《电机与拖动》电机与电气控制技术第3版答案.doc

1 习题集习题集 第一章第一章 变压器变压器 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？方向是如何规定的？ 答：1）电源电压正方向与其电流 正方向采用关联方向，即两者正方向一致。 。 U 。 I 2）绕组电流 产生的磁通势所建立的磁通，这二者的正方向符合右手螺旋定 。 I 。 则。 3）由交变磁通 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？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；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。根据电磁感应定律，主磁通中在一、二次 。 1 绕组中分别产生感应电动势和；漏磁通；只在一次绕组中产生感应电 1 E2 E 。 1 动势，称为漏磁感应电动势。二次绕组电动势对负载而言即为电源电动1 E2 E 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？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 r1上，而且还有漏 磁压降，还有主磁通产生的压降，由于-很大，或者说 Zm=rm+jxm很大，致使 1 E 励磁电流很小。 1-4 一台单相变压器，额定电压为一台单相变压器，额定电压为 220V110V，如果将二次侧误接在，如果将二次侧误接在 220V 电电 源上，对变压器有何影响？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 m为设计值， 铁心磁路接近饱和，最大磁密 Bm接近饱和值；这时副边电压为 U2E2，即 E2=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 E2U2220V，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，E24.44fw2m因此 m也增大到原来的二倍，磁密 Bm也增大到 原来的二倍。正常运行时 Bm已到了磁化曲线的拐弯点，Bm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。 2 l-5 一台单相变压器，额定容量一台单相变压器，额定容量 SN250kVA，额定电压，额定电压 U1NU2N10kV0.4kV，试求一、二次侧额定电流为，试求一、二次侧额定电流为 I1N、 、 、I2N。 解：原边额定电流 I1N=SN /U1N=250/10=25A 副边额定电流 I2N=SN /U2N=250/0.4=625A 1-6 有一台三相变压器，有一台三相变压器，SN250KvA，U1NU2N6kV0.4kV，Yyn 联结，联结， 求一、二次绕组的额定电流。求一、二次绕组的额定电流。 解：原边额定电流 I1N=SN /U1N=250/6=24A33 副边额定电流 I1N=SN /U2N=250/0.4=361A33 1-7 有一台三相变压器，有一台三相变压器，SN5000kVA，U1NU2N10.5kV6.3kV，Yd 联结，联结， 求一、二次绕组的额定电流。求一、二次绕组的额定电流。 解：原边额定电流 I1N=SN /U1N=5000/10.5=275A33 副边额定电流 I1N=SN /U2N=5000/6.3=458.2A33 1-8 如图如图 l-28 为变压器出厂前的为变压器出厂前的“极性极性”试验。在试验。在 A-X 间加电压，将间加电压，将 X、x 相连，相连， 测测 A、a 间的电压。设定电压比为间的电压。设定电压比为 220V110V，如果，如果 A、a 为同名端，电压表为同名端，电压表 读数是多少？如读数是多少？如 A、a 为异名端，则电压表读数又应为多少为异名端，则电压表读数又应为多少 解：A、a 为同名端 电压表读数是 110V A、a 为异名端电压表读数是 330V 1-9 试用相量图判断图试用相量图判断图 1-29 的联结组号。的联结组号。 解： Yd11 3 1-10 有一台三相变压器，其一、二次绕组同名端及标志如图有一台三相变压器，其一、二次绕组同名端及标志如图 1-30 所示，试把该所示，试把该 变压器联结成变压器联结成 Yd7 和和 Yy4。 解： 1-11 三相变压器的一、二次绕组按图三相变压器的一、二次绕组按图 l-31 所示联结，试画出它们的线电动势相所示联结，试画出它们的线电动势相 量图，并判断其联结组别。量图，并判断其联结组别。 解：a)Y/-7 b)Y/Y-4 c) /Y-3 d) /-10 Yd7Yy4 4 1-l2 三相变压器并联运行条件是什么？为什么？三相变压器并联运行条件是什么？为什么？ 答：变压器并联运行的条件： 1）并联运行的各台变压器的额定电压与电压比要相等。否则，并联变压器 未带上负载前（即空载时）其一、二次绕组内都产生环流。 