电机与拖动基础习题1(第3-6章)
第三章：直流电机原理
一、简答题：
1、换向器在直流电机中起什么作用?
在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率?
直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值
3、直流电机主磁路包括哪几部分? 磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一
部分?
直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空
载运行时的转向?
通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗? 电
枢铜损耗随负载变化吗?
直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么?
在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。
7、不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的? 如果电枢反应去
磁作用很明显,对机械特性有什么影响？
因为负载转矩增大，导致点数电流增大，电枢电动势下降显然引起转速下降。如果电枢反应去磁作用明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。
二、计算题：
1、某他励直流电动机的额定数据为: P N = 17kW, U N =220V, n N = 1500 r / min,ηN = 0 .83。计算 I N , T2 N及额定负载时的P1 N。
2、已知某四极他励直流电动机的额定功率P N =100kW ，额定电压U N =330V ，额定转速n N =730r/min ，额定效率h N =91.5%，额定运行时每极气隙磁通F N =6.98×10-2Wb ，电机电枢绕组采用单波绕组，电枢总导体数N =186。求额定感应电动势和额定电磁转矩。 解：（1）计算额定感应电动势
极对数为： p =2；支路对数： a =1；电动势常数为：
感应电动势为：
（2）计算额定电磁转矩 电枢电流为：
电磁转矩为： 3、一台四极他励直流电机，电枢采用单波绕组，总导体数为N =372，电枢回路总电阻为R a=0.21W 。电机接在电网电压U =220V 上运行，此时转速n =1500r/min ，每极磁通F =0.011Wb ，空载损耗p 0=566W 。试求（1）电机运行在发电机还是电动机状态；（2）电磁转矩；（3）电机的输入功率；（4）效率。
解:(1)电机的运行状态
由题意得知，并联支路数a =1，则电枢感应电动势为：
可见，电机运行在电动机状态。 (2)电磁转矩 电枢电流为：
电磁转矩为：
2
.61
60186
260=??==a pN C e V 316V 7301098.62.6Φ2
N a =???==-n C E e A
331A 915.0330101003
N N N N =??==ηU P I m
N 1378m N 3311098.62.655.9Φ2
N N N ?=?????==-I C T T 220V
V 6.204V 1500011.01
603722Φ60a =<=????==U n a pN E A 3.73A 21
.06
.204220a a a =-=-=
R E U I m N 52.95m N 21
.06.204220011.0123722Φ2Φ2a a a ?=?-????=-==πππR E U a pN I a pN T
(3)输入功率
输入功率为： (4)效率
输出功率为： 效率为：
4、有一他励直流电动机接在额定电压为220V 的电网上额定运行时，电动机的额定电枢电流I a=15A ，电枢回路总电阻R a=0.7Ω。试求：（1）电动机额定运行时的反电动势；（2）若因某种原因，使电网电压下降至200V ，但励磁电流和负载转矩均未发生变化，求在达到新平衡点后电动机的反电动势。
解：（1）额定运行时的反电动势 （2）新平衡点时的反电动势 三、应用题
1、如图所示为某钢厂热轧机主轧辊的直流电动机驱动系统。轧机的轧辊由两台直流电动机分别驱动。根据工艺要求，轧机工作时，应使两台电动机的转速一致，以保证钢材质量。为使两台电动机转速一致，需采用转速闭环控制，通过调节电枢电压，使两台电机转速同步。试简述该系统的原理。
()V 5.209V 7.015220a a N aN =?-=-=R I U E ()V 5.189V 7.015200a a a =?-=-=R I U E kW 13.16W 3.73220a 1=?==UI P ()kW
43.14W 5663.736.2040a a 2
=-?=-=p I E P %
5.89%10013.1643.1412=?==P P η
图中来自上位控制调节器的速度指令信号同时送给两个直流驱动系统的控制器，直流驱动系统的控制器根据转速偏差改变晶闸管整流装置（VT）的触发脉冲角度，以调节直流电动机的电枢电压，达到控制转速的目的。为了使电枢电
流平滑，主回路中串入了电抗器L。
第四章：他励直流电动机的运行
一、简答题：
1、一般的他励直流电动机为什么不能直接启动? 采用什么启动方法比较好?
他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=CeΦn=0,最初启动电流I S=U/Ra,若直接启动,由于Ra很小,I S会十几倍甚至几十倍于额定电流,无法换向,同时也会过热,因此不能直接启动。比较好的启动方法是降低电源电压启动,只要满足
T≥(1.1～1.2)T
L 即可启动,这时I
S
≤Iamax。启动过程中,随着转速不断升高逐
渐提高电源电压,始终保持Ia≤Iamax这个条件,直至U=U N,启动便结束了。
2、什么是固有机械特性和人为机械特性？试说明他励直流电动机的各种人为机械特件的变化特点。
固有机械特性是指在电源电压U=U N，气隙磁通Ф=ФN，电枢外串电阻
R c=0时，n=?(T)的机械特性。当改变电气参数如变电源电压、或变气隙磁通、或变电枢外串电阻时，所得到的机械特性称为人为机械特性。
（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性的特点
①理想空载点n0与固有机械特性的相同；
②斜率b随外串电阻R c的增大而增大，使特性变软。
（2）改变电枢电源电压时的人为机械特性
①理想空载点n0与固有机械特性的相同；
②斜率b随外串电阻R c的增大而增大，使特性变软。
（3）减弱气隙磁通时的人为机械特性
①与固有机械特性比，斜率β随磁通Ф减少而增大，特性变软；
②特性的理想空载转速n0随气隙磁通Ф减弱而增大，故特性上移。
3、直流电动机起动有哪些要求？直流电动机常用的起动方法有哪些？各种起动方法的主要特点是什么？为什么一般直流电动机不能采用直接起动？
①起动电流的小；②起动转矩的大；③起动时间的短；④起动过程的平稳性；
⑤起动过程的经济性。启动方法：直接起动、降压起动、电枢回路串电阻起动；
直接起动的特点：不需附加起动设备，接线最简单，操作方便。但由于自身电枢电阻大，可以直接起动外，一般直流电动机不允许直接起动。
减压起动的特点：起动平稳，起动过程中能量损耗小，可实现软起动；但是需一套专用调压设备，投资大。
电枢回路串电阻起动方法特点：设备简单，操作方便；但是起动过程中能量损耗大，不适用于频繁起动的场合。
