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第九章继电-接触器控制思考题解答9-1-1一个复合按钮的动合触点和动断触点有可能同时闭合或同时断开吗？[答]由教材图9-1-5复合按钮的结构可知，当按钮被按下，动触片移动时，是先断开动断触点，后接通动合触点的，在动触片移动的过程中有一段很短的时间内动断触点和动合触点是同时断开的；当松开按钮时，是动合触点先复位断开，然后动断触点再复位闭合，中间也有一段很短的时间内动断触点和动合触点是同时断开的。
所以复合按钮的动断触点和动合触点只可能同时断开，而不可能同时闭合。
9-2-1 能否直接用按钮来控制三相笼型异步电动机主电路的通/断？为什么？[答]不能，理由有二：1. 三相笼型异步电动机主电路有三根电线，需用三只按钮同步控制，显然不合适；2. 按钮触点的允许通过电流一般不超过5A，而三相异步电动机的额定电流一般都超过此值，起动电流则更大。
9-2-2 在图9-1的电动机起、停控制控制电路中已装有接触器ＫＭ，为什么还要装一个隔离开关ＱS？它们的作用有何不同？图9-1[答] 接触器ＫＭ是控制电动机起、停的电器，而刀开关ＱS是隔离开关，它的作用是在检修时隔离电源以保安全，两者不能互相替代。
9-2-3 在图9-1中，如果将隔离开关QS下面的三个熔断器改接到隔离器上面的电源线上是否合适？为什么？[答]通常熔断器安装在刀开关的下方，是为了在更换熔丝时便于与电源隔离以确保安全，如果将刀开关下面的三个熔断器改接到刀开关上面的电源线上，则在更换熔丝时将带电操作，因此从安全方面考虑是不合适的。
9-2-4 按图9-1所示的三相异步电动机起、停控制电路接好线，通电操作时如果出现以下两种情况，试分析问题可能出在哪部分：(1) 按下起动按钮SBst ，接触器KM已经动作，但电动机不转或转得很慢并发出嗡嗡声；(2)当电动机已经起动后，松开起动按钮SBst ，电动机不能继续运转。
[答] (1) 按下起动按钮SBst，接触器ＫＭ已经动作，说明控制电路正常，但电动机不转或转得很慢并发出嗡嗡声.，说明三相电动机未通电或处于单相运行状态，可见问题出在主电路，可能是主电路中未接控制电路一相（图9-1中的L1相）的熔断器熔断，或是主电路中某处线路未接好或接触不良。
电机设计复习重点和课后答案（世坤第二版）第二章1电机的主要尺寸是指什么？[P9]它们由什么决定？[P12]答：电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。
对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对于一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子径。
它们由计算功率P ’决定。
2电机的主要尺寸间的关系是什么？[P10]根据这个关系式能得出哪些重要结论？[P12]答：电机的主要尺寸间的关系是D 2l ef n/P ’=6.1/(αp ’K Nm K dp AB δ).根据这个关系式得到的重要结论有:①电机的主要尺寸由其计算功率P ’和转速n 之比P ’/n 或计算转矩T所决定;②电磁负荷A 和B δ不变时，相同功率的电机，转速较高的，尺寸较小；尺寸相同的电机，转速较高的，则功率较大。
这说明提高转速可减小电机的体积和重量。
③转速一定时，若直径不变而采取不同长度，则可得到不同功率的电机。
④由于极弧系数αp ’、 K Nm 与K d 的数值一般变化不大，因此电机的主要尺寸在很大程度上和选用的电磁负荷A 和B δ有关。
电磁负荷选得越高电机的尺寸就越小。
第三章3磁路计算的目的?[P23]答：磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，并进而计算励磁电流以与电机的空载特性。
通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择是否适宜。
4磁路计算所依据的基本原理？[P23] 答：磁路计算所依据的基本原理是安培环路定理⎰l d H =∑I 。
积分路径沿着磁场强度矢量取向（磁力线），则⎰=dl H ∑I 。
等式左边为磁场H 在dl 方向上的线积分；所选择的闭合回路一般通过磁极的中心线，等式右边为回路包围的全电流，即等于每对极的励磁磁势。
5电机的磁路可分为几段进行？[P23]为什么气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例？答：电机的磁路可分为如下各段：1）空气隙；2）定子齿（或磁极）；3）转子齿（或磁极）；4）定子轭；5）转子轭。
