第九章 直流电动机的电力拖动 (Dragging of DC motor)
本章主要介绍直流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。
9.1他励直流电动机机械特性(torque-speed characteristic)
一.机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：
)(em T f n =
由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
em em
T e e T n T C C R
C U n β-=Φ-Φ=
02 0n 称为理想空载转速。
实际空载转速
20
T C C R
C U n T e e Φ
-Φ=' 二.固有机械特性和人为机械特性 1.固有机械特性
当a N N R R U U =Φ=Φ=,,时的机械特性称为固有机械特性：
em N
T e a
N e N T C C R C U n 2
Φ-Φ=
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。 2.人为机械特性
'n 0n N
n N
当改变U 或a R 或Φ得到的机械特性称为人为机械特性。 1)电枢串电阻时的人为特性
保持N N U U Φ=Φ=,不变,只在电枢回路中串入电阻S R 的人为特性
em N
T e S
a N e N T C C R R C U n 2
Φ+-Φ=
特点：(1）0n 不变,β变大；(2）β 越大，特性越软。
2)降低电枢电压时的人为特性
保持N a R R Φ=Φ=,不变，只改变电枢电压U 时的人为特性：
em N
T e a
N
e T C C R C U n 2
Φ-
Φ=
特点：1)0n 随U 变化,β不变; 2)U 不同,曲线是一组平行线。
n n n
3)减弱励磁磁通时的人为特性
保持N a U U R R ==,不变，只改变励磁回路调节电阻Sf R 的人为特性：
em
T e a
e N T C C R C U n 2Φ
-Φ=
特点:1）弱磁,0n 增大； 2）弱磁，β增大。
三.机械特性绘制 1.固有特性的绘制
已知N N N N n I U P ,,,，求两点: 1）理想空载点),0(0n n T em == 2）额定运行点),(N N em n n T T ==。 具体步骤：
（1）估算:a R 2)32~21(
N
N
N N a I P I U R -= （2）计算:N T N e C C ΦΦ和N N
N N N
e n P I U C -=Φ
（3）计算理想空载点：N
e N
em C U n T Φ=
=0,0
（4）计算额定工作点：N N N T N n n I C T =Φ=, 2.人为特性的绘制
在固有机械特性方程em T n n β-=0的基础上，根据人为特性所对应的参数S R 或
U 或Φ变化，重新计算0n 和β，然后得到人为机械特性方程式。
n 1k n 2k n k
四.电力拖动系统稳定运行条件
处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动，导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。
在A 点，系统平衡L em T T =。扰动使转速有微小增量，转速由A n 上升到A n ' ，
L em T T <，扰动消失，系统减速，回到A 点运行。扰动使转速由A n 下降到A n ''，
L em T T >，扰动消失，系统加速，回到A 点运行。
在B 点，系统平衡L em T T =，扰动使转速由B n 上升到B n '，L em T T >，即使扰动消失，系统也将一直加速，不能回到B 点运行。
扰动使转速由B n 下降到B n ''，L em T T <，系统将一直减速，不可能回到B 点运行。
电力拖动系统稳定运的行充分必要条件
L
T A n 'n 'n
A n 0
n
L
B n 0
B
n ''B n '
1.必要条件:
电动机的机械特性与负载转矩特性有交点,即存在L em T T =。 2.充分条件:
在交点L em T T =处满足
dn
dT dn dT L
em <
。 或者说，在交点的转速以上存在L em T T <,在交点的转速以下存在L em T T >。
9.2他励直流电动机的起动(starting)
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
a
N
st st T st R U I I C T =Φ=
起动时由于转速n =0 ，电枢电动势0=a E ，而且电枢电阻a R 很小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。 一. 电枢回路串电阻起动 1.起动过程
三级电阻起动时电动机的电路原理图和机械特性为
M a
R S
1
S -
+
U
1
st R 2st R 3
st R 2
S 3
S
2.分组起动电阻的计算
设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： b 点123a N E U I R -=， d 点222a N E U I R -=，c 点112a N E U I R -= e 点211a N E U I R -=，f 点321a N E U I R -=，g 点31a N a E U I R -= 比较以上各式得：
β====2
1
11223I I R R R R R R a 在已知起动电流比β和电枢电阻Ra 前提下，经推导可得各级串联电阻为:
1
1223121)1()1()1()1(--=-=?
