电机拖动公式(非常重要)
1第二章
折算后二次绕组电流、电压、电动势 2
2'I I k
= 22'U kU = 22'E kE = 折算后二次绕组
0X =
222'X k X = 2'L L Z k Z =
低压空载试验 励磁阻抗模1
00U Z I =
励磁电阻 0020
P R I =
励磁电抗0X =
高压短路试验 cu S P P =
75S Z = 2
1s
s P R I =
s X =
铜线绕组75234.575234.5s s R R θθ+=
+ 铝线绕组7522875
228s s R R θθ
+=+
75S Z =
电压调整率1221(cos sin )
*100%N R s s N I V R X U ??=+ 效率2
2
20N N S
s s P P βληβλβ=++ 产生最大效率的条件：2
0S p P β=即Fe Cu P P =
产生最大效率时的负载系数max β=
理想运行条件 （1）两台变压器的功率比 11:::I II LI LII SI SII
S S I I Z Z == (2) ::I II NI NII S S S S = ::LI LII NI NII I I I I = (3)总负载和总负载功率 L LI LII I I I == I II S S S =+ 第三章 同步转速：1
060f n p
=
转差率：00n n s n -= 电磁转矩的大小：22cos T m T C I ?=Φ
槽距角：.360
p z
α=
极距：2z p τ= 每极每相槽数：2z q pm =
额定功率因素：N λ=
定子电路的电动势平衡方程式 11111()U E R jX I E Z I ?
?
?
?
?
=-++=-+ 每相绕组中的感应电动势E1在数值上为 11114.44w m E k N f =Φ 忽略R1和X1，1
111
4.44m w U k N f Φ=
22s N E s E = 21N f s f =
绕组折算：折算后的转子相电流'
2
2i I I k =
111222
w i w m k N k m k N = 折算后的转子电动势为 '
22e E k E = 11
22
w i w k N k k N =
折算后的阻抗为 '
22z Z k Z = '
22z R k R = '
22z X k X = 2111
2222
w z w m k N k m k N =
三相异步电动机的输出功率 11111cos P mU I ?=
电磁功率 ''2''2''2
2121221221e R s P m I m R I m R I s s
-==+ 输出功率 2m me ad P P P P =-- 机械功率：()1m e P s P =- ()1m e P s P =- 空载损耗： 2m me ad P P P P =-- 电动机的效率 2
1
P P η=
三相异步电动机的电磁转矩 000609.559.552e e
e m P P P P T n n n
π=
===Ω 空载转矩 000609.552P P T n n π=
= 输出转矩 2
22609.552P P T n n
π== 20T T T =- T2
等于负载转矩
M M T s s T ?=?? 第四章
电磁转矩的物理公式 22cos T m T C I ?=Φ 222
4.442w T pm k N C π
=
参数公式 2
2122
122()T spR U T K f R sX =??+??
222211()2w T w k N m K k N π= 实用公式2M
M M T T s s s s
=
+ 最大电磁转矩时的转差率22
M R s X =(临界转差率)
最大转差率为2
112
2M T MT N pU T K T f X α==
由实用公式可得如下
M
M T s s T ?=?? 当T=TN 时可得
MT M s s α=-
起动转矩倍数s ST N T T α=
起动电流倍数 21
(1)N ST N T
R R s T =- 无极起动变阻器的最大值为 21(
1)N
ST N T R R s T =- 其中
2R =有极起动：启动转矩和切换转矩1(0.8~0.9)M T T = 2(1.1~1.2)L T T =
起动转矩比
12T
T β== 起动级数m 1lg
lg N
N T s T m β=
各级电阻1
2()i i
i ST R R ββ
-=-
（调速） 调速范围：2
2'I I k = 静差率：00
*100%f n n n δ-= 第七章
直流电动机中，N P 是指输出的机械功率的额定值：22260N N N N P T T n π
=?Ω=
(2N T 为额定输
出转矩，N n 为额定转速)
直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值：N N N P U I =? 直流电机的电磁转矩：T a T C I =Φ (单位：N m ?) 2T pN
C π=
直流电机的电动势：E E C n =Φ （单位：V ）
460E pN C =
260E T C C π=
9.55T E C C =
直流电动机的运行分析： 一、他励电动机：
1、 励磁电流：
f
f f U I R =
2、a a a U I R E =+ 电枢电流：
a a a U E
I R -=
根据电磁转矩公式，a I 还应满足：
a T T I C =
Φ 3、过载能力：
max
a MC aN I I α=
(一般取1.5~2.0) 4、转速：
a a a
E E U I R E
n C C -==ΦΦ 二、幷励电动机
1、
a f
I I I =+
f f f U I R =
2、a f U U U == a a a U I R E =+ 三、串励电动机
1、f a U U U =+
2、
a f
I I I ==
3、转速
2
a f E E T R R E
n T C C C +=
=?ΦΦ
直流电动机的功率（以幷励直流电动机为例）
输入功率：1P
UI =部分变成铜损耗，余下的部分由电动率转换成机械功率（电磁功率） 铜损耗：22Cu a a f f P R I R I =+
电磁功率：1e Cu P P
P =- e a P E I T =?=Ω 电磁功率不能全部输出，需扣除空载损耗0P （包括铁损耗Fe P ,机械损耗me P ，附加损耗ad P ） 输出功率：20e P P P =- 0Fe me ad P P P P =++
直流电动机的总损耗al P 为：12al Cu Fe me ad P P
P P P P P =-=+++ 直流电动机的效率：
1
2
100%P P η=
?
直流电动机的转矩：20T T T =-(稳定时2L T T =)
260e P T n π=
22260P T n π= 00260P T n π= 220P P P =-
第八章
8.1 他励直流电动机的机械特性
0n 是电动机的理想空载转速0a E U n C =
Φ ?是机械特性的斜率2
a
E T R C C ?=Φ n ?是转速差 0n n n ?=- 机械特性的硬度为1α=
?
