《电机与控制》作业一（含习题解答）
1. 直流电机定转子各由哪些主要部件组成？各部件的主要作用
是什么？
直流电机由定子和转子两部分组成。
定子部分包括∶（1）主磁极由主极铁心和套在铁心上的励磁绕组组成，它的作用是
建立主磁场。（2）换向（附加）极由换向极铁心和套在上面的换向极绕组组成，用来改善直流电机的换向。（3）电刷装置由电刷、刷握和汇流条组成，它是将直流电引入或引出电枢的装置。（4）机座即电机定子外壳，起固定与支撑的作用，同时又是主磁路的一部分。（参照教材图1-1）
2. 直流电机铭牌上的额定功率、额定电压、额定电流，对于发电机和电动机各指什么？
直流电机的铭牌数据∶对发电机额定功率指能够输出的最大电功率，额定电压和额定电流指输出的最高电压和最大电流（P N=U N I N）；而对电动机额定功率指能够输出的最大机械功率，额定电压和额定电流指允许输入的最高电压和最大电流（P N=U N I NηN）。
3. 直流电机有哪几种励磁方式？不同励磁方式的电动机如何实现反转？
直流电机的励磁方式分为∶他励、并励、串励、复励。单独改变励磁绕组极性或者电枢绕组极性都可使电机实现反转，如果两者极性同时改变，电机仍将沿原方向运转。
4. 什么叫电枢反应？它对电机产生哪些影响？
“电枢反应”就是电枢磁场对主磁场的影响。产生的影响包括∶使主磁场发生畸变，磁力线不再对称于磁极轴线；物理中线偏离几何中线不再重合，几何中线处磁场不再为0；削弱了主磁场。这些影响将对直流电机的正常运行产生恶劣作用，必须设法消除。
5. 串励直流电动机有哪些特点？
串励直流电动机的机械特性曲线是一条非线性的软特性，当轴上负载为0时电机转速∞，所以串励直流电动机不允许轻载工作；由于它的电磁转矩与电枢电流的平方成正比，所以起动转矩大，过载能力强；由
于电枢与励磁绕组串联，通入直流或交流电流电机都不受影响，所以在交流电源情况下亦可正常工作。
6. 直流发电机的电磁转矩与原动机的拖动转矩，电动机的感应电动势与电枢电压之间的方向相同还是相反？各有何物理意义？
直流发电机的电磁转矩与原动机输入的拖动转矩方向相反，是一对作用力和反作用力的关系。随发电机输出电流的增大，电磁转矩增大（T=C TфIa），所需的输入转矩也随着增大，才能维持输入转矩与阻转矩之间的平衡，使电机匀速运转。
直流电动机运转时功割磁场产生的感应电动势与电枢外加电压方向相反，故为反电势，它维持了电压平衡关系，限制了电枢电流的大小[Ia=（Ua-Ea）/（Ra+R L）]，不致使电动机电流过大。
7. 直流发电机的外特性受哪几个因素影响？直流电动机的转速特性受哪几个因素影响？
直流发电机的输出特性（Ua=Ea-IaRa）受转速的高低、主磁场的强弱以及电枢回路电阻大小的影响（Ea= C eфn）；直流电动机的转速特性，受外加电枢电压、通入励磁电流所建立的主磁场以及电枢回路电阻大小的影响。
8. 负载的机械特性有哪几种？负载转矩与转速之间各有什么关系？
负载的机械特性分为三大类，即恒转矩负载、恒功率负载、泵类和通风机负载。其中恒转矩负载又分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。
反抗性恒转矩负载转矩大小不变而与转速的方向永远相反。而位能性恒转矩负载大小不变方向也不变，当电机正转时，负载转矩与转速方向相反；当电机反转时，负载转矩与转速方向相同。
恒功率负载转矩的大小与转速之间成反比。（T L=K/n）
泵类和通风机负载的大小与转速的平方成正比（T L=Kn2）
9. 改变他励直流电动机的电枢电压、电枢回路电阻或励磁电流时，机械特性将如何变化？
改变他励直流电动机的电枢电压，机械特性的斜率β不变，理想空载转速n0与电压成正比变化，所以特性平行移动；增大电枢回路电阻，
n0不变，特性的斜率β随阻值正比增大，所以特性变软；减小励磁电流，主磁场减弱，n0上升，特性的斜率β也增大。
10.电动机的调速性能指标有哪些？各如何定义？
电动机的调速性能指标有∶
（1）调速范围电动机带额定负载时的最高转速与最低转速之比。
（2）调速精度（静差率）在调速范围内最低转速所对应的机械特性曲线上的额定速
降Δn N与该曲线上n0的比值。
（3）平滑性定义为相邻两级转速之比。
11. 直流发电机和电动机的功率流程图有何不同？可变损耗和不变损
耗各指什么？
直流发电机的功率流程是原动机输入机械功率，减去空载损耗，转化成电磁功率，
再减去电枢（与励磁）损耗，输出电功率。（参照教材图1-11a）直流电动机的功率流程是从电源输入电功率，减去电枢（与励磁）损耗，转化成电磁功率，再减去空载损耗，在轴上输出机械功率。（参照教材图1-11b）
可变损耗指的是电枢（与励磁）损耗，也叫铜损耗，它与电枢（励磁）电流的平方成正比。
不变损耗指的是空载磨擦损耗和铁心损耗，它们与电流大小无关。
12. 他励直流电动机为什么不允许直接起动？可采用什么方法起动？
他励直流电动机在起动时，由于转速为0，反电势亦为0[Ea=
C eфn]，电源电压全部加在电枢电阻上，电流过大，所以不允许直接起动。可以采用降低电源电压或电枢回路电阻串电阻的方法起动。
13. 决定电动机起、制动过渡过程的三要素是什么？
决定电动机起、制动过渡过程的三要素是∶起始值、稳态值和机电时间常数。
14. 如何判断电动机处于电动运行状态、发电运行状态、制动运行状态？
判断电动机的运行状态要看电磁转矩T与转速n的方向相同还是相反，电磁转矩是拖动转矩还是阻转矩；同时还要看感应电势Ea与电枢电压Ua的方向相同还是相反，感应电势是输出电势还是反电势。
电动运行状态T与n同向，T表现为拖动转矩，Ea与Ua反向，Ea表现为反电势。
发电运行状态T与n反向，T表现为阻转矩，Ea与Ua同向，Ea表现为输出电势。
制动运行状态与发电运行状态相同，只不过惯性动能或位能所发出的电没有输出，而是全部消耗在电枢回路的电阻上，变为热能散发掉。
15. 三相异步电动机的旋转磁场有哪些特点？其转速、转向、幅值和极对数各取决于什么？
三相异步电动机的旋转磁场性质如下∶
转速∶为同步速n1=60f1/P，与电源频率成正比，与定子极对数成反比。转向∶取决于输入电流的相序，电机总是由超前相向滞后相的方向旋转。
幅值大小∶基波磁势 F1=1.35W1K W1I1/P
瞬时位置∶哪相电流达正最大值时，旋转磁势的幅值恰好转到该相绕组的轴线处。
极对数∶取决于定子绕组在定子槽中的布置，或者说取决于定子绕组元件的节距。
16. 画出三相异步电动机的T型等值电路，写出基本方程式。
r1 jX1 r2’ jX2’ (1-S)r2’/S
U1
I2
I1
I0
E1=E2’
r m+jX m
17. 改变三相异步电动机定子端电压或转子回路串入电阻将使机械特性如何变化？
改变三相异步电动机定子端电压时，同步速n1不受影响，根据参数表达式可看出，临界转差的大小不变，电磁转矩的平方与电源电压成正比，所以当降低定子电压时，电动机的起动转矩和临界转矩都会成平方倍减小，这显然会对电动机的运行造成重要影响，在拖动重载时甚至无法正常工作。