2）并联运行变压器的联结组别必须相同，如果不相同，将引起两台并联变 压器二次绕组线电压相位不同，致少使其相位差为 300，由此产生很大的电压差， 于是在变压器二次绕组中产生很大的空载环流。 3）并联运行的各变压器的短路阻抗的对应值要相等。这样才能在带上负载 时，各变压器所承担的负载按其容量大小成比例分配，防止其中某合过载或欠 载，使并联组的容量得到充分发挥。 l-13 自耦变压器的主要特点是什么？它和普通双绕组变压器有何区别？自耦变压器的主要特点是什么？它和普通双绕组变压器有何区别？ 答：自耦变压器的主要特点是一、二次绕组共用一个绕组。 普通双绕组变压器，其一、二次绕组是两个独立的绕组，它们之间只有 磁的联系，而没有电的直接联系。 l-l4 仪用互感器运行时，为什么电流互感器二次绕组不允许开路？而电压互感仪用互感器运行时，为什么电流互感器二次绕组不允许开路？而电压互感 器二次绕组不允许短路？器二次绕组不允许短路？ 答：1）电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。若二次绕组开路，则电流互感 器成为空载运行状态，此时一次绕组中流过的大电流全部成为励磁电流，铁心 中的磁通密度猛增，磁路产生严重饱和，一方面铁心过热而烧坏绕组绝缘，另 一方面二次绕组中因匝数很多，将感应产生很高的电压，可能将绝缘击穿，危 及二次绕组中的仪表及操作人员的安全。为此，电流互感器的二次绕组电路中 绝不允许装熔断器。在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短 2）电压互感器在运行时二次绕组绝不允许短路，否则短路电流很大，会 将互感器烧坏。为此在电压互感器二次侧电路中应串联熔断器作短路保护。 l-15 电弧焊对弧焊变压器有何要求？如何满足这些要求？电弧焊对弧焊变压器有何要求？如何满足这些要求？ 答：l）为保证容易起弧，空载电压应在 6075V 之间。为操作者安全，最高空 载电压应不大于 85V。 2）负载运行时具有电压迅速下降的外特征，如图 l25 所示。一般在额定 负载时输出电压在 30V 左右。 3）为满足不同焊接材料和不同焊件要求，焊接电流可在一定范围内调节。 4）短路电流不应过大，且焊接电流稳定。 基于上述要求，弧焊变压器具有较大的电抗，且可以调节。为此弧焊变压 器的一、二次绕组分装在两个铁心柱上。为获得电压迅速下降的外特性，以及 弧焊电流可调，可采用串联可变电抗器法和磁分路法，由此磁生出带电抗器的 5 弧焊变压器和带磁分路的弧焊变压器。 6 第二章第二章 三相异步电动机三相异步电动机 2-1 三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？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？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，并解释试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步异步”的意义。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 nn1。 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？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？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？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 n1n 与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即 S=（n1n）/n1。 额定转差率 SN=0.010.07，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。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 nA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 nB下运动，且 7 nBnA。 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？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，定子电流也应随转子电流的增加而增加，以增加的 定子电流产生的磁通势来抵消转子电流增加所产生的去磁作用。 2-9 三三相相异异步步电电动动机机在在空空载载时时功功率率因因数数约约为为多多少少？当当在在额额定定负负载载下下运运行行时时， 功功率率因因数数为为何何会会提提高高？ 答：三相异步电动机空载时功率因数约为 0.2 以下。当在额定负载下运行时， 转子电流有功分量，相对应的定子电流的有功分量也增加，使功率因数提高。 