8.2 他励直流电动机的的起动
有级起动起动电阻的计算
（1）选择起动电流1I 和切换电流2I 1(1.5~2.0)aN I I = 2(1.1~1.2)aN I I = （2）求出起切电流（转矩）比β 1
2
I I β=
（3）确定起动级数m lg
lg am
a
R R m β
= 1aN am U R I =(am R 为m 级起动时的电枢起动总电阻)
（4）重新计算β，校验2I 是否在规定范围内
β==
（5）求各级起动电阻 1
()i i STi a R R ββ-=-
8.3 他励直流电动机的调速 一，改变电枢电阻调速 2
a r E T R R n T C C +?=
Φ 0n n n =-? 调速电阻2r E T a n
R C C R T ?=Φ- 二．改变电枢电压调速 2
a
E T R n T C C ?=Φ
0n n n =-? 8.4 他励直流电动机的制动 一．能耗制动
1.能耗制动过程——迅速停机 制动电阻 max
b b a a E R R I ≥
-
2，能耗制动运行——下放重物 制动电阻 2
b E T a L n
R C C R T =Φ
- 2
a b L E T R R n T C C +=Φ 二．反接制动 1.电压反向反接制动——迅速停机 制动电阻max
a b
b a a U E R R I +≥
-
2.电动势反向反接制动——下放重物 制动电阻()T b a E a L
C R U C n R T Φ
=
+Φ- 2a b aN
L
E T E R R U n T C C C +=
-ΦΦ
二．回馈制动
反向回馈制动——下放重物 制动电阻()T b E a a L
C R C n U R T Φ
=
Φ-- 2a b aN
L
E T E R R U n T C C C +=
+ΦΦ
电机与拖动基础复习提纲
常用基础理论部分：
1．铁磁物质的特性：高导磁、饱和特性、磁滞特性、铁心损耗。
直流电机部分：
1．直流电机的工作原理（如何实现正反转、电枢电流如何换向的，发电与电动的原理）。
2．直流电机的结构：定子、转子，励磁方式、电枢的绕组方式。
定子部分：（1）主磁极
主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极的铁心和励磁组部分组成
（2）换向极
两相邻主磁极之间的小磁极称为换向极，其作用是减小电机运动时电刷与换向器之间可能的火花。换向极由换向极铁心和换向绕组组成，整个换向极也用螺钉固定于机座上。
（3）机座
（4）电刷装置
转子部分：（1）电枢铁心
（2）电枢绕组
（3）换向器
（4）转轴
励磁方式：1.他励直流电机
2.并励直流电机
3.串励直流电机
4.复励直流电机
电枢的绕组方式：单叠绕组：a=p
单波绕组：a=1
3．直流电机的铭牌数据及其含义，电动机额定功率与发电机额定功率之间的区别，额定功率与额定电压和电流之间的关系。
（1）额定功率，是电机在额定运行状态时所提供的输出功率。对电动机而言，是指轴上的输出的机械功率；对发电机而言，是指线端输出的电功率，单位为千瓦。
（2）额定电压Un,是电机的电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为伏。
（3）额定电流In,是电机在额定运行状态时电枢绕组允许流过的最大电流，单位为安。
（4）额定转速Nn,是电机在额定运行状态时的旋转速度，单位为转/分。
额定功率与额定电压和额定电流的关系为
直流电动机P=UIη
直流发电机 P=UI
4．直流电机（电动机和发电机）的感应电动势、电磁转矩、电压平衡方程式、转矩平衡方程式、直流电机的功率流程图。及相关的数量关系。（以例题、作业题为复习重点）
1、电枢绕组的感应电动势：电枢绕组的感应电动势（Ea）是指正负电刷之间的感应电动势，即，每条支路中各串联线圈边感应电动势的代数和。根据电磁感应定律，任意一条线圈边感应电动势幅值的大小，取决于线圈边所在的磁场的大小和线圈边相对于磁场的转速n。a此可以感性的推得电枢绕组的感应电动势的公式为：
Ea=CeΦn，式中Ce成为直流电机的电动势常数（其中Ce=PN/60a）2、电枢绕组的电磁转矩：当电枢绕组中通有电流时，载流绕组线圈边将与气隙磁场相互作用，产生电磁转矩T。电磁转矩T的大小和电枢电流I及气隙磁场Φ的乘积成正比：
T=C TΦIa，式中C T成为直流电机的转矩常数(其中C T=PN/2πa)
3、直流电机的电压方程：
U=Ea+RaI，式中Ra为电枢回路的总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷的接触电阻
对于直流电动机，U>Ea，电流为正；对于直流发电机，Ea>U，电流为负。
I=Ia+If
4、转矩方程：
（1）直流发电机的转矩方程：T1=T0+T；其中T1为原动机的驱动转矩，T0为电机本身的机械阻力转矩。这里的电磁转矩T是一个与转向相反的制动转矩。
（2）直流电动机的转矩方程：T=T0+T2；其中T2为电动机轴上的负载转矩。这里的转矩T是一个驱动转矩，T0为电动机空载损耗转矩5、电磁转矩：
负载运行时，电枢绕组的感应电动势Ea和电枢电流Ia的乘积，称为电磁功率，用Pe表示：
Pe=EaIa
考虑到转子的机械角速度Ω=2∏n/60(Ω的单位为rad/s，n的单位为r/min)，不难证明下面等式：
Pe=EaIa=TeΩ
对于电动机，EaIa为电枢中的感应电动势所吸收的电功率，TeΩ为电动机的电磁转矩对机械负载所作的机械功率。由于能量守恒，两者相等。
Pm=P2+P0=P2+Pmec+P Fe
式中Pm=TΩ,电磁功率；P2=T2Ω,轴上输出的机械功率；P0=T0Ω，空载损耗，包括机械损耗Pmec和铁损耗P Fe
功率平衡方程式
电动机输入功率
P1=UI=U(Ia+If)=(Ea+RaIa)Ia+UIf=EaIa+RaIa*Ia+UIf=Pm+Pcua+Pcu f
式中，Pm=EaIa,为电磁功率；Pcua=RaIa*Ia,是电枢回路的铜损耗；Pcuf=UIf,为励磁绕组的铜损耗。
所以并励直流电动机的功率平衡方程式
P1=P2+Pmec+P Fe+Pcua+Pcuf
并励直流电动机转速特性公式：n= U N/ CeΦN–RaIa/ CeΦN
他励直流电动机转速特性公式：n= U/ CeΦ–R/ CeC TΦΦT
令U/ CeΦ=no,称no为理想空载转速，是机械特性曲线和纵轴交点的转速；令R/ CeC TΦΦT=βT=Δn,是负载转矩为T时的转速降，式中，β=R/ CeC TΦΦ称为机械特性曲线的斜率。
n=n0-βT
对于发电机，TeΩ为原动机为克服电磁转矩而输入电机的机械功率，EaIa为电枢发出的电功率。两者也相等。
直流发电机
1.电压平衡方程式：U=Ea – IaRa
2.功率平衡方程式：P1=Pm+P0 式中，P1= T1Ω，为原动机输给发电机的机械功率，即输入功率；Pm=TΩ,发电机的电磁功率；P0=T0Ω,发电机的空载损耗功率。
Pm= TΩ= PN/60aΦIa n=EaIa
5．直流电机的换向与换向火花；直流电机的电枢效应；环火产生的原因及防止措施。
6．并励直流发电机建压的条件。
7．并励（或他励）直流电动机的机械特性表达式；根据名牌数据求取固有机械特性。绘制和求取三种人为特性。（以例题、作业题为复习重点）
8．直流电机起动的方法，多级电枢电阻起动的机械特性绘制与计算。
直流电机的制动方法，直流电动机的调速方法，及其机械特性和相关计算问题。直流电机调速方法中哪些属恒转矩，哪些属恒功率调速。（以例题、作业题为复习重点）
变压器部分
1．变压器的工作原理、基本结构、变压器按用途分类。
