电机与拖动基础习题1第3_6章

1、第三章：直流电机原理一、简答题：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。2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率 ？直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值；对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、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？直流电机的主磁路主要包括 ；主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轲、定子磁轲。磁路未饱和时，铁

2、的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的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气隙上。4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向？如何改变他励直流电动机空载运行时的转向？通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向， 即可改变电枢电动势的方向；也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向；也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。5、直流发电机的损耗主要有哪些？铁损耗存在于哪一部分，它随负载变化吗？电枢铜损耗随负载变化吗？直流发电机的损耗主要有 ：(1)励磁绕组铜损耗；

3、(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗；(5)电刷损耗；(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时，铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起，当负载增 加时，电枢电流同时增加，电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。6、他励直流电动机的电磁功率指什么？在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。7、不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的？如果电枢反应去磁作用很明显，对机械特性有什么影响？因为负载转矩增大，导致

4、点数电流增大，电枢电动势下降显然引起转速下降。如果电枢反应去磁作用明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。二、计算题：1、某他励直流电动机的额定数据为：Pn = 17kW, Un =220V, nN = 1500 r / min,4n =0 .83。计算In , T2 n及额定负载时的Pi n02、已知某四极他励直流电动机的额定功率 PN=100kW,额定电压Un=330V,额 定转速nN=730r/min ,额定效率hN=91.5% ,额定运行时每极气隙磁通Fn=6.98 X0-2Wb,电机电枢绕组采用单波绕组，电枢总导体数N=186。求额

5、定感应电动势和额定电磁转矩。解：（1）计算额定感应电动势极对数为：p=2;支路对数：a=1;电动势常数为:感应电动势为：EaCeN n6. 2 6. 98Ce翳10 2730V2186-601316V6.2（2）计算额定电磁转矩 IPn电枢电流为：1 NUn n电磁转矩为：tn CTn i100 103 A 331A330 0. 915N 9. 556. 26. 9810 2331N m1378N m3、一台四极他励直流电机，电枢采用单波绕组，总导体数为N=372,电枢回路总电阻为Ra=0.21W。电机接在电网电压 U=220V上运行，此时转速n=1500r/min ,每极磁通F=0.011W

6、b,空载损耗p0=566W。试求（1）电机运行在发电机还是 电动机状态；（2）电磁转矩；（3）电机的输入功率；（4）效率。解:（1）电机的运行状态由题意得知，并联支路数a=1,则电枢感应电动势为：Ea 凶 n2-3720. 011 1500V204.6V U 220V60a60 1可见，电机运行在电动机状态(2)电磁转矩, U Ea 220204.6 1” 电枢电流为：laA73. 3AR0. 21a电磁转矩为：pN , pN UEa2 372 八220 204.6 T Ia 0a 0. 011 N m 95.52N m2 a2 aRa210.21(3)输入功率输入功率为：P UIa 220

7、73. 3W 16. 13kW（4）效率输出功率为:效率为：BEaI aP0B14. 43P16. 13204. 673. 3100%89.5%566 W 14. 43kW4、有一他励直流电动机接在额定电压为 220V的电网上额定运行时，电动机的额定电枢电流Ia=15A,电枢回路总电阻Ra=0.7 Q。试求：（1）电动机额定运行时的反电动势；（2）若因某种原因，使电网电压下降至 200V,但励磁电流和负载转矩均未发生变化，求在达到新平衡点后电动机的反电动势。解：（1）额定运行时的反电动势EaNUn I aRa220 15 0. 7 V 209. 5V（2）新平衡点时的反电动势EaU I aRa

8、200 15 0. 7 V 189. 5V三、应用题1、如图所示为某钢厂热轧机主轧辗的直流电动机驱动系统。轧机的轧辗由两台直流电动机分别驱动。根据工艺要求，轧机工作时，应使两台电动机的转 速一致，以保证钢材质量。为使两台电动机转速一致，需采用转速闭环控制， 通过调节电枢电压，使两台电机转速同步。试简述该系统的原理。上位控制扁节器控制盘十.冲信号十浏速运置.上冲信号控制味 冲信号测速装置控司融1 H1冲宿耳厂山图中来自上位控制调节器的速度指令信号同时送给两个直流驱动系统的控制器，直流驱动系统的控制器根据转速偏差改变晶闸管整流装置（VT）的触发脉冲角度，以调节直流电动机的电枢电压，达到控制转速的目