当转子回路串入电阻时，同步速n1也不受影响，根据参数表达式临界转矩与转子电阻大小无关，而临界转差的大小与转子电阻成正比变化，所以串入适当电阻可以增大电动机的起动转矩，常用于三相异步电动机带重载起动。
18. 三相异步电动机有哪些起动方法？各有什么特点？
三相异步电动机的起动可以分为两大类（1）小容量电机轻载起动时电流不大可直接起动；重载时需采用特殊制造的电机，即深槽转子异步电动机或双鼠笼异步电动机，利用趋肤效应以获得大的起动转矩。（2）大容量电机轻载起动时必须降低定子端电压，以减小起动电流。常用的降压方法有定子串电阻或电抗，定子串自耦变压器，星-三角变换等；重载起动时可采用转子串电阻或者串频敏变阻器的起动方法。
19. 三相异步电动机的调速方法有哪些？各有什么优缺点？
三相异步电动机的调速方法有（1）定子调压，调速范围窄，若加转速负反馈可得到较好的调速特性。（2）定子调频，调速范围宽，调速性能好，应用越来越广。（3）转子串电阻调速，方法简单易行，但由于特性变软，低速时损耗大且运行不稳定，只用于要求不高的场合。（4）转子串电势调速也叫串级调速，是一种节能的调速方法，它将转差损耗回收加以利用，因增加设备较多，所以只适用于大功率电机的调速。（5）变极调速，利用改变定子绕组接线进行调速，无须投入其他设备，但需特殊制造电机，只有少数几级速度。（6）转差离合器调速，由于特性软，要加负反馈环节，调速性能好，但只适用于小功率电机的调速。
20. 他励直流电动机和三相异步电动机的能耗制动有什么不同？
他励直流电动机的能耗制动是将电枢电源断开，给电枢串入适当电阻，使惯性旋转的转子槽导体切割主磁场发电，即将动能转为电能，再变成消耗在转子回路电阻上的热能，同时产生制动转矩。而三相异步电
动机的能耗制动是断开定子三相电源的同时，给任意两相绕组通入一个直流电流，建立一个极性不变的磁场，使惯性旋转的转子切割这个磁场，产生制动转矩。
21.一台他励直流电动机的铭牌额定数据为∶17KW 220V 90A
1500r/min
Ra=0.376Ω，拖动恒转矩额定负载运行。求∶
（1）这台电动机固有机械特性上的理想空载点、额定工作点、堵转点的电枢电流和转速？
（2）将电枢电压降为150V，电动机的电枢电流和转速各为多少？
（3） 若把磁通减小到0.8ΦN，电动机的电枢电流和转速各变为多少？
解∶（1） CeΦN=（U N–I N Ra）/n N=（220-90×0.376）/1500=0.124
理想空载点 n0=U N/CeΦN=220/0.124=1774（r/min）；Ia=0
额定工作点n N=1500r/min；I N=90A
堵转点 n=0；I S= U N/Ra=220/0.376=585（A）
（2）Ia= I N=90A； n=（Ua-I N Ra）/ CeΦN=（150-90×0.376）/0.124=935（r/min）
（3）负载转矩不变，磁通减小20%则Ia增加20%∶Ia=1.2
I N=1.2×90=108（A）；
n=（U N-I N Ra）/ 0.8CeΦN=（220-90×0.376）/0.8×0.124=1875（r/min）
22.一台他励直流电动机的铭牌额定数据为∶13KW 220V 68.7A
1500r/min
Ra=0.224Ω，要求调速精度δ≤30%，试求∶
（1）采用电枢串电阻调速时的调速范围有多少？最低转速时串多大电阻？
（2）采用降低电枢电压调速时的调速范围有多少？最低转速时的电压为多少？
解∶ CeΦN=（U N –I N Ra）/n N=（220-68.7×0.224）/1500=0.1364 （1）n0=U N/CeΦN=220/0.1364=1613（r/min）
Δn= n0 δ=1613×0.3=484（r/min）
n min= n0-Δn=1613-484=1129（r/min）
调速范围D=n max/n min=1500/1129=1.33
R=（Δn/I N）-Ra=（484/68.7）-0.224=6.821（Ω）
（2）Δn N= I N Ra=68.7×0.224=15.4（r/min）
n0min=Δn N/δ=15.4/0.3=51.3（r/min）
n min=n0min-Δn N=51.3-15.4=35.9（r/min）
D=n max/n min=1500/35.9=41.78
Ua=Ea+I N Ra=CeΦN n min+68.7×0.224=0.1364×35.9+15.4=20.3（V）
23.一台他励直流电动机的电枢额定电压220V、额定电流74A，额定
转速1500r/min
电枢额定电动势204.6V，电机铁损耗p Fe=362W，机械磨擦损耗
p m=204W，忽略杂散损耗，求这台电动机额定运行时的电磁转矩、输入功率和效率各为多少？
解∶T N=I N Ea=74×204.6=15.14（KW）
P1=U N I N=220×74=16.28（KW）
P2= P1- p Fe- p m=16280-362-204=15.714（KW）
η= P2/ P1=15.714/16.28=0.965
24一台并励直流电动机的额定数据如下∶17KW 220V 3000r/min
88.9A
Ra=0.114Ω，励磁电阻R f=181.5Ω，忽略电枢反应，试求∶额定负载时电动机的输出转矩、电磁转矩和效率？
解∶P2N=17KW
P1=U N I N=220×88.9=19.558（KW）
η= P2/ P1=17/19.558=0.87
I f=U f/ R f=220/181.5=1.2（A）
Ia= I N- I f=88.9-1.2=87.7（A）
P M= P1-p Cuf+p Cua=19558-1.22×181.5-87.72×0.114=18.42（KW）
25.一台他励直流电动机用于起吊重物，其额定数据如下∶29KW
440V 76A
1000r/min ，Ra=0.377Ω，忽略空载损耗，负载转矩T L=0.8T N，试求∶（1） 电动机以500r/min的速度吊起重物，电枢回路需串多大电阻？
（2） 有哪几种方法可使负载以500r/min的速度下放？电枢回路各需串多大电阻？
（3） 当以500r/min的速度吊起重物时，将电枢电压突然反接，并使电流不超过2I N，最后稳定下放速度为多少？
解∶（1）CeΦN=（U N-I N Ra）/n N=（440-76×0.377）/1000=0.411 n=（U N-IaRa）/ CeΦN=（440-0.8×76×R）/0.411=500 R=（440-0.411×500）/0.8×76=3.857（Ω）
电枢回路需串电阻∶3.857-0.377=3.48（Ω）
（2）采用倒拉下放重物∶
-500=（440-0.8×76×R）/0.411
R=（440+0.411×500）/0.8×76=10.6（Ω）
电枢回路需串电阻10.6-0.377=10.223（Ω）
采用能耗下放重物∶
-500=-0.8×76×R/0.411
