电机与拖动基础第汤天浩习题解答
电机与拖动基础
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。 1-2 答：
1-3 电与磁存在三个基本关系，分别是
1-4 （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 1-5 t
Φ
N
e d d -= 1-6 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。
1-7 （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 1-8 Blv e = 1-9 而感应电动势的方向由右手定则确定。 1-10
（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 1-11 Bli F = 1-12 电磁力的方向可由左手定则确定。 1-13
1-14
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。 1-15 答：
1-16
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回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
1-17磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。两者之间相似的物理量主要有：电路中传输的是电流，磁路中相应的为磁通；电路中的电动势、电压与磁路中的磁动势、磁压降类似。电路中的电阻或电导与磁路中的磁阻或磁导相似。这些对应关系如下表所示：
1-18当然两者之间也有一些不同之处，比如磁通只是描述磁场的物理量，并不像电流那样表示带电质点的运动，磁通通过磁阻时，也不像电流通过电阻那样要消耗功率，因而也不存在与电路中的焦耳定律类似的磁路定律；分析电路时一般不涉及电场问题，不考虑漏电流，而分析磁路时离不开磁场的概念，要考虑漏磁现象；在电路中电动势为零时，电流也为零，但在磁路中往往有剩磁，磁动势为零时，磁通不一定为零；磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律也只是形式上的相似，由于铁心的磁导率不是常数，它随励磁电流而变化，因而磁路计算不能应用叠加原理。
1-19
1-20如何理解机电能量转换原理？根据这个原理可以解决什么问题？
1-21答：
1-22从能量转换的观点，可以把依靠电磁感应原理运行的机电设备看作是一类机电转换装置，比如，变压器是一种静止的电能转换装置，而旋转电机是一种将机械能转换成电能（发电机）或将电能转换成机械能（电动机）的运动装置。因此，机电能量转换原理是学习和研究电机理论的一个重要工具。根据这个原理，可以求得电机（发电机、电动机）和变压器中的关键物理量感应电动势和电磁转矩的大小，进而分析电机和变压器的运行特性。
1-23
1-24 旋转电机模型的基本结构由哪些部分组成，其各自有什么作用？气隙又
有何作用？ 1-25 答：
1-26
旋转电机模型的基本结构由定子、转子和气隙三个部分组成：定子
是固定不动的，转子是运动的，它们之间隔着一层薄薄的气隙。在定子和转子上分别按需要安装若干线圈，其目的是在气隙中产生磁场。往往要求气隙磁场按一定的形式分布，例如正弦分布磁场。电机作为一种机电能量转换装置，能够将电能转换为机械能，也能将机械能转换为电能。由于机械系统和电气系统是两种不同的系统，其能量转换必须有一个中间媒介，这个任务就是由气隙构成的耦合磁场来完成的。 1-27
1-28 以两极原型电机作为旋转电机的物理模型，有何应用意义？ 1-29 答：
1-30
两极原型电机结构简单，原理清晰，易于扩展，可作为旋转电机的
物理模型。通过对该模型的研究和分析，便于学习和掌握一般旋转电机的基本原理。 1-31
1-32
通过模型电机，是如何建立电机的基本电动势和转矩方程的？又怎样将
两极电机的方程推广到多极电机？ 1-33 答：
1-34
通过模型电机，根据电磁感应定律，可以求得旋转电机电动势的通
用计算公式t sin cos d d ωωωN Φt t
Φ
N
e +-=。利用该公式可以推导出具体电机的电动势，比如同步电机、异步电机或直流电机。再根据机电能量转换原理，可得两极电机的电磁转矩公式0
f e s r sr sr πsin 2μDl W T F F g
φφ'
?=
=-?。由于电机的磁极总是成对设置的，常用极对数p n 来表示电机的磁极数，则多极电机的电磁转矩为sr r s 0p
e sin 2π?F F g
Dl
μn T -=。
1-35
1-36电机中存在哪些能量损耗？有哪些因素会影响电机发热？电动机与发电机的功率传递有何不同？
1-37答：
1-38电机进行机电能量转换时总是存在能量损耗的，能量损耗将引起电机发热和效率降低。一般来说，电机的能量损耗可分为两大类：
1-39（1）机械损耗：由电机的运动部件的机械磨擦和空气阻力产生的损耗，这类损耗与电机的机械构造和转速有关。
1-40（2）电气损耗：主要包括导体损耗、电刷损耗和铁耗等。导体损耗是由于电机的线圈电阻产生的损耗，有时又称为铜耗，通常在电机的定子和转子上都会产生铜耗；电刷损耗是由于电刷的接触电压降引起的能量损耗，因为只有在直流电机中安装电刷，所以电刷损耗仅仅出现在直流电机中；铁耗是由于电机铁磁材料的磁滞效应和涡流效应产生的一种损耗，主要取决于磁通密度、转速和铁磁材料的特性。
1-41电动机与发电机的功率传递过程如下图所示：电动机是将电能转换为机械能，而发动机是将机械能转换为电能。