9、的。为了使电枢电流平滑，主回路中串入了电抗器L。第四章：他励直流电动机的运行一、简答题：1、一般的他励直流电动机为什么不能直接启动 ？采用什么启动方法比较好？他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=C n=0,最初启动电流 Is=U/Ra,若直接启动，由于Ra很小，I s会十几倍甚至几十倍于额定电流 ，无法换向，同时也会过热，因此不能直 接启动。比较好的启动方法是降低电源电压启动 ，只要满足T(1.11.2)T l即可启动，这时 IsWiamax。启动过程中，随着转速不断升高逐渐提高电源电压 ，始终保持Ia w lamax这个条 件，直至U=U,启动便结束了。2、什么是固有机械特性和人为机

10、械特性？试说明他励直流电动机的各种人为机 械特件的变化特点。固有机械特性是指在电源电压 U = Un,气隙磁通 二3电枢外用电阻Rc=0 时，n=?(T)的机械特性。当改变电气参数如变电源电压、或变气隙磁通、或变电 枢外用电阻时，所得到的机械特性称为人为机械特性。(1)电枢回路用电阻时的人为机械特性的特点理想空载点n。与固有机械特性的相同；斜率b随外串电阻Rc的增大而增大，使特性变软。(2) 改变电枢电源电压时的人为机械特性理想空载点n。与固有机械特性的相同；斜率b随外串电阻Rc的增大而增大，使特性变软。(3)减弱气隙磁通时的人为机械特性与固有机械特性比，斜率3随磁通 减少而增大，特性变软；特

11、性的理想空载转速 n。随气隙磁通 减弱而增大，故特性上移。3、直流电动机起动有哪些要求？直流电动机常用的起动方法有哪些？各种起动 方法的主要特点是什么？为什么一般直流电动机不能采用直接起动？起动电流的小；起动转矩的大；起动时间的短；起动过程的平稳性； 起动过程的经济性。启动方法：直接起动、降压起动、电枢回路用电阻起动； 直接起动的特点：不需附加起动设备，接线最简单，操作方便。但 由于自身电枢 电阻大，可以直接起动外，一般直流电动机不允许直接起动。减压起动的特点：起动平稳，起动过程中能量损耗小，可实现软起动；但是需 一套专用调压设备，投资大。电枢回路用电阻起动方法特点：设备简单，操作方便；但是起

12、动过程中能量损耗大，不适用于频繁起动的场合。起动瞬间，转速n=0,电枢反电动势未建立，Ea=CeFn=0,使额定电压全部加在 电枢阻Ra上，此时起动电流Is=UN/Ra,由于Ra很小，故Is很大，为额定电流In 的1020倍，如此大的起动电流会造成换向困难，严重时会出现环火；过大的Is会引起电网电压的波动，影响接于同一电网的其他用电设备的正常运行；4、起动他励直流电动机时为什么一定要先加励磁电压？如果未加励磁电压，而 将电枢电源接通，将会发生什么现象？不加励磁电压的话，励磁回路不能建立磁场，电枢通电后没有磁感线可以切割，无法产生动力，电机不转，时间稍微长点，电机会烧掉。5、试分别说明他励直流电

13、动机能耗制动、反接制动、回馈制动的实现方法、基 本原理和制动性能。6、什么是电气调速？怎样评价调速性能的好坏？调速围与静差率之间有什么关 系？选择调速方法的原则是什么？改变电机的电气参数从而改变电机的运转速度叫做电气调速静差率与调速围是相互制约的两个指标，如果系统对静差率要求高（静差率越小），则调速围越小；反之，如果系统对静差率要求不高，则可得到较大的调速 围。调速围与静差率要合适，调速平稳，调速经济8、电气调速有哪几种？各种调速方式的主要特点是什么？降低电枢电源电压调速；电枢回路用电阻调速；减弱磁通调速降低电枢电压调速方法的特点：人为机械特性与固有机械特性平行，静态稳定性好，调速围大，如果能

14、连续改变电枢电压，则转速能平滑调节，调速平滑 性好，能实现无级调速，调速过程中能量损耗小，但需要一套专门的调压设备， 初投资较大。电枢用电阻调速方法的特点：用入电阻越大，特性越软，空载或轻载时调速 效果不明显，静态稳定性差，调速围不大，因电阻是分段调节，故属于有级调 速，调速过程中能量损耗大，但设备简单，操作方便，投资少。1.2-2） nN,故调速围有限，但励减弱磁通调速方法的特点：机械特性斜率大，静态稳定性差，由于是在基速以上调速， 电动机最高转速受换向能力和机械强度的限制，一般为（磁电流的控制与调节方便，调速过程中能量损耗小，易实现无级调速。1、台他励直流电动机额定数据为:PN=100kW