2-10 电网电压太高或太低，都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏，为电网电压太高或太低，都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏，为 什么？什么？ 答：由 U1E1=4.44f1N1K1m，当电源频率一定时，电动机的每极磁通m仅与外 加电压 U1成正比。当电网电压太高时，m相应加大使电动机磁路饱和，定子 励磁电流加大，定子电流加大，在过大的定子电流作用下将定子绕组烧坏。 当电网电压过低时，m过小，电动机电磁转矩过小，在负载作用下，电动机转 速 n 迅速下降，甚至发生堵转，致使电动机定子电流加大，也会使异步电动机 定子绕组过热而损坏。 2-11 三相异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有何关系，若电源电压下降三相异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有何关系，若电源电压下降 20%，电动机的最大转矩和起动转矩将变为多大？，电动机的最大转矩和起动转矩将变为多大？ 答：由公式可知电动机的电磁转矩 T 与电源电压 U1平方成 2 12 22 122 U SR TC fRSx （） 正比。 若电源电压下降 20%，即为额定电压的 0.8，此时电动机的最大转矩 Tm 随 U12 成比例下降，即为额定电压下电动机最大转矩的 0.64 倍。同理，此时电动机的 起动转矩 Tst 也与 U12成正比，起动转矩也只为额定电压下电动机起动转矩的 0.64 倍。 2-12 为什么在减压起动的各种方法中，自耦变压器减压起动性能相对较好？为什么在减压起动的各种方法中，自耦变压器减压起动性能相对较好？ 答：自耦变压器减压起动不受电动机绕组接线方式的限制，而且可以按容许的 起动电流和所需要的起动转矩来选择不同的抽头，适合起动容量较大的电机。 所以其起动性能相对较好。 2-13 三相笼型异步电动机定子回路串电阻起动和串电扰起动相比，哪一种较三相笼型异步电动机定子回路串电阻起动和串电扰起动相比，哪一种较 好？好？ 答：串电阻减压起动在起动时电能损耗较大，对于小容量电动机采用串电抗减 压起动为好。 2-14 对于三相绕线转子异步电动机转子串合适电阻起动，为什么既能减小起对于三相绕线转子异步电动机转子串合适电阻起动，为什么既能减小起 动电流，又能增大起动转矩？串入电阻是否越大越好？动电流，又能增大起动转矩？串入电阻是否越大越好？ 答：转子起动电流 22 2222 / ST IERX 起动转矩 22 222 / St TRRX 所以串入合适的电阻起动时，能减小起动电流，又能增大起动转矩。串入电阻 8 并不是越大越好，当起动转矩达到最大转矩后再增大串入转子电阻，起动转矩 反而减小。 2-15 在桥式起重机的绕线转子异步电动机转子回路中串接可变电阻，当定子在桥式起重机的绕线转子异步电动机转子回路中串接可变电阻，当定子 绕组按提升方向接通电源，调节转子可变电阻可获得重物提升或重物下降，原绕组按提升方向接通电源，调节转子可变电阻可获得重物提升或重物下降，原 因何在？因何在？ 答：桥式起重机用于提升重物的绕线转子异步电动机，在其转子回路中串接可 变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，随着转子串接可变电阻的加大，电 动机提升重物的速度愈来愈慢。电动机按提升方向转动转速愈来愈低。如何继 续加大转子串接电阻，转子电流进一步减小。电动机提升方向电磁转矩减小， 当提升重物产生的重物转矩作用下，将重物按下降方向运动，而电动机在重物 转矩作用下反转。所以重物提升时，电动机处于提升电动状态，而重物下降时， 电动机处于倒拉反接制动状态，重物获得倒拉反接制动下降。 2-16 为什么变极调速时要同时改变电源程序？为什么变极调速时要同时改变电源程序？ 答：当极对数改变时，将引起三相绕组空间相序发生变化，也就是说变极后绕 组的相序改变了。此时若不改变外接电源相序，则变极后，不仅电动机的转速 发生了变化，而且连电动机的旋转方向发生了变化。所以，为保证变极调速前 后电动机旋转方向不变，在改变三相异步电动机定子绕组接线的同时，必须改 变电源的程序。 2-17 电梯电动机变极调速和车床切削电动机的变极调速，定子绕组应采用什电梯电动机变极调速和车床切削电动机的变极调速，定子绕组应采用什 么样的改接方式？为什么？么样的改接方式？为什么？ 答：电梯电动机的负载为恒转矩负载，变极调速时采用 Y/YY 变极调速，因 它具有恒转矩调速性质。 车床切削电动机的负载为恒功率负载、变极调速时采用/YY 度极调速、因它 近似为恒功率调速性质 2-18 试述绕线转子异步电动机转子串电阻调速原理和调速过程，有何优、缺试述绕线转子异步电动机转子串电阻调速原理和调速过程，有何优、缺 点？点？ 答：书中图 2-37 为绕线转子异步电动机转子串电阻调速图，当电动机拖动恒转 矩负载且 TL=TN时，转子回路不串附加电阻时，电动机稳定运行在 A 点，转速 为 nA。