2．变压器的铭牌数据的物理含义，相互之间的关系。对三相变压器，额定电压与额定电流指（空载/负载）时的（线/相）电压或电流？3．变压器的各物理量参考方向确定方法，等值电路及每个电路元件的物理含义，变压器的功率流程图。二次侧往一次侧折算时的折算关系。电压平衡方程式。
4．变压器的空载实验和短路实验，一般在高压侧还是在低压侧做？
分别能测量出什么参数，如何处理实验数据？
5．变压器外特性是什么含义，变压器的负载分别为阻/容/感性负载时，外特性如何变化。相关计算不作要求。
6．三相变压器有哪两种结构，各有什么特点。三相变压器一二次侧有些什么接法（Y接和△接），变压器联接组别是什么含义。7．变压器并联运行的理论条件、三条实际必须满足的条件。
8．电压与电流互感器的作用，使用注意事项。自耦变压器的优点与缺点，注意事项。
交流异步电机部分
1．交流异步电机的工作原理；如何实现正反转、定子磁场（动势）的特性，转差率的定义、转子转速与同步转速的关系；转子回路电流频率与转速的关系。
2．交流异步电机的结构：定子、转子（两种类型），定子绕组的型式，定子绕组的接法（Y接和△接）。
3．交流异步电机的铭牌数据及其含义，额定功率与额定电压和电流之间的关系。额定电压与额定电流指（线/相）电压或电流？4．交流异步电机的等值电路，等值电路各元件代表的物理含义、功率流程图。电磁功率、机械功率、转子铜损三者之间的关系。5．三相交流异步电动机的实用机械特性表达式；根据铭牌数据求取固有机械特性的方法。绘制改变定子电压、定子回路串阻抗和转子回路串阻抗的三种人为特性。根据机械特性计算转矩和转速的
问题（以例题、作业题为复习重点）。
6．交流异步电机起动的方法，制动方法，调速方法。绘制交流异步电机起动、制动、调速时的机械特性并描述其过程。交流异步电机调速方法中哪些属于恒转矩，哪些属于恒功率调速。交流变频调速基频以上和基频以下如何调速。分别属于恒转矩还是恒功率调速？
同步电机部分
1．同步电机的工作原理、结构（两种类型转子，适用于什么场合）。2*．同步电机的双反应理论、功角、矩角特性，同步电机的起动和调速方法。同步电机功率因数的调节与V形曲线。
特种电机部分
1*．交直流伺服电机的结构特点、工作原理、应用场合、机械特性与调节特性的定义。交直流伺服电机的控制方法，各自的优缺点。2*．直、交、同测速电机的结构特点、工作原理。各自的优缺点。存在什么误差，如何减少误差提高精度。
3*．步进电机的工作原理、应用场合；步距角、静力矩、拍、矩角特性、通电循环、单、双等概念；静稳态区、动稳态区与连续运行时的矩频特性。
4*．直线电机与磁悬浮相关定义。
电力拖动系统中电机的选择
1*．正确选择电机的意义。
2*.电机的发热与冷却过程,电机的温升；电机的不同工作制及其特点。
3*.电动机类型及其容量选择方法。
考试内容分值分布：
直流电机40%
变压器20%
变流电机35%
同步电机5%
考试题型：
填空题 1.5×20=30
判断题 2×10=20
单项选择题 3×5=15
简答题 5×3=15
计算题 10×2=20
《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
转速和电磁转矩的关系。
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（φ
2>0?）一定，电源电压下降，则空载电流I
减小，铁损耗P
Fe
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。
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16Ω，折合到二次侧后大小为1Ω。
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。
9. 同步电机的运行方式包括发电机、电动机和补偿机。
10. 在同步电机的励磁系统中，无刷励磁系统指的是旋转整流器励磁系统。
11. 如果空载运行的同步发电机气隙增大，而励磁电流不变，端电压将降低；如果异步电动机气隙增大，而电源电压不变，功率因数将降低。
1. 单相交流绕组通入单相交流电流将产生空间位置不变，幅值变化的磁动势。如果想要获得恒定的磁场，可以在绕组中通入直流电流来实现。
2. 某三相交流绕组，24个元件，2对极，60度相带，若3，4号槽属于Z相带，则14号槽属于 A 相带；若为120度相带，且1~4号槽属于A相带，则14号槽属于A 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-4，60Hz，转差率为0.04，则转速为1728r/min，转子侧频率为24Hz，该电机处于电动机运行状态。
5. 三相异步电动机参数测定实验中，定子绕组电阻为提前获得的参数，参数测定实验包括空载实验和堵转实验。
6. 异步电动机的转差功率指的是转子铜损耗，变转差调速中，转差增大，则该损耗增大。
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，如果向基速以下调节采用压频恒比方式，则属于恒转矩调速。
9. 同步发电机在正常励磁（功率因数为1）的基础上增大励磁电流，将输出滞后的无功。
10. 在同步电机的励磁系统中，旋转整流器励磁系统又被称为无刷励磁系统。
二、判断题（每题2分，共20分）
1、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。（对）
2、直流电动机的人为特性都比固有特性软（错）
3、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，电枢电流都会突变。（对）
4、一台变压器原边电压U
1
不变，副边接电阻性负载或接电感性负载，如负载电流相等，则两种情况下，副边电压也相等。（错）5、变压器在原边外加额定电压不变的情况下，副边电流大，导致原边电流也大，因此变压器的主磁通也大。（错）
6、交流发电机正常发电以后可以断掉直流励磁电源。（错）
7、改变电流相序可以改变三相旋转磁通势的转向。（对）
8、不管异步电动机转子是旋转，还是静止，定、转子磁通势都是相对静止的（错）
9、三相异步电动机的最大磁通势T
m 的大小与转子电阻r
m
阻值无关。（对）
10、三相异步电动机的变极调速只能用在笼型转子电动机上。（对）
二、简答题（每题5分，共20分）
1、简述异步测速发电机的剩余电压误差产生原因及解决办法？
答：由于加工、装配过程中存在机械上的不对称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的输出的电压叫剩余电压。剩余电压的存在引起的测量误差称为剩余电压误差。减小剩余电压误差的方法是选择高质量各方向性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度，也可以通过装配补偿绕组的方法加以补偿。
2、为什么采用短矩绕组可以改变电动势波形？
图中实线表示表示整矩绕组情况，这时五次谐波磁场在线圈两个有效边中感应电动势大小相等，方向相反，沿线圈回路，正好相加。如果把节矩缩短1/5τ，如图中虚线所示，两个有效边中五次谐波电动势大小、方向都相等，沿回路正好抵消，合成电动势为零。
3、试绘出单相变压器“T”型等效电路图。
4、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？
答：必要条件：电动机的机械特性与负载特性必须有交点，即T
em =T
L.。
充分条件：在交点的转速以上存在T