1-42
电功率电磁功率机械功率
P1
机械功率电磁功率电功率
电动机与发电机的功率传递过程
a) 电动机 b) 发电机
a)b)
1-43
1-44用硅钢作为导磁材料，现已知T
6.1
=
B，试根据图1-3所示的H
B-曲线
求取在此磁场条件下硅钢的磁导率
r
μ。
1-45解：
1-46根据图1-3所示的硅钢H
B-曲线，查得T
6.1
=
B时，2200A/m
H=
1-47 41.67.2710(H/m)220
B H μ-=
=≈? 1-48 4
r 7
07.2710578.84π10
μμμ--?==≈? 1-49
1-50
有一导体，长度m 3=l ，通以电流A 200=i ，放在T 5.0=B 的磁场中，
试求： 1-51 （1）导体与磁场方向垂直时的电磁力； 1-52 （2）导体与磁场方向平行时的电磁力； 1-53 （3）导体与磁场方向为30o 时的电磁力。 1-54 解：
1-55 载流导体在磁场中电磁力的一般计算公式为 1-56 sin F Bli θ=
1-57 （1）导体与磁场方向垂直时，o 90θ=，0.53200300(N)F =??= 1-58 （2）导体与磁场方向平行时，0θ=，0F =
1-59 （3）导体与磁场方向为30o 时，o 0.53200sin 30150(N)F =???= 1-60
1-61
有一磁路的铁心形状如图1-20所示，铁心各边的尺寸为：A 、B 两边相
等，长度为17cm ，截面积为7cm 2；C 边长5.5cm ，截面积为14cm 2；气隙长度cm 4.0=g 。两边各有一个线圈，其匝数为10021==N N ，分别通以电流1i 和2i ，所产生的磁动势由A 、B 两边汇入中间的C 边，且方向一致。试求：在气隙中产生T 2.1=B 时所需的电流值，及此时气隙中储存的能量f W ，并计算电感L 。
1-62 图1-20 习题1-10图
1-63 解：
1-64 设12i i i ==，12100N N N ===， 1-65 由m1m2g mg F F R Φ+=，得g 0c
2g
Ni S Φμ=? 1-66
所以，所需的电流值
2
g 7
0c 0 1.20.41019.1(A)222100410g Bg i N S N Φμμ--??===≈??π? 1-67 气隙磁通4g c 1.214100.00168(Wb)BS Φ-==??=
1-68 根据电感的定义，1000.50.00168
0.0044(H)19.1
N L i i ψ
Φ??=
=
=≈
1-69
气隙中储存的能量22f L 1
220.004419.1 1.61(J)2
W W Li ==?=?≈
第二章 电力拖动系统的动力学基础
2-1 什么是电力拖动系统？它包括哪些部分？ 2-2 答：
2-3 拖动就是由原动机带动生产机械产生运动，以电动机作为原动机拖动生
产机械运动的拖动方式，称为电力拖动。如图2-1所示，电力拖动系统一般由电动机、生产机械的传动机构、工作机构、控制设备和电源组成，通常又把传动机构和工作机构称为电动机的机械负载。
2-4
图2-1 电力拖动系统组成
2-5
2-6 电力拖动系统旋转运动方程式中各量的物理意义是什么？它们的正负号如
何确定？ 2-7 答：
2-8 电力拖动系统经过化简，都可视为如图2-2a 所示的电动机转轴与生产机
械的工作机构直接相连的单轴电力拖动系统，各物理量的方向（正负号）标示如图2-2b 所示。
2-9
T e T L
生产机械
电动机
a)
b)
图2-2 单轴电力拖动系统
a) 单轴电力拖动系统 b) 系统各物理量的方向标示
2-10 根据牛顿力学定律，该系统的运动方程为 2-11 t
J
T T d d L e ω=- 2-12
式中，各量的物理意义分别是：e T ——电动机的电磁转矩（N ·m ），L
T ——生产机械的阻转矩（N ·m ），J ——电动机轴上的总转动惯量
（kg ·m 2），ω——电动机的角速度（rad / s ）。 2-13
2-14 转矩的动态平衡关系与静态平衡关系有什么不同？ 2-15 答：
2-16
转矩的静态平衡是指电力拖动系统稳定运行时，电动机的电磁转矩
e T 与生产机械的阻转矩L T 相平衡，即e L T T =。而转矩的动态平衡是指电力拖
动系统在扰动作用下，从原来的平衡状态达到新的平衡状态的过渡过程中，电动机的电磁转矩e T 与生产机械的阻转矩L T 以及加速度转矩d d J
t
ω
相平衡，即t
J
T T d d L e ω=-。由于过渡过程中转速ω是变化的，电磁转矩e T 也是随时变化的，以保持转矩的动态平衡关系。 2-17
2-18 拖动系统的飞轮惯量2GD 与转动惯量J 是什么关系？ 2-19 答：
2-20
在拖动系统的工程计算中，习惯用飞轮惯量2GD 代替转动惯量J ，
2GD 与J 的关系为
2-21
g GD mr J 42
2
=
= 2-22
式中，m ——系统转动部分的质量（kg ），G ——系统转动部分的重力
（N ），r ——系统转动部分的回转半径（m ），D ——系统转动部分的回转直径（m ），g ——重力加速度（可取g = s 2）。 2-23
2-24
把多轴电力拖动系统简化为单轴电力拖动系统时，负载转矩的折算原则
是什么？各轴飞轮惯量的折算原则是什么？ 2-25 答：
2-26
对于一个复杂的多轴电力拖动系统，比较简单而且实用的分析方法
是用折算的方法把它等效成一个简单的单轴拖动系统来处理，并使两者的动力学性能保持不变，其基本思想是通过传动机构的力学折算把实际的多轴系统表示成等效的单轴系统。 2-27
在电力拖动系统中折算一般是把负载转矩和各轴飞轮惯量折算到电
