朱-冬冬，解得：R=2.69Q

G%c©①；B

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=18L5Q。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（L=0）时的转速；⑸当电枢回路串入一个电阻Rc=0.15Q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U>Ea时运行于状态，U<Ea

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、变压器的答复以下问题

1、变压器并联运行需要满足以下三个条件：

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,

外表涂有绝缘漆。

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3所需要的励磁电流力和由磁通交变造

成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流忆o其中励磁电流。与主磁通

乙同相位，称为空载电流的无功分量；铁耗电流匚与一次绕组£的

相位相反，超前主磁通£90。,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,

这是变压器折算的根本准则。

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

%­=4.44加服,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，即裔产小。设一次绕组外接电压为380V时，

N\

空载电流为i。，此时想产！。如果误把二次绕组接到380V电压上，

»

那么有耙oc/，并且由变压器的变比可以知道，霖=3.45想。当变压

N2

器铁芯不饱和的时候，可以根据磁路欧姆定律，有念=学狐=峥，

IXIX

所以可以得到如果考虑到磁路饱和情况，那么铁芯处于严

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，

那么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，危机操作人员平安。

1、画出变压器的型等效电路

二、变压器的计算题

1、有一台单相变压器，额定容量=500kVA,额定电压

UlN/U1N=\O/OAkV,求一次侧和二次侧的额定电流。

解：

2、有一台三相变压器，额定容量打=250024,额定电压

U.N/U2N=\0/6.3kV9Y/△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SN=60ZWA,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z,=3+jg,问

此变压器是否可以带动该负载？

解：负载阻抗的模值为：%|=历干=项

负载的相电压和相电流分别为：^=400/V3=230V

%=U/J|Z/1=230/2=115A

三相负载的视在功率为：S/=3（/^/^=3x230x115=79.35/:V-A

因为S,.<S,v,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，而与磁路的根本无关，其主

磁通与励磁电流成正比关系。

一、异步电机的答复以下问题

1、为什么异步电动机（电动状态）的转速n总低于同步转速no?

答：只有在同步转速〃。总是高于转子转速〃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

时机切割磁力线，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，说明在电机将电能

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”用定子内外表圆周上的槽数Q

来表示，磁极对数用p来表示，电角度用a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。和面的物理意义是什么?可以不可以把

。和面的串联支路转变成并联支路？

答:异步电机等效电路中。和而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力和丁20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，门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920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、50Hz异步电动机，PN=10kW,HN==1455r/min9

入机=2。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：=9550=9550x-^-=65.64（N.m）

〃N1455

（）

最大转矩：Tm==2x65.M=131.3N•m

起动转矩："纥"5007455=oo3

nN1500

6、一台三相、50Hz异步电动机，P；v=10kW,JIN==1455r/min9