《电机与变压器》教学大纲一、课程的介绍本课程是电工专业班级的专业课程。
主要内容包括变压器分类、结构和原理，变压器绕组的极性测定与连接，变压器并联运行、维护和检修，特殊用途的变压器，三相异步电机的基础知识，三相异步电机的运行，单相异步电动机，直流电动机，三相同步电机，特种电机等。
二、教学目的知识目标：1.掌握变压器的结构工作原理；2.变压器的连接与运行；3.掌握常用变压器、直流电动机的结构、工作原理、主要特性和适用维护的知识；4.培养学生对电机、变压器进行一般检测和一般故障分析的能力。
能力目标：1.具备查阅产品样本与手册，合理选择电动机的能力；2.能够对照绕组展开图熟练进行端部接线，掌握电机的拆装工艺；3.具有常用电动机故障分析的能力。
综合素质：1.培养主动学习、自我发展以及团队协作的能力；2.具备综合分析、解决实际问题的能力；3.开拓创新的能力；三、教材和参考书教材：《电机与变压器》（第五版），中国劳动社会保障出版社,2014年参考书：1．《电机与变压器》郑立冬，人民邮电出版社,2008年2．《电机与变压器》于磊，高等教育出版社,2008年3.《电机与变压器》（第四版），中国劳动社会保障出版社,2008年四、学时分配五、课程结构和教学内容第一单元变压器的分类、结构和原理要点：1.电机在电能产生、传输、转换中的作用2.了解电机的发展概况本单元的任务和要求:1-1 变压器的分类和用途1-2 变压器的结构与冷却方式1-3 变压器的原理1-4 实训变压器的空载试验与短路试验第二单元变压器绕组的极性测定与连接要点：1.了解并掌握变压器的极性、连接方法2.了解并掌握铭牌参数信息本单元的任务和要求:2-1 单相变压器绕组的极性测定2-2 三相变压器绕组的连接2-3 电力变压器的铭牌参数2-4 实训：单相变压器绕组极性测定（直观法、仪表测试法）第三单元变压器并联运行、维护和检修要点：1.了解并掌握变压器运行方法2.了解并掌握变压器的维护与维修技术本单元的任务和要求:3-1 三相变压器的并联运行3-2 变压器的维护及检修第四单元特殊用途的变压器要点：1.了解并掌握各种变压器本单元的任务和要求:4-1 自耦变压器4-2 仪用变压器4-3 电焊变压器第五单元电动机的基础知识要点：1.了解并掌握电动机种类、用途2.了解并掌握电动机结构、铭牌及拆装本单元的任务和要求:5-1 电动机的种类和用途5-2 异步电动机的结构5-3 实训：三相异步电动机的拆装5-4 三相异步电动机的工作原理5-5 电动机的铭牌和型号5-6 三相异步电动机绕组第六单元三相异步电动机的运行要点：1.了解并掌握三相异步电机启动、调速2.了解并掌握三相异步电动机反转本单元的任务和要求:6-1 三相异步电动机的启动6-2 三相异步电动机的调速（变极、变转差率、变频调速）6-3 三相异步电动机的反转与制动6-4 实训：三相异步电动机的启动、反转和制动试验第七单元单相异步电动机要点：1.了解并掌握单相异步电机原理、结构2.了解并掌握单相异步电机运行、常见故障本单元的任务和要求:7-1单相异步电动机的原理、结构及分类7-2单相异步电动机的运行7-3 单相异步电动机的常见故障及处理7-4 小功率三相电动机改为单相电动机运行第八单元直流电动机要点：1.了解并掌握直流电机原理、结构2.了解并掌握直流电机运行、性能本单元的任务和要求:8-1 直流电动机的原理、构造、分类及铭牌8-2 直流电动机基本性能分析8-3 直流电动机运行8-4 直流电动机逆运行8-5 实训：直流他励电机试验第九单元三相同步电机要点：1.了解并掌握同步发电机原理、构造2.了解并掌握同步电动机原理、启动本单元的任务和要求:9-1 同步发电机的工作原理9-2 同步发电机的基本结构及应用9-3 同步电动机的工作原理和启动方法9-4 同步电动机功率因数的调整、同步补偿机第十单元特种电机要点：熟悉各种发电机、电动机本单元的任务和要求:10-1 测速发电机10-2 伺服电动机10-3 步进电动机10-4 永磁电机10-5 直线电动机10-6 超声波电动机。
《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、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。
（×）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。
（√）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。