动机轴上，而中间传动机构的传送比在折算中就相当于变压器的匝数比。系统等效的的原则是：保持两个系统传递的功率及储存的动能相同。 2-28
2-29 起重机提升和下放重物时，传动机构的损耗是由电动机还是重物负担？
提升和下放同一重物时，传动机构损耗的大小是否相同？传动机构的效率是否相等？ 2-30 答：
2-31
起重机提升重物时，传动机构的损耗由电动机负担；下放重物时，
则由重物负担。提升和下放同一重物时，可以认为传动机构的损耗是相同的，但其效率不相等。设提升重物时的效率为c η，下放重物时的效率为c η'，两者之间的关系为
2-32 c c
1
2ηη-='
2-33
2-34 生产机械的负载转矩特性归纳起来，可以分为哪几种基本类型？ 2-35 答：
2-36 生产机械的负载转矩特性归纳起来可以分为三种基本类型： 2-37
（1）恒转矩负载特性：负载转矩L T 与转速n 无关，当转速变化时，
负载转矩L T 保持常值。恒转矩负载特性又可分为反抗性负载特性和位能性负载特性两种，如下图所示。
2-38
图2-3 反抗性恒转矩负载特性
图2-4 位能性恒转矩负载特性
2-39
（2）通风机负载特性：负载转矩L T 与转速n 大小有关，基本上与转
速n 的平方成正比，即2L T kn =。属于通风机负载的生产机械有通风机、水泵、油泵等，其中空气、水、油等介质对机器叶片的阻力基本上和转速的平方成正比，如下图所示。
2-40
L
图2-5 通风机负载特性
T L
图2-6 恒功率负载特性
2-41
（3）恒功率负载特性：有些生产机械（比如车床），在粗加工时，
切削量大，切削阻力大，此时开低速；在精加工时，切削量小，切削阻力小，往往开高速。因此，在不同转速下，负载转矩L T 与基本上与转速n 成反比，即L k
T n
=
。由于负载功率L L P T ω=，表明在不同转速下，电力拖动系统的功率保持不变，负载转矩L T 与转速n 的持性曲线呈现恒功率的性质，如上图所示。 2-42
2-43 电力拖动系统稳定运行的条件是什么？请举例说明。 2-44 答：
2-45 对于一个电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是
2-46
??
?
??<-=-0d d d d 0L e L e n T n T T T
2-47
其中，e L 0T T -=表示电动机的机械特性与负载转矩特性必须存在交点，
是系统稳定运行的必要条件；而
e L
d d 0d d T T n n
-<表示电动机机械特性的硬度必须小于负载转矩特性的硬度，是系统稳定运行的充分条件。
2-48 例如，对于带恒转矩负载的电力拖动系统，只要电动机机械特性的
硬度是负值，系统就能稳定运行。而各类电动机机械特性的硬度大都是负值或具有负的区段，因此，在一定范围内电力拖动系统带恒转矩负载都能稳定运行。 2-49
2-50
在图2-16所示的电力拖动系统中，已知飞轮惯量m N 1522e ?=GD ，
m N 16221?=GD ，m N 10022
L
?=GD ，传动效率9.0c1=η，8.0c2=η，负载转矩m N 72'L ?=T ，转速r/m in 1500e =n ，r/m in 7501=n ，r/m in 150L =n 。试求：折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量2GD 和负载转矩L T 。
2-51 解：
2-52
图2-16 三轴拖动系统
2-53
折算到电动机轴上的系统总飞轮惯量为
2-54
222222
1L e 1L e e
22
2(
)()75015015(
)16()1001500150020(N m )n n GD GD GD GD n n =++=+?+?=? 2-55 折算到电动机轴上的负载转矩为 2-56
L L L c 1L c1c272
5(N m)150015000.90.8
750150
T T T j j j ηηη''=
===????
2-57
2-58 有一起重机的电力拖动系统如图2-18所示，电动机转速1000r/min ，齿
轮减速箱的传动比221==j j ；卷筒直径m 2.0=D ；滑轮的减速比53=j ；空钩重量N 1000=G ；起重负荷N 1500=G ；电动机的飞轮惯量22e m N 10?=GD ，传动系统的总传动效率8.0c =η，放大系数2.1=δ。试求提升速度L v 和折算到电动机轴上的静转矩L T 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量
2GD 。
2-59 解：
2-60
n
图2-18 提升机构
2-61 （1）提升速度L v
2-62 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 2-63
L
n
j n =，321j j j j =，L 123n n n j j j j ==
2-64 L L πv Dn = 2-65 L L 123π 3.140.21000
π31.4(m /min)225
D v Dn n j j j ??==
==?? 2-66 （2）折算到电动机轴上的静转矩L T
2-67 根据功率平衡原则，折算到电动机轴上的静转矩为 2-68
L L
L c
F v T ωη=
2-69
这里，0L L G G G F +==，L π60D n
v j =
， 2π60
n ω=，所以
2-70 0L c
()
(1500100)0.1210(N m)2250.8
D
G G T j η++?=
==????
