下载文档原格式
03电机与电气控制技术教案一、教学目标1.理解电机的工作原理和基本参数。
2.掌握电机的基本分类和特点。
3.熟悉电机的常用控制方法和技术。
4.能够运用所学知识设计和调试简单的电气控制系统。
二、教学内容1.电动机的工作原理a.电动机的基本组成和结构。
b.电动机的工作原理及其变化规律。
2.电动机的分类和特点a.直流电动机和交流电动机的分类。
b.不同类型电动机的特点和适用范围。
3.电动机的参数a.电动机的额定功率和额定电压。
b.电动机的额定转速和效率。
c.电动机的负载特性和起动特性。
4.电动机的控制方法a.直流电动机的调速方法。
b.交流电动机的调速方法。
c.电动机的起动和制动控制方法。
5.电气控制系统a.电气控制系统的基本组成和结构。
b.电气控制系统的工作原理。
c.电气控制系统的设计和调试方法。
三、教学重点1.电动机的工作原理和基本参数的理解和掌握。
2.电动机的分类和特点的熟悉和了解。
3.电动机的控制方法和技术的运用和实践。
四、教学方法1.课堂讲授结合案例分析，提高学生的动手能力和问题解决能力。
2.实验和演示，让学生亲自操作和观察，提高学生的实践能力和观察能力。
3.讨论和小组合作，培养学生的合作意识和团队精神。
五、教学资源1.教材：《电机与电气控制技术》。
2.实验设备：直流电机、交流电机、电气控制系统实验箱等。
3.多媒体教学资源和案例分析资料。
六、教学步骤1.导入新知识，引导学生了解电机的基本概念和应用领域。
2.讲授电动机的工作原理和基本组成结构，进行电机的分类和特点介绍。
3.分析不同电动机的参数，讨论其重要性和意义。
4.介绍电动机的常用控制方法和技术，讲解调速、起动和制动控制的原理和实践。
5.分组讨论和案例分析，让学生运用所学知识设计和调试简单的电气控制系统。
6.结合实验和演示，让学生操作和观察电机的工作情况，并进行数据记录和分析。
7.总结课程内容，回顾重点和难点，解答学生疑惑和问题。
八、教学评估1.课堂问答，检验学生对电机和电气控制技术的掌握和理解。
第3章参考答案思考与习题1．什么是低压电器？答：低压电器通常指工作在交流1000V或直流1500V以下电路中的电器设备，广泛应用于低压配电和电气传动控制设备中，并起到转换、控制、保护与调节作用。
2.常用低压电器怎样分类？它们各自有哪些用途？答：低压电器通常可分为配电电器和控制电器两类。
常用的配电电器有断路器、刀开关、转换开关和熔断器等；控制电器主要包括接触器、继电器、起动器、控制器、主令电器等。
3.刀开关的额定电流是什么含义？答：刀开关的额定电流是指长期允许流过的最大负荷电流。
其值选取应大于或等于所有可能同时工作负荷电流之和。
4.试述胶盖闸刀和铁壳开关的基本结构、接线和安装上墙要求。
答：1）胶盖闸刀：开启式负荷开关简称闸刀开关主要由刀开关和熔断器组合而成。
开启式负荷开关必须垂直安装在控制屏或开关板上且合闸状态时手柄应朝上。
不允许倒装或平装，以防发生误合闸事故。
接线时应把电源进线接在静触头一边的进线座，负载接在动触头一边的出线座。
2）铁壳开关：封闭式负荷开关主要由刀开关、熔断器、操作机构、联锁装置及外壳等组成。
封闭式负荷开关必须垂直安装，安装高度一般离地不低于1.3～1.5 m，并以操作方便和安全为原则。
开关外壳的接地螺钉必须可靠接地。
接线时，应将电源进线接在静夹座一边的接线端子上，负载引线接在熔断器另一边的接线端子上，且进出线都必须穿过开关的进出线孔。
5.封闭式负荷开关的操作机构有什么特点？答：这种开关的操作机构采用了储能分合闸方式，使触头的分合速度与手柄操作速度无关，有利于迅速熄灭电弧，从而提高开关的通断能力，延长其使用寿命。
联锁装置保证开关在合闸状态下开关盖不能开启，而当开关盖开启时又不能合闸，确保操作安全。
6.试述组合开关的用途，主要结构及使用注意事项。
答：组合开关又叫转换开关，常用于交流50Hz/380V以下及直流220V以下的电气线路中，供手动不频繁的接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5kW以下小容量异步电动机的启动、停止和正反转。
项目三变压器的应用于维护一、填空题1.变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将不变，铜损耗将增大。