R=0.411×500/0.8×76=3.38（Ω）
电枢回路需串电阻3.38-0.377=3.003（Ω）
（3）R=（CeΦN n+
U N）/2I N=（0.411×500+440）/2×76=4.247（Ω）
n=（-U N-IaRa）/CeΦN=（-440-
0.8×76）/0.411=-1218（r/min）
26.一台三相四极异步电动机，150KW 380V/50HZ 1460r/min，过载能力λ=3.1，求这台电动机的固有机械特性。
解∶固有机械特性的四个特殊点
（1） 同步点 T=0，S=0，
n1=60f1/P=60×50/2=1500（r/min）
（2） 额定工作点n N=1460 r/min，
S N=（n1- n N）/ n1=（1500-
1460）/1500=0.0267
T N=9.55P N/
n N=9.55×150×103/1460=981（NM）
（3）临界点 T m=λT N=3.1×981=3041（NM）
(4) 起动点 n=0,S=1,
27.一台三相四极异步电动机，10KW 380V/50HZ 21.6A，定子绕组Y接，额定运行时，定子铜耗p Cu1=557W，转子铜耗p Cu2=314W，铁耗
p Fe=276W，机械磨擦损耗p m=77W，附加损耗p S=200W，试求其额定转速、输出转矩和电磁转矩各为多少？
解∶P M=P2+ p S+ p m+ p Cu2=10000+200+77+314=10591
S N= p Cu2/ P M=314/10591=0.03
n1= 60f1/P=60×50/2=1500（r/min）
n N= n1(1-S N)=1500(1-0.03)=1455（r/min）
T N=9.55P N/ n N=9.55×10×103/1455=65.66（NM）
T M=9.55P M/ n1=9.55×10591/1500=67.46（NM）
28.一台三相六极异步电动机，28KW 380V/50HZ 950r/min
cos1N=0.88，定子铜耗、铁耗共2.2KW，机械损耗 1.1KW，忽略附加损耗。试求其额定运行时的转差率、转子铜耗、效率、定子电流、转子电流的频率？
解∶n1=60f1/P=60×50/3=1000（r/min）
S N=（n1- n N）/ n1=（1000-950）/1000=0.05
p Cu2= S N P M=S N(P m+P2)/(1-S N)=0.05(1.1+2.8)/(1-0.05)=1.53（KW）
P M= p Cu2/ S N=1.53/0.05=30.6（KW）
η= P2/ P1=28/(30.6+2.2）=0.854
I1=P1/√3U1COSφ=32.8/√3×380×0.88=56.68（A）
f2= S N f1=0.05×50=2.5（HZ）
29.某绕线转子异步电动机的额定数据为∶5KW 960r/min
380V/50HZ 14.9A E2N=164V, I2N=20.6A，λ=2.3，定子绕组Y接，拖动恒转矩负载T L=0.75 T N，采用反接制动停车，要求起始制动转矩为1.8 T N，，求转子每相需串入多大电阻？
解∶S N=（n1- n N）/ n1=（1000-960）/1000=0.04
r2= S N E2N/√3I2N=0.04×164/√3×20.6=0.184（Ω）
解出 S=0.029 n= n1(1-S)=1000（1-0.029）
=972（r/min）
S’=（- n1- n）/-n1=（-1000-972）/-1000=1.972
R=[(S m’/S m)-1] r2=[(4.088/0.175)-1] ×0.184=4.11（Ω）
第二章 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势 P25 2. 如果图2 - 1中的电枢反时针方向旋转， 试问元件电势的方向和 A 、 B 电刷的极性如何 P7 3. 为了获得最大的直流电势， 电刷应放在什么位置 的电刷放在磁极轴线上 P 9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上， 上, 如图2 - 29 输出特性的影响。 6. 具有16个槽， (1) (2) (3) (4) 会出现什么问题 为什么端部对称的鼓形绕组 负载电阻不能小于给定值 而在偏离几何中性线 分析在此情况下对测速机正、 （见图2 - 3） P23 a 角的直线 反转的 所示，试综合应用所学的知识， (提示：在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 16个换向片的两极直流发电机结构如图 2 - 30所示。 试画出其绕组的完整连接图； 试画出图示时刻绕组的等值电路图； 若电枢沿顺时 针方向旋转， 试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性； 如果电刷不是位于磁极轴线上， 例如顺时针方向移动一个换向片的距离, ~魚、—_A 2~A__4<5~~p- L 5 卫 J _臂駅 --- W.——Wv ~_W J _Wv ~VA _■- 第三章 7 8 9 10 11 12 1.直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定 答 电也电渝嘉的农示式： / _匕一凤小 直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成 正比的反电势(当=常数时) 根据转矩平衡方程式， 当负载转矩不变时， 电磁转矩不变； 加上励磁电流If 不 变，磁通①不变， 所以电枢电流Ia 也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电 动机的总阻转矩决定。 T 二T 厂兀 2.如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性 当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻 么原因 RL 时，电动机的转速就下降。 (见图3 - 33),就会发现, 试问这是什 ^发 —— 如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变, 转速变化怎样 n 而仅仅提高电枢端 尺发 1 a 发 3. 一台他励直流电动机， 电压，试问电枢电流、 答：最终电枢电流不变，转速升高 4.已知一台直流电动机， 其电枢额定电压 Ua=110 V ，额定运行时的电枢电流 la= A ,转 速n=3600 r/m in,它的电枢电阻 Ra=50 Q, 空载阻转矩T0=15 mN m 。 试问该电动机额定 负载转矩是多少