2-71 （3）折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量2GD
2-72
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
2-73
222
L e 02
2365()(
)31.41.210365(1500100)()601000
12.16(N m )
v GD GD G G n
δ=?++=?+?+??≈?
第三章 直流电机原理
3-1 换向器在直流电机中起什么作用？ 3-2 答：
3-3 是最重要的部件之一，对于直流，是将元件中的交变转换为间的动势；
对于直流，则是将输入的转换为元件中的，以产生恒定方向的。 3-4
3-5 说明下列情况下空载电动势的变化： 3-6 （1）每极磁通减少10%，其他不变； 3-7 （2）励磁电流增大10%，其他不变； 3-8 （3）电机转速增加20%，其他不变。 3-9 答：
3-10 根据直流电机感应电动势（即空载电动势）的基本计算公式 3-11 a e E C n Φ=
3-12 （1）若每极磁通Φ减少10%，则空载电动势a E 减小10%；
3-13 （2）若励磁电流f I 增大10%，因电机磁路存在非线性的磁饱和效应，
空载电动势a E 将增大，但低于10%；
3-14 （3）如电机转速n 增加20%，则空载电动势a E 增大20%。 3-15
3-16 主磁通既链着电枢绕组又链着励磁绕组，为什么却只在电枢绕组里感应电动
势？ 3-17 答：
3-18 因为主磁通是由定子励磁绕组通入直流励磁电流而产生，是一恒定的磁
场，它与励磁绕组间没有相对运动，所以只在转子电枢绕组里感应电动势。 3-19
3-20 他励直流电动机的电磁功率指什么？ 3-21 答：
3-22 他励直流电动机的电磁功率em P 是指由定子方通过气隙传入转子方的功
率，可以由定子方的输入电功率1P 扣除定子铜耗Cua p ?来计算，也可以由转子方的输出机械功率2P 加上铁心损耗Fe p ?、机械摩擦损耗m p ?和附加损耗
add p ?来计算，即
3-23 em 1Cua 2Fe m add P P p P p p p =-?=+?+?+? 3-24
3-25 他励直流电动机运行在额定状态，负载为恒转矩负载，如果减小磁通，电枢
电流是增大、减小还是不变？ 3-26 答：
3-27 根据他励直流电动机的电压平衡方程和转矩平衡方程 3-28 a a a a e a a U E I R C n I R Φ=+=+，e L T a T T C I Φ==
3-29 如果减小磁通Φ，则感应电动势a E 减小，电枢电流a I 将增大，以保持转矩
e L T T =的平衡关系。
3-30
3-31 某他励直流电动机的额定数据为N 17kW P =，N 220V U =，N 1500r min n =/，
N 83%η=。计算额定电枢电流、额定转矩和额定负载时的输入电功率。
3-32 解：
3-33 额定负载时的输入电功率
3-34 N
1N 17
20.48(kW)0.83
P P η
==
≈ 3-35 额定电枢电流
3-36 31N
N N 20.481093.09(A)220
P I U ?==≈ 3-37 额定转矩
3-38 3
N N N 17109.559.55108.23(N m)1500
P T n ?==?
≈? 3-39
3-40 有一他励直流电动机的额定数据为N 5kW P =，N 220V U =，N 1000r min n =/，
W 500ΔCua =p ，0395W P =，计算额定运行时电动机的e T ，L T ，0T ，1P ，
N η，a R 。 3-41 解：
3-42 负载转矩3
N L N 5109.559.5547.75(N m)1000
P T n ?==?
=? 3-43 空载转矩00N 3959.55
9.55 3.77(N m)1000
P T n ==?≈? 3-44 电磁转矩e L 047.75 3.7751.52(N m)T T T =+=+=?