2.三相变压器的联结组别不仅与绕组的绕向和首东端标记有关,而且还与三相绕组的连接方式有关。
3.变压器的基本结构是铁心和绕组两大部分组成的。
它们分别是变压器的系统和_电路系统。
4.变压器是一种能改变交流电压而保持频率不变的静止的电气设备。
5.变压器的铁心，按其结构形式分为心式和壳式两种。
6.变压器的种类很多，按相数分为单相、三相和多相变压器。
7.在电力系统中使用的电力变压器，可分为升压变压器,降压变压器和配电变压器。
8.所谓变压器的空载运行是指变压器的一次侧接额定交流电源，二次侧开路的运行方式。
9.自耦变压器的一次侧和二次侧既彳磁的联系又有电的联系。
10.变压器一次电势和二次电势之比等J一次侧匝数和二次侧匝数之比。
11.电力变压器中的变压器油主要起冷却和灭弧作用。
12.变压器的额定电压和额定电流均指变压器的线电压和线电流。
13.电流互感器其实质为一台小型升压短路运行的变压器,电压互感器实质为一台小型降压变压器。
14.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低压侧加压:短路试验一般在高压侧加压。
15.三相组式变压器各相磁路彼此无关，三相芯式变压器各相磁路彼此相关,16.变压器并联运行的条件是额定电压与变比相等、连接组别相同、短路阻抗的百分数相等17.当三相变压器接成星形（Y）时，其线电压是相电压的_且_倍，线电流与相电流相等。
18.当三相变压器接成三角形（D）时，其线电压与相电压相等，线电流是相电流的百一倍019.变压器在运行时，当不变损耗和可变损耗相等时,效率最高。
20.自耦变压器适用于一、二次侧电压相差不大的场合,一般在设计时，变比Ka小于或等于2二、选择题1.变压器空载损耗（D）A.全部为铜损耗B.全部为铁损耗C.主要为铜损耗D.主要为铁损耗2.一台变压器原边接在额定电压的电源上，当副边带纯电阻负载时，则从原边输入的功率：（C）oA.只包含有功功率B.只包含无功功率C.既有有功功率又有无功功率D.为零3.变压器中，不考虑漏阻抗压降和饱和的影响，若原边电压不变，铁心不变，而将匝数增加，则励磁电流：（B）。
第3章三相异步电动机习题答案1.三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？答：对称的三相绕组中通入对称的三相交流电形成圆形旋转磁场。
2. 三相异步电动机的旋转磁场的转速、转向由什么决定？工频下2、4、6极异步电动机的同步转速是多少？答：旋转磁场的转向决定于通入定子绕组中的三相交流电的相序，旋转磁场总是由电流超前相转向电流滞后相。
旋转磁场的转速称为同步转速n1(r/min)，它与电网的频率f1(Hz)及电动机的磁极对数p 有关：3.若三相异步电动机的转子开路，定子绕组接通三相电源后，能产生旋转磁场吗？电动机会转动吗？为什么？答：能产生旋转磁场。
电动机不会旋转。
因为转子开路，不会产生感应电流，没有电动力的作用，转子不会转。
4.什么是异步电动机的转差率？异步电动机在额定运行时，转差率一般是多少？答：同步转速n1与电动机转速n之差（n1-n）与同步转速n1的比值称为转差率s。
转差率的值很小，在0.01~0.06之间，即异步电动机的额定转速很接近同步转速。
5.一台三相异步电动机f N=50Hz，n N=960r/min，求该电动机的极对数p和额定转差率s N。
答：6.一台四极三相异步电动机，s N=0.03，求它的额定转速。
答：7.简述三相异步电动机的结构，三相异步电动机的转子有几种类型？答：三相笼型异步电动机主要由定子、转子和气隙三大部分组成。
转子绕组有笼型和绕线式两种。
8.一台三相异步电动机，额定功率P N=55kW，电网频率为50Hz，额定电压U N=380V，额定效率ηN=0.79，额定功率因数cosφN=0.89，额定转速n N=570r/min，试求：（1）同步转速n1；（2）极对数p；（3）额定电流I N；（4）额定转差率s N。
答：9.已知一台三相交流电动机，Z=24，2p=2，试画出三相单层同心式绕组展开图。
答：10.什么是电角度、60°相带、极相组？答：电角度=p×机械角度。
每个磁极下的每相绕组（即q个槽）所占的电角度为相带。
因为每个磁极占的电角度为180°，被三相绕组均分，则相带为180°/3=60°，即在一个磁极下一相绕组占60°电角度，称为60°相带。
