第1章 思考题与习题答案
1．图1-11所示为电机中的一个线圈，只考虑ab 、cd 有效边，
在图1-11所示的磁场和线圈电流及旋转方向下，分析ab 、cd 导体
的受力方向。
答：ab 导体受力方向向左；
cd 导体受力方向向右。 图1-11
2．说明铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因，并思考如何减少铁耗。
答：铁磁材料周期性的正反向磁化会产生损耗，称为磁滞损耗。这是因为磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。涡流损耗是因为交变的磁通在铁芯中产生的感应电动势，形成的环流产生的损耗。
铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗总称为铁芯损耗，它正比于磁通密度B m 的平方及磁通交变频率f 的1.2~1.3次方。P Fe = P h +P e ≈k Fe f 1.3B m 2G ；要减少铁耗，可以减小磁通密度B m 或减小磁通交变频率f 。
3．实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，能否用钢板或整块钢制作？为什么？ 答：实际变压器或电机的铁芯均用硅钢片叠压而成，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，减小涡流，从而减少电能转化成铁芯的内能，提高效率.；如果用钢板或整块钢制作，会产生涡流，烧毁绕组，使变压器或电机无法正常工作。
4．什么是磁路饱和现象，铁芯的额定工作点应如何选择？
答：如图1，开始磁化时，由于外磁场较弱，所以B 增
加较慢，对应oa 段；随着外磁场增加，铁磁材料产生的附
加磁场增加较快，B 值增加很快，如图ab 段；再增加磁场时，
附加磁场的增加有限，B 增加越来越慢，最终趋于饱和，见
图中bc 段；最后所有磁畴与外磁场方向一致后，外磁场增加，
B 值也基本不变，出现深度饱和现象。为了使铁芯得到充分
利用而不进入饱和状态，电机和变压器的铁芯额定工作点设 图1 非铁磁材料的磁化曲线和 定在磁化曲线的微饱和区。 铁磁材料的初始磁化曲线
5．如图1-12所示，匝数为N 的线圈与交变的磁通Φ交链，如果感应电动势的正方向如图1-12所示，写出e 和Φ之间的关系式？
答： dt d N
e φ-=
图1-12
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。
《电机与拖动技术》课程标准 一、课程简介 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业主干课，是学习本专业其它专业课的重要基础。 《电机与拖动技术》在电力系统自动化专业的课程体系中具有承上启下和举足轻重的地位。先修课程包括高等数学、电工电子等。该课程是学生学习“电力系统继电保护原理”、“发电厂电气部分”、“电力系统自动化”、等专业主干课程和“电力系统课程设计”、“电力系统综合实验”等实践性教学环节的必备理论基础。 《电机与拖动技术》既具有较强的理论性，又具有很强的实践性，课程内容与电力系统生产运行过程密切相关，对于培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，全面提高自身素质具有特别重要的作用。。
二、课程性质与定位 《电机与拖动技术》是电力系统自动化技术专业的一门主干课，它又是本专业一门重要的必修专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握各类电机的工作原理、基本结构及运行特性，掌握直流和交流电力拖动系统的组成、起动、制动和调速的分析计算方法及必要的测试技能，从而能合理地使用电机以满足后续专业课对该方面知识的需要，同时也为学生在今后从事专业技术工作中，保证电机工作稳定、可靠和经济运行打下扎实基础。 《电机与拖动技术》是机械类和电气类专业的核心课程，在人才培养方案中起承上启下的作用，具有十分重要的地位，为后续专业课程的学习及班组技术革新打下良好的理论和专业技术基础。 前续课程：《高等数学》、《电工电子技术》、等课程。 后续课程《发电厂变电站电气部分》、《工厂供配电技术》、《电力系统继电保护》和毕业设计等课程。 三、课程设计思路 通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。 四、课程培养目标 1.总体目标 线路图的阅读与绘图，电工工具的熟练使用，交直流电动机的原理、电动机铭牌参数与计算、电动机参数与机械特性测试、电动机与变压器的运行、维护、控制电机的选择与使用。 2.知识目标 （1）通过学习，掌握常用交、直流电机、变压器的基本结构和工作原理 （2）掌握电力拖动系统的基本理论，计算方法 （3）掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。 （4）掌握一定的电磁计算方法，培养学生运算能力。
《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