（×）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。
（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。
（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。
（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、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。
升高（）。
（2）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U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。
三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、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。
换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。
电动机技术发展现状、工作原理和运行维护摘要: 近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。
由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。
电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。
本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理和电动机的运行维护。
关键词技术现状工作原理运行维护目录1 摘要———————————————————12引言———————————————————3 3第一章电动机分类、发展现状及未来—————51.1电动机分类—————————————51.2电动机技术发展现状—————————61.3电动机的未来————————————94第二章电动机的工作原理—————————102.1 三相异步电动机的结构及工作原理———102.2 三相异步电动机的用途—————————14 5第三章电动机的运行维护—————————163.1 电动机启动前的准备—————————16 3.2 启动时应注意的问题—————————17 3.3 电动机运行中的监视—————————18 3.4电动机的定期检查和保养———————20 6 结论————————————————————22引言电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。
常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。
电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。
从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。
1 / 1 第9章 小功率同步电动机 9.1 概述 直流和交流伺服电动机的转速是随电机轴上所带的负载阻转矩或者加在控制绕组上的信号电压的改变而变化的。但是在有些控制设备和自动装置中，往往要求电动机具有恒定不变的转速，即要求电动机的转速不随负载和电压的变化而变化。同步电动机就是具有这种特性的电动机。 目前，功率从零点几瓦到数百瓦的各种同步电动机，在需要恒速运转的自动控制装置中得到了广泛的应用。例如它们用于自动和遥控装置，无线电通讯设备，同步联络系统，磁带录音和钟表工业等。 小功率同步电动机是交流电动机，在结构上主要也是由定子和转子两部分组成的。当定子三相或两相绕组通入三相或两相电流时，电机中就会产生旋转磁场。旋转磁场的转速即为同步转速，以下式表示：
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罩极式定子旋转磁场的产生
A—工作绕组； B—短路环 图9 – 1 罩极式电动机的定子 (a) 两极； (b) 四极 图9 - 2 罩极式电动机的磁通及其相量图 图9-3 磁通的分解 9.2 永磁式同步电动机