起动瞬间，转速n=0，电枢反电动势未建立，E a=C e Fn=0，使额定电压全部加在电枢内阻R a上，此时起动电流I s=U N/R a，由于R a很小，故I s很大，为额定电流I N的10～20倍，如此大的起动电流会造成换向困难，严重时会出现环火；过大的I s会引起电网电压的波动，影响接于同一电网的其他用电设备的正常运行；
4、起动他励直流电动机时为什么一定要先加励磁电压？如果未加励磁电压，而将电枢电源接通，将会发生什么现象？
不加励磁电压的话，励磁回路不能建立磁场，电枢通电后没有磁感线可以切割，无法产生动力，电机不转，时间稍微长点，电机会烧掉。
5、试分别说明他励直流电动机能耗制动、反接制动、回馈制动的实现方法、基本原理和制动性能。
6、什么是电气调速？怎样评价调速性能的好坏？调速范围与静差率之间有什么关系？选择调速方法的原则是什么？
改变电机的电气参数从而改变电机的运转速度叫做电气调速
静差率与调速范围是相互制约的两个指标，如果系统对静差率要求高（静差率越小），则调速范围越小；反之，如果系统对静差率要求不高，则可得到较大的调速范围。
调速范围与静差率要合适，调速平稳，调速经济
8、电气调速有哪几种？各种调速方式的主要特点是什么？
降低电枢电源电压调速；电枢回路串电阻调速；减弱磁通调速
降低电枢电压调速方法的特点：人为机械特性与固有机械特性平行，静态稳定性好，调速范围大，如果能连续改变电枢电压，则转速能平滑调节，调速平滑性好，能实现无级调速，调速过程中能量损耗小，但需要一套专门的调压设备，初投资较大。
电枢串电阻调速方法的特点：串入电阻越大，特性越软，空载或轻载时调速效果不明显，静态稳定性差，调速范围不大，因电阻是分段调节，故属于有级调速，调速过程中能量损耗大，但设备简单，操作方便，投资少。
减弱磁通调速方法的特点：机械特性斜率大，静态稳定性差，由于是在基速以上调速，电动机最高转速受换向能力和机械强度的限制，一般为（1.2~2）
n N，故调速范围有限，但励磁电流的控制与调节方便，调速过程中能量损耗小，易实现无级调速。
二、计算题：
1、一台他励直流电动机额定数据为：P N=100kW ，U N=220V ，I N=517A ，n N=1200r/min 。试求：（1）固有机械特性方程式；（2）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩；（3）额定输出转矩和空载转矩；（4）理想空载转速和实际空载转速；（5）电机额定运行，分别求电枢回路外串电阻R c=0.206Ω时的转速、电压U =50V 时的转速和磁通Φ=75%ΦN 时的转速。 解:(1)求固有机械特性方程式
估算电枢电阻，其值约为：
电动势常数（包括磁通）为：
固有机械特性方程式为：
(2)求电枢电动势和电磁转矩
电枢电动势为：
电磁转矩为：
(3)额定输出转矩和空载转矩 输出转矩为： 空载转矩为： (4)求理想空载转矩和实际空载转矩
理想空载转速为：
实际空载转速为：
Ω=Ω??=?-=0.02651710100-5172202110212
3
2N 3N N N a I P I U R ()min/r V 172.0r/min
1200V 026.0517220ΦN a
N N N ?=?-=-=
n R I U C e T T T C C R C U n T e e 092.0r/min 1279172.055.9026.0r/min 172.0220ΦΦ2
2N a N N -=?-=-=V 4.206V 1200172.0ΦN N a =?==n C E e m N 2.849m N 517172.055.9Φ55.9N ?=???==a e I C T m
N 8.795m N 1200
1010055.955.93N N 2N
?=???==n P T
()m N 4.53m N 8.7952.8492N 0?=?-=-=T T T r/min
1279ΦN N
0==e C U n ()r/min 1.1274r/min 4.53092.01279092.012790'0=?-=-=T n
(5)电枢回路外串电阻R c =0.206Ω时的转速 (6)电压U =50V 时的转速
(7)磁通Φ=75%ΦN 时的转速
2、一台他励直流电动机额定数据为：P N =2.2kW ，U N =220V ，I N =12.5A ，n N =1500r/min ，R a=1.7Ω，试求：（1）当I f =I fN ，n =1500r/min 时，使系统转入能耗制动停车，要求起始制动电流为2I N ，电枢回路应串入的附加制动电阻R c1；（2）在能耗制动基础上，保持I f =I fN 不变，使T L =T N 位能性负载以最低的转速匀速下放时，应串入的制动电阻R c2和最低转速n min1；（3）当I f =I fN ，n =1500r/min 时，采用电压反接的反接制动使系统迅速制动停车，要求起始制动电流为2I N ，电枢回路应串入的附加制动电阻R c3；（4）保持I f =I fN 不变，使T L =T N 位能性负载以n =50r/min 的转速匀速下放时，应串入的制动电阻R c4和最低转速n min2；（5）如果电动机原运行在额定状态，突将电枢端电压降为U =185V ，问系统能否进入回馈制动状态？起始制动电流又为多大？ 解:(1)先求C e F N ，再求能耗制动电阻R c1 电动势常数（包括磁通）为：
能耗制动电阻为： (2)求T L =T N 位能性负载以最低的转速匀速下放时的制动电阻和最低转速 当R c2=0时，转速最低，则最低转速为：
r/min 582r/min 2.849172.055.9206.0026.01279)Φ(55.9r/min 12792
2N c a 1
=???
? ????+-=+-
=T C R R n e r/min 213r/min 2.849172.055.9026
.0172.050)Φ(55.9Φ2
2N a N
2=???
? ????-=-
=
T C R C U n e e r/min 1566r/min )172.075.0(55.92
.849026.0172.075.0220)Φ%75(55.9Φ%7522N N N 3=??
???????-?=-=
T C R C U n e a e ()min/r
V 1325.0r/min 1500V 7.15.12220ΦN
a N N N
?=?-=-=n R I U C e Ω=Ω???? ??-??=---=25.67.115005.1221325.02Φa N N c1R n I C R e r/min
4.160r/min
5.121325
.07
.1ΦL N
a min1-=?-
=-
=I C R n e
(3)电压反接的反接制动时的制动电阻R c3 电压反接的反接制动时的制动电阻为：
(4)转速为n =50r/min 的下放速度应串入的制动电阻
由前面计算可知，能耗制动的最低下放速度为160.4r/min ，故要想得到转速为n =50r/min 的下放速度，只有采用转速反向的反接制方法，根据式（5-27），应
串入的制动电阻为：
(5)电枢端电压降为U =185V 时
额定运行时的电枢电动势为： 由于电压突降瞬间，转速来不及变化，此时电动势为
电动机能进入回馈制动状态，起始制动电流为：
第五章：变压器
一、简答题：
1、短路电压的大小由什么因素决定？它对变压器运行有什么影响？
短路试验时，当一次电流达额定值，加在一次绕组的电压为U k 称为变压
器的阻抗电压
从运行角度考虑，希望Δu k 小些，能使变压器输出电压波动受负载变化的影响小些；而从限制短路电流考虑，则希望Δu k 大些，能使变压器短路故障电流小些。
%U z I %U U u 100100N 1C k75N 1N 1k
k ?=?=
??Ω=Ω???