??=-==-=-=stm a m stm st a st st a st a
st R R R R R R R R R R R ββββββββββ
计算各级起动电阻的步骤： (1) 估算或查出电枢电阻a R ；
（2）根据过载倍数选取最大转矩1T 对应的最大电流1I ； （3）选取起动级数m ；
3
32
R R st =+L
L I 2
2I 1
1I I
em 0
n 2
2R =1
n N
n 3
n 2
n 1
R
（4）计算起动电流比：m a
N
R I U 1=β，m 取整数
（5）计算转矩: β
1
2T T =
，校验：L T T )3.1~1.1(2≥
如果不满足，应另选1T 或m 值并重新计算，直到满足该条件为止。 （6）计算各级起动电阻。 二.降压起动
当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。 起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。
降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
三.他励直流电动机起动的过渡过程
1.过渡过程—从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定工作状态的过程。 起动、制动、反转、负载突变等过程。
2.电力拖动系统中一般存在三种惯性：
1）机械惯性：反映在系统的飞轮矩GD 2上，表征转速n 不能突变。
2）电磁惯性：反映在电枢回路电感L a 和励磁上回路电感L f 上，表征电枢电流I a 和励磁电流I f 不能突变。
3）热惯性：表征电动机温度不能突变。 3.电力拖动的过渡过程分为两种： 1）机械过渡过程：只考虑机械惯性
2）电气-机械过渡过程：同时考虑机械惯性和电磁两种惯性。 4.起动的机械过渡过程： 1）一阶惯性环节
2）惯性大小用机电时间常数T tM 来表征，2tM T GD ∝ 3）起动过程延缓的原因及改善措施
（1）机械惯性过大——减小飞轮矩GD 2 ，减小T tM
（2）起动电流随时间呈指数衰减——自动控制方式调节起动（电枢）电流。 5.电枢回路电感对起动过程的影响 1）考虑电枢回路的电磁惯性 2）电磁时间常数：T ta = L a / R a 3）结论：
（1）使电流和转速上升延迟，起动过程产生振荡； （2）使动态转速降（dn/dt ）增大。
9.3他励直流电动机的制动(braking)
当em T 与n 的方向相同时，电机运行于电动机状态，当em T 与n 方向相反时，电机运行于制动状态。
一.能耗制动
在电动状态，电枢电流、电枢电动势、转速及驱动性质的电磁转矩如图所示。 需要制动时,将开关S 投向制动电阻B R 上即可。
由于惯性，电枢保持原来方向继续 旋转，电动势a E 方向不变。由a E 产生 的电枢电流aB I 的方向与电动状态时的
a I 方向相反,对应的电磁转矩emB T 与 em T 方向相反,为制动性质,电机处于
制动状态。
制动运行时，电机靠生产机械 的惯性力的拖动而发电，将生产机械 储存的动能转换成电能，消耗在电阻 上，直到电机停止转动。
能耗制动时的机械特性为：0,N U =Φ=Φ
em em
B
a T T C C R R n β-=Φ+-
=02
a
I
改变制动电阻B R 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率,从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。B R 越小,特性曲线的斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越小。但制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是
N B a a aB I I R R E I )5.2~2(max =≤+=
， 即：a N
a
B R I E R -≥)5.2~2(
其中a E 为制动瞬间的电枢电动势。
能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流和制动转矩也随
着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。
二.反接制动 1.电压反接制动
电压反接制动时接线如图所示。 开关S 投向“电动”侧时，电枢
接正极电压，电机处于电动状态。
进行制动时，开关投向“制动”
侧，电枢回路串入制动电阻B R 后， 接上极性相反的电源电压，电枢回 路内产生反向电流：
B
a a
B a a aB R R E U R R E U I ++-=+--=
反向的电枢电流产生反向的 电磁转矩，从而产生很强的制动 作用——电压反接制动。
反接后电流的数值将非常大， 为了限制电枢电流，所以反接时 必须在电枢回路串入一个足够大 的限流电阻。
min max
N a
B a a U E R R I +=
- 电压反接制动时N U U =-，N Φ=Φ，电枢回路的电阻为：a B R R +。 机械特性为：
em em N
T e B
a N e N T n T C C R R C U n β--=Φ+-Φ-
=02
a
I
曲线如图中BC 所示。
工作点变化为：B A ??