1.1.1 某铁心的截面积A=10cm 2，当铁心中的H=5A/cm ，Φ=0.001Wb,且可认为磁通在铁心内均匀分布，求铁心的磁感应强度B 和磁导率μ。 m H m H H B T T A B /002.0/105111010001 .024 =?===?=Φ= -μ 1.2.1求下述两种情况下的铸钢中的磁场强度和磁导率：（1）B=0.5T; （2）B=1.3T ，并比较饱和与不饱和两种情况谁的μ大。 （1）B=0.5T ：由磁化曲线查得H=4A/cm ， m H m H H B /00125.0/1045 .02 =?== μ （2）B=1.3T ：由磁化曲线查得H=16A/cm ， m H m H H B /0008125.0/10 163.12=?== μ 由于B=0.5T 时，磁路未饱和，B=1.3T 时，磁路已经饱和。所以磁路不饱和时μ大。 1.2.2 已知硅钢（含硅4%）的H=4A/cm ，铸铁的H=9A/cm 。求它们的B 和μ，并比较谁的导磁能力强。 （1）H=4A/cm 时，由磁化曲线查得B=1.1T ，且磁路已经饱和。 m H m H H B /00275.0/1041.12 =?== μ （2）H=9A/cm 时，由磁化曲线查得B=0.2T ，且磁路未饱和。
m H m H H B /000222.0/1092.02 =?== μ 所以硅钢的磁导率强。 1.3.1在图1.01所示恒定磁通磁路中，铁心的平均长度l =100cm ，铁心各处的截面积均为A=10cm 2，空气隙长度l 0=1cm 。当磁路中的磁通为0.0012Wb 时，铁心中磁场强度为6A/m 。试求铁心和空气隙部分的磁阻、磁位差和线圈的磁通势。 A A U U F A A l B l H U A A l H U H H A l R H H A l R H m H H B T T A B m mc m c mc m c c c mc c c c 10150)9550600(955010110 42 .160010061096.710 10104101105.010 10102.010100m /102.0/1062.12.110100012.0027 00 000c 1 614 720000 1 614 222 -2 4=+=+==???= = ==?==?=????==?=????==?=?===?=Φ=-------------πμπμμμ 图1.01
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案 第一部分直流电机 一、填空题： 1、直流电动机的工作原理是把能转化为能。直流发电机的工作原理是把能转化为能。（直流电；机械；机械；直流电） 2、直流发电机的工作原理用定则判断感应电动势的方向。直流电动机的工作原理用定则判断电磁力的方向。（右手；左手） 3、并励直流发电机自励建压的条件是 _______;_______;_______。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 4、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为 发电机状态。（E a 〈U；E a 〉U） 5、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式。（叠绕组；波绕组）
6、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。（相反；相同） 7、电动势常数 C与转矩常数T C之间的关系为 e ______。（ C=9.55e C） T 二、选择题 1、电机的电流小于额定电流，称为（）运行。（1） （1）欠载（2）过载（3）额定 2、电机的电流大于额定电流，称为（）运行。（2） （1）欠载（2）过载（3）额定 3、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机。（3）（1）他励（2）并励（3）复励（4）串励 4、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组
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=+=+=??+??===??==++=++==??==+=+=
1-1.在直流电动机的电枢绕组中为什么也有感应电动势其方向与电流方向有什么关系在直流发电机空载即电枢电流为零时，是否电磁转矩为什么 答：不管有没有外部电源，只要是电枢绕组磁通发生变化，均会产生感应电动势。虽然直流电动机通入直流电以后才会旋转，但是在旋转过程中电枢绕组同样会切割定子磁场磁力线，符合电磁感应原理（楞次定律/右手定则）就会在电枢中感应出电动势。就是这个电势抵消部分外加电源电压，抑制了直流电动机电流，它与电流方向相反。如果没有这个感应电动势，电动机电流就=直流电源电电压/电枢绕组的直流电阻，这时候电枢绕组只是相当于一个发热的电阻丝。直流发电机空载时没有电流，则电磁转矩为零。因为f=Bli i=0 则f=0,电动机和发电机只是工作状态不同。 1-2.直流电机机座中的磁通是恒定不变还是大小正负交变还是旋转的而电枢铁芯中的磁通又是什么性质 答：机座（定子磁极）中的磁通是大小方向保持不变的。电枢铁芯中的磁通在空间上是不变的，相对转子是旋转的，也可以理解为正负交变的，不同电机不同。 1-3. 直流电机的电枢铁芯为什么必须采用硅钢片迭成而机座和主磁极可以采用整块的铁为什么有的主磁极也采用薄钢板迭成 答：电枢铁芯旋转，电枢铁芯内的磁场是交变的，为了减小铁耗，故要用硅钢片迭成。机座和主极中的磁场是恒定的，故可采用整块的铁。 但是，由于电枢齿槽的影响，电枢旋转时主磁极极靴表面磁场发生脉动，引起附加损耗，为了降低表面损耗，主磁极有时采用薄钢板迭成 1-4. 直流电机各个主磁极的励磁线圈为什么都互相串联成一条支路而不采用并联的方式答：这是电机制造工艺方便考虑，励磁线圈串联接法，绕组是头尾相接，这样只需要用一根线连接，电机内部空间有限，对大电机及多极电机更显优点，因为这种电机励磁线圈导线都较粗一般都是用矩形线。小容量电机励磁线圈串联并联就无所谓了。 1-5. 