? ??-?-?+-=-+-
=05.157.15.12215001325.0220Φa B A
N N c3R I n C U R e Ω=Ω???
? ??-?-=--=37.157.15.12501325.0220Φa L
D N N
c4
R I n C U R e ()V 75.1987.15.12220a N N aN =?-=-=R I U E V
185V 75.198aN a =>==U E E A 09.8A 7.175
.198185a a -=-=-=
R E U I
2、为什么变压器的空载损耗可近似看成铁损？为什么变压器的短路损耗可近似看成铜损？
因变压器空载时无功率输出，所以输入的功率全部消耗在变压器的内部，为铁心损耗p Fe和空载铜耗I202r2之和，但空载电流I20很小，p Fe>>I202r2，故可忽略空载铜耗，认为
P0≈p Fe=I202r m。
短路试验时，变压器二次侧无功率输出，输入功率全部消耗在内部，由于当绕组中短路电流为额定值时，一次侧所加的电压很低，主磁通比正常运行时小很多，铁心损耗p Fe与铜损p Cu相比可忽略，短路损耗中主要是一、二次侧的铜损，即有：P k≈p Cu= p Cu1+ p Cu2。
3、变压器的空载试验为什么一般在低压侧做？短路试验时，一次侧所加的电压至短路电流为额定电流为止，为什么？
为了便于测量和安全，空载试验一般在二次侧做
当一次侧的电流达到额定值时，一次侧所加的电压很低，所以在短路试验时，变压器的高压绕组前接自耦变压器，将自耦变压器的输出电压由零开始慢慢升高，直至短路电流为额定电流为止
4、什么是引起变压器负载运行时二次侧端电压变化的原因？电压变化率能为零吗？如果能，则带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？
(1)负载电流变化，引起变压器内阻压降变化。(2)一次侧电压变化，引起二次侧电压变化。
(3)变压器出现内部故障。
能带容性负载有可能使电压变化率为零
5、变压器运行时，哪些量随负载变化而变化？哪些量不随负载变化而变化？
变压器的空载损耗主要是铁损，不随负载变化而变化，则有P 0≈p Fe ，所以铁损是不变损耗。铜损包括一、二次绕组上的铜损，与负载电流的二次方成正比，随负载电流的变化而变化，并与短路试验电流为额定值时的输入功率存在如下关系：β2P kN ≈p Cu ，所以铜损是可变损耗。
6、交流电压互感器运行时为什么不允许短路？而电流互感器运行时为什么不允许开路？
二次侧决不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏电压互感器； 二次侧绝不允许开路，否则，I 2=0时，被测线路中的大电流I 1全部成为励磁电流，使铁心严重过热，二次侧感应高电压，损坏电流互感器，并危及人员和其他设备安全；
9、两台变压器并联运行应满足什么条件？为什么？
为了达到理想并联情况，并联运行的变压器必须满足：①一、二次侧的额定电压相同，即电压比相等；②联结组标号相同；③短路阻抗标幺值相等。
8、什么是标幺值？在变压器的计算中使用标幺值的优点是什么？
标幺值是指某个物理量的实际值与其所选定的同一单位的固定值的比值，即
）
基值（与实际值同单位实际值（任意单位）
标幺值
1）采用标幺值时，不论变压器的容量如何，变压器的参数和性能指标
总在一定的范围内，便于分析和比较。例如中小型电力变压器的短路阻抗标幺值z k *=0.04~0.105，如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应核查一下是否存在计算或设计错误。
2）采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。例如已知一台运行着的变压器端电压和电流分别为35kV、20A，从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知其标幺值为U k*=1.0、I k*=0.6，说明这台变压器欠载运行。
3）采用标幺值时，一、二次侧各物理量不需进行折算，便于计算。例如二次电压向一次侧折算为，采用标幺值时，则有
二、计算题：
1、一台三相电力变压器，Yy联结，S N=100kVA，U1N/U2N=6/0.4kV，每相参数：r1=4.2Ω，x1=9Ω，r m=514Ω，zm=5550Ω。求：I1N、I0及每相的z1、
x m、U1、E1、I0、I1z1。
解：（1）原边阻抗和励磁电抗
（2）原边电压、电流和感应电动势
（3）励磁电流和原边阻抗压降
2、一台单相变压器，其额定参数为额定容量S N=10kVA，额定频率
f N=50Hz，额定电压U1N/U2N=380/220V，一次绕组漏阻抗z1=（0.14+j0.22）Ω，二次绕组漏阻抗z2=（0.035+j0.055）Ω，励磁阻抗z m=（30+j310）Ω，负
载阻抗z L=（4+j3）Ω。试分别用“T”形等效电路和“Γ”形简化等效电路计算当一次侧加额定电压时，一、二次侧的实际电流、励磁电流以及二次侧的电压。 解：（1）用“T”形等效电路计算 变压器的电压比为
一次额定电流为
二次额定电流为
用“T”形等效电路求解，二次侧折算到一次侧的参数为
取参考相量为380∠0°V ，则所求各电流为
即一次电流I 1=25.50A ，二次电流I 2=k I 2′=42.68A ，励磁电流I m =1.20A ，二次电压U 2=I 2|z L |=213.40V 。 （2）用“Γ ”形等效电路计算
变压器的电压比、 一次额定电流、二次额定电流与“T”形等效电路相同，用“Γ”形简化等效电路计算二次侧折算到一次侧的参数为 73.1220
380
2N 1N ===
U U k A 32.26A 380
10103
1N N 1N =?==U S I A 45.45A 220
10103
2N N 2N =?==U S I Ω
?∠=Ω+='
+'
+???
?
?'+'+
=436.3990.14)4665.9j 51.11(L
2m L 2m 1z z z z z z z z A
436.3950.25436.399.14038011?-∠=?
∠?∠==z U I V 317.068.3731
111?-∠=-=-z I U E A
447.3767.24L
212?-∠='+'-='-z z E I
A
789.8420.1m
1m ?-∠=-=z E I Ω
?∠=Ω+='
+'
++??? ?
?'
+'+=
471.3988.14)4597.9j 4872.11(L
21m L 21m z z z z z z z z z
取参考相量为380∠0°V，则所求各电流为
即一次电流I1=25.54A，二次电流I2=k I2′=42.71A，励磁电流I m=1.22A，二次电压U2=I2|z L|=213.55V。
3、晶体管功率放大器对输出信号来说相当于一个交流电源，如图所示，其电动势E s=8.5V，内阻R a=72Ω。另有一扬声器电阻R L=8Ω。现采用两种方法把扬声器接入放大器电路作负载，一种直接接入，另一种是经过变比k=3的变压器接入。忽略变压器的漏阻抗和励磁电流。求：1）两种接法时扬声器获得的功率； 2）要使放大器输出功率最大，变压器变比应为多少？3）变压器在电路中的作用是什么？
解：（1-1）直接接入时
电源输出的电流为
扬声器获得的功率为
（1-2）通过变压器接入时
电源输出的电流为
扬声器获得的功率为
A
471
.