当转子串入 RP1时，由于惯性，转速不能突变，则从 A 点过渡到 A点， 转子电流 I2减小，电磁转矩 T 减小，电动机减速，转差率 S 增大，转子电动势、 转子电流、电磁转矩均增大，直到 B 点，TB=TL为止，电动机将稳定运行在 B 点，转速为 nB，显然 nBnA。当串入转子回路电阻 Rp2、Rp3时，电动机最后将分 别稳定运行于 C 点和 D 点，获得 nC和 nD转速。 线绕转子异步电动机转子串电阻调速为有级调速，调速平滑性差；转速上限为 额定转速，下限受静差度限制，因而调速范围不大；适用于重载下调速；低速 时转子发热严重，效率低。但这种调速方法简单方便，调速电阻可兼作起动电 阻、制动电阻使用，在起重机拖动系统中广为应用。 2-19 对于一台单相单绕组异步电动机若不采取措施，起动转矩为什么为零？对于一台单相单绕组异步电动机若不采取措施，起动转矩为什么为零？ 当给电动机转子一个外力矩时，电动机为什么就可向该力矩方向旋转？当给电动机转子一个外力矩时，电动机为什么就可向该力矩方向旋转？ 答：当在单相单绕组异步电动机绕组中通入正弦交流电时，产生的是脉振磁通 势，对其基波脉振磁通势进行分解，可分解成为一个正向旋转磁通势 F1+和逆向 旋转磁通势 F1，它们均以同步角速度 W 旋转，但旋转方向相反，它们都切割 转子导体，产生转子感应电动势并产生转子电流，形成正向电磁转矩 T+和反向 电磁转矩 T。当转子静止时 n=0，T+=T，起动转矩 TST=T+T=0，所以不采取 9 措施，电动机不能起动。 当给电动机转子一个外力矩时，若 T外与 T+方向一致，则（T外+T+T）大于 负载转矩时，则电动机便沿外力矩方向旋转了。 2-20 一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，相当于一台单相电动机，一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，相当于一台单相电动机， 若电动机原来在轻载或重载运转，在此情况下还能继续运转吗？为什么？当停若电动机原来在轻载或重载运转，在此情况下还能继续运转吗？为什么？当停 机后，能否再启动？机后，能否再启动？ 答：一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，若电动机原来在轻载下运 转，此时电动机还能继续运转。若电动机原来在再载下运转因此时 T+与 T的合 成转矩小于重载转矩，则电动机将停转。 当停机后，不能再起动旋转了，因 TST=0。 2-21 一台罩极电动机，若调换磁极上工作绕组的两个端点，能改变电动机的一台罩极电动机，若调换磁极上工作绕组的两个端点，能改变电动机的 转向吗？转向吗？ 答：不能改变电动机（罩极）的转向。它总是从磁极的未罩部分转向磁极被罩 部分，其转向不能改变。 附加补充题附加补充题 2.1 在额定工作情况下的三相异步电动机，已知其转速为在额定工作情况下的三相异步电动机，已知其转速为 960r/min，试问电动，试问电动 机的同步转速是多少？有几对磁极对数？转差率是多大？机的同步转速是多少？有几对磁极对数？转差率是多大？ 解解： nN=960(r/min) n1=1000(r/min) p=3 04 . 0 1000 9601000 1 1 n nn s N 2.2 有一台六极三相绕线式异步电动机，在有一台六极三相绕线式异步电动机，在 f=50HZ 的电源上带额定负载动运行，的电源上带额定负载动运行， 其转差率为其转差率为 0.02，求定子磁场的转速及频率和转子磁场的频率和转速。，求定子磁场的转速及频率和转子磁场的频率和转速。 解：解：六极电动机，p=3 定子磁场的转速即同步转速 n1=(6050)/3=1000(r/min) 定子频率 f1=50Hz 转子频率 f2=sf1=0.0250=1Hz 转子转速 n=n1(1-s)=1000(1-0.02)=980(r/min) 2.3 Y180L-4 型电动机的额定功率为型电动机的额定功率为 22kw，额定转速为，额定转速为 1470r/min，频率为，频率为 50HZ，最大电磁转矩为，最大电磁转矩为 314.6N.M。 试求电动机的进载系数入？试求电动机的进载系数入？ 解：解：(N.M)143 1470 22 95509550 2 N N N n P T 2 . 2 143 6 . 314 N m T T 2.4 已知已知 Y180M-4 型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。 求：(1)额定电流 IN； (2)额定转差率 SN； 10 (3)额定转矩 TN；最大转矩 TM、启动转矩 Tst。 满 载 时 启动电 流 启动转 矩 最大转 矩 额定 功率 (kw) 额定 电压 （V） 转速 (r/min) 效率 (%) 功率 因数 额定电 流 额定转 矩 额定转 矩 接法 18.53801470910.867.02.02.2 解：解：（1）额定电流 IN=35.9(A) NNN N U P cos3 1 91 . 0 86 . 0 3803 10 5 . 