什么是电机的可逆原理接在直流电源上运行的直流电机，如何判别它是运行在发电状态还是运行在电动状态 答：从原理上讲,一台直流电机既可作为电动机,把电能转换为机械能,也可作为发电机,把机械能转换为电能，这就是其可逆性。 当Ea>U，T与转速n反向，发电机。当Ea 第一章 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== = η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距; ( 2 )求并联支路数。 解：（1）第一节距 54 242221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均感应电动势为10 V ,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少 解：当电枢绕组为单叠绕组时, 绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30, 换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件, 每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为 a E =29?10=290V ; 每一条支路的电阻为 Ω=?=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为 Ω=== 45.14 8 .54R R a 第二部分 直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（ ） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn <） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =7.5kW ，U N =110V ，I N =79.84A ，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =0.1014Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为0.8T N ，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？ 解：（1）0.068N a N e N N U R I C n -Φ== 1528/min N a a e N U R I n r C -==Φ （2）N T 不变时，em T 不变，即T N N T a C I C I Φ=Φ 93.930.85N N a N N N I I I A ΦΦ===ΦΦ 1738/min N a a e U R I n r C -==Φ （3）不计空载转矩时，em L T T =，故： ————————————————————————————— 1-13 已知直流电机的极对数p=2，槽数z=22，元件数及换向片数s=k=22，试画出单迭绕组 展开图、磁极和电刷位置，并画出并联支路图。 答： 此电机绕组是单迭所以1k y y == 不是整距绕组，采用省铜且有利于换向的短距绕组 1225222z y p εε= ±=-=? 根据参数画出展开图，并作出并联支路图如下 1-19 某四极直流电机，电枢槽数z=36，单迭绕组，每槽导体数为6，每极磁通2.2*10e-2Wb ， 电枢电流Ia=800A ，问此时电磁转矩为多少？如改为单波绕组，保持支路电流不变，其电磁转矩为多少？ 解： 电机内的总导体数N=6Z=36*6=216，单迭绕组时：a=p=2 []22216 2.210800605.0422 3.14162 M a a pN T C I I N m a π-?=Φ= Φ=???=??? 改为单波绕组时，1a '=，若要保持支路电流不变， []800 2221400222a a a I I a i a A a '''=?==??=? []22216 2.210400605.0422 3.14161M a a pN T C I I N m a π-?'''=Φ=Φ=???=?'?? 1-21 某他励直流电动机额定电压U N =220V ，额定电流I N =10A ，额定转速n N =1500r/min ， 电枢回路总电阻R a =0.5Ohm ，试求： (1) 额定负载时的电磁功率和电磁转矩； (2) 保持额定时励磁电流及总负载转矩不变而端电压降为190V ，则稳定后的电枢电流 与转速为多少？（电枢反应忽略不计）。 解： (1) ()()[]220100.5102150M N a a N N a N P P E I U I R I W ==?=-?=-??= []215060 13.68722 3.1416150060 N N N N N P P T N m n π?= ===?Ω?? (3) 励磁电流不变时磁通不变，总负载转矩也不变，所以[]10Z a N M T I I A C = ==Φ 不变， []190105 15001290.70/min 220105 a N N a N N aN N N a E U I R n n n r E U I R '-?-?=? =?=?=-?-? 1-22 某并励直流电动机额定电压U N =220V ，额定电流I N =75A ，额定转速n N =1000r/min ， 电枢回路总电阻R a =0.26Ohm ，额定时励磁回路总电阻R fn =91Ohm ，铁耗及附加损耗p Fe +p delta =600W ，机械损耗P Ohm =198W ，电枢反应去磁作用不。