第5章 感应电机 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是 2::Cu e p P P Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 Hz 50，Hz 50，sHz 50，sHz 50 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比， 正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，Hz 1，min /720r ，Hz 2 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。
第二章 1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、 B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。 当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值? 答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，
为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。同样可以证明ea ∝n2。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图 2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示：在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 6. 具有 16 个槽， 16 个换向片的两极直流发电机结构如图 2 - 30 所示。 (1) 试画出其绕组的完整连接图； (2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图； (3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性； (4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向移动一个换向片的距离，会出现什么问题?
5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n 0=60f/p S=(n -n)/ n =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f 2=Sf 1 =0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N =1470r/min,电源频率为50H Z 。设在额定负载 下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？
因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法. ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N =2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max / T N =2.0 T max =59.6 Nm I st /I N =6.5 I st =46.8A 一般n N =(0.94-0.98)n 0 n 0=n N /0.96=1000 r/min SN= (n 0-n N )/ n 0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n 0=60*50/1000=3 ③ η=P N /P 输入 P 输入=3/0.83=3.61 5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.
第二章 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势P25 2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何P7 3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置为什么端部对称的鼓形绕组(见图2 - 3)的电刷放在磁极轴线上P9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速负载电阻不能小于给定值P23 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图 2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示：在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 6. 具有16 个槽，16 个换向片的两极直流发电机结构如图2 - 30 所示。 (1) 试画出其绕组的完整连接图； (2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图； (3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性； (4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向移动一个换向片的距离，会出现什么问题 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定 答 直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当?=常数时） 根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁转矩不变；加上励磁电流If不变，磁通Φ不变，所以电枢电流Ia也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 2. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性(见图3 - 33)，就会发现，当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻RL时，电动机的转速就下降。试问这是什么原因 3. 一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅提高电枢端电压，试问电枢电流、转速变化怎样 答：最终电枢电流不变，转速升高 4. 