18 3 （2）额定转差率 SN=(1500-1470)/1500=0.02 （3）额定转矩 TN=955018.5/1470=120(N.m) 最大转矩 TM=2.2120=264(N.m) 启动转矩 Tst=2.0120=240(N.m) 2.5 Y225-4 型三相异步电动机的技术数据如下：型三相异步电动机的技术数据如下：380v、50HZ、 接法、定子接法、定子 输入功率输入功率 P1N=48.75kw、定子电流、定子电流 I1N=84.2A、转差率、转差率 SN=0.013，轴上输出转矩，轴上输出转矩 TN=290.4N.M，求：，求：(1)电动机的转速电动机的转速 n2，(2)轴上输出的机械功率轴上输出的机械功率 P2N，(3)功率功率 因数因数（4）效率）效率 N。 N cos 解：解：（1）从电动机型号可知电动机为 4 极电机，磁极对数为 p=2，由 所以 (r/min) 1 21 n nn s 1480)013 . 0 1 (1500)1 ( 12 snn （2） （KW） N N m n P T 2 955045 9550 1480 4 . 290 9550 2 Nm N nT P （3） NLLN CosIUP3 1 88 . 0 2 . 843803 1075.48 3 3 1 LL N N IU P Cos （4）923 . 0 75.48 45 1 2 N N N P P 2.6 四极三相异步电动机的额定功率为四极三相异步电动机的额定功率为 30kw，额定电压为，额定电压为 380V，三角形接，三角形接 法，频率为法，频率为 50HZ。在额定负载下运动时，其转差率为。在额定负载下运动时，其转差率为 0.02，效率为，效率为 90%，电，电 流为流为 57.5A，试求：，试求：(1)转子旋转磁场对转子的转速；转子旋转磁场对转子的转速；(2)额定转矩；额定转矩；(3)电动机的电动机的 功率因数。功率因数。 解：解：（1）转子旋转磁场对转子的转速 n2=Sn1=0.021500=30 (r/min) （2）额定转矩 TN=955030/1470=194.5(N.m) 11 （3）电动机的功率因数88 . 0 9 . 0 5 . 573803 1030 3 3 NLL N N IU P Cos 2.7 上题中电动机的上题中电动机的 Tst/TN=1.2，Ist/IN=7，试求：，试求：(1)用用 Y- 降压启动时的启降压启动时的启 动电流和启动转矩；动电流和启动转矩；(2)当负载转矩为额定转矩的当负载转矩为额定转矩的 60%和和 25%时，电动机能否时，电动机能否 启动？启动？ 解：解：（1）用 Y-降压启动时的启动电流 IST=757.5/3=134(A) 用 Y-降压启动时的启动转矩 Tst=1.2194.5/3=77.8(Nm) （2）因为 Tst=0.4TN， 当负载转矩为额定转矩的 60%时, 由于 Tst 小于负载转矩，电动机不能启动。 当负载转矩为额定转矩的 25%时，由于 Tst 大于负载转矩，电动机可以启动。 2.8 在习题在习题 5.6 中，如果采用自耦变压器降压启动，而使电动机的启动转矩为中，如果采用自耦变压器降压启动，而使电动机的启动转矩为 额定转矩的额定转矩的 85%，试求：，试求：(1)自耦变压器的变比；自耦变压器的变比；(2)电动机的启动电流和线路上电动机的启动电流和线路上 的启动电流各为多少？的启动电流各为多少？ 解：解：（1）因为异步电动机的转矩与电压的平方成正比，所以有 由 所以自耦变压器的变比 K=1.188 N N T K T 85 . 0 2 . 1 2 85 . 0 2 . 1 （2）电动机的启动电流 IST=757.5/1.1882=285.2(A) 线路上的启动电流 IL=757.5/1.1882=285.2(A) 2.9 我国生产的我国生产的 C660 车床，其加工车床，其加工 2 件的最大直径为件的最大直径为 1250(mm)，用统计分析，用统计分析 法计算主轴电动机的功率。法计算主轴电动机的功率。 解：解：P=36.5D1.54(KW)=36.5=51.5(KW) 54 . 1 25 . 1 2.10 有一带负载启动的短时运行的电动机，折算到轴上的转矩为有一带负载启动的短时运行的电动机，折算到轴上的转矩为 130N.M，转，转 速为速为 730r/min，求电动机的功率。设过载系数为，求电动机的功率。设过载系数为=2.0。 解：解：由于 所以(KW) N N N n P T 2 955010 9550 730130 9550 2 NN N nT P 2.11 三相异步电动机断了一根电压线后，为什么不能启动？而在运行时断了三相异步电动机断了一根电压线后，为什么不能启动？而在运行时断了 一根线，为什么能继续转动？这两种情况对电动机有何影响？一根线，为什么能继续转动？这两种情况对电动机有何影响？ 答：答：三相异步电动机断了一根电压线后，则三相电源变成了单相电源，由于单 相电源所产生的磁场为脉动磁场，所以三相异步电动机不能正常启动（原理同 单相异步电动机） 。而三相异步电动机在运行时断了一根电源线，虽此时也为单 相运行，但因转子是转动的，脉动磁场对转子导体产生的作用力在两方向上不 同，所以电动机仍能继续转动。这两种情况对电动机均有很大的影响。