39
54
.
25
471
.
39
88
.
14
380
1
1
?
-
∠
=
?
∠
?
∠
=
=
z
U
I
V
380
1
1
?
∠
=
=
-U
E
A
469
.
37
69
.
24
L
2
1
1
2
?
-
∠
=
'
+
'
+
-
=
'
-
z
z
z
E
I
A
472
84
22
1
m
1
m
?
-
∠
=
-
=.
.
z
E
I
(A)
106
.0
)8
72
(/5.8
)
/(
s
s
1
=
+
=
+
=R
R
E
I
(W)
09
.
8
106
.
02
2
1
1
=
?
=
=R
I
P
(A)
06
.0
)8
3
72
(/5.8
)
/(
)
(/2
2
s
s
s
s
2
=
?
+
=
+
=
'
+
=R
k
R
E
R
R
E
I
(W)
26
.
72
06
.
02
2
2
2
=
?
=
'
=R
I
P
（2）要使放大器输出功率最大
要求电源的外阻等于其内阻即R s =R ′=k 2R ，则变比
（3）变压器在电路中的作用是变阻抗。 三、分析题
1、试判别下图三相变压器的连接组别
E E A B
C
a b c
2、试判别下图三相变压器的连接组别
E E A B C
a b c E
3、画出图所示各变压器的相量图，并指出其联接组标号。
3
8/72/==
=R R k s
4、试判别下图三相变压器的连接组别
a x Y
B
b
y
Z
C
c
z
第六章：交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
简答题：
1、单相交流绕组的磁动势具有什么性质，试写出计算其振幅的表达式？
2、试说明旋转磁场产生的条件。圆形旋转磁场产生的条件又是什么？如何改变旋转磁场的转向？
3、交流电动机的频率、极对数与同步转速之间有什么关系？试求：（1）当
f=50Hz，p=1时，同步转速n1；（2）当f=60Hz，p=32时，同步转速n1；（3）当f=50Hz，n1=600r/min时，极对数p。
第三章：直流电机原理 一、简答题： 1、换向器在直流电机中起什么作用 在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。 2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率 直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值 3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一 部分 直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。 4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空 载运行时的转向 通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。 改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。 5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电 枢铜损耗随负载变化吗 直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min /67.2412 *5.1*21450 321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.03800 3 212== = ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 2 2 222222 322212 2 2 2 12 2 1 22 2.55.425.0 3.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+ + + = （4） 电动机电磁转矩： M N j j j FD T T L .29.349 .0*9.0*9.0*2*5.1*22 /15.0*20002/3213213 212=== = ηηηηηη （5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 ! M N j j j FD T .252 *5.1*22 /15.0*20002/'3212=== 传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-= 加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752= - （b ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752= + （d ） 减速dt dn GD T T L 3752= --
电机与拖动基础 第一章电机的基本原理 (1) 第二章电力拖动系统的动力学基础 (6) 第三章直流电机原理 (12) 第四章直流电机拖动基础 (14) 第五章变压器 (29) 第六章交流电机的旋转磁场理论 (43) 第七章异步电机原理 (44) 第八章同步电机原理 (51) 第九章交流电机拖动基础 (61) 第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)
第一章 电机的基本原理 1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。 答： 电与磁存在三个基本关系，分别是 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应 出电动势。感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 t ΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路 中磁通的变化。 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动， 这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。这种导体在 磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出 Blv e = 而感应电动势的方向由右手定则确定。 （3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体， 则会在载流导体上产生一个电磁力。载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关， 当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即 Bli F = 电磁力的方向可由左手定则确定。 1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁 阻），请列表说明。 答： 磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物 质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人 为造成的磁通闭合路径就称为磁路。而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电
第3章习题解答 3.4.2解：（1） (2) 3.5.3解： (1) 转子开路时 (2) 转子堵转时 3.6.2解: 1z 48q=42mp 232==??1p 360236015z 48α????===?p1y 10k sin 90sin 900.96612τ??=?=??= ???s115sin 4sin q 22k 0.95815qsin 4sin 22αα???? ???===??1w111m 4.44k f 4.440.92580500.014230()E N V =Φ=????=2s w222m 4.44k f 4.4410.520.0140.062()E N V =Φ=????=w1p1s1k k k 0.9660.9580.925==?=1w11110.9m k 0.930.9258015749.25()2p 4N I F A ????===2w22220.9m k 0.93810.53401453.5()2p 4N I F A ????===1m 3801 4.9884.89()10.8j 16j75A Z Z U I ===∠-?++++ 1'm 21'm 238074.570.29()1(6j75)(1j4)0.8j 16j751j4U A Z Z Z Z Z I ===∠-?+++++++++ 2''2Cu u1u211112222 2 2e 1m 0al Cu e 02212al m m 30.71830.423.261329() m 383216() 13292165002405() 3.14 n=100144015072() 303015072245017117()C C F F P P P R I R I W P R I W P P P P W P T W P P P W π=+=+=??+??===??==++=++==??==+=+=
