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电机拖动思考题及作业题

第三章 直流电机原理
知识点：
1、结构、原理、特点
1）定子：磁极（绕组、铁芯）、电刷（铁芯的目的是增大磁通）
2）转子：电枢（绕组、铁芯）、换向片
3）原理：
定子供电产生主磁极磁场。
转子通过电刷和换向片供电，使得同一极性下的导体电流方向保持不变，获得恒定转矩使转子旋转。（注意，电枢元件中的感应电势和电流方向是改变的）
4） 特点：调速性能好。但是制作工艺复杂，成本高，维护量大
2、

励磁方式：他励、并励、串励，复励

3、机械特性性

1）固有特性 2）人为特性

思考题：
3.1 换向器在直流电机中起什么作用？
在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
3.4 直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？
直流电机的主磁路由以下路径构成： 主磁极N经定、转子间的空气隙进入电枢铁心，再从电枢铁心出来经定、转子间的空气隙进入相邻的主磁极S，经定子铁心磁轭到达主磁极N，构成闭合路径。
磁路未饱和时，铁的导磁率是空气的几百到上千倍，所以尽管定转子间的空气隙很小，但磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在空气隙上。
3.5 填空
(1) 直流电机单叠绕组的支路对数等于 主磁极对数 ，单波绕组的支路对数等于1
(2) 为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，电刷应放置在 对准主磁极中心线换向器的表面 。
3.6 说明下列情况下无载电动势的变化：
(1) 每极磁通减少，其他不变；
(2) 励磁电流增大，其他不变；
(3) 电机转速增加，其他不变。
根据直流电机感应电动势与主磁通的大小成正比，与电机转速成正比的关系，可得出以下结论：
(1) 每极磁通减小10%，其他不变时，感应电动势减小10%。
(2) 励磁电流增大10%，其他不变时，假定磁路不饱和，则每极磁通量增大10%，因此感应电动势增大10%。
(3) 电机转速增加20%，其他不变时，感应电动势增加20% 。
3.8 指出直流电机中以下哪些量方向不变，哪些量是交变的：
(1) 励磁电流 是直流电流，不交变
(2) 电枢电流 指的是电刷端口处的总电流，为直流电流，不交变
(3) 电枢感应电动势 指的是电刷端口处的总感应电动势，为直流电动势，不交变
(4) 电枢元件感应电动势 电枢元件有效导体不断交替切割N极磁力线和S极磁力线，产生感应电动势为交流电动势，交变
(5) 电枢导条中的电流 为交变电流，交变
(6) 主磁极中的磁通 励磁绕组通入直流励磁电流形成主磁通，不交变
(7) 电枢铁心中的磁通 主磁通本身不交变，但电枢铁心的旋转使得电枢铁心中的任意一点都经历着交变的磁通，所以电枢铁心中的磁通为交变磁通
习题：
3.1 某他励直流电动机的额定数据为：PN =17kW，UN =220V，nN =1500r/min，
ηN =0.83。计算IN ，T2N 及额定负载时的P1N 。
(1) 额定电流
IN = PN /(ηN·UN )=17000/(0.83×220 )= 93.1 A
（2） 额定输出转矩
T2N = 9550 PN /nN = 9550×17 /1500 = 108.2 N ·m
(3) 额定输入功率
P1N = PN /ηN = 17/0.83 = 20.5 kW
3.4 某他励直流电动机的额定数据为：
PN =6 kW ,UN =220 V,nN = 1000 r/min ，PCua =500 W ,P0 = 395 W。计算额定运行时电动机的T2N ，T0 ,TN ,PM ,ηN 及Ra 。
解：
额定输出转矩 T2N = 9550 PN /nN = 9550×6/1000 = 57.3 N ·m
空载转矩 T0 = 9.55 P0 /nN = 9.55×395/1000 = 3.77 N ·m
额定电磁转矩 TN = T2N + T0 = 57.3 + 3.77 = 61.1 N ·m
额定电磁功率 PM = PN + P0 = 6 + 0.395 = 6.395 kW
额定输入功率 P1N = PM + PCua = 6.395 + 0.5 = 6.895 kW
额定效率 ηN = PN /P1N ×100% = 6 / 6.895×100% = 87.1%
额定电枢电流 Ia = P1N / UN = 6.895 / 200 = 31.3 A
电枢电阻 Ra = PCua / I2a =500 / 31.3 2 = 0.51 Ω

第四章 他励直流电动机
启动方式：
1、 电枢回路串电阻启动
2、 降电压启动（降低电源电压）

调速方法：
1、 电枢串电阻调速
2、 降低电源电压调速
3、 弱磁调速

思考题：

习题：

(1) 电源电压降低了，但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的电枢电流及电磁转矩各是多大?电力拖动系统的动转矩是多少?
(2) 稳定运行转速是多少?
解： (1) 电源电压降低，转速来不及变化时电枢电流和电磁转矩的计算。
电枢感应电动势在降压瞬间保持不变，即
电枢电流