二种情 12 况均为过载运行，长时间工作会损坏电动机。 13 第三章第三章 直流电机直流电机 3-l直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用？直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用？ 答：在换向器的表面压着电刷，使旋转的电枢绕组与静止的外电路相通，其作 用是将直流电动机输人的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，进而产生恒 定方向的电磁转矩，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的 直流电压。 3-2简述直流电动机的工作原理。简述直流电动机的工作原理。 答：工作原理：当直流电动机电枢绕组接至电源上时，根据电磁力定律，载流 导体在磁场中受电磁力的作用，产生了一个转矩，在转矩的作用下，电枢便按 逆时针方向旋转起来。 3-3直流电动机的励磁方式有哪几种？画出其电路。直流电动机的励磁方式有哪几种？画出其电路。 按励磁方式分为有（1）他励；（2）并励；（3）串励；（4）复励等四种，如 图 37 所示。 14 15 3-10直流电动机一般为什么不允许采用全压起动？直流电动机一般为什么不允许采用全压起动？ 答：因为他励直流电动机电枢电阻 Ra 阻值很小，额定电压下直接起动的起动 电流很大，通常可达额定电流的 1020 倍，起动转矩也很大。过大的起动电流 引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机自身的换向器 产生剧烈的火花。而过大的起动转矩可能会使轴上受到不允许的机械冲击。所 以全压起动只限于容量很小的直流电动机。 3-11试分析他励直流电动机电枢串电阻起动物理过程。试分析他励直流电动机电枢串电阻起动物理过程。 答：在电动机励磁绕组通电后，电动机再接上额定电压 UN，此时电枢回路串 人全部起动电阻起动，电动机从 a 点开始起动，转速沿特性曲线上升至 b 点， 随着转速上升，反电动势aCen 上升，电枢电流减小，起动转矩减小，当 减小至 Tst2 时，短接第 1 级起动电阻 Rst4,电动机由 R4 的机械特性切换到 R3 的机械特性。切换瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，电动势 Ea 保持不变， 电枢电流将突然增大，转矩也成比例突然增大，恰当的选择电阻，使其增加至 Tst1，电动机运行点从 b 点过渡至 C 点。从 C 点沿 Cd 曲线继续加速到 d 点， 切除第 2 级起动电阻 Rst3，电动机运行点从 d 点过渡到 e 点，电动机沿 ef 曲线 加速，如此周而复始，电动机由 a 点经 b、c、de、f、g、h 点到达 i 点。此时， 所有起动电阻均被切除，电动机进人固有机械特性曲线运行并继续加速至 k 点。 在 k 点 TTL，电动机稳定运行，起动过程结束。 16 3-12他励直流电动机实现反转的方法有哪两种？实际应用中大多采用哪种方他励直流电动机实现反转的方法有哪两种？实际应用中大多采用哪种方 法？法？ 答：直流电动机反转的方法有以下两种： （1）改变励磁电流方向 （2）改 变电枢电压极性 实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机 的反转。 3-13他励直流电动机电气制动有哪几种？他励直流电动机电气制动有哪几种？ 答：常用的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和发电回馈制动。 3-14 何为能耗制动？其特点是什么？何为能耗制动？其特点是什么？ 答：能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切 除，并接到一个外加的制动电阻 Rbk 上构成闭合回路。 其特点：（1）电枢电 压 U0； （2）电枢电流为负值，其方向与电动状态时的电枢电流反向； （3）电磁转矩 T 与转速 n 方向相反成为制动转； （4）电动机把拖动系统的 动能转变为电能并消耗在电枢回路的电阻上。 3-15试分析电枢反接制动工作原理。试分析电枢反接制动工作原理。 答：制动原理：电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制 动电阻 RBk。 3-16 试分析倒拉反接制动工作原理。试分析倒拉反接制动工作原理。 答：制动原理：电动机运行在固有机械特性的 a 点下放重物时，电枢电路串入 较大电阻 Rbk，电动机转速因惯性不能突变，工作点过渡到对应的人为机械特 性的 b 点上，此时电磁转矩 TTL 电动机减速沿特性曲线下降至 c 点。在负载 转矩的作用下转速 n 反向，Ea 为负值，电枢电流为正值，电磁转矩为正值与转 速方向相反，电动机处于制动状态。称为倒拉反接制动。 3-17何为发电回馈制动？其出现在何情况下？何为发电回馈制动？其出现在何情况下？ 