试求： (1) 额定运行时的电磁转矩T 与输出转矩T N ； (2) 理想空载转速； (3) 实际空载电流I 0及实际空载转速。 解： (1)[]0600198798Fe p p p p W Ω?=++=+= 电机与拖动试卷及参考答案 一、、填空题（每空1分，共30分） 1．直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相反），因此电磁转矩为（阻力）转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相同），因此电磁转矩为（动力）转矩。 2．接触器主要由（电磁机构）、（触点系统）、（灭弧装置）等三大部分组成。 3．空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构）、（触点系统）和（延时机构）三部份组成。若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180度）。 4、用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的（1/3）,所以对降低（起动电流）很有效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时（1/3），因此只适用于空载或轻载启动。 5．反接制动时，当电机转速接近于（0）时，应及时（切断电源），防止电机（反转）。 6、伺服电动机为了防止（反转）现象的发生，采用（增大转子电阻）的方法。 7、步进电动机是一种把（电脉冲）信号转换成（角位移或线位移）信号的控制电机。8．分磁环的作用是使（产生的合成吸力始终大于弹簧的反作用力），以消除（衔铁的振动和噪声）现象；三相交流电磁机构是否需要分磁环（不需要）。 9．单相异步电动机定子绕组中产生的磁场是（脉动磁场），可分解为（正向旋转磁场）和（反向旋转磁场）两部分。 10．熔断器又叫保险丝，用于电路的（短路）保护，使用时应（串）接在电路中。二、判断题（每小题1分，共10分）。 （×）1．一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均 可使用。 （×）2．三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。 （×）3．交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。 （×）4．转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。 （×）5．三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。 （×）6．使用并励电动机时，发现转向不对，应将接到电源的两根线对调以下即可。（×）7．电流、电压互感器属于特殊变压器。电压互感器二次侧禁止开路，电流互感器二次侧禁止短路。 （√）8．三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。 （√）9．刀开关安装时，手柄要向上装。接线时，电源线接在上端，下端接用电器。（×）10．单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。 三、简述题（每小题5分，共15分） 1．直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？（5分） 电机及拖动试题(一) 一、单项选择题 1、在直流电机的公式E a=C eΦn以及T e=C TΦI a中，Φ指的是( ) A、每极合成磁通量 B、所有磁极总磁通量 C、主磁通每极磁通量 D、每对极合成磁通量 2、造成他励直流电动机固有机械特性是一条略微下垂的直线原因是 （） A、负载转矩 B、电源电压 C、气隙磁通 D、电枢电阻降压 3、一台50Hz三相感应电动机的转速n=720r/min,则该电机的极数以及同步转速为（） A、4极，1500r/min B、6极，1000r/min C、8极，750r/min D、10极，600r/min 4、一台50Hz三相感应电动机的拖动额定恒转矩负载运行时，若电源电压下降10%，则此时电动机的电磁转矩T a为（） A、T aN B、0.81T aN C、0.9T aN D、＞T aN 5、在三相感应电动机等效电路中，其中附加电阻（1-s)/(sR2＇)上所消耗的电功率等于（） A、输出功率P2 B、输入功率P1 C、电磁功率P m D、总机械功率PΩ 6、一台绕线式感应电动机，在恒定负载下，以转差率s运行，当转子边串入电阻R=2R2＇（R已折算到定子边0,测得转差率将为（）A、等于原先的转差率s B 、三倍等于原先的转差率s C、两倍等于原先的转差率s D、无法确定 7、如果有一台三相感应电动机运行在转差率s=0.25的工况下，此时通过气隙传递的功率有（） A、25%的转子铜耗 B、75%是转子铜耗 C、75%是输出功率 D、全机械功率 8、三相感应电动机与电磁转矩的大小成正比的是（） A、电磁功率 B、输出功率 C、输入功率 D、全机械功率 9、电机气隙应取尽可能小的主要目的是（） A、减小附加损 B、提高功率因素 C、减小电机体积 D、提高运行可靠性 10、不能作为降低鼠笼型异步电动机堵转电流的方法是（） A、降低电源电压 B、定子边串接电抗 C、定子绕组接法 D、绝缘等级 11、绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性所具有的特点是 （）A、串接电阻越大，堵转转矩越小B、最大转矩提高 C、转差率与转子总电阻成正比 D、串接电阻越大，堵转转矩越小 12、已知一台直流电动机的额定数据如下：额定功率P N=160KW，额定电压U N=220V，额定效率ηN=90%，额定转速ηN=1500r/min，则该电机的额定电流为（） A、0.539安 B、0.08安 C、727安 D、808安 13、一台他励直流电动机的额定功率P N=20KW，额定电压U N=220v, 电机与拖动公式集 第二章 折算后二次绕组电流、电压、电动势 22'I I k = 22'U kU = 22'E kE = 折算后二次绕组 2 2 000X Z R = - 222'X k X = 2'L L Z k Z = 低压空载试验 励磁阻抗模100 U Z I = 励磁电阻 002 P R I = 励磁电抗2 2 00 0X Z R = - 高压短路试验 cu S P P = 227575 75 S s s Z R X = + 2 1 s s P R I = 2 2 s s s X Z R =- 铜线绕组75234.575234.5s s R R θθ +=+ 铝线绕组7522875228s s R R θθ +=+ 227575 75 S s s Z R X = + 电压调整率1221(cos sin ) *100%N R s s N I V R X U ??=+ 效率2 2 20N N S s s P P βληβλβ= ++ 产生最大效率的条件：2 0S p P β=即Fe C u P P = 产生最大效率时的负载系数0m ax s p p β= 理想运行条件 （1）两台变压器的功率比 11::: I II LI LII SI SII S S I I Z Z == (2) ::I II N I N II S S S S = ::LI LII N I N II I I I I = (3)总负载和总负载功率 L L I L I I I I == I I I S S S =+ 第三章 同步转速：1060f n p = 转差率：00 n n s n -= 电磁转矩的大小：22cos T m T C I ?=Φ 槽距角：.360p z α= 极距：2z p τ= 每极每相槽数：2z q pm = 额定功率因素：3N N N N P U I λ= 定子电路的电动势平衡方程式 11111()U E R jX I E Z I ? ? ? ? ? =-++=-+ 每相绕组中的感应电动势E1在数值上为 11114.44w m E k N f =Φ 忽略R1和X1，1 111 4.44m w U k N f Φ= 22s N E s E = 21N f s f = 电机复习提纲 第一章： 一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗 磁路的基本定律: 安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁 通量 Φ乘以磁阻R m 磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。E=IR 磁路的基尔霍夫定律 （1）磁路的基尔霍夫电流定律 穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零 （2）磁路的基尔霍夫电压定律 沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数 和。 第二节 常用铁磁材料及其特性 一、铁磁材料 1、软磁材料：磁滞回线较窄。剩磁和矫顽力都小的材料。软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。 2、硬磁材料：磁滞回线较宽。剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。 二、铁心损耗 1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗 Ni HL 的能量。 2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。 3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。 第二章： 一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终 不变，即进行所谓的“换向”。 二、一台直流电机 作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能； 作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。 三、直流电机的主要结构（定子、转子） 定子的主要作用是产生磁场 转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势 要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙） 四、直流电机的铭牌数据 直流电机的额定值有： 1、额定功率P N(kW) 2、额定电压U N(V) 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。 第1章 电磁学基础知识 1.1 简答题 1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ?-=、dt d e ψ-=、dt d N e Φ?-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？ 