3-45 输入功率1em Cua N 0Cua 50.3950.5 5.895(kW)P P p P P p =+?=++?=++= 3-46 额定效率N N 1
5100%100%84.8%5.895P P η=?=?≈ 3-47 电枢电阻Cua Cua a 2
22
1N 500
0.696()5895()()
220N
p p R P I U ??===≈Ω 3-48
3-49 有一他励直流发电机的额定数据为：N 46kW P =，N 230V U =，N 1000r min n =/，
a 0.1R =Ω，已知kW 10=P ，N P p 01.0Δadd =，求额定负载下的1em P P 、及N η。
3-50 解：
3-51 电枢电流N N N 46
0.2(A)230
P I U =
==
3-52 定子铜耗2
2Cua N
a 0.20.14(kW)p I R ?==?= 3-53 输入功率1N Cua 0add 46410.014651.46(kW)P P p P p =+?++?=+++?= 3-54 电磁功率em N Cua 46450(kW)P P p =+?=+=
第四章 直流电机拖动基础
4-1 直流电动机一般为什么不允许直接起动？可采用什么方法起动比较好？ 4-2 答：
4-3 所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速的过程。他
励直流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。他励直流电动机当忽略电枢电感时，电枢电流为
4-4 a
a
N a R E U I -=
4-5 在起动瞬间，电动机的转速0n =，感应电动势a e N 0E C Φn ==，电枢回路只有电枢
绕组电阻a R ，此时电枢电流为起动电流st I ，对应的电磁转矩为起动转矩st T ，并有
4-6 a
N
st R U I =
，st N T st I ΦC T = 4-7 由于电枢绕组电阻a R 很小，因此起动电流st N I I ?，约为(10~20)N I ，这么大的起动电
流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；同时电枢绕组也会因过热而损坏；另外，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。因此除了微型直流电动机由于a R 较大、惯量较小可以直接起动外，一般直流电动机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。
4-8 由st N a /I U R =可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是
降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。串电阻起动操作较简单、可靠，但起动电阻要消耗大量电能，效率较低。因此，目前已较少使用，只在应用串电阻调速的电力拖动系统中才使用这种起动方法；降压起动需要可调的直流电源，可采用基于电力电子器件的可控整流器向直流电机供电。采用降压起动方法，
可使整个起动过程既快又平稳，同时能量损耗也小。此外，可控直流电源还可用于调速，因而在电机拖动系统中得到广泛应用。 4-9
4-10 为什么要考虑调速方法与负载类型的配合？怎样配合才合理？试分析恒转矩调速拖动
恒功率负载，以及恒功率调速拖动恒转矩负载两种情况的机械特性。 4-11 答：
4-12 为了使电机得到充分利用，根据不同的负载，应选用相应的调速方式。通常，恒
转矩负载应采用恒转矩调速方式，恒功率负载应采用恒功率调速方式，这样可使调速方式与负载类型相匹配，电动机可以被充分利用。
4-13 例如初轧机主传动机构，在转速比较低时，压下量较大，即负载转矩大，可采用
恒转矩调速方式；转速高时，压下量减小，即负载转矩随转速的升高而减小，为恒功率负载，因此，要与恒功率调速方式相配合。所以，在采用他励直流电动机拖动的初轧机主传动系统中，在额定转速N n 以下一般用改变供电电压调速，在N n 以上用弱磁调速，这样的配合较恰当。如图4-13所示。
4-14
变电压调速
弱磁调速
P
n
O 图4-13 他励直流电动机调速时的容许输出转矩和功率
4-15 反之，假如恒转矩负载采用恒功率调速方式，或者恒功率负载采用恒转矩调速方
式，则调速方式与负载类型就不匹配，电动机不能被充分利用。
4-16 例如用转矩调速方法去拖动恒功率负载（如下图），因调速时负载转矩L T 在a c
~T T 范围内变化，故电机的电磁转矩也相应地变化。由于励磁磁通并不变，那么电枢电流就随之在a c ~I I 范围内变化。如果令b N I I =，则低速时c N I I >，电机过载、过热；高速时，a N I I <，电机为轻载，没被充分利用。
4-17
T
T L
4-18 又如用恒功率调速方法去拖动恒转矩负载（如下图），因为调速时负载转矩L T 为
常值，所以电机的电磁转矩e T 也为常值，从电磁转矩公式e T T C ΦI =可知，随着磁通Φ的减小，电枢电流I 一定会变大。如果令b N I I =，则弱磁高速时a N I I >，电机会过热；强磁低速时，c N I I <，电机没被充分利用。
4-19 T
T L
4-20
4-21 如何区别电动机是处于电动状态还是制动状态？ 4-22 答：
4-23 直流电动机的运行状态主要分为电动状态和制动状态两大类。
4-24 电动状态是电动机运行时的基本工作状态。电动状态运行时，电动机的电磁转矩e
T 与转速n 方向相同，此时e T 为拖动转矩，电机从电源吸收电功率，向负载传递机械功率。电动机电动状态运行时的机械特性如图4-14所示。
4-25 电动机在制动状态运行时，其电磁转矩e T 与转速n 方向相反，此时e T 为制动性阻
转矩，电动机吸收机械能并转化为电能，该电能或消耗在电阻上，或回馈电网。电动机制动状态的机械特性处在第二、四象限。
4-26
e 图4-14 他励直流电动机的电动运行状态
4-27
4-28一台他励直流电动机拖动的卷扬机，当电枢所接电源电压为额定电压、电枢回路串入电阻时拖动着重物匀速上升，若把电源电压突然倒换极性，电动机最后稳定运行于什么状态？重物提升还是下放？画出机械特性图，并说明中间经过了什么运行状态？
4-29答：
4-30电机开始运行于正向电动状态。若把电源电压突然倒换极性，电动机最后稳定运行于反向回馈制动状态，重物匀速下放，其机械特性如下图所示。
4-31
4-32图中曲线1为固有机械特性，曲线2为电枢电压等于额定值、电枢回路串电阻的人为机械特性，曲线3为电枢电压反接后电枢回路串电阻的人为机械特性。反接电压之前，匀速提升重物的工作点为A，反接后稳定运行的工作点为E。从A到E中间经过：