em L. ,而在交点的转速以下存在T em >T L. 三、计算题（第一题10分，第二、三题每题15分，共40分） 1、他励直流电动机的U N =220V,I N =207.5A,Ra=0.067Ω,试问：（1）直接起动 时的起动电流是额定电流的多少倍?（2）如限制起动电流为 1.5I N ，电枢回路应串入多大的电阻？ 解：（1）直接起动的电流I st =U N /Ra=220/0.067=3283.6A I st /I N =3283.6/207.5=15.8 （2）I st1=1.5×I N =1.5×207.5=311.25A=U N /(Ra+Rst) 由此可得：Rst=0.64Ω 2、一台三相笼型异步电动机的额定数据为：P N =125KW，N n =1460r/min,U N =380V， Y联结，I N =230A，起动电流倍数k i =5.5，起动转矩倍数k st =1.1，过载能力λ T =2.2， 设供电变压器限制该电动机的最大起动电流为900A，问：（1）该电动机可否直接起动？（2）采用电抗器降压起动，起动电抗x st 值应为多少？（3）串入（2）中的电抗器时能否半载起动？ 解：（1）直接起动电流为：I st =k i I N =5.5×230A=1265A>900A 所以不能采用直接起动。 （2）定子串电抗器后，起动电流限制为900A 则：α=I st /I? st =1265/900=1.4 短路阻抗为：Zs=√r s 2+x s 2=U N /3×I st =380/3×1265 =0.173Ω 所以r s =0.3Z s =0.3×0.173=0.052Ω x s =√Z s 2-r s 2 =√0.1732-0.0522 0.165Ω 应串接电抗值： x st =√α2x s 2+(α2-1)r s 2- x s =√1.42×0.1652+(1.42-1)×0.0522 －0.165=0.072Ω （3）串入xst=0.072Ω时的起动转矩为 T?st=1/α2T st =1/α2k st T N 1=1.42×1.1×T N =0.56T N 因为，T?st=0.56T N > T N =0.5 T N 所以可以半载起动 3、一台三相异步电动机接到50H Z 的交流电源上，其额定转速n N =1455r/min， 试求：（1）该电动机的极对数p；（2）额定转差S （3）额定转速运行时，转子电动势的频率。 解：（1）因异步电动机额定转差率很小，故可根据电动机的额定转速n N =1455 r/min,直接判断出最接近n N 的气隙旋转磁场的同步转速n 1 =1500 r/min,于是 p=60f/n 1 =(60×50)/1500=2 或 p=60f/n 1 ≈60f/n=(60×50)/1455=2.06 取 p=2 （2）s N =(n 1 －n)/n 1 =(1500－1455)/1500=0.03 （3）f 2=s N f 1 =0.03×50H Z =1.5 H Z 1.（本题10分）某他励直流电动机的额定数据为P N=54kW，U N=220V，I N=270A，n N=1150r/min，请估算感应电动势再画出固有机械特性。 2.（本题8分）画图判断变压器的联结组号。如果将副边的首端和尾端调换，又是什么联结组号？ 3.（本题7分）画出直流电动机结构原理图，标出感应电动势、励磁电流、电枢电流的方向，确定换向极极性及换向极绕组电流方向。（假设转子逆时针旋转） 电机原理及拖动试题及答案 一、填空(每空1分，共25分) 1. 单相异步电动机可分为________、________两大类型。 2. 6极异步电动机电源频率f=50Hz，额定转差率SN=0.04，则额定转速为nN=_____、额定工作时，将电源相序改变，则反接瞬时的转差率S=_____。 3. 同步补偿机实际上是一台_________的同步电动机，它接到电网上的目的就是为了___________。 4. 直流电机的励磁方式可分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。 ＝＿＿＿、每极每相槽数ｑ＝＿＿＿、槽距角＝＿＿＿。 5. 有一台极数2P＝4，槽数Z＝24的三相单层链式绕组电机，它的极距 6、变压器空载运行时功率因数很______。 7．________型三相异步电动机可以把外接电阻串联到转子绕组回路中去。 8. 直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向________。 9. 直流电动机的起动方法有____________；______________。 10. 当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。 11. 三相异步电动机的过载能力是指_______________。 12 . 星形—三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的______倍。 13. 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U1应随f1按______规律调节。 14、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。 15、单迭绕组极对数为P时，则并联支路数为_______。 二、判断正误(对在括号里打√、错则打×，每小题1分，共15分) 1.( ) 电动机的额定功率是指额定运行时从电源输入的电功率。 2.( ) 一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变 3.( ) 三相异步电动机的旋转方向决定于定子绕组中通入的三相电流的相序。 4.( ) 与同容量的变压器相比较，异步电动机的空载电流小。 5.( ) Y-D降压起动适用于正常运行时定子绕组为星形联接的笼型异步电动机。 6. ( ) 变极调速时必须同时改变加在定子绕组上电源的相序。 7. ( ) 变频调速过程中按U1/f1=常数的控制方式进行控制，可以实现恒功率调速。 8. ( ) 异步电动机的功率小于7.5kW时都允许直接起动。 9. ( ) 变压器的二次额定电压是指当一次侧加额定电压，二次侧开路时的空载电压值。 10.( ) 变压器在原边外加额定电压不变的条件下，副边电流大，导致原边电流也大，因 此变压器的主磁通也大。 11. ( ) 直流电动机的人为特性都比固有特性软。 电机及拖动课后答案 1-5 解： cm /A 98H ,T 1002.0002 .0A B === = φ （1） （1） F=Hl=98A/cm ′30cm=2940A; I=F/N=2940/1000=2.94A. (2) 此时，F 总=H 铁l 铁+H d d 其中：H 铁l 铁=98A/cm ′29.9cm=2930.2A; H d d=d ′B/m 0=0.001/(4p ′10-7)=795.8A; 所以：F 总=2930.2+795.8=3726A 1-6 解：（1） ;5.199sin Z x ;1407.0200cos Z r 2005 .0100 Z 1111111Ω?Ω?Ω===?==== （2） ;66.8sin Z x ;55.010cos Z r 1010 100 Z 1221222Ω?Ω?Ω===?==== 1-7 解：每匝电势为： 匝744884 .036 N ;V 4884.00022.05044.4f 44.4e m 1== =??==φ 2-13 解：作直线运动的总质量为： Kg 63966.128022m )1m m (2m =??+++?=总 转动惯量为：2 2 2 L m kg 63964D m m J ?=?==总ρ 系统折算后总转动惯量为：2 M 2m L eq m kg 74.49J i J J 2J J ?=+++= 总负载静转矩为：Nm 127792/D g )Hq m (T 2L =??