答：1）发电回馈制动：当电动机转速高于理想空载转速，即 nno 时，电枢电 动势 Ea 大于电枢电压 U，电磁转矩 T 为制动性质转矩， 电动机向电源回馈电 能，此时电机运行状态称为发电回馈制动。2）其出现在位能负载高速下放和降 低电枢电压调速情况下。 3-18他励直流电动机调速方法有哪几种？各种调速方法的特点是什么？他励直流电动机调速方法有哪几种？各种调速方法的特点是什么？ 答：他励直流电动机的调速方法有：降压调速、电枢回路串电阻调速；、减弱 磁通调速三种。 各种调速方法的特点是 ： 1电枢串电阻的特点： l）是基速以下调速，且串人电阻越大特性越软； 2）是有级调速，调速的平滑性差； 3）调速电阻消耗的能量大，不经济； 4） 电枢串电阻调速方法简单，设备投资少。 2降压调速的特点： 1）调速性能稳定，调速范围广； 2）调速平滑性好， 17 可实现无级调速； 3）损耗减小，调速经济性好； 4）调压电源设备较复杂。 3减弱磁通调速的特点： l）调速范围不大；2）调速平滑，可实现无极调速； 3）能量损耗小； 4）控制方便，控制设备投资少。 3-19试定性地画出各种电气制动机械特性曲线。试定性地画出各种电气制动机械特性曲线。 答：答： 18 第四章第四章 常用控制电机常用控制电机 4-1 为什么交流伺服电动机的转子电阻值要相当大？为什么交流伺服电动机的转子电阻值要相当大？ 答：交流伺服电动机在制造时，适当加大转子电阻可以克服交流伺服电动机的 “自转”现象，同时还可改善交流伺服电动机的性能。 4-2 当直流伺服电动机励磁电压和控制电压不变时，若将负载转矩减小，试问当直流伺服电动机励磁电压和控制电压不变时，若将负载转矩减小，试问 此时电枢电流、电磁转矩、转速将如何变化？此时电枢电流、电磁转矩、转速将如何变化？ 答：当直流伺服电动机励磁电压和控制电压不变时，若负载转矩减小，电磁转 矩也减小，电枢电流减小，转速上升。 4-3如何改变两相交流伺服电动机的转向，为什么能改变其转向？如何改变两相交流伺服电动机的转向，为什么能改变其转向？ 答：交流伺服电动机励磁绕组的轴线与控制绕组的轴线在空间相差 90电角 度，励磁绕组接在恒定电压的单相交流电源上，改变控制绕组中电流的相位， 就可以改变伺服电动机的旋转方向。 根据旋转磁动势理论可知，旋转磁动势 的旋转方向是从电流超前的那一相绕组的轴线转到滞后的那一相绕组的轴线。 如果将交流伺服电动机控制电压的相位改变 180电角度，则控制绕组与励磁 绕组中的电流的超前滞后关系也会颠倒过来，原来的超前相变为滞后相，原来 的滞后相变为超前相，所以旋转磁动势的旋转方向和转子的旋转方向也随之改 变了。 4-4 为什么直流测速发电机使用时不宜超过规定的最高转速？负载电阻又不为什么直流测速发电机使用时不宜超过规定的最高转速？负载电阻又不 能低于额定值？能低于额定值？ 答：直流测速发电机当负载电阻较小或电枢电势很大（转速很高）时，测速发 电机的负载电流比较大，因而电枢反应的去磁作用就比较显著。电枢反应会使 气隙磁通减小，这就使直流测速发电机输出特性的线性关系遭到破坏，造成线 性误差。 为了使直流测速发电机输出电压与轻速的线性误差不超过规定值， 在使用时转速不应超过产品的额定转速，负载电阻不应小于规定的额定电阻值。 4-5 何谓步进电动机的步距角何谓步进电动机的步距角 Q？一台步进电动机可以有两个步进角，如？一台步进电动机可以有两个步进角，如 3 /1.5是什么意思？是什么意思？ 答：控制绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度叫步距角 Q。对于采用三 相单三拍控制的步进电机的步距角为 30，采用三相六拍控制时步距角为 15。 这种结构简单的步进电机的步距角太大，不能满足精度要求。为了减小步距角， 通常将转子与定子磁极都加工成齿形结构。 若步进电机转子齿数 Zr40 个， 齿沿转子圆周均匀分布，齿了槽的宽度相等，定子上有六个磁极，每极的极弧 上各有五个齿，齿宽和槽宽相等。极上装有控制绕组，相对的两个磁极上的绕 组串联起来再连接成三相星形。当采用三相单三拍控制方式时，步距角为 19 如果按三相六拍运行时，则步距角为： 由上可知，一台步进电机由于采用三拍或六拍不同的运行方式而可以有两 个步距角。 4-6什么是步进电动机的单三拍、六拍和双三拍工作方式？什么是步进电动机的单三拍、六拍和双三拍工作方式？ 答：步进电机中，控制绕组的通电状态每切换一次叫做“拍”，若每次只有一相 控制绕组通电，切换三次为一个循环为“三拍”，叫三相单三拍控制方式。双三 拍控制方式是指每次同时有两相控制绕组通电，通电方式是 UVVWWUUV，切换三次为一个循环，故称三相双三拍控制。 三相六 拍控制方式的通电顺序是 UUVVVWWWUU。每改变一次通电状 态，转子旋转的角度只有双三拍通电方式的一半。定子三相绕组经六次换接完 成一个循环，故称“六拍” 20 第五章第五章 常用低压电器常用低压电器 5-1 直流电磁机构有何特点？直流电磁机构有何特点？ 答 直流电磁机构具有如下特点： 1）直流电磁机构衔铁吸合前后吸引线圈励 磁电流不变，但衔铁吸合前后吸力变化很大，气隙越小，吸力越大。 2）直流 电磁机构吸引线圈断电时，由于电磁感应，在吸引线圈中产生很大的感应电动 势，其值可达线圈额定电压的十多倍，将使线圈过电压而损坏，应设置放电电 阻。 