4-33（1）B—C，反接制动过程；
电机与拖动基础试题及答案
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？
电机与拖动基础试题库及答案
《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( )。
电机与拖动试卷B卷及答案
电机与拖动试卷C卷及答案 一、单项选择题（20小题，每题2分，共40分） 1、电机是一种实现（）能量转换的装置。 B A 电能与热能B电能与机械能 C 电能与风能D机械能与热能 2、三相异步电动机转子串电阻，其特性曲线（）A A变软B变硬 C先变硬后软D先变软后硬 3、变压器空载电流小的原因是( )C A 一次绕组匝数多，电阻很大B一次绕组的漏抗很大 C 变压器的励磁阻抗很大D变压器铁心的电阻很大。 4、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 A 增加；B减少；C不变；D基本不变。 5、变压器的空载损耗（D）。 A．全部为铜损B．全部为铁损 C．主要为铜损D．主要为铁损 6、异步电动机的磁极是由（）产生。 D A定子绕组和三相电压B转子和单相电压 C定子绕组和单相电压D定子绕组、定子铁心和三相电压 7、输电线路使用高压输电主要是采用（）降低能量损耗。 C A 降低电线电阻B提高输电功率 C降低输电电流 D 提高电线电压 8、直流电机直接启动会产生（）C A电网电压提高B设备平稳运行 C过大的起动转矩D保护电机 9、三相异步电动机改变转向，可通过下面什么方法获得（）。D A．降低电压B．定子串电阻 C．转子串电阻D．改变相序 10. 三相异步电动机由单相电源供电时，下面说法正确的是（）。A A．起动转矩为零B．转速出现飞车 C．电磁转矩为零D．旋转速度大约为三相供电时的一半 11. 三相异步电动机带恒转矩负载运行，如果电源电压下降，当电动机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩（）。A A．下降B．上升 C．不变D．不能确定 12、三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是（）。C A．异步电动机是旋转的B．异步电动机的损耗大 C．异步电动机定、转子间有气隙D．异步电动机由漏抗 13、空载磁场是在（）。A A电机不带负载B电机带负载 C电机额定电压下D电机过载下
电机与拖动题库(2019)
1、 若将铁磁材料置于交变磁场中，交变磁通在铁心中产生的功率损耗，称为（ ）。 A. 磁滞损耗 B. 涡流损耗 C. 铁损耗 D. 铜损耗 2、 关于变压器的功能，下列说法错误的是（ ）。 A. 变压功能 B. 变流功能 C. 变阻抗功能 D. 变频功能 3、 变压器负载运行时，若负载功率增大，则其铜耗和铁耗（ ）。 A. 增大/增大 B. 增大/不变 C. 不变/增大 D. 不变/不变 4、 异步电动机空载电流比同容量变压器大的原因是（ ）。 A. 异步电动机有气隙 B. 异步电动机的电磁功率大 C. 异步电动机的输出机械功率大 D. 异步电动机绕组匝数少 5、 在三相异步电动机的等效电路中，附加电阻 '21s R s 上消耗的功率是（ ）。 A. 总机械功率 B. 电磁功率 C. 输出功率 D. 输入功率 6、 异步电动机的短路试验又称为（ ）。 A. 空载试验 B. 负载试验 C. 制动试验 D. 堵转试验 7、 直流电机的电枢是指电机的（）部分。 A. 定子 B. 转子 C. 定子和转子 D. 励磁 8、 改变直流电动机的励磁电流的大小和方向，会使得电动势（ ）、电磁转矩（ ）。 A. 直流 B. 恒定 C. 交变 D. 不确定 9、对于他励直流电动机，可通过（ ）使其反转。 A. 单独改变电枢电压的极性 B . 单独改变励磁电压的极性 C. 使电枢回路总电阻足够大 D. A 或B 都可以 10、 若将铁磁材料置于交变磁场中，铁磁材料将被反复交变磁化，磁畴之间不停地翻转、 摩擦而消耗能量，这种损耗称为（ ）。 A. 铁心损耗 B. 涡流损耗 C. 磁滞损耗 D. 磁畴损耗 11、 变压器可以实现的功能包括（ ）。 A. 电压变换 B. 电流变换 C. 阻抗变换 D. 以上都包括 12、 变压器、电机的铁心总是用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，主要考虑（ ）。 A. 铁心导磁性好 B. 铁心中有剩磁 C. 减少涡流损耗 D. 减少磁滞损耗 13、 变压器负载运行时，若负载电流增大，则其铜耗和铁耗（ ）。 A. 增大/增大 B. 增大/不变
电机与拖动试题参考答案
学年度第一学期 自动化系《电机与电力拖动基础》期末考试试卷（） 年级专业自动化班级学号姓名 注：1、共120分钟，总分100分 2、此试卷适用自动化专业本科 一、选择题（每小题2分，共20分） 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。 2．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。 3．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
①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 7．三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：② ①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。 8．三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：② ①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。 9．三相异步电动机的与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3） （1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。 10．一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1） （1）T em =T N ;(2) T em =0.81 T N ;(3) T em =0.9T N 。 二、填空题：（共20分） 1、（4分）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、（2分）三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。 （绕向；首末端标记；联结方式） 3.当s 在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩） 4.三相异步电动机根据转子结构不同可分为___ ____和__ _____两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机） 5.一台6极三相异步电动机接于50H Z 的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为_______r/min ，定子旋转磁势相对于转子的转速为_______r/min 。（950；50） 6. 对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩_______，最大转矩_______。（增大；不变） 7. 三相异步电动机的过载能力是指______。 (N m T T /) 8. 拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s 在_______范围内时，电动机都能稳定运行。 (m s 0) 9. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U 1应随f 1按_______规律调节。 (正比)
电机与拖动考试试题及答案
《电机与拖动》试题库 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励磁绕组并联到电枢两端的极 性正确_;_励磁回路的总电阻必须小于该转速下的临界电阻值。（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u>E a时为电动机（o 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== （2）N T 不变时，em T 不变，即T N N T a C I C I Φ=Φ （3）不计空载转矩时，em L T T =，故： 解得： 2.69B R =Ω 第五部分 异步电动机 一、填空题： 1、当s 在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩） 《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。 电机与拖动 绪论一、名词解释1. 磁场:电流周围的效应 2.磁动势（磁通势、磁势）:产生磁场的源泉 3.磁场强度:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势影响强度的一个物理量。 4.磁场感应强度（磁通密度）:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势感应能力强弱的一个物理量。 5.磁通量Φ：垂直穿过某一截面（面积为S）磁力线的数目 6.磁阻：就是磁力线通过磁路时所遇到的阻碍，磁阻与磁路的长度成正比，与磁路的磁导率成反比，并与磁路的截面积成反比 7电感：其实质表征的就是电磁装置电与磁转换能力的大小。 二、填空 1、在电机中磁场的几个常用量分别是磁动势、磁场强度、磁感应强度、磁通等。 2、进行磁路分析和计算时，常用到磁路的基本定律有全电流定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律。 3、电机的电流有交、直流之分，所以，旋转电机也有直流电机与交流电机两大类。 4、旋转电机是一种机电能量转换的机电装置。 5、把电能转换机械能的电机称为电动机; 把机械能转换电能的电机称为电发电机。 三、判断题 1、垂直穿过线圈的磁通量随时间变化，必然会在线圈中产生感应电动势。（√） 2、棱次定律表明垂直穿过线圈的变化磁通，会在线圈中产生电动势。（√） 3、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场变化率的方向一致的。（×） 4、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场方向一致的。（×） 六、问答题 1.电磁作用原理的综述 有电流必定产生磁场，即“电生磁” ；磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势，即“动磁生电” ;载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，即“电磁生力” 第一章直流电机的原理与结构 一、名词解释 （一）1.电枢：在电机中能量转换的主要部件或枢纽部分 2.换向：直流电机电枢绕组元件从一条支路经过固定不动的电刷短路，后进入另一条支路，元件中的电流方向改变的过程。 3.额定值：在正常的、安全的条件下，电气设备所允许的最大工作参数。 （二） 1.电机：机电能量（或机电信号）转换的电磁装置 2.直流电机：直流电能与机械能量进行转换的电磁装置 3.直流发电机：把机械能量转换为直流电能的电磁装置 4.直流电动机：把直流电能转换为机械能量的电磁装置 5.交流电机：交流电能与机械能量进行转换的电磁装置 6.交流电动机：把交流电能转换为机械能量的电磁装置 7.交流发电机：把机械能量转换为交流电能的电磁装置 （三）第一节距：同一元件的两个元件边在电枢圆周上所跨的距离 （四）极距：相邻两个磁极轴线之间的距离 （五）电角度：磁场在空间变化一周的角度表示 二、填空 1、铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。 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, 电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）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。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性 直流电机部分 一．填空题 1.直流电机电枢绕组元件流过的电流是___________电流,流过正负电刷的电流是_________电流，直流发电机中电枢绕组产生的电磁转矩是_____ __性质的转矩,直流电动机电枢绕组电势的方向与电枢电流的方向__________。 2.直流电机的____________损耗等于___________损耗时效率最高。 3.他励直流发电机的外特性下降的原因有___________和__________，与之相比并励直流发电机的外特性，并励直流发电机电压变化率他励 直流发电机。 