已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110 V，额定运行时的电枢电流Ia=0.4 A，转速n=3600 r/m in, 它的电枢电阻Ra=50 Ω，空载阻转矩T0=15 m N·m。试问该电动机额定负载转矩是多少 5. 用一对完全相同的直流机组成电动机—发电机组，它们的励磁电压均为110 V，电枢电阻 Ra=75 Ω。已知当发电机不接负载，电动机电枢电压加110 V时，电动机的电枢电流为0.12 A，绕组的转速为4500 r/m in。试问： (1) 发电机空载时的电枢电压为多少伏 (2) 电动机的电枢电压仍为110 V，而发电机接上0.5 kΩ的负载时，机组的转速n是多大(设空载阻转矩为恒值) 6. 一台直流电动机，额定转速为3000 r/m in。如果电枢电压和励磁电压均为额定值，试问该电机是否允许在转速n=2500 r/m in下长期运转为什么 答：不能，因为根据电压平衡方程式，若电枢电压和励磁电压均为额定值，转速小于额定转速的情况下，电动机的电枢电流必然大于额定电流，电动机的电枢电流长期大于额定电流，必将烧坏电动机的电枢绕组 7. 直流电动机在转轴卡死的情况下能否加电枢电压如果加额定电压将会有什么后果 答：不能，因为电动机在转轴卡死的情况小，加额定的电枢电压，则电压将全部加载电枢绕组上，此时的电枢电流为堵转电流，堵转电流远远大于电枢绕组的额定电流，必将烧坏电动机的电枢绕组。 8. 并励电动机能否用改变电源电压极性的方法来改变电动机的转向 答：不能，改变电动机的转向有两种方法：改变磁通的方向和改变电枢电流的方向，如果同
1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL 控制电机第三版课后习题答案 第二章 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? P25 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、 B 电刷的极性如何? P7 3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组(见图 2 - 3)的电刷放在磁极轴线上? P9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给 定值? P23 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图 2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示: 在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 6. 具有 16 个槽， 16 个换向片的两极直流发电机结构如图 2 - 30 所示。 (1) 试画出其绕组的完整连接图; (2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图; (3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性; (4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向移动一个换向片的距 离，会出现什么问题? 4321161514N514 a,,1A513B 6132第三章 67891011121. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答 直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势(当?=常数时) 根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁转矩不变; 加上励磁电流If 不变，磁通Φ不变，所以电枢电流Ia也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 2. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性(见图 3 - 33)，就会发现，当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻RL时，电动机的转速就下降。试问这是什么原因? RITTIn,,,,,,,,,,, La发发发电电1223. 一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅提高电枢端电压，试问电枢电流、转速变化怎样? 答:最终电枢电流不变，转速升高 4. 已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110 V，额定运行时的电枢电流Ia=0.4 A，转速n=3600 r/min, 它的电枢电阻Ra=50 Ω，空载阻转矩T0=15 mN?m。试问该电动机额定负载转矩是多少? 第2章 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。 答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？ 答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流 PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许）的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围，则在一定静态速降下，允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁 《电机与电气控制技术》第2版习题解答 第二章三相异步电动机 2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？ 答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。 2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？ 答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。 对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。 2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。 答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。 所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且n?n1。 