+= 折算后负载转矩为： Nm 710i T T L 'L == η 转速加速度等于：5 .95dt dv D 60i dt dn i dt dn m ===π 由运动方程的启动转矩： Nm 4.1207 5.9555.974 .49710dt dn 55.9J T T eq ' L k =?+=+ = 3-12 解：因为：n 60Np E a φ= （1）单叠：a=2；60 04.02602N 230????=； N=5750。 （2）单波：a=1；60 04.01602N 230????=； N=2875。 考点总结 第四章 e T L T —生产机械的阻转矩 n —转速(r/min)】 第五章 一、直流电机的励磁方式： I I I f I I f1图5-15直流电机的励磁方式 a) 他励式 b) 并励式 b) 串励式 b) 复励式 a) b) c) d) 按励磁绕组的供电方式不同，直流电机分4种： ○ 1他励直流电机 ○2并励直流电机 ○3串励直流电机 ○4复励直流电机 二、基础公式 1. 额定功率N P N P （N T 为额定输出转矩，N n 为额定转速） 直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值： N N N I U P ?= 2. 电枢电动势a E 直流电机的电动势：n C E e a ?Φ?=（单位 V ） e C 为电动势常数 a Z n C P e 60?= （P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数） 3. 电磁转矩e T 直流电机的电磁转矩：a T e I C T ?Φ?= （单位m N ?） T C 为转矩常数 a Z n C P T ??= π2 （P n —磁极对数，Z —电枢总有效边数，a —支路对数） 4. 常数关系式 由于 55.9260 ≈=π e T C C 故 e T C C ?=55.9 三、直流电机 (一) 分类：直流电动机和直流发电机。 直流电动机：直流电能→→机械能 直流发电机：机械能→→直流电能 (二) 直流电动机(考点：他励直流电动机【如下图】) I 图5-18直流电动机物理量的正方向与等效电路 a) 物理量的参考正方向 b) 等效电路 a) b) 1. 电压方程： 励磁回路：f f f I R U = 电枢回路：a a a a I R E U += (特点：a a E U >) (a R ——包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻 a E ——直流电机感应电动势) 其中 Φn C E e a = 2. 转矩方程：0L e T T T += 3. 功率方程： ○ 1输入电功率→电磁功率 输入电功率1P =励磁回路输入电功率f P +电枢回路输入电功率a P (注意：一般题目没有给出励磁信息，那么输入电功率=电枢回路输入电功率) 电枢回路输入电功率a P =电磁功率em P +铜耗功率Cua p ? 励磁回路输入的电功率：2f f f f f I R I U P == 电枢回路输入的电功率： ()Cua em 2a a a a a a a a a a a p P I R I E I I R E I U P ?+=+=+== (2a a Cua I R p =?——电枢回路的铜耗 a a em I E P =——电机的电磁功率) 且有ωωωe a p a p a p a a π2π2606060T ΦI a Z n ΦI a Z n ΦnI Z n I E ==? == 即ωe a a T I E = 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, 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) 编号D171 适用专业（层次）：自动化（通用）使用学期：通用 山东科技大学200 —200 学年第学期 《电机拖动与控制》考试试卷（A卷）班级姓名学号 一、填空题（每空1分，共20分） 1.变压器空载试验测得的功率近似等于（）损耗。 2.变压器阻抗电压指的是（ )的比值的百分数。 3.三相异步电动机的转子电流频率与转子的转速大小有关，转速越高则转子电流频率越 （），不转时转子频率等于（）。 4.三相异步电动机工作状态与转差率有关，电动状态下转差率在（）范围内； 反接制动状态下转差率在（）范围内。 5.三相异步电动机的临界转差率与转子电阻的关系是（）。 6.三相异步电动机的转速与频率及磁极数有关：频率越高则转速越（）；磁极 数越多则转速越（）。 7.单相异步电动机的机械特性的特点是：转速为零时电磁转矩（），转速为正值时 电磁转矩（）。 8.三相同步电动机的起动方法有（）。 9.直流电动机在（）状态下，电磁转矩与转速方向相反；在 （）状态下，电枢中电动势与电流方向相同。 10.直流他励电动机若电磁转矩和主磁通不变，在不同转速下的电枢电流（）。 11.直流电动机换向器的作用是（）。 12.电动机的过载保护与短路保护区别是（）。 13.所谓零电压保护的含义是（）。 14.电动机的正反转控制设置互锁的作用是（）。 15.中间继电器的用途是（）。 二、选择题（每题1分，共10分） 1、一台电动机有两个电刷和两个集电环，则可能是：（） Ａ、他励直流电动机Ｂ、三相同步电动机Ｃ、绕线转子异步电动机 2、单相异步电动机起动方法有：（） Ａ、电容分相起动Ｂ、频敏变阻器起动Ｃ、转子串电阻起动 3、直流电动机抑制换向火花的措施有：（） 电机与拖动基础知识重点 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 电机与拖动基础总复习 试题类型 一、填空题（每题1分，共20分） 二、判断题（每题1分，共10分） 三、单项选择题（每题2分，共20分） 四、简答题（两题，共15分） 五、计算题（三题，共35分） 电力拖动系统动力学基础 1．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．电力拖动运动方程的实用形式为 由电动机的电磁转矩T e 与生产机械的负载转矩T L 的关系： 1）当T e = T L 时， d n /d t = 0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为静态或稳态； 2）若T e ＞T L 时， d n /d t ＞0，系统处于加速状态； 3）若T e ＜T L 时， d n /d t ＜0，系统处于减速状态。 也就是一旦 d n /d t ≠ 0 ，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。 3．生产机械的负载转矩特性： t n GD T T d d 3752L e = - 直流电机原理 1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。 2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。 3 极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。 4 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a 等于极对数n p 。 5 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。 6 直流电机的励磁方式： dn dT dn dT L e 四、计算题 1. 