5-2 交流电磁机构有何特点？交流电磁机构有何特点？ 答：交流电磁机构有如下特点： 1）交流电磁机构电磁吸力瞬时值是脉动的， 在工频下，1s 内有 100 次过零点，会引起衔铁的振动，产生噪音与机械损坏应 加以克服。 2）交流电磁机构电磁吸力平均值基本不变，即平均吸力与气隙无 关。 3）交流电磁机构在衔铁尚未动作时的线圈电流是衔铁吸合后线圈电流 （额定电流）的十倍左右。所以交流电磁机构线圈通电后，若衔铁卡住无法吸 合将因电流过大而烧坏线圈，或由于交流电磁机构频繁工作，即衔铁频繁吸合、 打开再吸合，也将使线圈电流过大，线圈发热而烧坏线圈。 5-3 从外部结构特征上如何区分直流电磁机构与交流电磁机构？怎么区分电压从外部结构特征上如何区分直流电磁机构与交流电磁机构？怎么区分电压 线圈与电流线圈？线圈与电流线圈？ 答：从外部结构特征上，直流电磁机构铁心与衔铁由整块钢或钢片叠制而成， 铁心端面无短路环，直流电磁线圈为无骨架、高而薄的瘦高型。交流电磁机构 铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，铁心端面上必有短路环，交流电磁线圈设有骨 架，做成短而厚的矮胖型。 电压线圈匝数多，线径较细，电流线圈导线粗， 匝数少。 5-4 三相交流电磁铁有无短路环，为什么？三相交流电磁铁有无短路环，为什么？ 答：三相交流电磁铁无短路环。三相交流电磁铁电磁线圈加的是三相对称电压， 流过三相对称电流，磁路中通过的是三相对称磁通，由于其相位互差 120，所 产生的电磁吸力零值错开，其合成电磁吸力大于反力，故衔铁被吸牢而不会产 生抖动和撞击，故无需再设短路环。 5-5 交流电磁线圈误接入对应直流电源，直流电磁线圈误接入对应交流电源，交流电磁线圈误接入对应直流电源，直流电磁线圈误接入对应交流电源， 将发生什么问题，为什么？将发生什么问题，为什么？ 答：交流电磁线圈误接入对应直流电源，此时线圈不存在感抗，只存在电阻， 相当于短路状态，产生大的短路电流，立即将线圈烧毁。 直流电磁线圈误接 入对应交流电源，由于阻抗存在，使线圈电流过小，电磁吸力过小；衔铁吸合 不上，时间一长，铁心因磁滞、涡流损耗而发热，致使线圈烧毁。 5-6 为什么交流电弧比直流电弧易熄灭？为什么交流电弧比直流电弧易熄灭？ 21 答：交流电弧主要存在电流过零点后防止电弧重燃，而直流电弧电流不存在过 零，将使直流电弧较交流电弧难以熄灭。 5-7 常用灭弧装置有哪些？各应用于何种情况下？常用灭弧装置有哪些？各应用于何种情况下？ 答：常用灭弧装置有： （1）桥式结构双断口触头灭弧。常用于小容量交流接 触器中。 （2）磁吹灭弧装置。广泛用于直流灭弧中。 （3）栅片灭弧装置。常 用于交流电器中。 5-8 交流、直流接触器是以什么定义的？交流接触器的额定参数中为何要规定交流、直流接触器是以什么定义的？交流接触器的额定参数中为何要规定 操作频率？操作频率？ 答：接触器是按主触头控制的电流性质来定义为是交流还是直流接触器。对于 交流接触器，其衔铁尚未动作时的电流为吸合后的额定电流的 56 倍，甚至高 达 1015 倍，如果交流接触器频繁工作，将因线圈电流过大而烧坏线圈，故要 规定操作频率，并作为其额定参数之一。 5-9 接触器的主要技术参数有哪些？其含义是什么？接触器的主要技术参数有哪些？其含义是什么？ 答；接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流 （或额定控制功率） ，约定发热电流，额定通断能力，线圈额定电压，允许操作 频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。 1）接触器的极数和电流种类 按接触器主触头接通与断开主电路电流种类，分 为直流接触器和交流接触器，按接触器主触头个数又有两极、三极与四极接触 器。 2）额定工作电压 接触器额定工作电压是指主触头之间的正常工作电压值， 也就是指主触头所在电路的电源电压。 3）额定工作电流 接触器额定工作电流 是指主触头正常工作电流值。 4）约定发热电流 指在规定条件下试验时，电流 在 8h 工作制下，各部分温升不超过 极限时接触器所承载的最大电流。 5）额 定通断能力 指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。 6） 线圈额定工作电压 指接触器电磁吸引线圈正常工作电压值。 7）允许操作频率 指接触器在每小时内可实现的最高操作次数。 8）机械寿命和电气寿命 机械 寿命是指接触器在需要修理或更换机构零件前所能承受的无载操作次数。电气 寿命是在规定的正常工作条件下，接触器不需修理或更换的有载操作次数。 9）接触器线圈的起动功率和吸持功率 直流接触器起动功率和吸持功率相等。 交流接触器起动视在功率一般为吸持视在功率的 58 倍。而线圈的工作功率是 指吸持有功功率。 10）使用类别 接触器用于不同负载时，其对主触头的接通 和分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足 其要求。 5-10