2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？ 答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。 2-5当三相异步电动机转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？ 答：三相异步电动机转子电路开路时，电动机是不能转动的。这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流，建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割，在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。 2-6何谓三相异步电动机的转差率？额定转差率一般是多少？起动瞬间的转差率是多少？ 答：三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速n1与转子转速n之差即转速差n1?n与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即S=（n1?n）/n1。 额定转差率S N=~，起动瞬间S=1。 2-7试述三相异步电动机当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程，最终使电动机稳定运行在更低转速下。 答：三相异步电动机原稳定工作在n A转速下运行，当机械负载增加时，由于负载转矩大于电磁转矩，电动机转速n将下降，由于n的下降，使转子导体切割定子磁场运动加大。转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大，直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速n B下运动，且n B?n A。 2-8当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？ 答：当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通，而当定子绕组外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常数。为此，定子 控制电机复习题答案111 一、填空题 1. 控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，如要求运行可靠 动作迅速准确度高等。 2. 单相异步电动机的类型主要有反应式永磁式磁滞式 3. 磁滞式同步电动机最突出的优点是能够自启动而且启动转矩很大。 4. 40齿三相步进电动机在双三拍工作方式下步距角为3，在单、双六拍工作方式下步距角为 1.5。 5. 交流伺服电动机的控制方式有变极变频变转差率。 6. 自整角机是一种能对角度偏差自动整步的感应式控制电机，旋转变压器是一种输出电 压随角度变化的信号元件，步进电动机是一种把脉冲信号转换成角位移或直线位移的执行元件，伺服电动机的作用是将输入电压信号转换为轴上的角位移或角速度输出。 7. 无刷直流电动机转子采用永磁体，用电子开关线路和位置传感器组成的电子换向器 取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷。 8. 直线电机按照工作原理来区分，可分为直线感应电机、直线直流电机和直线同步电机 三类。 9. 自整角机是一种能对角度偏差自动整步的感应式控制电机，它通过电的方式在两个或 两个以上无电联系的转轴之间传递角位移或使之同步旋转。 10.光电编码器按编码原理分有绝对式和增量式两种。 11.异步测速发电机性能技术指标主要有线性误差、相位误差、剩余电压和输出斜率。 12 同步电动机转子上的鼠笼绕组可起启动和阻尼作用。 13.小功率同步电动机可分为反应式永磁式磁滞式等。 14.反应式电磁减速同步电动机定转子齿数应满足_______，转速公式为_______；励磁式电 磁减速同步电动机定转子齿数应满足_______，转速公式为_____。 15. 电机产生过度过程的主要原因是电机中存在两种惯性：机械电磁。 16. 罩极式单相异步电动机的旋转方向总是固定不变的由罩住的部分向未罩住的方向旋转。 17.直流伺服电动机的电气制动有能耗回馈反接。 二、选择题 1．伺服电动机将输入的电压信号变换成（ D ），以驱动控制对象。 A.动力 B.位移 C.电流 D.转矩和速度 2.交流伺服电动机的定子铁芯上安放着空间上互成（ B ）电角度的两相绕组，分别为励磁绕组和控制绕组。 A.0o B. 90o C. 120o D.180o 3.为了减小（ C ）对输出特性的影响，在直流测速发电机的技术条件中，其转速不得超过规定的最高转速。 A.纹波 B.电刷 C.电枢反应 D.温度 4.在交流测速发电机中，当励磁磁通保持不变时，输出电压的值与转速成正比，其频率与转速（ D ）。 A.正比 B.反比 C.非线性关系 D.无关 5.影响交流测速发电机性能的主要原因是（ B ）。 A.存在相位误差 B.有剩余电压 C.输出斜率小 D.以上三点 6.步进电机是利用电磁原理将电脉冲信号转换成（ C ）信号。 A.电流 B.电压 C. 位移 D.功率 控制电机与特种电机课后答案第4章思考题与习题 1. 旋转变压器由_________两大部分组成。( ) A.定子和换向器 B.集电环和转子 C.定子和电刷 D.定子和转子 2. 与旋转变压器输出电压呈一定的函数关系的是转子( )。 A.电流 B. 转角 C.转矩 D. 转速 3(旋转变压器的原、副边绕组分别装在________上。( ) A(定子、转子 B.集电环、转子 C.定子、电刷 D. 定子、换向器 4(线性旋转变压器正常工作时，其输出电压与转子转角在一定转角范围内成________。 5、试述旋转变压器变比的含义, 它与转角的关系怎样? 6、旋转变应器有哪几种?其输出电压与转子转角的关系如何, 7、旋转变压器在结构上有什么特点?有什么用途。 8、一台正弦旋转变压器，为什么在转子上安装一套余弦绕组?定子上的补偿绕组起什么作用? 9、说明二次侧完全补偿的正余弦旋转变压器条件，转子绕组产生的合成磁动势和转子转角α有何关系。 10、用来测量差角的旋转变压器是什么类型的旋转变压器? 11、试述旋转变压器的三角运算和矢量运算方法. 12、简要说明在旋转变压器中产生误差的原因和改进方法。 答案 1. D 2. B 3. A 4. 正比 5. 旋转变压器的工作原理和一般变压器基本相似，从物理本质来看，旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。