极相组（线圈组）：将一个相带内的q个线圈串联起来就构成一个极相组，又称为线圈组。
11.判断电动机绕组的出线端有哪几种常用的方法？答：方法一：导通法。
万用表拨到电阻R ×1K Ω挡，一支表笔接电动机任一根出线，另一支表笔分别接其余出线，测得有阻值时两表笔所接的出线即是同一绕组。
同样可区分其余出线的组别。
判断后做好标记。
方法二：电压表法。
将小量程电压表一端接电动机任一根出线，另一端分别接其余出线，同时转动电动机轴。
当表针摆动时，电压表所接的两根出线属同一绕组。
同样可区分其余出线的组别。
判断后做好标记12.何谓三相异步电动机的空载运行，有何特点？画出空载运行时的等效电路，并说明各个量的含义？答：三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上不带机械负载的运行称空载运行。
异步电动机空载运行时，转速很高，接近同步转速，即n ≈n 1，s 很小。
此时定子旋转磁场与转子之间的相对切割速度几乎为0，于是转子的感应电动势E 2≈0，转子的电流I 2≈0，转子磁动势F 2≈0。
异步电动机空载时的等效电路：11R m X m图中， 定子绕组上外加电压，为相电流，R 1为定子毎相电阻， 为定子漏电抗，R m 为励磁电阻，是反映铁损耗的等效电阻，X m 为励磁电抗，与主磁通 相对应，在一定的励磁电流下，X m 大，产生的磁通大。
13. 何谓三相异步电动机的负载运行，有何特点？答：负载运行是指异步电动机的定子外加对称三相电压，转子带上机械负载时的运行状态。
当异步电动机带上机械负载时，转子的转速下降，定子旋转磁场切割转子绕组的相对速度Δn =n 1-n 增大，转子感应电动势 和转子电流增大。
14. 画出负载运行时的等效电路，并说明各个量的含义？并用等效电路说明当异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随着转子电流的增加而增加？答：负载运行时的等效电路：1122''-+U 2'-在等效电路中，是模拟总机械功率的等效电阻。
该电阻上所消耗的功率就等于电动机转轴上的机械功率和机械损耗之和，该电阻上的电压降等于转子的端电压。
在等效电路中机械负载的变化是由s 来体现的。
当转子轴上的机械负载增大时，转速减慢，转差率增大，转子电流增大，以产生较大的电磁转矩与负载转矩平衡。
此时定子电流也将增大，电动机从电源吸收更多的电功率来供给电动机本身的损耗和轴上输出的机械功率。
15.为什么异步电动机空载运行时功率因数很低？答：空载时定子电流主要是无功励磁电流，因此功率因数很低。
16.一台三相异步电动机，s N=0.03，此时通过气隙传递的电磁功率有百分之几转化为转子的铜损耗？百分之几转化为机械功率？答：0.03，有3%转化为铜损耗，97%转化为机械功率。
17.什么是电动机的过载倍数、起动转矩倍数？如何表示？答：最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力，用λT表示，即T st与T N之比称为起动转矩倍数，用k st表示，即18.降低定子电压时的人为机械特性有何特点？画图说明？答：降低定子电压时的人为特性降低电压后的人为机械特性，其线性段的斜率变大，即特性变软。
T st和T m均按关系减小，即电动机的起动转矩倍数和过载能力均显著下降。
19.绕线转子异步电动机转子电路串接对称电阻时的人为机械特性有何特点？画图说明？答：在绕线转子异步电动机的转子三相电路中，可以串接三相对称电阻R s，转子回路串电阻后，n1、T m不变，而s m则随外接电阻R s的增大而增大。
其人为机械特性如图所示。
在一定范围内增加转子电阻，可以增大电动机的起动转矩。
当所串接的电阻（如图中的R s3）使其s m =1时，对应的起动转矩达到最大转矩，如果再增大转子电阻，起动转矩反而会减小。
另外转子串接对称电阻后，其机械特性线性段的斜率增大，特性变软。
a) b)转子电路串接对称电阻时的人为机械特性a)电路图b) 机械特性20. 笼型异步电动机的起动方法有几种？答：直接起动和降压起动，电动机降压起动方法有：自耦变压器降压起动、Y-△降压起动等。
21. 绕线转子异步电动机起动方法有几种？答：绕线转子异步电动机起动分为转子串电阻和转子串频敏变阻器。