台并励直流电动机， P N = 90k^V , U N = 440V ，I N = 245A, I fN = 5 A , n ” = 750r / min , R a = 0.081 , 试求: （1） 电动机的额定输岀转矩； （2） 在额定电流时的电磁转矩; （3） 当I a =0时电机的转速； （4） 在总制动转矩不变的情况下，当电枢中串入 0.1.】电阻而达稳定时的转速。 答：1 ）电动机的额定输岀转矩 I a = I N - I fN - (245 - 5) = 240 A P 2N =TW 60 9.55 T 2N =9.55 陽=9.5590 10 N.m=1146N.m 750 n N ）在额定电流时的电磁转矩 E a =U N -I a R^ = 440-240 0.08 V = 420.8V Rm = E a l a =420.8 240W =101KW T em 二仏=9.55101 10 = 1286.07N.m 门 750 E 420 8 )当I a ：—0时电机的转速C e - 0.5611V / r 750 n N U N 440 r / min 怎 784.2 C e 「 0.5611 ）在总制动转矩不变的情况下，当电枢中串入 0.1】电阻而达稳定时的转速为: -I a & R 440-240 0.08 0.1 r /min : 707.2r /min Ce ： -；J 0.5611 2.某三相铝线变压器， S M =750kV *A,U 1N /U 2N ^10000/400V , Yyn0联接。有如下实验数据： 试求：折算到高压侧的变压器 T 形等效电路参数并画岀等效电路图（设 R 1 = R,',X^X 2 '，不需考虑温度换算） 解：（1）由空载试验数据求励磁参数 电机拖动复习题 一、填空题（每题2分，共20分） 1. 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） 2.直流电动机的起动方法有、、。 (直接起动；降低转子端电压；转子回路串电阻) 3.直流电动机的调速有、、三种方法。 (转子串电阻调速；调压调速；弱磁调速) 4.直流发电机输出的额定功率是指。(出线端输出的电功率) 5. 单相罩极式异步电动机的转向_____ 。 (不可改变) 6.额定频率为50HZ的三相异步电动机额定转速为725r/min，该电机的极数为，同步转速为r/min，额定运行时的转差率为。 (8；750；0.03) 7.三相异步电动机的最大转矩与转子电阻。(无关) 8.绕线式异步电动机一般采用的起动方法是。(转子回路串电阻) 9.双鼠笼异步电动机按起动和运行时的情况可将上笼称为。(起动笼) 10.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) 11.当电动机的转速超过时，出现回馈制动。(理想空载转速) 12.变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将，铜损耗将（忽略漏阻抗压降的影响）。(不变；增加) 13.一个脉振磁通势可以分解为两个和相同，而相反的旋转磁通势。(幅值；转速；转向) 14.三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) 15.三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速，定子电流。 (减小；增加) 16.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) 17.星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的倍。C 18.三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U1应随f1按规律调节。(正比) 19.他励直流电动机的机械特性是指和的关系。(转速；电磁转矩) 20.异步电动机变频调速中，基速以上的调节属于恒调速。(功率) 21.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。(Ea 〈U；Ea〉U) 22.当s在范围内，三相异步电动机运行于电动状态，此时电磁转矩性质为；在的范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为。 (0~1；驱动性质；小于1；制动性质) 23.直流电动机改变线圈中电流方向是和完成的。(换向器电刷) 24.直流发电机把转换成。(机械能直流电能) 25.三相变压器的原、副绕组都可以接成。(星形或三角形) 26.交流异步电动机的转子绕组有和两种。(鼠笼型绕线型) 27.定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。(旋转磁场) 28.同步电机可分为、和三类。(同步发电机同步电动机同步补偿机) 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 《电机与拖动基础》课后习题 第一章 习题答案 1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。 （2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。 直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。 换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。 电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。 换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。 2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/m in 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。 解：电动机η?=N N N I U P ， 故 A =??=?=5.6985.02201013U P I 3N N N η 3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/m in 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。 解：发电机N N N I U P =， 故 A ?==3912301090U P I 3N N N 电机拖动与控制试卷 一、简答题（共40分） 1、（15分）试说明他励直流电动机的起动方法及其特点。 答:降压起动、电枢串联起动变阻器起动；降压启动的优点是：启动电流小，启动过程平滑，能量消耗少，因而在直流电力拖动系统中得到广泛应用 2、（15分）请简要介绍直流电机的各种励磁方式。 答:直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励 磁磁通势而建立主磁场的问题。不同励磁方式的直流电机有 着不同的特性，一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励 式、串励式和复励式。 3、（10分）为什么说交流异步测速发电机是交流侍服电动机的一种逆运行方式？ 