制动过程中,
U 、a I 、em T 均为负， 而n 、a E 为正。
01>=a UI P ,表明电机从
电源吸收电功率；
022<Ω≈Ω=em T T P ,表明
电机从轴上吸收机械功率0<=a a em I E P ，表明轴上
输入的机械功率转变为电 枢回路电功率。
可见,反接制动时,从
电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。
反接制动反向起动过程： 如果C 点电动机的转矩大于 负载转矩，当转速到达零 时，应迅速将电源开关从 电网上拉开，否则电动机 将反向起动，最后稳定在 D 点运行，如图所示。电压 反接制动在整个制动过程 中均具有较大的制动转矩， 因此制动速度快，在可逆拖 动系统，常常采用这种方法。
2.倒拉反转反接制动
倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。
倒拉反转反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有
02
0<Φ+-
=L N
T e B
a T C C R R n n
倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。
倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。
三.回馈制动
电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现0n n >情况，此时
U E a >，a I 反向，em T 反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状
态——回馈制动状态。
回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。 稳定运行有两种情况:
1)正向回馈制动：他励直流电 动机拖动负载运行，电机将系 统具有的动能反馈回电网，且 电机仍为正向转动，称之为正 向回馈制动。如图。
2）反向回馈制动：他励直流 电动机拖动位能性恒转矩负 载运行，采用电压反接制动， 电机将系统具有的动能反馈 回电网，电机为反向转动， 称之为反向回馈制动。如图。
发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况
1.降压调速时产生的回馈制动 制动过程为02Bn 段。
2.增磁调速时产生的回馈制动 制动过程为02Bn 段。
回馈制动时由于有功功率回馈到电网，因此与能耗和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。
9.4他励直流电动机的调速(speed regulation)
电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。
改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。
L
em
L
em
他励直流电动机的转速为
Φ
+-=
e s a a C R R I U n )
(
电气调速方法：1.调压调速；2.电枢串电阻调速；3.调磁调速。 一.调速指标： 调速范围: min max
n n D =
静差率（相对稳定性）：指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。
%100%100%0
00??=?-=
n n n n n N
N δ
δ%越小，相对稳定性越好；δ%与机械特性硬度和n 0有关。 )1(max max min 0max min max δδ
δ
-?=
?-?=?-==N N N
N n n n n n n n n n n D D 与δ%相互制约:δ越小,D 越小,相对稳定性越好;在保证一定的δ指标的前提下,要扩大D,须减少Δn,即提高机械特性的硬度。
调速的平滑性：在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数 ：
1-=
i i
n n ?