15、 , UN=220V, IN=517A,理想空载转速和实际Rc=0.206。时的转速、估算电枢电阻，其值约为：31 UnI n Pn 103a 2IPN 电动势常数（包括磁通）为：Un InQCeN nN固有机械特性方程式为：N31 220517 - 10010325171220 517 0.026V1200/min0.0260.172/ min/rUnRaCe NCeCT NT 2200. 172r/min0. 0269. 550. 1722T 1279r/min0.092TnN=1200r/min。试求：（1）固有机械特性方程式；（2）额定负载时的电枢电动势和额定电磁转矩；（3）额定输出转

16、矩和空载转矩；（4） 空载转速；（5）电机额定运行，分别求电枢回路外用电阻 电压U=50V时的转速和磁通 =75%N时的转速。解：（1）求固有机械特性方程式（2）求电枢电动势和电磁转矩电枢电动势为：EaCeNAN0. 1721200V206. 4V电磁转矩为：T9.55CeNIa9. 550. 172517N m 849. 2N（3）额定输出转矩和空载转矩输出转矩为：T2N9. 55PN9. 55_3N1200m 795.8N m仝载转矩为：Tot T2N 849.2求理想空载转矩和实际空载转矩795. 8 N m53. 4N m理想空载转速为:n 40 Ce N1279r/min实际空载转速

17、为:n012790. 092To12790.092 53. 4 r/min1274. 1r/min（5）电枢回路外用电阻 Rc=0.206。时的转速n11279 r/minRaRc9. 55(Ce n)-T12790. 0260. 20629. 550. 172849 . 2 r/min582 r/min（6）电压U=50V时的转速Un 2 Ce NRa9. 55( Ce n)2500. 1720. 0269. 550. 172 2849 . 2 r/min213 r/min磁通=75%n时的转速1566 r/minUNR2200.026849.2n3 2 T 2 r/min75%Ce n 9

18、. 55(75%Ce ON)20.75 0. 1729. 55(0. 750. 172)22、一台他励 直流 电动 机额 定数 据为：PN=2.2kW , Un=220V , In=12.5A, nN=1500r/min , Ra=1.7Q,试求：(1)当 If=IfN, n=1500r/min 时，使系统转入能耗制动停车，要求起始制动电流为 2In,电枢回路应用入的附加制动电阻 Rc1；(2)在能耗制动基础上，保持If=IfN不变，使Tl=Tn位能性负载以最低的转速匀速下放时，应用入的制动电阻 Rc2和最低转速nmin1 ； (3)当If=IfN , n=1500r/min时，采用电压反接的

19、反接制动使系统迅速制动停车，要求起始制动电流为2In ,电枢回路应用入的附加制动电阻 Rc3; (4)保持If=IfN不变，使Tl=Tn位能性负Rc4和最低转速nmin2 ；U=185V,问系统能载以n=50r/min的转速匀速下放时，应用入的制动电阻(5)如果电动机原运行在额定状态，突将电枢端电压降为否进入回馈制动状态？起始制动电流又为多大?解:(1)先求CeFN,再求能耗制动电阻 Rc1 电动势常数(包括磁通)为：Ce n n 能耗制动电阻为:I NRa220 12.5 1.7 Vn aCe1 I2022,故可忽略空载铜耗，认为 P0Fe=I202rm。短路试验时，变压器二次侧无功率输出，

20、输入功率全部消耗在部，由于当绕组中短路电流为额定值时，一次侧所加的电压很低，主磁通比正常运行时小很多，铁心损耗PFe与铜损PCu相比可忽略，短路损耗中主要是一、二次侧的铜损，即有：PkpCu= pCu1+ pCu2。3、变压器的空载试验为什么一般在低压侧做？短路试验时，一次侧所加的电压至短路电流 为额定电流为止，为什么？为了便于测量和安全，空载试验一般在二次侧做当一次侧的电流达到额定值时，一次侧所加的电压很低，所以在短路试验时，变压器 的高压绕组前接自耦变压器，将自耦变压器的输出电压由零开始慢慢升高，直至短路电流 为额定电流为止4、什么是引起变压器负载运行时二次侧端电压变化的原因？电压变化率能