答：在交流侍服电动机中，由控制绕组输入的是电压信号，通过电动机变成了转速信号在轴上输出，在交流异步测速发电机中，由外力拖动转轴转动，输入的是转速信号，通过测速发电机，输出与转速成正比的电压信号。所以就信号的转换而言，两者互为可逆运行方式，和一般发电机和电动机的能量转换是一样的，是符合可逆原理的。 二、计算题（共60分） 1、（15分）一台直流电动机改成直流发电机时，是否需要将换向极绕组重新安装？为 什么？ 答:不需改接。因为改向级绕组是与电枢回路串联的，如由电 动机改成发电机运行时，此时如转速ｎ方向不变，则电枢电流反向，而换向极所产生的磁势也反向，仍可抵消在几何中线性处的电枢反应磁势；如转速方向改变，则电流方向不变，换向极产生的作用仍然正确。 2、（15分）某台直流电动机的额定数据为：P N =10kW,U N =220V, n N =1500r/min,ηN =88.6%, 试求该电动机额定运行时的输入功率P 1及额定电流I N 。 答: 该电动机额定运行时的输入功率P 1= P N /ηN =10kw/0.886 =11.29 kW I N = P 1/U N =11290w/220v=51.3A 3、（15分）有一台三相变压器，额定容量S N =50kVA , 高压侧额定电压U 1N =10kV , 低 压侧额定电压U 2N =400V , 高低压绕组都接成星形，试求高低压侧的额定电流I 1N 和I 2N 。 解:由S N =sqrt(3) U 1N I 1N 代入数值解得I 1N =2.89A 由S N =sqrt(3) U 2N I 2N 代入数值解得I 2N =72.17A 4、（15分）某台直流发电机为单叠绕组，每极磁通为3.5×10-2Wb ，电枢总导线为152 根，转速为1200 r/min ，求电机的空载电动势。若改为单波绕组，其他条件不变，问空载电动势为210V 时，电机的转速是多少？ 解：根据公式：E=C e Φn 可知，必须先求Φ， 又由C e Φ=PN /2πa 得： ?=??==Φ35.22 60152260a PN C e 则空载电动势为： 第二章 一、负载的转矩特性：负载的转矩特性是指生产机械工作机构的负载转矩与转速之间的关系即：n=f(T L )___恒转矩负载特性恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速n无关,恒转矩负载分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。反 抗性恒转矩负载特性:恒值负载转矩T f 总是与转速n f 的方向相反，即作用方向是 阻碍运动的方向。当正转时n f 为正， T f 与n f 方向相反，应为正，即在第一象限, 当反转时n f 为负， T f 与n f 方向相反，应为负，即在第三象限；当转速n f =0时外 加转矩不足以使系统运动。位能性恒转矩负载特性特点:T f 的方向与n f 的方向无 关。 T f 具有固定不变的方向。例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。当 n f >0时， T f >0，是阻碍运动的制动性转矩;当n f <0时， T f >0，是帮助运动的拖 动性转矩。故转矩特性在第一和第四象限。 恒功率负载转矩特性特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。 电力拖动系统的稳定运行的必要条件：动转矩为零，即 n不变，T=T L 第三章 直流电机的用途：把机械能转变为直流电能的电机为直流发电机；把直流电能转变为机械能的电机是直流发电机。直流发电机用来作为直流电动机和交流发电机的励磁直流电源。直流电动机的工作原理：线圈不由原动机拖动；电刷接直流电源；直流电源通过静止的电刷与随电枢转动的换向器的滑动接触把直流电源转换成电枢中的交流电，保证电枢转矩的方向不变，电枢保持逆时针旋转。直流发电机的工作原理:用两个相对放置的导电片(换向片)代替交流发电机的两个滑环，电刷接触的换向片始终是相同一侧的线圈边，所以N极一侧的电刷得到的电压始终是（+），S极一侧的电刷得到的电压始终是（-）。 直流电机的可逆性：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。 主要结构：直流电机由定子、转子两大部分构成。定子的作用是产生主磁场和在机械上支撑电机，它主要由主磁极、机座、电刷、端盖和轴承组成。主极的用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩。大多数直流电机的主磁极都是由直流电流来励磁的，主磁极上还装有励磁线圈。只有小直流电机的主磁极才用永磁磁铁，这叫永磁直流电机.电刷装置:电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。直流电机转子部分：电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承等 单叠绕组1)每个极下的元件组成一条支路,并联支路对数a等于极对数p:a=p2)正负电刷间感应电动势最大，被电刷短路的元件里感应的电动势最小。3）电刷杆数等于极数。 电枢电动势（公式）：电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间感应的电动势，也是电枢绕组每个支路里的感应电动势。电磁转矩（公式）P47容（励磁磁通势和电枢反应磁通势）==直流发电机:电枢电动势—输出电动势(与电枢电流同方向) 电机拖动试题库及答案 《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的主要作用是将某一等级的交流（电压）变换成另一等级的交流（电压）。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于（一次侧匝数）和（二次侧匝数）之比。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压（变比）的装置，以便达到调节副边（电压）的目的。 5、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。 6变压器空载时的损耗主要是由于（铁芯）的磁化所引起的（磁滞）和（涡流）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（低压侧）加压；短路试验一般在（高压侧）加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈（小）。 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（乘以变比）、电流应（除以变比）、电阻（或电抗）应（乘以变比的平方）。 10、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）。 11、三相变压器组不能采用（丫/Y ）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（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）。 13、当三相变压器接成星形（Y）时，其线电压是相电压的（.3）倍，线电流与相 电流（相等）。 15、变压器在运行时，当（不变损耗）和（可变）损耗相等时，效率最高。 17、三绕组变压器的额定容量是指（最大的线圈容量：.3 1线U线）。 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（小） 20、电焊变压器实际上是一台（特殊）的降压变压器，它的外特性（比较软）， 短路电流（不大）。