?越接近1，平滑性越好，当1=?时，称为无级调速，即转速可以连续调
节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。
调速的经济性：主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。 二.调速方法
1.电枢回路串电阻调速
T em
T L
结论：带恒转矩负载时,串电阻越大,转速越低。 优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。
缺点：1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；
2）低速时特性曲线斜率大,静差率大,所以转速的相对稳定性差； 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D ≦2；
4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使Tem 和Ia 不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。
2.降低电源电压调速
降压调速过程与电枢串电阻调速过程相似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间变化的曲线也相似。
T em
T L
n 1n N I aN n
优点：
1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。
2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。 3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.5?12。 4）电能损耗较小。 缺点：
需要一套电压可连续调节的直流电源。
3.减弱磁通调速
t
t=0 n
n N n 1n
1
a I
结论：磁场越弱，转速越高。因此电机运行时励磁回路不能开路。
优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。 缺点：1）机械特性的斜率变大，特性变软；
2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般 D ≤2；
为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法结合起来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。
三.调速方式与负载类型的配合
容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。 充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢 电流达到额定值。
当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与调速方式和负载类型的配合有关。
以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为恒转矩调速和恒功率调速。
电枢串电阻调速和降压调速时，磁通N Φ=Φ保持不变，若在不同转速下保持电流N a I I =不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：
n C Tn
P C I C T T N N T em 19550
==
=Φ=≈
电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值----恒转矩调速。
减弱磁通调速时，磁通Φ是变化的，在不同转速下若保持电流N a I I =不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：
9550
955095502
22
C
n n C Tn P n
C n C R I U C I C T T e a N N T N T em ===
=
-=Φ=≈
电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值----恒功率调
速。
为了使电动机得到充分利用，拖动恒转矩负载时，应采用恒转矩调速方式。拖动恒功率负载时，恒功率调速方式。对风机类负载，三种方式都不是十分适合，但采用串电阻或降压调速比弱磁调速合适一些。
9.7串励直流电动机的拖动(dragging of series excitation motor)
一.串励电动机的机械特性 1.固有特性
当磁路不饱和时a kI =Φ
k
C T I kI C I C T T em
a a
T a T em =
=Φ=2
k C R
T U k C k C T C C R C U n e
em e T em
T e e -?=Φ-Φ=
2 当磁路饱和时，磁通基本不变，机械特性与他励直流电动机的机械特性相似。
固有特性是指当a N R R U U ==,时的特性，具有以下特点： （1）它是一条非线性的软特性，负载时转速降落很大；
（2）空载时，00,/,0,0,0n C U n I T e a em ∞=Φ==Φ==为无穷大。实际上，空载时存在剩磁，0n 为有限值，但值也很大——“飞车”现象。因此串励电动机不允许空载或轻载运行。
（3）由于2
a em I T ∝，起动和过载时电枢电流大，故串励电动机的起动转矩大，过
载能力强。
2.人为特性
1）电枢串电阻的人为特性
串入电阻后，转速降增大，所以电枢串电阻的人为特性在固有特性的下方，且特性变得更软。P73图9-47
2）降低电压的人为特性
降低电压时，理想空载转速下降，人为特性下移。电压下降后，电枢反电动势随之减少，转速必然减少，所以降低电压的人为特性位于固有特性下方。P74图9-48
3）改变磁通的人为特性
改变磁通的方法是在励磁绕组上并联一个分流电阻。与固有特性相比，在电枢电流相等情况下，励磁电流减少，磁通减少，所以人为特性位于固有特性上方。P74图9-50特性3
二.串励电动机的起动、调速与制动
1.起动与调速
为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也采用电枢串电阻和降低电源电压起动。
串励电动机的调速也采用电枢串电阻、降压和弱磁三种方法，其中串电阻常用，弱磁用得较少。
2.制动
串励电动机若不考虑剩磁，理想空载转速为无穷大，因此不能有回馈制动。串励电动机的制动只有能耗和反接制动。
能耗制动分他励磁式和自励式，反接制动分电压反接和倒拉反转反转反接制动。P75图9-52