第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势 同步电机（同步发电机、同步电动机） 交流电机 异步电机（异步发电机、异步电动机-感应电动机） 同步电机与异步电机的定子绕组结构相同，转子结构不同。 本章介绍交流电机的共同点：电动势、磁通势、电枢绕组 6.1交流电机电枢绕组的电动势 以交流同步发电机为例，所得结论都能应用于异步电机。 6.1.1导体电动势 同步发电机模型 定子（固定不动），安放电枢绕组，图中导体A 转子（可以旋转），安放主磁极，N 极与S 极
原动机拖动主磁极以转速n 相对于定子逆时针方向旋转，相当于导体A 相对于主磁极顺时针方向旋转，根据电磁感应定律导体A 中会感应电势。 将电机展开得到气隙磁通密度沿转子磁极表面的分布 气隙磁通密度波形取决于转子磁极形状， 在同步发电机中尽量使得气隙磁通密度波 形为正弦形，磁极采用不均匀气隙。 αsin m x B B =, m B ?气隙磁密幅值（最大值） α?距离坐标原点x 处的电角度，一对极距离为360o or 2π α=ωt, lv B E m m = ?感应电动势幅值, E ?感应电动势有效值 常用物理量的计算 1.机械角度β与电角度α的关系 机械角度β是空间实际角度， 电机转一圈，β=360o ； 电角度α=p β； 2极电机p =1电机转一圈α=β=360o 4极电机p =2电机转一圈α=2β=720o 2.电动势频率f （每秒基波电动势变化的周波数） Hz （周/秒）
3.电角速度ω与机械角速度Ω的关系 （每秒钟转过的孤度或电角度） 4.电动势频率f 与电角速度ω的关系 ω=2πf rad/s 也是导体A 感应基波电动势变化的角频率。 5.基波电动势幅值E m lv B E m m =, 6.1.2整距线匝电动势 eA 与eX 空间位置相距一个极距，一个在N 极下，另一个在S 极下，大小相等。 整距线匝基波电动势为： X A T e e e -= ? ? ? -=X A T E E E Φ==f E E A T 44.42 6.13整距线圈电动势
第六章同步电机 思考题与习题 6.1 什么是同步电机？试问150r/min，50Hz的同步电机是几极的？该机应是 隐极结构，还是凸极结构？ 6.2 为什么大容量同步电机都采用旋转磁极式结构？ 6.3 试比较汽轮发电机和水轮发电机的结构特点。 6.4 试比较同步电机几种常用励磁方式的优缺点。 6.5 一台旋转电枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，电枢磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的相对转速又是多少？ 6.6 一台同步电机，定子绕组施以三相对称低电压，并保持不变，试比较抽 出转子与使转子在同步速沿电枢旋转磁场方向旋转这两种情况下定子电 流的大小。 6.7 何谓同步发电机的电枢反应？电枢反应与机—电能量转换有何关系？ 6.8 为什么要把同步发电机的电枢电流分解为它的直轴分量和交轴分量？如何分解？有什么物理意义？ 6.9 有一台PN=300MW，UN=18kV,星形联结，cos φN=0.85（滞后）的汽轮 发电机，Xt*=2.18（不饱和值），电枢电阻略去不计，当发电机运行在额定情况下，试求：不饱和的励磁电动势E0；（2）功角δN；（3）电磁功率P em； （4）过载能力λ。 6.10 一台三相水轮发电机，P N=1500MW，U N=6300V，Y联结，cos φN=0.8 （滞后），Xd=21.2Ω，Xq=13.7Ω，电枢电阻略去不计。（1）绘出该发电机额定状态下的电动势相量图；（2）计算不计饱和时发电机的电压调整率?U； （3）额定运行时的电磁功率PemN。 6.11 为什么Xd在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？ 6.12 测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为0.95nN，对实验结果有什么影响？ 6.13 为什么同步发电机带感性负载时其外特性是下降的？ 6.14 试简述三相同步发电机投入并联的条件。为什么通常不采用自同期法并 车？为什么在采用自同期法并车时，励磁绕组需串电阻短路？
《电机与拖动》教学大纲 学分：4.5 总学时：81 理论学时；72 实验学时：9 面向专业：电气工程及其自动化 大纲执笔人：郗忠梅 大纲审定人：李有安 一、说明 1、课程的性质和目的 《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。 本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。 电机实验是本课程的重要教学环节。通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。 2、课程教学的基本要求 理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。 实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。 3、课程教学改革 总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。 二、教学大纲内容 （1） 课程理论教学 第一章 绪论 （2学时） 第一节 教材内容与课程性质 第2节 本课程常用的物理概念和定律 本章重点、难点：1、安培环路定律 2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。 思考题： 1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？ 2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？ 第二章 电力拖动系统动力学（2学时） 第一节 电力拖动系统转动方程式 第2节 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。 本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。 思考题：1、电力拖动稳定运行的条件 2、电动机的机械特性和负载转矩特性是如何配合的？ 第三章 直流电机原理（10学时） 第一节直流电机的用途及基本工作原理 直流电机的用途、直流电机的基本工作原理。 第2节直流电机的主要结构与型号 直流电机的主要结构、电机的铭牌数据、电机的主要系列产品。 第3节直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化特性直流电机的磁路、空载时气隙磁通密度的分布波形、空载磁化特性和直流电机的励磁方式。 第4节直流电机的电枢绕组 电枢绕组的几个节距和单叠绕组。 第5节电枢电动势与电磁转矩 电枢电动势、电磁转矩和直流电机的电枢反应。 第6节直流发电机 直流发电机稳态运行时的基本方程式、功率关系、他励直流发电机的运行特性、并励直流发电机。 第7节直流电动机运行原理 他励直流电动机稳态运行的基本方程式、功率关系、工作特性。 第8节他励直流电动机的机械特性 机械特性的一般表达式，固有特性，人为特性。 第九节串励和复励直流电动机
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
第三章：直流电机原理 一、简答题： 1、换向器在直流电机中起什么作用? 在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。 2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率? 直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值 3、直流电机主磁路包括哪几部分? 磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一 部分? 直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。 4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空 载运行时的转向? 通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。 改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗? 电 枢铜损耗随负载变化吗? 直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。 6、他励直流电动机的电磁功率指什么? 在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。 7、不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的? 如果电枢反应去 磁作用很明显,对机械特性有什么影响？ 因为负载转矩增大，导致点数电流增大，电枢电动势下降显然引起转速下降。如果电枢反应去磁作用明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。 二、计算题： 1、某他励直流电动机的额定数据为: P N = 17kW, U N =220V, n N = 1500 r / min,ηN = 0 .83。计算 I N , T2 N及额定负载时的P1 N。