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的（平均值），又称为（计算容量）。 22、单相绕组的感应电势与（匝数）、（频率）和（每极磁通）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（减少）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 （减少）的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的（谐波电势），对相电势的大小影响（很小），主要影响了电势的（波形）。 习题解答(供参考) 习题二 2.2系统的调速范围是1000~100r「min ,要求静差率s=2%那么系统允许的静差转速降是 多少？ 解：n 1000 0.02.(10 0.98) 2.04rpm 系统允许的静态速降为2.04rpm。 2.3某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max 1500r..min，最低转速特性为 n0min 150n min，带额定负载时的速度降落n N 15匚min，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1)调速范围D n max；n min (均指额定负载情况下) 2)静差率 s n N「n0 15 150 10% 2.4直流电动机为 P N=74kW,UN=220Vl N=378A n N=1430r/min，Ra=0.023Q。相控整流器 内阻Rrec=0.022 Q。采用降压调速。当生产机械要求s=20%寸，求系统的调速范围。如果 s=30%寸，贝U系统的调速范围又为多少？？ 解：Ce (U N WR a). n N (220 378 0.023).1430 0.1478V rpm 2.5某龙门刨床工作台采用 V-M调速系统。已知直流电动机 P N 60kW,U N 220V, I N 305A, n N 1000r. min，主电路总电阻 R=0.18Q ,Ce=0.2V?min/r, 求：(1)当电流连续时，在额定负载下的转速降落 n N为多少？ (2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率S N多少？ (3)若要满足D=20,s< 5%勺要求，额定负载下的转速降落n N又为多少？ 解：(1) n N l N R.Ce 305 0.18 0.2 274.5r/min (2)S N n N； n。2745 (1000 274.5) 21.5% (3)n n N S.[D(1 s)] 1000 0.05[20 0.95] 2.63r/min 2.6有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压U u 8.8V、比例调节器放大系 根据直流电机转速方程 n — 转速（r/min ）； U — 电枢电压（V ） I — 电枢电流（A ）； R — 电枢回路总电阻（ Ω ）； Φ — 励磁磁通（Wb ）；Ke — 由电机结构决定的电动势常数。 三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压 U ； （2）减弱励磁磁通 Φ；（3）改变电枢回路电阻 R 。 第1章 闭环控制的直流调速系统 1、常用的可控直流电源有以下三种 ? 旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电 压。 ? 静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 ? 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用 电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2、由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节G 的励磁电流 i f 即可改变其输出电压 U ，从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称G-M 系统，国际上通称Ward-Leonard 系统。 3、晶闸管-电动机调速系统（简称V-M 系统，又称静止的Ward-Leonard 系统）， 4、采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，脉宽调制变换器（PWM-Pulse Width Modulation ）。 PWM 系统的优点 （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右； （4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 5、晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。 传递函数近似成一阶惯性环节。 Φ-=e K IR U n s T K s W s s s 1)(+≈ 《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______ =；^ ____ ______ 0 （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。（Ea 编号: D 1 7 2适用专业（层次）：自动化（通用）使用学期：通用 山东科技大学200 —200学年第学期 《电机拖动与控制》考试试卷（B卷）班级__________________ 姓名 __________________ 学号 _______________ 、简答题（共20 分） 1、直流电动机换相器的作用是什么？ 2、直流电动机在电动和制动状态下，电磁转矩与转速方向关系有何不同? 3、为什么直流他励电动机一般不允许直接起动？ 4、继电器与接触器的主要区别是什么？ 5、什么是零压保护？ 6、交流电动机旋转磁场的转速是哪些因素决定的？ 7、三相异步电动机的起动方法有哪几种？ 8、三相异步电动机的最大电磁转矩与什么因素有关？ 9、在异步电动机的电动和制动状态下转差率的取值的范围分别是多少？ 10、什么是电动机的稳态稳升？ 、选择题（共10分） 1、一台电动机有三个电刷和三个集电环, 则可能是：（) A、他励直流电动机E、三相同步电动机C、绕线转子异步电动机 2、三相同步电动机起动方法有：（) A、电容分相起动E、频敏变阻器起动C、异步起动 3、直流电动机改善换相的方法有：（) A、安装补偿绕组E、安装阻尼绕组C、安装换相极 4、常用于过载保护的电器有：（) A、热继电器E、电压继电器C、时间继电器 5、异步电动机额定转差率为0 .04，额定运行时其转子频率为：( ) A、50H z E、2H z C、都不对 6、三相笼型异步电动机可以采用下列方法起动。（) A、转子串电阻E、转子串频敏变阻C、自耦变压器降压 7、交流伺服电动机克服自转的措施是：( ) A、采用空心杯转子E、增大转子电阻C、控制绕组串电容 8、控制式自整角机的接受机输岀信号为: ( ) A、转角E、电压 C 转速 9、电动机的额定功率是在标准环境温度即摄式（）下测岀的电机基本知识及拖动试题及答案解析
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