三. 复励直流电动机的机械特性
1. 2个励磁绕组，励磁磁动势方向相同，积复励。
2. 机械特性介于他励与串励电动机的机械特性之间， P76图9-55。
3. 三种制动方式 P76图9-55
反接制动：获得方法及特性与串励电动机相同。
回馈制动和能耗制动：串励绕组短路，特性与他励电动机完全相同。
电机与拖动实验报告 学习中心：江苏南通如皋奥鹏 层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 学号： 学生：刘平 完成日期：2015 年3 月9 日 实验报告一 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1.空载实验测取空载特性OOOOU=f(l),P=f(U) 。 ____________________________ 2. 短路实验测取短路特性kkkU=f(l),P=f(l) 。 3.负载实验保持11NU=U 2cos1的条件下，测取22U=f(l) (一)填写实验设备表
（二）空载实验 1 ?填写空载实验数据表格表1-1
2.Fe m m 表1-2 （三）短路实验
1. 填写短路实验数据表格 表2 室温= °C （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos 2=1 U i=U=110V （五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端 答：两个具有互感的线圈，在某一端通入电流时，两个线圈产生的磁通方向是相同的，
那两个线头就叫“同名端” 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关 答：主要是为了防止在高压下合闸产生较大的冲击损坏设备。其次是因为既然 需要调压器对负载进行调压，那么调压器后面的负载情况就是一个不确定因素，就不能事先预料在较高电压下负载可能情况。因此，就需要从低电压慢慢调高电压，观察负载的情况。而断开电源时，如果负载时隔较大的感性负载，那么在高电压状况下突然停电会产生很高的感应电势。 3. 实验的体会和建议 通过实验学会不在实验时应根据需要正确选择各仪表量程保护实验设备，同时通过实验 我对变压器的参数有了进一步的认识和理解，对变压器的特性有了更具体深刻的体会与学
〈〈电机与电力拖动基础》试卷一 一、填空题（每空1分，共20分） 1、他励直流电动机的机械特性是指在电动机处于稳态运行的条件下转速和的 关系。 2、直流电动机的起动方法有：电枢回路串电阻和降压起动。 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电压的大小, 而与磁路的基本无关，其主磁通与励磁电流成正比关系。 4、变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将不变，铜损耗增大（忽略漏磁阻抗压降的 影响）。 5、当变压器负载（力2>0?）一定，电源电压下降，则空载电流I 0 减小，铁损耗Re减小。 6、采用短矩绕组绕组和分布绕组绕组可以有效的削弱谐波分量,同时使基波分量减小 （增大和减小）。 7、当s在0~1 范围内，三相异步电动机运行于电动状态,此时电磁转矩性质为驱动性质；在小 于1 的范围内运行于发电机状态,此时电磁转矩性质为制动性质。 8、三相异步电动机根据转子不同可分为笼型和绕线两类。 根据磁滞回线剩磁的大小,铁磁材料分为硬磁材料和软磁材料。 3. 电力拖动系统是由电动机拖动机械机构工作的系统。 4. 直流电动机的励磁方式包括他励、并励、串励和复励，其中他励直流电动机更适合于电动机控制的场 合。 5. 电机绕组有两种形式，分别为叠绕组和波绕组。使用于高电压的为波绕组，使用于大电流的为叠绕组。 6. 直流电机电枢磁场对空载主磁场的影响称为电枢反应。 7. 直流电机在主磁极之间常安装换向极改善换向。换向极的位置恰好也是几何中性线的位置。 8. 从机械特性上看，第一象限为电动机的正向电动状态，第四象限为电机的反向制动状态。 9. 他励直流电动机的机械特性为硬特性，串励直流电动机的机械特性为软特性。（硬、软） 10. 励磁绕组断线的他励直流电动机，空载起动时，将出现飞车情况。 11. 一台三相变压器的变比为相电压之比。 12. 额定电压为440V/110V的单相变压器，高压边漏电抗1敏J,折合到二次侧后大小为1Q 。 15.多台三相变压器并联运行时，应该满足的条件是联结组号相同、额定电压和变比相同、 短路阻抗相同和阻抗角相同。 1. 三相交流绕组通入对称的三相交流电流将产生幅值（或转速）不变,空间旋转的磁动势。如果想要改变磁场的 旋转方向，可以通过改变电流相序来实现。 2. 某三相交流绕组，36个元件，2对极，60度相带，若2, 3, 4号槽属于A相带，则14号槽属于C相带;若为 120度相带，且7号槽也属于A相带，则14号槽属于C相带。 3. 三相异步电动机根据转子结构的不同，分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机;同步电动机根据转子结构的 不同分为隐极同步电动机和凸极同步电动机。 4. 三相异步电动机Y132M-6, 50Hz,转差率为-0.2，则转速为1200r/min ，转子侧频率为10Hz，该电机处于发 电机（或回馈）运行状态。 5. 三相异步电动机参数测定实验中，空载实验的损耗包括定子铜损、铁损耗和机械损耗。实验过程中, 机械损 耗是不变损耗。 6. 异步电动机的转差功率指的是转子铜损耗，定子电压降低时,该功率值增大。 7. 根据集肤效应的原理，采用深槽电机可以提高异步电动机的起动性能。 8. 异步电动机变频调速中，基速以上的调节属于恒功率调速。
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.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电枢回路不串电阻的条件下，n 和Tem的关系。 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能耗制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。 （二）判断题： 1. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×） 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时，电枢电流都将突变。（√） 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。（√） 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。（×） 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。（√）（三）选择题： 1. 电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②） ①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义； 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。 1.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I1和I2，那么：（②） ① I1