图 9 - 4 永磁式同步电动机的工作原理 旋转磁场以同步速ns朝着图示的转向旋转时，根据N极与S极互相吸引的道理，定子旋转磁极就要与转子永久磁极紧紧吸住，并带着转子一起旋转。由于转子是由旋转磁场带着转的，因而转子的转速应该与旋转磁场转速(即同步速 ns)相等。当转子上的负载阻转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间
的夹角θ就会相应增大；当负载阻转矩减小时，夹角又会减小。 两对磁极间的磁力线如同弹性的橡皮筋一样。尽管负载变化时，定、转子磁极轴线之间的夹角会变大或变小，但只要负载不超过一定限度，转子就始终跟着定子旋转磁场以恒定的同步速ns转动，即转子转速为
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永磁式同步电动机启动比较困难
图9 – 5 永磁式同步电动机的起动转矩 综上所述，影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有下面两个方面： (1) 转子本身存在惯性； (2) 定、转子磁场之间转速相差过大。 为了使永磁式同步电动机能自行起动，在转子上一般都装有起动绕组。但如果电动机转子本身惯性不大，或者是多极的低速电机，定子旋转磁场转速不很大， 那末永磁式同步电动机不另装起动绕组还是会自己起动的。 图 9 - 6 永磁式同步电动机转子结构 Surface PM Motor with No Rotor Saliency Inset PM Motor with Teeth Between Magnets to Create Rotor Saliency Interior PM Machine Magnetic field in the cross-section of a 3-phase 9-slot 6-pole electronically
controlled IPM motor. Coils are wound around every tooth and inter-connected to produce a concentrated type winding. Interior PM Motor with Rotor Saliency via a Single Flux Barrier
Interior PM Motor with Multiple Flux Barrier Rotor Saliency Interior PM Motor with Rotor Saliency via a Single Flux Barrier -and a Squirrel Cage Winding for Starting Stator and cut-away rotor for a 2-pole line-fed IPM motor, which operates at synchronous speed without electronic controls. The rotor includes a squirrel cage and PMs
随着永磁材料性能的不断提高，高性能低价格永磁材料(如钕铁硼)的出现， 使永磁式同步电动机的应用范围更加扩大。与其它型式同步电动机相比，它出力大，体积小，耗电小，结构简单、可靠，因而已成为同步电动机中最主要的品种。 目前功率从几瓦到几百瓦，甚至是几个千瓦的永磁同步电动机在各种自动控制系统中得到广泛的应用。 9.3 反应式同步电动机
9.3.1 工作原理 反应式同步电动机又称为磁阻电动机。这种电机的转子本身是没有磁性的， 只是依靠转子上两个正交方向磁阻的不同而产生转矩(这种转矩一般称为反应转矩)的。图9 - 7所表示的凸极转子就是这种转子。
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图9 – 7 反应式同步电动机的工作原理 与永磁式同步电动机一样，反应式同步电动机的起动也比较困难。反应式同步电动机转子
1—鼠笼条； 2—铁心 图 9 - 12 反应式同步电动机转子
9.4 磁滞式同步电动机 9.4.1 作用原理 1）软磁材料 矫顽力小于100A/m 作为导磁部件构成磁路：定转子冲片等 2）半硬磁材料 矫顽力小于100-1000A/m 磁滞材料：磁滞电机 3）硬磁材料 矫顽力大于1000A/m 作为磁源：永磁材料 磁滞同步电动机结构上的主要特点在于它的转子铁心不是用一般的软磁材料，而是用硬磁材料做成的。这种硬磁材料具有比较宽的磁滞回环，也就是说， 它的剩余磁感应Br及矫顽磁力Hc要比软磁材料大，单位场强的比磁滞损耗比较大，如图9 - 13所示。