区别在于对于变压器来说，其原、副边绕组耦合位置固定，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原、副边绕组分别放置在定、转子上，由于原边、副边绕组间的相对位置可以改变，随着转子的转动，定、转子绕组间的电磁耦合程度将发生变化，电磁精确程度与转子的转角有关，因此，旋转变压器能将转角转换成与转角成某种函量关系的信号电压。输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。 6. 按着输出电压和转子转角间的函数关系，旋转变压器主要可以分:正、余弦旋转变压器(代号为XZ)和线性旋转变压器(代号为XX)、比例式旋转变压器(代号为XL)，矢量旋转变压器(代号为XS)及特殊函数旋转变压器等。其中，正余弦旋转变压器当定子绕组外加单相交流电流激磁时其输出电压与转子转角成正余弦函数关系;线性旋转变压器的输出电压在一定转角范围内与转角成正比，线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种;比例式旋转变压器则在结构上增加了一个固定转子位置的装置，其输出电压也与 转子转角成比例关系。 按旋转变压器在系统中用途可分为解算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。根据数据传输用旋转变压器在系统中的具体用途，又可分为旋变发送机(代号为XF)，旋变差动发送机(代号为XC)，旋变变压器(又名旋变接收器)(代号为XB)。 若按电机极对数的多少来分, 可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。采用多极对是为了提高系统的精度。 第2章 直流测速发电机 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连续旋转， 导体ab 和cd 轮流交替地切割N 极和S 极下的磁力线， 因而ab 和cd 中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用， 无论线圈转到什么位置， 电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接， 如电刷A 始终与处在N 极下的导体相连接， 而处在一定极性下的导体电势方向是不变的， 因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转， 试问元件电势的方向和A 、 B 电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N 极下导体ab 中电势的方向由b 指向a ，S 极下导体cd 中电势由d 指向c 。电刷A 通过换向片与线圈的a 端相接触，电刷B 与线圈的d 端相接触，故此时A 电刷为正，B 电刷为负。 当电枢转过180°以后，导体cd 处于N 极下，导体ab 处于S 极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a 到d ，此时d 为正，a 为负，仍然是A 刷为正，B 刷为负。 3. 为了获得最大的直流电势， 电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组(见图 2 - 3)的电刷放在磁极轴线上? P9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值? 答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL 正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，eL 必正比转速的平方，即eL ∝n2。同样可以证明ea ∝n2。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。 6. 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答; 直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当?=常数时） 根据转矩平衡方程式， 当负载转矩不变时， 电磁转矩不变； 加上励磁电流If 不变， 磁通Φ不变， 所以电枢电流Ia 也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 2. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性(见图 3 - 33)， 就会发现， 当其他条件不变， 而只是减小发电机负载电阻RL 时， 电动机的转速就下降。 试问这是什么原因? 122L a R I T T I n ↓?↑?↑?↑?↑?↓发发发电电12N a =- 控制电机课后答案 第二章 1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2.如果图2-1中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。 3.为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置?为什么端部对称的鼓形绕组(见图2-3)的电刷放在磁极轴线上? 答：放在磁极轴线上。 具体见P9-10 4.为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速?负 载电阻不能小于给定值? 答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的 去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远， 线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流 测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能 低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而 且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期 越短；e L正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，e L必正比转速的平方，即e L∝n2。同样可以证明e a∝n2。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。 5.