《电机与拖动实验》课程学习要求 一、课程考核形式 本课程的考核形式为离线作业（实验报告），无在线作业和考试。“离线作业及要求”在该课程的“离线作业”模块中下载。 二、离线作业要求 学生需要在平台离线作业中下载“大工20秋《电机与拖动实验》实验报告”，观看实验课件，根据课件中的操作及实验结果来读取实验数据、认真填写“大工20秋《电机与拖动实验》实验报告”，并提交至课程平台，学生提交的实验报告作为本课程考核的依据，未提交者无成绩。 《电机与拖动实验》的实验报告由单相变压器实验、直流发电机实验、三相鼠笼异步电动机实验、三相同步发电机的并联运行实验四个独立的部分构成，学生需要完成实验报告的全部内容。 三、离线作业提交形式及截止时间 学生需要以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。如下图所示。 四、离线作业批阅 老师会在作业关闭后集中批阅离线作业，在离线作业截止提交前不进行任何形式的批阅。 注意事项： 独立完成实验报告，不准抄袭他人或者请人代做，如有雷同，成绩以零分计！
大连理工大学网络教育学院 2020年11月附录：实验报告
网络教育学院电机与拖动实验报告 学习中心： 层次： 专业： 学号： 学生： 完成日期：年月日
实验报告一实验名称： 实验目的： 实验项目： （一）填写实验设备表
（二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗Fe P 、励磁电阻m R 、励磁电抗m X 、电压比k
（三）短路实验 1.填写短路实验数据表格 表2 室温θ= O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 （五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端？ 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？
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 =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，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，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？
3.1答：直流发电机工作时总是朝一个方向转动，磁极固定不动，所以每个磁极下的导体中流 过的电流和电压方向恒定不变，当导体转到某一磁极下，导体经由换向片和电刷接触输出电能，又由于电刷和磁极相对静止，所以该磁极下的电刷上的电压极性恒定不变，故能发出直流电。 如果没有换向器，就不能把每个磁极下电枢上流过的方向不变的电流引出，电机不能发出直流电流。 3.2答：（1）直流电。电刷与磁极同时旋转，这样就能保证电刷与磁极相对静止，这样电刷引 出的还是与其对应磁极下的方向不变的电流，故发出直流电。 （2）交流电。电刷与电枢同时旋转，电刷与磁极发生相对运动，电刷在N极和S极下不停的变换，这就导致电枢一会儿引出的时N极下的方向不变的电流，一会儿引出的时S极下的方向不变的电流，由于N极和S极下导体中的电流方向相反，所以，电刷引出的是交流电。 3.3答：直流电动机电刷两端接入直流电，换向器与电刷交替接触，这样就保证了所有导体转 动时在每一个磁极下流过的电流方向不变，从而使得每一根导体产生的电磁转矩方向不变，电枢从而产生恒定转矩，拖动负载向一个方向转动。 3.5方向不变：①④⑤⑥ 方向交变：②③⑦ 3.6因为励磁绕组绕在电机的定子上，由其产生的励磁磁通与定子相对静止，所以不能产生感应电动势。而电枢绕组绕在转子上，转子与定子做相对运动，电枢绕组切割励磁磁力线，产生感应电动势。 3.7
3.8电枢的几何中性线：相邻两主极间的中心线称为电枢的几何中性线 换向器上的几何中性线：当元件轴线与主极轴线重合时，元件所接两片换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线（电动势为零的元件所接的两换向片间的中心线称为换向器上的几何中性线）。 换向器上几何中性线由元件结构决定：对于对称元件，换向器上的几何中性线与主极轴线重合；对于非对称元件，换向器上的几何中性线偏离主极轴线一个角度，这个角度与元件不对成度相等； 在实际电机中的位置：电刷的中心线上。 3.9解：（2） 120 524i Z y p ε= ±== 1k y y == 21154y y y =-=-=- 绕组展开图如下所示：
第二章 电力拖动系统的动力学基础 2-9解： n L J L J e n e n 1 J 1 图2-16 三轴拖动系统 e J 折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量为 2222221L e 1L e e 222()()75015015()16()10015001500 20(N m ) n n GD GD GD GD n n =++=+?+?=? 折算到电动机轴上的负载转矩为 L L L c 1L c1c2725(N m)150015000.90.8750150 T T T j j j ηηη''= ===???? 2-10解： J 1 n e J 2 n r v L J L n L J e 图2-18 提升机构n （1）提升速度L v 依照电动机转速n 经过三级减速后，再转换成直线速度的关系，得 L n j n =，321j j j j =，L 123n n n j j j j == L L πv Dn = L L 123π 3.140.21000π31.4(m /min)225 D v Dn n j j j ??====??