电机与拖动第3章习题 1、他励直流电动机的额定功率P N=55kW,额定电压U N=220V，额定电流I N=287A，额定转 速n N=1500 r/min，电枢回路总电阻R a=0.0302Ω，电动机拖动额定恒转拒负载。若采用电枢回路串电阻起动，起动电流限制在1.8 I N以内，求应串入的电阻值和起动转矩。 2、一台他励直流电动机的额定功率P N=75kW额定电压U N=220V，额定电流I N=385A， 额定转速n N=1000r/min，电枢回路总电阻R a=0.01824Ω,电动机拖动额定恒转拒负载。 若要求转速调到400r/min，假定T0不变。求： （1）采用电枢串电阻调速时，电枢回路需串入多大电阻？该转速下电动机的效率？ （2）采用改变电枢电源电压调速时，电枢电源电压调到多少伏？电动机的效率？ 3、某台他励直流电动机的额定功率P N=40kW，额定电压U N=220V，额定电流I N=207.5A， 额定转速n N=1500r/min，电枢回路总电阻R a=0.0422Ω，电动机拖动恒转拒负载T L=0.75TN运行。若要求转速升高到1800r/min，求： （1）采用弱磁调速时，磁通应减少到额定磁通值的多少倍？该转速下电枢电流为多少？（2）若所拖动负载转矩不变，当电枢电流最大不超过额定电流时弱磁升速的最高转速是多少？ 4、一台他励直流电动机的额定功率P N=90kW,额定电压U N=440V，额定电流I N=224A，额 定转速n N=1500r/min，电枢回路总电阻R a=0.0938Ω。求电动机在以下各种不同静差率要求、不同调速方式时的调速范围： （1）静差率δ≤25%、电枢串电阻调速时； （2）静差率δ≤25%、改变电枢电源电压调速时； （3）静差率δ≤40%、电枢串电阻调速时。
（一）填空题： 1. 同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路处于不饱和状态。 2. 同步发电机正常情况下并车采用准同期法，事故状态下并车采用自同期法。 3. 同步调相机又称为同步补偿机。实际上就是一台空载运行的同步电动机，通常工作于过励状态。 4. 同步发电机带负载时，如0o<Ψ<90o，则电枢反应磁动势F a可分解为F ad=F a sinΨ，F aq=F a cosΨ。其中F ad电枢反应的性质为去磁性质，F aq电枢反应的性质为交磁性质。 5. 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网输出感性无功功率，欠励时向电网输出容性无功功率。 6. 一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，欲增加有功功率输出，应增大进汽量，欲增加感性无功功率输出，应增加励磁电流。（填如何调节） 7. 汽轮发电机气隙增大时，则同步电抗X t减小，电压调整率?U减小，电机制造成本增加，增加静态稳定性能增加。 8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，超前于；作电动机运行时，滞后于。 （二）判断题： 1. 凸极同步发电机由于其电磁功率中包括磁阻功率，即使该电机失去励磁，仍可能稳定运行。（√） 2. 采用同步电动机拖动机械负载，可以改善电网的功率因数，为吸收容性无功功率，同步电动机通常工作于过励状态。
（√） 3. 同步发电机过励运行较欠励运行稳定，满载运行较轻载运行稳定。（×） 4. 同步发电机采用准同期法并车，当其他条件已满足，只有频率不同时，调节发电机的转速，使其频率与电网频率相等时，合上并联开关，即可并车成功。（×） 5. 汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，只调节气门开度，既可改变有功功率又可改变无功功率输出。（√） （三）选择题： 1. 同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（③） ①上升的曲线；②水平直线；③下降的曲线。 2. 同步发电机的V形曲线在其欠励时有一不稳定区域，而对同步电动机的V形曲线，这一不稳定区应该在（③）区域。 ①I f>I f0；②I f=I f0；③I f电机与拖动基础习题解答第三章
武汉纺织大学 第三章 3 . 1 三相异步电动机的结构主要是哪几部分?它们分别起什么作用? 答: 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分,定、转子之间有空气隙。定子是由 定子铁心、定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分, 同时用来嵌放定子绕 组; 定子绕组通电时能产生磁场; 机座用来固定与支撑定子铁心。转子部分有转子铁心和转 子绕组。转子铁心也是磁路的一部分, 同时用来嵌放转子绕组; 转子绕组的作用是产生感应 电动势、流过电流并产生电磁转矩。 3 . 2 异步电动机的基本工作原理是什么?为什么异步电动机在电动运行状态时,其转 子的转速总是低于同步转速? 答: 异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动机在工作时 定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动,否则在转子绕组中不能产生感应电动势, 不能产生电流,也就没有电磁转矩,所以在电动运行状态时,转子的转速不能等于同步转速,只能低于同步转速。 3 . 3 什么叫转差率?三相异步电动机的额定转差率为多少?为什么转差率是异步电动 机最重要的一个技术参数? 答: 旋转磁场转速即同步转速1n 与转子转速n 之差(1n - n)称为转差。转差(1n - n)与同步转速1n 之比,称为转差率,用s 表示,即 s= 1 1n n n 额定转差率N s 很小,约为0.015~0.05。转子转速n=1n ( 1 - s),用转差率s 能表示转子转速, 转子的感应电动势也与转差率相关,所以转差率是最重要的一个技术参数。
3 . 4 已知一台三相异步电动机的额定功率N P =10 kW ,额定电压N U =380 V ,额定功 率因数cos N ?=0 . 7 5 ,额定效率N η=8 6 %,问其额定电流N I 为多少? 解: 由 N P =3N U N I cos N ?N η× 310-kW 则有75 .086.038031010cos 3103 3????= ?=N N N N N U P I ?η=23.6A 3 .5 一台异步电动机定子绕组有6根引出线,其铭牌上标明“电压380 /220 V ,接法 Y/Δ”。如果三相电源电压是380 V ,定子绕组应采用哪种接法?出线盒内的接线端子应如 何连接? 答: 应采用Y 接法, 出线盒内三个绕组的末端2U 、2V 、2W 连接在一起,三个首端出线头1U 、1V 、1W 接三相电源, 3 . 6 三相异步电动机的定子绕组是如何组成的?按什么规律连接?有什么特点? 答: 三相异步电动机的定子绕组由三个匝数相等、相位互差0 120的绕组组成。三个绕组可以连接成Y 联接(星形联接),也可以连接成?联接(三角形联接)。其特点是对称的三相绕组。 3 .7 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 是输入功率还是输出功率?是电功率 还是机械功率? 答: 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 不是输入功率,而是输出功率, 不是电功率,而是机械功率。 3 . 8 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生什么性质的磁场?三相对称绕组通以三 相对称电流将在气隙中产生什么性质的磁场?两种磁场之间有何内在联系? 答: 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生脉动磁场。三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生旋转磁场。脉动磁场可以分解为基波与高次谐波磁场, 三相对称绕组的基波