如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图2-29所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示：在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 思路：假设是逆时针转，图见P7图2-1。 本来中性面是没有切割磁感线的，但是现在偏一个角，虽然还是没有切割磁感线但是却有电流通过，根据右手定则判断在偏角直线产生的感应磁场与原来的磁场方向相比较判断影响。 6.具有16个槽，16个换向片的两极直流发电机结构如图2-30所示。 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础 2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速，T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为 什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据 折算前后动能不变的原则？ 因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的 额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如 减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运 动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分 的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω 2 异步电机例题与解答 第三篇 异步电机例题 一、 填空 1. 如果感应电动机运行时转差率为s ，则电磁功率、机械功率和转子铜耗 之间的比例是 2::Cu m em p P P = 。 答 1：(1-s )：s 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于50HZ 的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为S ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50HZ ，50HZ ，50S HZ ，50S HZ ， 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时S m = ,转子总电阻值约为 。 答 1， 21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率S = ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率50HZ ，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，1HZ ，720r /min ，2HZ 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率P 1与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为n 1，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与n 1反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法 有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为60HZ 的三相感应电动机，用在频率为50HZ 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 答 265??? ??，265?? ? ?? 11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。 答 []22111121 1)X X (R R f 4pU m '+++π 12. 一台三相异步电动机的额定功率N P 是指额定运行时的 功率，如果撤换其定子绕组，将每相匝数减小了，在电源电压不变的条件下，气隙中的每极磁通将 。 答 输出的机械功率，减小 第一章 变压器 1-1在分析变压器时，对于变压器的正弦量电压、电流、磁通、感应电动势的正方向是如何规定的？ 答：1）电源电压。 U 正方向与其电流。 I 正方向采用关联方向，即两者正方向一致。 2）绕组电流。 I 产生的磁通势所建立的磁通。 φ，这二者的正方向符合右手螺旋定则。 3）由交变磁通φ产生的感应电动势产，二者的正方向符合右手螺旋定则，即它的正方向与产生该磁通的电流正方向一致。 1-2 变压器中的主磁通和漏磁通的性质和作用是什么？ 答：交变磁通绝大部分沿铁心闭合且与一、二次绕组同时交链，这部分磁通称为主磁通。 φ；另有很少的一部分磁通只与一次绕组交链，且主要经非磁性材料而闭合，称为一次绕组的漏磁通。 σφ1。根据电磁感应定律，主磁通中在一、二次绕组中分别产生感应电动势? 1E 和2?E ；漏磁通。 σφ1；只在一次绕组中产生感应电动势 1σ? E ，称为漏磁感应电动势。二次绕组电动势2? E 对负载而言即为电源电动势， 其空载电压为20? U 。 1-3 变压器空载运行时，空载电流为何很小？ 答：变压器空载运行时，原边额定电压不仅降落在原边电阻r 1上，而且还有漏磁压降，还有主磁通产生的压降，由于-? 1E 很大，或者说Z m =r m +jx m 很大，致使励磁电流很小。 1-4 一台单相变压器，额定电压为220V ／110V ，如果将二次侧误接在220V 电源上，对变压器有何影响？ 答 副边励磁电流将非常非常大。因为原边接额定电压时主磁通φm 为设计值，铁心磁路接近饱和，最大磁密B m 接近饱和值；这时副边电压为U 2≈E 2，即E 2=110V 。不慎把到边接到220V 时，副边漏阻抗也很小，电压与电势近似相等，因此有E 2≈U 2＝220V ，与原边接220V 时相比，副边电势大小增大到原来的二倍。我们知道，E 2＝4.44fw 2φm 因此φm 也增大到原来的二倍，磁密B m 也增大到原来的二倍。正常运行时B m 已到了磁化曲线的拐弯点，B m 增加一倍，励磁磁动势将急剧增加，励磁电流由副边提供，励磁电流非常大，会数倍于额定电流。 l-5一台单相变压器，额定容量S N ＝250kV ·A ，额定电压U 1N ／U 2N ＝10kV ／0.4kV ，试求一、二次侧额定电流为I 1N 、、I 2N 。 解：原边额定电流 I 1N =S N /U 1N =250/10=25A 副边额定电流控制电机第三版课后习题答案
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