电磁转矩

(2) 稳定运行时转速的计算。
因电动机带恒转矩额定负载，所以稳定运行时的电枢电流为

电枢感应电动势

(1) 电动机带额定负载转矩时的最低转速；
(2) 调速范围；
(3) 电枢需串入的电阻最大值；
(4) 运行在最低转速带额定负载转矩时，电动机的输入功率、输出功率，及外串电阻上的损耗。

（4） 运行在最低转速带额定负载转矩时，电动机输入功率、输出功率及外串电阻损耗的计算。

(1) 若采用能耗制动停车，电枢应串入多大电阻；
(2) 若采用反接制动停车，电枢应串入多大电阻；
(3) 两种制动方法在制动开始瞬间的电磁转矩；
(4) 两种制动方法在制动到n=0时的电磁转矩。
解 (1) 能耗制动停车电枢应串入电阻计算。
取额定电枢感应电动势

电动机电枢电阻

制动前电枢电流

制动前电枢电动势

能耗制动停车时电枢应串入的最小制动电阻为

（2） 若用反接制动停车，电枢应串入的最小制动电阻为

（3）制动开始瞬间的电磁转矩计算。
开始制动瞬间，能耗制动与反接制动的电磁转矩大小一样，为

（4） 制动到n=0时电磁转矩的计算能耗制动时

反接制动时

电枢电流为

反接制动n=0时的电磁转矩为

(1) 若电源电压反接、电枢回路不串电阻，电动机的转速；
(2) 若用能耗制动运行下放重物，电动机转速绝对值最小是多少？
(3) 若下放重物要求转速为-，可采用几种方法?电枢回路里需串入电阻是多少?
解： (1) 电源电压反接、电枢回路不串电阻，电动机的转速计算。

电动机的转速

（2） 能耗制动运行下放重物，电动机转速绝对值最小量计算。

（3）下放重物要求转速为-380r/min，可采用的方法和电枢需串入的电阻大小。
若采用能耗制动法，则电枢回路串电阻

若采用倒拉反接制动法，电枢回路串电阻

第五章 变压器
知识点：
结构：铁芯（硅钢片，加大磁通，减小涡流），原副绕组
变压器额定数据：
（1） 额定容量SN ：单位为V·A或kV·A
（2） 额定电压U1N U2N ：线电压， U1N 为一次绕组额定电压，U2N一次绕组加上额定电压后二次绕组开路（即空载运行时）二次绕组端电压。
（3） 额定电流I1N I2N ：线电流。
（4） 额定频率f ：f=50Hz 。
公式：
单项双绕组变压器 SN = U1N I1N = U2N I2N
三相双绕组变压器 SN = √3U1N I1N = √3U2N I2N
P113——P131

思考题：
5.1 变压器能否用来直接改变直流电压的大小？
不能。变压器是利用电磁感应原理实现变压的。如果变压器一次绕组接直流电压，绕组中则产生大小一定的直流电流，建立直流磁通势，铁心中磁通也就是恒定不变的，因此绕组中就没有感应电动势，输出电压为零。
5.12 实验时，变压器负载为可变电阻，需要加大负载时，应该怎样调节电阻值？
增大负载需要减小电阻值，加大电流I2 。
5.15 选择正确结论。
(1) 变压器采用从二次侧向一次侧折合算法的原则是( C )

A.保持二次侧电流I2不变
B.保持二次侧电压为额定电压
C.保持二次侧磁通势不变
D.保持二次侧绕组漏阻抗不变
(2) 分析变压器时，若把一次侧向二次侧折合，则下面说法中正确的是( B )
(3) 额定电压为220/110V的单相变压器，高压侧漏电抗为0.3Ω。折合到二次侧后大小为（ D ）

大小为（ C ）
、
应该是（ C ）

（ D ）

5.16 变压器运行时，一次侧电流标幺值分别为0.6和0.9时，二次侧电流标幺值应为多大？
当一次侧电流标幺值分别为0.6和0.9时，二次侧电流标幺值分别为0.6和0.9。
习题：

解： 一次侧额定电流

二次侧额定电流

(1) 求两种接法时扬声器获得的功率；
(2) 欲使放大器输出功率最大，变压器变比应设计为多少?
(3) 变压器在电路中的作用是什么?
解：
(1) 两种接法时扬声器获得的功率计算。
扬声器直接接入时获得的功率