第三章 3 . 1 三相异步电动机的结构主要是哪几部分?它们分别起什么作用? 答: 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分,定、转子之间有空气隙。定子是由 定子铁心、定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分, 同时用来嵌放定子绕 组; 定子绕组通电时能产生磁场; 机座用来固定与支撑定子铁心。转子部分有转子铁心和转 子绕组。转子铁心也是磁路的一部分, 同时用来嵌放转子绕组; 转子绕组的作用是产生感应 电动势、流过电流并产生电磁转矩。 3 . 2 异步电动机的基本工作原理是什么?为什么异步电动机在电动运行状态时,其转 子的转速总是低于同步转速? 答: 异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动机在工作时 定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动,否则在转子绕组中不能产生感应电动势, 不能产生电流,也就没有电磁转矩,所以在电动运行状态时,转子的转速不能等于同步转速,只能低于同步转速。 3 . 3 什么叫转差率?三相异步电动机的额定转差率为多少?为什么转差率是异步电动 机最重要的一个技术参数? 答: 旋转磁场转速即同步转速1n 与转子转速n 之差(1n - n)称为转差。转差(1n - n)与同步转速1n 之比,称为转差率,用s 表示,即 s= 1 1n n n 额定转差率N s 很小,约为0.015~0.05。转子转速n=1n ( 1 - s),用转差率s 能表示转子转速, 转子的感应电动势也与转差率相关,所以转差率是最重要的一个技术参数。
3 . 4 已知一台三相异步电动机的额定功率N P =10 kW ,额定电压N U =380 V ,额定功 率因数cos N ?=0 . 7 5 ,额定效率N η=8 6 %,问其额定电流N I 为多少? 解: 由 N P =3N U N I cos N ?N η× 310-kW 则有75 .086.038031010cos 3103 3????= ?=N N N N N U P I ?η=23.6A 3 .5 一台异步电动机定子绕组有6根引出线,其铭牌上标明“电压380 /220 V ,接法 Y/Δ”。如果三相电源电压是380 V ,定子绕组应采用哪种接法?出线盒内的接线端子应如 何连接? 答: 应采用Y 接法, 出线盒内三个绕组的末端2U 、2V 、2W 连接在一起,三个首端出线头1U 、1V 、1W 接三相电源, 3 . 6 三相异步电动机的定子绕组是如何组成的?按什么规律连接?有什么特点? 答: 三相异步电动机的定子绕组由三个匝数相等、相位互差0 120的绕组组成。三个绕组可以连接成Y 联接(星形联接),也可以连接成?联接(三角形联接)。其特点是对称的三相绕组。 3 .7 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 是输入功率还是输出功率?是电功率 还是机械功率? 答: 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 不是输入功率,而是输出功率, 不是电功率,而是机械功率。 3 . 8 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生什么性质的磁场?三相对称绕组通以三 相对称电流将在气隙中产生什么性质的磁场?两种磁场之间有何内在联系? 答: 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生脉动磁场。三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生旋转磁场。脉动磁场可以分解为基波与高次谐波磁场, 三相对称绕组的基波磁场叠加在一起就形成了基波旋转磁场。
武汉纺织大学 第六章 6 . 1 题6 . 1图所示的某车床电力拖动系统中,已知切削力F=2 000 N ,工件直径d=150 mm ,电动机转速n=1 450 r /min,减速箱的三级转速比1j =2 ,2j =1.5 ,3j =2 ,各转轴的飞轮矩为 2a GD =3. 5 N ·2m (指电动机轴), 2b GD = 2 N·2m ,2c GD =2 . 7 N·2m ,2d GD =9 N·2m ,各级传 动效率1η=2η=3η=90% ,求: 题6 . 1图 ( 1 )切削功率; ( 2 )电动机输出功率; ( 3 )系统总飞轮矩; ( 4 )忽略电动机空载转矩时,电动机电磁转矩; ( 5 )车床开车但未切削时,若电动机加速度 dt dn =800 r /min ·1 -s ,忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损耗,求电动机电磁转矩。 解: ( 1 )切削转矩 1502 15.020002=?=?=d F T N ·m 工件转速 min /7.2412 5.121450321r j j j n n f =??== 切削功率 KW n T T P f f 796.360 107.2411416.321506023=????=?=Ω=-π
( 2 )电动机输出功率 KW P P 207.59 .09.09.0796 .33 212=??= =ηηη ( 3 )系统总飞轮矩 23 22212 222122122 2 j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a +++= =55.42 5.1295.127.2225.32 22222=??+?++ 2 .m N ( 4 )电动机电磁转矩 m N n P P T M .29.341450 1416.3210207.56060/2322=????==Ω= π ( 5 ) dt dn GD T a M 3752=+12121)(3751ηdt dn j GD b +2 12 22121 )(3751ηηdt dn j j GD c +3 212322212 1 ) (3751ηηηdt dn j j j GD d =?375800(3.5+9.0222 ?+2229.05.127.2??+3 2229 .025.129 ???) =?375 800 4.769=10.17 2.m N 6 . 2 龙门刨床的主传动机构如题6. 2图所示。齿轮1与电动机轴直接相连,经过齿轮2 、 3 、 4 、 5依次传动到齿轮6 ,再与工作台1G 的齿条啮合,各齿轮及运动物体的数据列于 题6 .2表。切削力F=9 800 N ,切削速度v =43 m /min,传动效率η=80% ,齿轮6的齿距6K t =20 mm ,电动机转子飞轮矩2 GD =230 N ·2 m ,工作台与导轨的摩擦系数μ=0. 1 。试计算: ( 1 )折算到电动机轴上的总飞轮矩及自载转矩(包括切削转矩及摩擦转矩两部分); ( 2 )切削时电动机输出的功率。
第六章 6 . 1 题6 . 1图所示的某车床电力拖动系统中,已知切削力F=2 000 N ,工件直径d=150 mm ,电动机转速n=1 450 r /min,减速箱的三级转速比1j =2 ,2j =1.5 ,3j =2 ,各转轴的飞轮矩为 2a GD =3. 5 N ·2m (指电动机轴), 2b GD = 2 N·2m ,2c GD =2 . 7 N·2m ,2 d GD =9 N·2m ,各级传动效率1η=2η=3η=90% ,求: 题6 . 1图 ( 1 )切削功率; ( 2 )电动机输出功率; ( 3 )系统总飞轮矩; ( 4 )忽略电动机空载转矩时,电动机电磁转矩; ( 5 )车床开车但未切削时,若电动机加速度 dt dn =800 r /min ·1 -s ,忽略电动机空载转矩但不忽略传动机构的转矩损耗,求电动机电磁转矩。 解: ( 1 )切削转矩 1502 15.020002=?=?=d F T N ·m 工件转速 min /7.2412 5.121450321r j j j n n f =??== 切削功率 KW n T T P f f 796.360 107.2411416.321506023=????=?=Ω=-π
( 2 )电动机输出功率 KW P P 207.59 .09.09.0796 .33 212=??= =ηηη ( 3 )系统总飞轮矩 23 22212 222122 122 2 j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a +++= =55.42 5.1295.127.2225.3222222=??+?++ 2 .m N ( 4 )电动机电磁转矩 m N n P P T M .29.341450 1416.3210207.56060/2322=????==Ω= π ( 5 ) dt dn GD T a M 3752=+12121)(3751ηdt dn j GD b +2 1222121 ) (3751ηηdt dn j j GD c +3 2123222121 ) (3751ηηηdt dn j j j GD d =?375800(3.5+9.0222?+2229.05.127.2??+32229 .025.129 ???) =?375 800 4.769=10.17 2.m N 6 . 2 龙门刨床的主传动机构如题6. 2图所示。齿轮1与电动机轴直接相连,经过齿轮2 、 3 、 4 、 5依次传动到齿轮6 ,再与工作台1G 的齿条啮合,各齿轮及运动物体的数据列于 题6 .2表。切削力F=9 800 N ,切削速度v =43 m /min,传动效率η=80% ,齿轮6的齿距6K t =20 mm ,电动机转子飞轮矩2 GD =230 N ·2 m ,工作台与导轨的摩擦系数μ=0. 1 。试计算: ( 1 )折算到电动机轴上的总飞轮矩及自载转矩(包括切削转矩及摩擦转矩两部分); ( 2 )切削时电动机输出的功率。