（2）折算到电动机轴上的静转矩L T 根据功率平衡原则，折算到电动机轴上的静转矩为 L L L c F v T ωη= 这里，0L L G G G F +==，L π60D n v j = ， 2π60n ω=，所以 0L c () (1500100)0.1210(N m)2250.8 D G G T j η++?===???? （3）折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量2GD 题中未给出系统中间传动轴和卷筒的飞轮惯量，可用放大系数δ近似估计。今取1.2δ=，则折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量为 222L e 022365()()31.41.210365(1500100)( )60100012.16(N m ) v GD GD G G n δ=?++=?+?+??≈?
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
《电机与拖动》 一、单项选择题(只有一个选项正确，共2道小题) 1．电机和变压器运行时，在铁芯材料周围的气隙中（）磁场 (A) 不存在 (B) 存在 (C) 不好确定 正确答案：B 2. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，（）可应用叠加原理进行计算。 (A) 线性磁路 (B) 非线性磁路 (C) 任何磁路 正确答案：A 二、判断题(判断正误，共4道小题) 3. 电机和变压器常用硅钢片做铁芯材料，是因为它们是软磁材料。 正确答案：说法正确 4. 铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。 正确答案：说法错误 5. 铁芯叠片越厚，铁耗越小。 正确答案：说法错误 6. 磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理进行计算。 正确答案：说法错误 三、主观题(共2道小题) 7. 何谓饱和现象？电机的磁路为什么会出现饱和现象?饱和对电机运行性能有何影响？ 参考答案： 答：电机磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的B达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态。 由于饱和现象的存在，使电机设计时对H和B的值不能取得过高，材料利用率受到限制，激磁电流需要增大。
8. 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？ 试比较交流磁路和直流磁路的异同点。 参考答案： 答：电机和变压器的磁路常用导磁性能好的铁磁材料制成。直流磁路磁通不随时间变化，无磁滞、涡流损耗，也不会在无相对运动的导体中感应电势；而交流磁路磁通随时间变化，会在铁心中产生磁滞、涡流损耗，并在其交链的导体中感应电势 电机与拖动I第2次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共2道小题) 1. 直流电动机的额定功率指（） (A) 转轴上吸收的机械功率 (B) 转轴上输出的机械功率 (C) 电枢端口吸收的电功率 (D) 电枢端口输出的电功率 正确答案：B 2. 一台四极直流发电机，单迭绕组，额定功率为20kW，现将其改接为单波绕组，则电机的额定功率为（） (A) 减少一半 (B) 保持不变 (C) 增大一倍 (D) 增大二倍 正确答案：B 二、判断题(判断正误，共1道小题) 3. 直流电机工作在任何运行状态下，感应电动势总是反电动势。 正确答案：说法错误 三、主观题(共9道小题) 4. 为什么直流电机能发出直流电？如果没有换向器，直流电机能不能发出直流电流？ 参考答案： 答：直流由于换向器的作用，使电刷短接的元件始终切割相同磁极，感应电势在电刷两端不变，故直流机能发出直流电。如果没有换向器，直流机不能发出 直流电，而只能发出交流电。 5. 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？ 参考答案：答：电枢反应是电枢磁势对气隙磁场的影响。反应为去磁及磁场畸变。 6. 如何判断直流电机运行于发电机状态还是电动机状态？它们的Tem、n、E、U 的方向有何不同？能量转换关系如何? 参考答案：
第二章 直流电动机的电力拖动 2.1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系 统。一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 2.5 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速， 即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实 际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 Φ=N e N C U n 0T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 0 200ΦΦΦΦ-=-='
2.7答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额 定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 2.8 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械 特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L ）处， 满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员: 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 三、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电 阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。 + 电枢电源I S 励磁电源 I R 2 《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、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) 2、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） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、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） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、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 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。 