扬声器经变压器接入时获得的功率

（2）欲使放大器输出功率最大，变压器变比k的计算。
输出功率表达式

对上式求导，根据导数为0时k取最大值可求得

（3） 变压器在电路中的作用是：
利用变压器的阻抗变换作用实现扬声器阻抗与功率放大器内阻的阻抗匹配，使扬声器获得最大功率。

解：
一次侧相电压额定值

一次侧相电流额定值

一次侧相阻抗基值

短路阻抗实际值

二次侧每相电压

变压器变比

负载阻抗折合值

每相总阻抗

一次侧电流
二次侧电流
二次侧电压

解：
(1) 低压侧励磁参数的计算。
励磁阻抗

励磁电阻

励磁电抗

（2） 励磁参数折算到高压侧的计算。

变比

励磁电阻
励磁电抗
（3） 高压侧短路参数的计算。

短路阻抗
短路电阻
短路电抗
短路电阻折算到标准温度75℃后

第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通量
概念题

第七章 异步电机原理
知识点：
1、机械特性参数表达式：P239
（固有机械特性，人为机械特性）
2、P247——P250
思考题：

7.27 填空。
(1) 忽略空载损耗，拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其电磁功率若运行时转速n = 1455r/min，,输出机械功率 9.7 kW， 6.0 kW， 2.0 kW，转差率s越大，电动机效率越 小 。
(2) 三相异步电动机电磁功率为机械功率为输出功率为
同步角速度为Ω1，机械角速度为Ω，那么 T ，称为 电磁转矩 ； T ，称为 电磁转矩 ； T2 ，称为 输出转矩 。
(3) 三相异步电动机电磁转矩与电压U1 的关系是 与电压平方成正比 .
(4) 三相异步电动机最大电磁转矩与转子回路电阻成 无关 关系，临界转差率与转子回路电阻成 正比 关系。
习题：

(1) 转差率； (2) 转子铜耗； (3) 效率； (4) 定子电流； (5) 转子电流的频率。
解：
(1) 转差率
（2）转子铜耗
（3）效率
（4）定子电流

(5) 转子电流的频率

(1) 额定转速；
(2) 空载转矩；
(3) 转轴上的输出转矩；
(4) 电磁转矩。
解：
(1) 额定转速的计算
电磁功率

转差率
额定转速
(2) 空载转矩

（3） 转轴上的输出转矩

(4) 电磁转矩

(1) 额定转差率； (2) 额定转矩； (3) 最大转矩； (4) 最大转矩对应的转差率； (5) s=0.02时的电磁转矩。
解：
(1) 额定转差率

(2) 额定转矩
(3) 最大转矩
(4) 最大转矩对应的转差率

(5) s=0.02时的电磁转矩

第八章 三相异步电机的启动与制动

知识点：
一、三相异步电机启动方式：
①、直接启动
降低定子启动电流的方式有：
降低电源电压；
加大定子边电阻或电抗；
加大转子边电阻或电抗。
②、降压启动
1） 定子串接电抗器启动（目的是减小启动电流，但转矩降低更多）
2） Y-Δ启动（减小启动电流，启动时定子绕组Y接法，启动后换成Δ接法）
3） 自耦变压器降压启动（自耦变压器接到三相电源上）
二、 直接启动的特点
启动电流相当大，启动转矩不大。
（在供电变压器容量较大，电动机容量较小前提下，可直接启动三相鼠笼异步电机）

降压启动：定子串电抗、Y-D启动、串自耦变压器启动
特点：启动电流下降同时，启动转矩下降
转子串电阻启动：绕线型
特点：启动电流下降，启动转矩升高
三、 绕线式三相异步电机启动
1、 转子串频敏变阻器启动
2、 转子串电阻分级启动

思考题：
8.1 容量为几千瓦时，为什么直流电动机不能直接启动而鼠笼式三相异步电动机却可以直接启动？
直流电动机若直接启动，其启动电流比额定电流大20倍左右，电机不能换向，而且还会急剧发热，是不允许的。而鼠笼式三相异步电动机直接启动电流约为额定电流的4～7倍，没有换向问题，只要启动时间不太长，发热也是允许的，不至于损坏电机。
8.6 判断下列各结论是否正确
(1) 鼠笼式三相异步电动机直接启动时，启动电流很大，为了避免启动过程中因过大电流而烧毁电机，轻载时需要降压启动。( × )
(2) 电动机拖动的负载越重，电流则越大，因此只要空载，三相异步电动机就可以直接启动。( × )
(3) 深槽式与双鼠笼式三相异步电动机启动时，由于集肤效应增大了转子电阻，因而具有较高的启动转矩倍数KT 。（ √ ）
8.11 判断下面结论是否正确。
(1) 绕线式三相异步电动机转子回路串入电阻可以增大启动转矩，串入电阻值越大，启动转矩也越大。( × )
(2) 绕线式三相异步电动机若在定子边串入电阻或电抗器，可以减小启动转矩和启动电流； 若在转子边串入电阻或电抗器，则可以加大启动转矩和减小启动电流。( × )
(3) 绕线式三相异步电动机转子串电阻分级启动，若仅仅考虑启动电流和启动转矩这两个因素，那么级数越多越好。( √ )

习题：

解：

：

小于允许启动电流：

能启动。
不能启动。