图9 – 13 铁磁材料的磁滞回环 图9 - 14表示一个用硬磁材料做成的圆柱形转子放在一般的异步电动机定子之中，定子所产生的旋转磁场用一对N - S磁极来表示。当旋转磁场以同步速相对于转子旋转时，转子的每一部分都要被交变地磁化，转子中所有磁分子将跟着旋转磁场的方向进行排列。如果在开始瞬间，转子磁分子排列的方向与旋转磁场轴线的方向一致，如图9 - 14(a)所示(为了清楚起见，图中只画出两个磁分子)，此时定子磁场与转子之间只有径向力F，不产生转矩。当旋转磁场相对转子转动以后，转子磁分子也要跟随旋转磁场方向转动。可是，由于转子是由硬磁材料做成的，它的剩余磁感应Br及矫顽磁力Hc比较大，磁分子之间具有很大的 摩擦力， 因此，磁分子在转动时便不能立即随着旋转磁场方向转过同样的角度，而要落后一个角度 θ。这样，所有磁分子产生的合成磁通，也就是转子磁通，就要落后定子旋
转磁场一个角度θ，如图9 - 14(b)所示。根据N极与S极互相吸引的道理， 在转子上就要受到一个力F的作用。这个力可以分解为一个径向力Fn和一个切向力Ft。其中切向力Ft就产生了磁滞转矩，用TZ表示，在它的作用下，转子就跟随着定子旋转磁场转动起来。
图9 – 14 磁滞同步电动机的工作原理 由此可见，磁分子轴线落后于旋转磁场轴线一个角度θ是产生磁滞转矩的根本原因，这个角度通常称为磁滞角。显然，磁滞角θ的大小与定子磁场相对于转子的速度无关，它决定于转子所用的硬磁材料的性质。因而当转子在低于同步速ns运转时(常称异步状态运行)，不管转子转速如何，在定子旋转磁场的反复磁化下，转子的磁滞角θ都是相同的，因此所产生的磁滞转矩TZ也与转子转速无关。 在异步状态运行时，磁滞转矩的机械特性是一条与横轴平行的直线，如图9 - 15所示。 磁滞同步电动机如果在磁滞转矩的作用下起动并到达同步速运行(称为同步状态运行)，转子相对旋转磁场就不动，也不再被交变磁化，而是被恒定地磁化。 这时，转子类似一个永磁转子，转子磁通的轴线与定子磁场的轴线之间的夹角不是固定不变，而是可以变化的了。当电机轴上的负载阻转矩为0时，被磁化了的转子所产生的磁通轴线与定子磁场的轴线重合，电机不产生转矩。当负载阻转矩 增大时，电机就要瞬时减速，定、转子两个磁场间的夹角增大，电机产生的转矩也增大，再与负载阻转矩相平衡以同步速运转。这种转矩平衡的情况与永磁式同步电机运行时完全相同。 除了磁滞转矩以外，当转子低于同步速运行时，转子和旋转磁场之间存在相对运动，这时，磁滞转子也要切割旋转磁场而产生涡流；转子涡流与旋转磁场互相作用就产生涡流转矩，用TB表示。这种涡流转矩的性质与交流伺服电动机产生的转矩完全相同。涡流转矩随着转子转速的增加而减小；当转子以同步速旋转时，涡流转矩为0，其机械特性如图9 - 16所示。涡流转矩能增加启动转矩。但在磁滞电动机中，由于转子是硬磁材料，涡流转矩与磁滞转矩相比一般是非常小的。
图9 - 15 磁滞转矩的机械特性 图 9 - 16 涡流转矩的机械特性
图9 - 17 磁滞同步电动机的机械特性
磁滞同步电动机最可贵的特性是具有很大的起动转矩，因而它不要附设任何
起动绕组就能很快自己起动。这是磁滞同步电动机与其它类型同步电动机相比所具有的一个最大优点。 磁滞同步电动机主要应用于电钟、电唱机、无线电通讯设备、自动记录仪器， 以及录音、传真、自动及遥控装置等，功率从分瓦到200 W，其中功率小的(50 W以下)应用得更为广泛。 9.5 电磁减速式同步电动机
在许多自动装置中，需要低转速大转矩的驱动电机(例如需要转速为每分钟几十到上百转)。但是一般的同步电动机，它们的转速都等于同步速，即n=60f/p。 由于结构和性能上的限制，电机的极数不能做得很多(通常都小于10)，因此电机的转速就比较高；为了获得低转速，就要通过齿轮机构减速。这样，由于增加了齿轮机构，不但使传动系统变得复杂，效率降低，增大了传动装置的体积和重量，而且由于齿轮间不可避免地存在着间隙和磨损，就会产生噪音、振动，甚至使运转不平稳。为了克服齿轮减速机构带来的缺点，目前国内外广泛应用各种类型的低速电动机。这类电机不需用齿轮减速，当频率为50 Hz时，从电机的输出轴上就可以得到每分钟几十转的低速，因而特别适用于需要低速转动的装置中。 9.5.1 反应式电磁减速同步电动机
图9 – 20 反应式电磁减速同步电动机 当旋转磁场转过一个定子齿距到图中矢量B所示位置时，由于磁力线要继续保持自己磁路的磁阻为最小，力图使转子齿2和11转到与定子齿2和10相对齐的位置，即当旋转磁场转过2π/Zs角度时，转子只转过α=(1/Zs-1/ZR)·2π角度。所以定子旋转磁场转速与转子转速的比(称为电机的电磁减速系数)为