答：式dt d e ψ-=是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。 2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dt d N e Φ?=，试说明其原因。 3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？ 答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N ?I=φ?Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N ?I ）空芯>>（N ?I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。 4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？ 5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？ 6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？ 7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？ 8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？ 1.2 分析题 1. 变压器原理图如图所示，试回答： （1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势？ （2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。 答： （1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2 电机与拖动技术课程设 计报告 （2012—2013学年第一学期） 题目他励直流电动机的调速系统 系别电子与电气工程系 专业电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师韩之刚 完成时间2013年12月26日 评定成绩 目录 摘要 (3) 1、设计的目的和意义 (3) 2、总体设计方案 (3) 2.1并励(他励)直流电动机的起动 (3) 2.2并励(他励)直流电动机的调速 (4) 2.3调速的性能指标 (6) 3.设计过程 (7) 3.1实验设备 (7) 3.2 设备屏上挂件排列顺序 (7) 3.3 设计原理图 (8) 3.4.调速步骤 (8) 4、设计心得 (12) 5．参考文献 (12) 摘要 随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。 关键词：直流电动机调速设计 1、设计的目的和意义 时间是验证真理的唯一标准。通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们学会独立思考，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 2、总体设计方案 2.1并励(他励)直流电动机的起动 直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。 电机与拖动基础总复习 试题类型 一、填空题 二、选择题 四、简答题 五、计算题 第一章直流电机原理 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：☆ ☆7直流电机的电枢电压方程和电动势： 直流电机电磁转矩 8 直流电动机功率方程 9直流电机工作特性☆ 10 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开☆ Φn C E e a =a T e ΦI C T =p P P p p p p P p p P P P ∑?+=+?+?+?+?=+?+?=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1a a a I R E U a += 一旦励磁电流I f = 0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。 11 自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件☆☆ （1）电机必须有剩磁，如果没有须事先进行充磁； （2）励磁绕组的极性必须正确，也就是励磁绕组与电枢并联时接线要正确； （3）励磁回路的电阻不能太大，即其伏安特性的斜率U/I f不能太陡，否则如果伏安特性的斜率太陡，与发电机空载特性交点很低或无交点，就无法建立空载电压。总之，自励发电机的运行首先要在空载阶段建立电压，然后才能带负载运行。 12他励直流发电机的外特性☆ 随着电流的增大，其输出电压下降。这是因为：①随着发电机的负载增加，其电枢反应的去磁效应增强，使每极磁通量减小，导致电枢电动势下降。②电枢回路电阻上的电压将随着电流上升而增大，使发电机的输出电压下降。 13效率 他励直流发电机带负载运行时，其损耗中仅电枢回路的铜耗与电流I a的平方成正比，称为可变损耗；其他部分损耗与电枢电流无关，称为不变损耗。当负载较小时，I a也较小，此时发电机的损耗是以电机与拖动基础课后答案第版许建国
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