第二章 直流电动机得电力拖动 2、1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械得系统为电力拖动 系统。一般由电动机、生产机械得工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 2、5 答：电动机得理想空载转速就是指电枢电流I a =0时得转速， 即 。实际上若I a =0，电动机得电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定得机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定得电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定得电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身得空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要得电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应得转速略低于理想空载转速，这就就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0就是理想空载，对应得转速n 0称为理想空载转速；就是I a = I a0实际空载，对应得转速n 0’得称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 2、7答：固有机械特性与额定负载转矩特性得交点为额定工作点， 额 定工作点对应得转矩为额定转矩，对应得转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： Φ = N e N C U n 0T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 0 20 0ΦΦΦ Φ-=-=' 2、8 答：电力拖动系统稳定运行得条件有两个，一就是电动机得机械特性与负载得转矩特性必须有交点；二就是在交点（T em =T L ）处，满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 电机及拖动基础试题及答案 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、用丫-△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）。 （x ）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。 （x ）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。 (X ) 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。 (X )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。 (X ) 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。 (X ) 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。 (X ) 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。 (V ) 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。 (V ) 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。 (X ) 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) 答：起动瞬间转速n=0,电动势E a=C e①n=0,最初起动电流I N U^R a。若直接起动，由于R a很小，1st会达到十几倍甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。 2.异步电动机中的空气隙为什么做得很小？ 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流(空载电流) ，从而提高电动机 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。 电机与拖动基础习题1（第3- 6 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 大工《电机与拖动实验》实验报告 机与拖动实验报告学习中心： 奥鹏学习中心层次： 专业： 电气工程及其自动化学号： 学生： 完成日期： 年月日实验报告一实验名称： 单项变压器实验实验目的： 1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目： 1、空载实验测取空载特性Uo=F(uo), P=F(uo) 2、短路实验测取短路特性Yk=F(Ik), PK=F（I） 3、负载实验保持UI =U1u1，cosφ2=1的条件下，测取U2=F （I2） （一）填写实验设备表名称型号和规格用途使用注意事项电机教学实验台NMEL-II为实验室提供电源和固定电机使用前调节输出电压为0 三相组式变压器实验所需变压器短路实验时操作要快，以免线路过热三相可调电阻器NMEL-03改变输出电流大小注意量程运用功率表、功率因数表NMEL-20测量功率及功率因素不 得超过量程，线不能接错交流电压表、电流表MEL-001C测量交流电压和交流电流值适当选择量程且注意正反接线旋转指示灯及开关板NMEL-05通断电电路连完后闭合、拆电路前断开（二）空载实验 1、填写空载实验数据表格表1-1序号实验数据计算数据U1U1。1U211 19、 70、13 31、942 24、 40、12211 30、 50、08 91、622 12、 70、163109、 90、00 71、48206、 30、174105、 20、06 61、311 96、 90、195 99、0 70、05 71、141 85、 80、206 86、0 80、04 30、841 61、 30、237 74、7 90、03 50、631 39、 60、2 42、根据上面所得数据计算得到铁损耗、励磁电阻、励磁电抗、电压比表1-2序号实验数据计算数据U1U1。1U211 19、 30、13 11、932 24、电机与拖动基础直流并励电动机实验报告
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