22.三相异步电动机的调速方法有几种？答：变极调速；变频调速；变转差率调速。
23. 什么是变极调速？双速电动机常用的变极接线方式有几种？答：变极调速：改变定子绕组的磁极对数p。
双速电动机常用的变极接线方式有：从星形改成双星形，写作Y/YY；从三角形改成双星形，写做△/YY；由星形连接改接成反向串联的星形连接。
24.基频以下和基频以上变频调速各有何特点？答：1）从基频向下变频调速。
降低电源频率时，必需同时降低电源电压。
保持U1/f1为常数，则Φ0为常数，这是恒转矩调速方式。
同步转速n1与f1成正比，最大转矩T max不变，转速降落△n=常数，特性斜率不变（与固有机械特性平行），机械特性较硬，在一定静差率的要求下，调速范围宽，而且稳定性好，由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好，效率较高。
2）从基频向上调变频调速。
升高电源电压（U1＞U N）是不允许的。
因此，升高频率向上调速时，只能保持电压为U N不变，频率越高，磁通Φ0越低，这种方法是一种降低磁通的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。
保持U N不变升速，近似为恒功率调速方式。
25. 改变转差率调速的方法有几种？答：（1）改变电源电压调速（2）转子电路串电阻调速（3）串级调速26. 三相异步电动机的制动的方法有几种？如何实现？答：常用的制动方法有反接制动、能耗制动和回馈制动。
反接制动状态有两种情况，一是在电动状态下突然将电源两相反接，使定子旋转磁场的方向由原来的顺转子转向改为逆转子转向，这种情况下的制动称为电源两相反接的反接制动；二是保持定子磁场的转向不变，而转子在位能负载作用下进入倒拉反转，这种情况下的制动称为倒拉反转的反接制动。
能耗制动就是在电动机脱离三相电源之后，在定子绕组上加一个直流电压，通入直流电流。
回馈制动：异步电动机在电动状态运行时，在外力的作用下（如起重机下放重物时），使电动机的转速n超过同步转速n1（转向不变）27.使用钳形电流表测量电动机空载电流时如何操作？有哪些注意事项？答：1）选表。
测量笼型异步电动机空载电流可选用磁电式钳形电流表，而测量绕线式电动机转子绕组电流应选用电磁式钳形电流表；根据被测电动机铭牌上的额定电流值选择合适量程的钳形电流表。
2）验表。
钳形电流表的外壳应清洁完整、绝缘良好、干燥；钳口应能紧密闭合；使用前应进行机械调零。
3）测量。
根据被测电流的大小，选择钳形电流表适当的挡位，如无法估计被测电流大小，则应先将量程置于最大挡；使被测导线位于钳口内的中央读数，如果测量使表针过于偏向表盘两端时，应打开钳口将表退出，更换量程后重新嵌入进行测量，读数时眼睛的视线应垂直于表盘，将读数乘以倍率得出测量结果。
注意：测量者应戴绝缘手套或干燥的线手套；注意与带电体的安全距离；测量电动机电流时仅钳入电源一根相线，如测量值太小（钳形电流表已换到最小量程）；可将导线绕几圈放入钳口测量，然后将测量结果除以放进钳口内的导线根数；如测量时有杂音，可将钳口打开一下再闭合即可消除；测量完毕应将量程放于最大量限，防止再次使用时未转换量程而损坏电表；不宜用钳形表去测裸导体中的电流。
28.电动机绝缘电阻是怎样测量的，有哪些测量项目？应注意哪些问题？一般异步电动机绝缘电阻合格值是多少？答：1）选用兆欧表。
测量额定电压500V以下的旧电动机的绝缘电阻可选用500V兆欧表；测量额定电压500V以下的新电动机或额定电压在500V以上的电动机可选用1000V兆欧表。
2）对兆欧表进行检查。
兆欧表的外观应清洁、无破损；摇把应灵活；表针无卡死现象；各端钮齐全；测试线绝缘应良好。
将兆欧表水平放置，两支表笔分开，摇动手柄，表针指向无穷大（∞）处。
做短路试验，将两表笔短接、轻摇手柄，表指针应指零欧（0）处。
注意：做兆欧表短路试验时，表针指零后不要继续摇手柄，以防损坏兆欧表；不能使用双股绝缘导线或绞型线做测量线，以避免引起测量误差。
3）摇测定子绕组相间绝缘。
将兆欧表水平放置，把两支表笔中的一支接到电动机一相绕组的接线端上（如U相），另一支接到电动机另一相绕组的接线端上（如V相），顺时针由慢到快摇动手柄至转速120r/min，摇动手柄1分钟，读取数据。
数据读完后，先撤表笔后停摇。
按以上方法再测U相与W相，V相与W相之间的绝缘电阻。