4.并励直流发电机自励建压的条件有三个,它们是____ ___,________ __和 _____________。 5. 一台并励直流电机Ea＞U时运行于_____ ____状态，此时电机I、Ia和I f 之间的关系_____________， Ea＜U时运行在_____ ___状态，电机I、Ia和I之间的关系_____________。f6. 直流电机空载时气隙磁密分布波形为___________波,电枢磁势分布的波形为___________波,电枢磁场空间分布波形为____________波。 7. 直流电机的电枢反应是，电刷放在几何中性线上，磁 路处于饱和状态时,电枢反应的影响为(1)_________ _(2)__________。 8.按负载转矩的大小随转速变化的规律分类,负载可以分为 _________,__________和________三类；位能性负载的机械特性位于____ _象限,反抗性负载的机械特性位于_________象限。 9.他励直流电动机恒转矩调速的方法有___________________,恒功率调速方法有________________。 10.他励直流电动机的励磁和负载转矩不变时,如降低电枢电压,则稳定后电枢电流将_________,电磁转矩将_________,转速将__________。 11.他励直流电动机高速下放重物,应用________制动,低速下放重物,应用 _________和________制动，其中消耗能量最多的方法_________。 12.为了经济合理的利用材料，直流电机的额定磁通通常设定在磁化特性曲线上膝点处，若额定磁通设定在膝点以上，则，若额定磁通 设定在膝点以下，则。 13.欲改变直流电动机的转向，可以_____________或_______________；三相异步电动机反转的方法为。 14.并励直流电动机,负载转矩保持不变,如将励磁回路的调节电阻增大,则稳定如只将电枢电路中的调节电阻增_______,电枢电流将________,运行后的转速将． 试题一 一、填空题（每空1分，共20分） 1、直流电动机的起动方法有(串电阻 )和(降电压)。 2、直流电机的电磁转矩是由(电枢电流)和(气隙磁通)共同作用产生的。 3、三相旋转磁势的转速与(频率)成正比，与(极对数)成反比。 4、变压器额定电压下负载运行时，负载电流增大，铜损耗会(增大)；铁损耗会(不变)。 5、电压互感器使用时副边不允许(短路)电流互感器使用时副边不允许(开路)。 6、一台6极三相异步电动机接于50H Z的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为(950)r/min，定子旋转磁势相对于转子的转速为(50)r/min。 7、变压器铁心导磁性能越好，其励磁电流越(小)。 8、当s在( )范围内异步电机处于电动机状态，此时电磁转矩为( )性质。 9、变极调速只适用于(笼形异步电动机)电动机，变极的方法是(改变定子接线方式)。 10、直流电动机拖动恒转负载进行调速时，应采用(串电阻启动)和(降压启动)调速方法，而拖动恒功率负载时应采用(弱磁)调速方法。 二、选择题（每题2分，共10分） 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：（） A、串电阻的人为特性； B、降压的人为特性； C、弱磁的人为特性。 D、以上都不是 2、三相异步电动机带恒转矩负载运行，如果电源电压下降，当电动机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩： A.下降； B.增大； C.不变； D.都有可能 3、变压器并联运行，哪一项必须是严格满足的（） A、变压器的一、二次的额定电压相同 B、变压器的联结组别相同 C、变压器的短路阻抗的标么值相同 《电机与拖动》试题 及答案 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） 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， 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 《电机原理及拖动》复习 一、名词解释 1、绕组元件：是两端分别与两个换向片相连接的单匝或多匝线圈。 2、直流电机的电磁转矩：是指电机在正常运行时，电枢绕组流过电流，这些载流导体在磁场中受力所形成的总转矩。 3、电力拖动系统的过渡过程：就是指拖动系统从一个稳定状态到另一个稳定状态中间的过程。 4、整流变压器：是作为整流装置的电源变压器，用来把电网电压转换成整流装置所需的电压。 5、能耗制动：能耗制动是指利用转子惯性转动切割磁力线而产生制动转矩，就是说把转子的能量消耗在转子回路的电阻上。 6、第一节距：一个元件两个有效边之间的距离，以所跨槽数表示。 7、直流电机的电枢电动势：是指直流电机正常工作时绕组切割气隙磁通产生的刷间电动势。 8、电力拖动系统：是由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、电动机的控制设备以及电源等五部分组成的综合机电装置。 9、变压器的额定容量：是变压器的额定视在功率，三相变压器指的是三相总容量。 10、反接制动：反接制动是利用改变电动机定子绕组的电源相序、产生反向的制动转矩，而迫使电动机迅速停止转动的方法。 二、填空题 1、直流电动机改变线圈中电流方向是和完成的。 2、直流发电机把转换成。 3、他励直流电动机的调速方法 有、、。 4、三相变压器的原、副绕组都可以接成。 5、国际上规定标志三相变压器高、低压绕组线电势的相位关系用。 6、交流异步电动机的转子绕组有和两种。 7、定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。 8、同步电机可分为、和三类。 9、对于同步发电机，按拖动它的原动机来分有和发电机等。 10、通常采用、、和等方法来校验电动机的发热。 11、主磁极的作用是产生。它由和组成。 12、、和常数是决定机械过渡过程的三要素。 13、三相变压器组是由按一定的方式联接起来组成的。 14、空间电角度是空间几何角度的倍，p是。 15、电压互感器在运行时副绕组绝对不允许。而电流互感器在运行时副边绝对不允许。 16、定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。 17、鼠笼型电动机的起动方法有起动、起动两种。 18、异步电动机的调速有、、调速。 19、同步电动机的结构分有和两种。 20、同步电动机起动的方法有、、。 三、选择题电机与拖动基础试题及答案
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