电机与拖动基础总复习 试题类型 一、填空题（每题1分，共20分） 二、判断题（每题1分，共10分） 三、单项选择题（每题2分，共20分） 四、简答题（两题，共15分） 五、计算题（三题，共35分） 电力拖动系统动力学基础 1．电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。 2．电力拖动运动方程的实用形式为 由电动机的电磁转矩T e 与生产机械的负载转矩T L 的关系： 1）当T e = T L 时， d n /d t = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态； 2）若T e ＞T L 时， d n /d t ＞0，系统处于加速状态； 3）若T e ＜T L 时， d n /d t ＜0，系统处于减速状态。 也就是一旦 d n /d t ≠ 0 ，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。 3．生产机械的负载转矩特性： t n GD T T d d 3752L e = -
直流电机原理 1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。 2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。 3 极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。 4 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a 等于极对数n p 。 5 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。 6 直流电机的励磁方式： dn dT dn dT L e
电机与拖动复习 第一章 1、什么情况下用左手定则、右手定则？ 2、涡流损耗与磁滞损耗 3、区分式1-9与式1-12的物理意义 4、磁滞回线、剩磁 5、电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？ 第二章第三章 1、直流电机的原理 2、直流电机为什么需要换向？ 3、直流电动机与发电机的电磁转矩的性质各是什么样的？ 4、直流电动机电枢绕组电势的方向与电枢电流的方向有何关系？ 5、如何通过U和E来判断直流电机工作在电动机还是发电机状态？（计算） 6、直流电机空载和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载后电枢电动势应该用什么磁通进行计算？ 7、直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？ 8、转矩折算的原则、飞轮转矩折算的原则 9、恒转矩负载有哪2种？各有什么特点？恒功率负载的特点？风机泵类负载的特点？ 10、稳定运行点判断 11、起动方法有哪些？ 12、静差率与调速范围， 13、调速的方法有哪些？ 14、他励直流电动机有哪三种制动方法，制动过程是怎么样的？其中消耗能量最多的方法哪种制动？ 第五章 1、变压器的原理 2、变比、阻抗变换 3、变压器的正弦主磁通对应励磁电流，正弦励磁电流对应主磁通 4、为什么可以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别？为什么？ 5、T型等效电路图 6、在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为多少？ 7、引起变压器电压变化率变化的原因 8、什么时候变压器的效率最高？ 9、变压器的损耗主要是 10、变压器时钟表示法：以什么作为长针？什么为短针？ 第六、七章 1、异步电动机的原理，为什么叫异步？为什么只有异步时才能产生有效的电磁转矩？ 1、旋转磁场的特点，转子的旋转方向决定于什么因素？ 2、极距、槽距角的计算 3、转差率S与异步电机三种状态的关系
《电机与拖动基础》习题解答 第一章 直流电机原理 P33 1-21一台并励直流发电机N P =16kW , N U =230V ,N I =69.6A ,N n =1600r/min,电枢回路电阻a R =0.128Ω,励磁回路电阻f R =150Ω,额定效率N η=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电 流、电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。 解：fN I = N f U R = 230150 =1.53A aN I =N I +fN I =69.6+1.53=71.13A aN E =N U +aN I a R =230+71.130.128?=239.1V cua p =2 aN I a R =2 71.130.128?=647.6W aN E aN I =239.171.13?=17kW 输出功率1N p =N N P η= 1685.5%16 85.5% =18.7kW 1-29并励直流发电机N P =7.5kW , N U =220V , N I =40.6A , N n =3000r/min,Ra=0.213Ω.额定励磁电流fN I =0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。 解： a I =N I -fN I =40.6-0.683=40A P 1=N U N I =22040.6?=8932W N η= 1 N p p 100%?= 75008932100%?=84% 2T =9550 N N p n =95507.5 3000 ? =24N ·m cua p =2a I Ra=2 40?0.213=341W 2203220.683 N f fN U R I = ==Ω 2 cuf fN f p I R =?=2200.683N fN U I ?=?=150W
武汉纺织大学 第十章 10 . 1 电动机稳定运行时的稳定温升取决于什么?在相同的尺寸下,提高电动机的额定功率 有哪些措施? 答: 由电动机稳定温升公式 A Q w =τ 可以看出, 稳定温升取决于电动机在单位时间里产生 的热量Q 与散热系数A 之比值。在相同的尺寸下,提高电动机的额定功率有三种措施:一是提 高电动机的额定效率,即降低电动机的运行损耗,减小热量的产生;二是提高绝缘材料最高允 许温升,即在电动机制造时采用最高允许温升较高的绝缘材料;三是提高散热系数A,如扩大 散热面积和加强通风散热效果。 10 . 2 电力拖动系统中电动机的选择包括哪些具体内容? 答: 电力拖动系统中电动机的选择包括: 1 .电动机种类的选择,应优先选用结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便的电动机;同 时要考虑电动机的机械特性要与生产机械的机械特性相适应;另外电动机的调速性能和起动 性能也应满足生产机械的要求。 2 .电动机型式的选择,电动机的型式主要有开启式、防护式、封闭式和防爆式。当生产环 境较恶劣时应选用封闭式的;有防爆要求的宜选用防爆式的。 3 .电动机容量即额定功率的选择, 应选择有足够大容量的电动机来拖动电力系统。
10 . 3 电动机的温度、温升以及环境温度三者之间有什么关系? 答: 电动机的温度、温升以及环境温度三者之间的关系是:电动机的温升等于电动机的温度 与环境温度之差。 10 . 4 电动机的发热和冷却各按什么规律变化? 答: 由电动机的温升公式 τ=W τ( 1 -T t e /-)+Q τT t e /- 可以看出, 电动机发热时的温升按指 数规律上升,冷却时的温升按指数规律下降,最终趋于稳定温升W τ。 10 . 5 电动机的三种工作制是如何划分的?负载持续率ZC%表示什么意思? 答: 从发热的观点将电动机的工作制划分为三种, 以发热时间常数T 为参照:当电动机在一 个工作周期中工作时间g t 较长,g t >( 3 ～ 4 ) T,温升可以达到稳定温升时,就是连续工作制电 动机;若电动机的工作时间较短,即g t <( 3 ～ 4 ) T,而停车的时间T t 却很长, T t >( 3 ～ 4 ) T ′,则是短时工作制电动机;如果在一个工作周期中工作时间和停车时间都较短,即g t <( 3 ～ 4 ) T, T t <( 3 ～ 4 ) T ′,则是周期性断续工作制电动机。 负载持续率ZC%表示电动机在一个工作周期中工作时间g t 与一个工作周期时间（g t +T t ）之比,即 ZC%=T g g t t t +×100 %,T t 是一个工作周期中的停歇时间。 10 . 6 为什么短时工作制电动机不能带额定负载作长期连续运行? 答: 短时工作制电动机只能带额定负载作短期运行,如果带额定负载作长期连续运行,其温升 将超过绝缘材料允许的最高温升而将电动机烧坏。