21、为零吗？如果 能，则带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？(1)负载电流变化，引起变压器阻压降变化。(2)一次侧电压变化，引起二次侧电压变化。(3)变压器出现部故障。能 带容性负载有可能使电压变化率为零5、变压器运行时，哪些量随负载变化而变化？哪些量不随负载变化而变化？变压器的空载损耗主要是铁损，不随负载变化而变化， 则有P0Fe,所以铁损是不变损耗。铜损包括一、二次绕组上的铜损，与负载电流的二次方成正比，随负载电流的变化而变化，并与短路试验电流为额定值时的输入功率存在如下关系：伊PkN卡Cu,所以铜损是可变损耗。6、交流电压互感器运行时为什么不允许短路？而电流互感器运行时为什么不允许开路？

22、二次侧决不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏电压互感器；二次侧绝不允许开路，否则，12=0时，被测线路中的大电流 I1全部成为励磁电流，使铁心严重过热，二次侧感应高电压，损坏电流互感器，并危及人员和其他设备安全；9、两台变压器并联运行应满足什么条件？为什么？为了达到理想并联情况，并联运行的变压器必须满足：一、二次侧的额定电压相同，即电压比相等；联结组标号相同；短路阻抗标幺值相等。8、什么是标幺值？在变压器的计算中使用标幺值的优点是什么？标幺值是指某个物理量的实际值与其所选定的同一单位的固定值的比值，即尸4/古 实际值（任意单位）标幺值 ；基值（与实际值同单位）1）采用标幺值时，不论变压器

23、的容量如何，变压器的参数和性能指标总在一定的围，便于分析和比较。例如中小型电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.040.105 ,如果求出的短路阻抗标幺值不在此围，就应核查一下是否存在计算或设计错误。2）采用标幺值能直观地表示变压器的运行情况。例如已知一台运行着的变压器端电压和电流分别为 35kV、20A,从这些实际数据上判断不出什么问题，但如果已知其标幺值为Uk*=1.0、Ik*=0.6,说明这台变压器欠载运行。3）采用标幺值时，一、二次侧各物理量不需进行折算，便于计算。例如二次电压向一次侧折算为，采用标幺值时，则有二、计算题：1、一台三相电力变压器，Yy联结，SN=100kVA, U1N/

24、U2N=6/0.4kV ,每相参数：r1=4.2Q, x1=9Q, rm=514 Q, zm=5550 。求：I1N、I0及每相的 z1、xm、U1、E1、I0、I1z1。解：(1)原边阻抗和励磁电抗Z1 二%十工342+炉。二夕90收50-5加=5526。(2)原边电压、电流和感应电动势名 lOOxW A y- - =A = 9.62A玛-5 卢-(3464 -9.62 x9.9)V 3369V(3)励磁电流和原边阻抗压降2、台单相变压器，其额定参数为额定容量SN=10kVA,额定频率 fN=50Hz ,额定电压U1N/U2N=380/220V , 一次绕组漏阻抗 z1 =(0.14+j0.

25、22) Q ,二次绕组漏阻抗 z2=(0.035+j0.055 ) Q,励磁阻抗 zm= (30+j310)Q,负载阻抗zL= (4+j3) Qo试分别用“T”变压器的电压比为U1NU2n一次额定电流为1NSnU1N10 10338026. 32A二次额定电流为2NSnU2N310 1022045. 45A形等效电路和 亍”形简化等效电路计算当一次侧加额定电压时，一、二次侧的实际电流、 励磁电流以及二次侧的电压。解：(1)用“T形等效电路计算380. ”1.73220用“T”形等效电路求解，二次侧折算到一次侧的参数为Zm Z2 ZlZZi(11.51 j 9. 4665)14. 9039. 4

26、36取参考相量为IU1izZmZ2380/ 0 V,Zl则所求各电流为380 014.9 39.43625. 5039.436 AEiUiI iZi373. 680. 317 VEi24. 6737. 447 AZ2 ZlEizm1.2084. 789 A即一次电流Ii=25.50A ,二次电流I2=k |2 =42.68A,励磁电流Im=1.20A,二次电压U2=I2|zl|=213.40V。(2)用“r形等效电路计算变压器的电压比、一次额定电流、二次额定电流与T”形等效电路相同，用“ r形简化等效电路计算二次侧折算到一次侧的参数为Zm Z1Z2Zlz Zm(11.4872 j 9. 4597)14. 88 39.471取参考相量为I1U1zZ1Z2380/ 0 V,380 0Zl则所求各电流为25. 5439. 471 A14. 88 39.471E1U1380 0 VE124. 6937. 469