《电机与拖动（第4版）（附微课视频）》课后参考答案 刘小春

第1章思考题与习题答案1．图1-11所示为电机中的一个线圈，只考虑ab、cd有效边，在图1-11所示的磁场和线圈电流及旋转方向下，分析ab、cd导体的受力方向。答：ab导体受力方向向左；cd导体受力方向向右。图1-112．说明铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗产生的原因，并思考如何减少铁耗。答：铁磁材料周期性的正反向磁化会产生损耗，称为磁滞损耗。这是因为磁畴来回翻转产生摩擦而引起的损耗。涡流损耗是因为交变的磁通在铁芯中产生的感应电动势，形成的环流产生的损耗。铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗总称为铁芯损耗，它正比于磁通密度Bm的平方及磁通交变频率f的1.2~1.3次方。PFe=Ph+Pe≈kFef1.3Bm2G；要减少铁耗，可以减小磁通密度Bm或减小磁通交变频率f。3．，这样做的目的是增大铁芯中的电阻，减小涡流，从而减少电能转化成铁芯的内能，提高效率.；如果用4．什么是磁路饱和现象，铁芯的额定工作点应如何选择？ 答：如图1，开始磁化时，由于外磁场较弱，所以B增加较慢，对应oa段；随着外磁场增加，铁磁材料产生的附加磁场增加较快，B值增加很快，如图ab段；再增加磁场时，附加磁场的增加有限，B增加越来越慢，最终趋于饱和，见图中bc段；最后所有磁畴与外磁场方向一致后，外磁场增加，B值也基本不变，出现深度饱和现象。为了使铁芯得到充分利用而不进入饱和状态，电机和变压器的铁芯额定工作点设图1非铁磁材料的磁化曲线和定在磁化曲线的微饱和区。铁磁材料的初始磁化曲线5．如图1-12所示，匝数为N的线圈与交变的磁通Φ交链，如果感应电动势的正方向如图1-12所示，写出e和Φ之间的关系式？答：图1-12第2章思考题与习题答案1．什么叫变压器？变压器的基本工作原理是什么？答：变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。变压器的基本工作原理是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。2．有一台三相变压器，SN

=

5

000kV·A，U1N/U2N

=

10.5kV/6.3kV，Y，d连接，求一次、二次绕组的额定电流。 解：I1N274.93A

I2N91.64A3．一台单相变压器U1N/U2N

=

220V/110V，如果不慎将低压侧误接到220V的电源上，变压器会发生什么后果？为什么？答：高压端电压U1N=U2×N1/N2=220×220／110=440V，比220V高很多，将容易使绝缘击穿，变压器损坏。4．不用变压器来改变交流电压，而用一个滑线电阻来变压，问：（1）能否变压？（2）在实际中是否可行？答：（1）不能升压，但可以降压。（2）在小电流的情况下，可降压，但大电流时降压电阻功率损耗很大，一般不采用，升压不可行。5．某低压照明变压器U1=380V，I1=0.263A，N1=1

010匝，N2=103匝，求二次绕组对应的输出电压U2和输出电流I2。该变压器能否给一个60W且电压相当的低压照明灯供电？答：U2=U1×N2/N1=380×103/1010≈38VI2=I1×N1/N2=0.263×1010/103≈2.58A，P=UI=380×0.263=89VA（或60w灯的电流I2’=P/U=60/38=1.7A＜2.58A）所以，可以给60w且电压相当的低压照明灯（功率因数=1）供电。6．某晶体管扩音机的输出阻抗为250（即要求负载阻抗为250

时能输出最大功率），接负载为8

的扬声器，求线间变压器变比。答：K==5.59=5.67．什么叫变压器的外特性？一般希望电力变压器的外特性曲线呈什么形状？答：当一次绕组的电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组的电压U2与负载I2的关系，称为变压器的外特性。希望电力变压器的外特性曲线比较平直，即ΔU%越小越好8．三相电力变压器的电压变化率U%=5%，要求该变压器在额定负载下输出的相电压为U2=220V，求该变压器二次绕组的额定定相电压U2N。答：220V=U2N×（1-5%）U2N=220/（1-5%）=220/0.95=231.6V(或U2N=220V×（1+5%）=231≈230)9．变压器在运行中有哪些基本损耗？它们各与哪些因素有关？答：变压器在运行中基本损耗有铜损耗PCu和铁损耗PFe。铁损耗与铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率、硅钢片的质量及一次绕组所加的电源电压大小有关。铜损耗与绕组电阻大小、负载电流大小有关图2-5910题图图2-5910题图10．图2-59所示为变压器出厂前的“极性”试验。在U1～U2间加电压，将U2u2相连，测U1—u1间的电压。设定电压比为220V/110V，如果U1、u1为同名端，电压表读数是多少？如果U1、u1为异名端，电压表读数又是多少？答：110V，330V。11．一台三相变压器SN=300kV·A，U1=10kV，U2=0.4kV，Y，yn连接，求Il及I2。解：S=，I1==300/=17.3A，I2==300/=434A。12．如图2-60所示，试用相量图判别图中的连接组别。图2-6012题图答：（a）Y，d11连接组（b）Y，d10连接组（c）Y，y5连接组（d）Y，d1连接组13．什么叫变压器的并联运行？变压器并联运行必须满足哪些条件？答：变压器并联运行是指几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别连接到高压电源及低压电源母线上，共同向负载供电的运行方式。并联条件为：1）变压器变比相同，即一、二次电压分别相等。2）连接组别相同。3）短路阻抗（短路电压）应相等。各变压器容量比不超过三比一。14．自耦变压器的结构特点是什么？使用自耦变压器的注意事项有哪些？答：自耦变压器把一二次绕组合二为一，使二次绕组成为一次绕组的一部分，一二次绕组之间除了有磁的耦合外还有电的联系。使用自耦变压器的注意事项：1）一二次绕组公共端要接中性线，2）不能用作照明安全变压器或其他要求安全隔离的电源，3）外壳必须接地，4）自耦调压器接电源必须将手柄转到零位。15．电流互感器的作用是什么，能否在直流电路中使用，为什么？答：电流互感器的作用是将交流大电流按比例变换为小电流便于测量与控制。交流电流互感器不能在直流电路中使用，因为设计的工作状态不同，阻抗也不同。16．电压互感器的作用是什么？能否在测量直流电压时使用？答：电压互感器的作用是将交流高电压按比例变换为低电压便于测量与控制。电压互感器不能在直流电路中使用，因为电压互感器也是变压器，XL=，直流电f=0，XL=0，阻抗很小，电流将很大，电压互感器会烧毁。17．电弧焊工艺对焊接变压器有何要求？如何满足这些要求？电焊变压器的结构特点有哪些？答：电弧焊工艺对焊接变压器的要求：1）电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，但不能太高。2）应有陡降的外特性：在负载时，电压应随负载的增加而急剧下降。3）短路时，短路电流不应过大，4）输出电流能在一定的范围内可调节。电焊变压器的结构特点：电焊变压器的结构特点是铁心的气隙比较大，一次、二次绕组分别装在不同的铁心柱上，用磁分路法、串联可变电抗器及改变二次绕组的接法等调节焊接电流。第3章思考题与习题答案1．直流电动机是如何转动起来的？答：直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场，转子由一系列电磁体构成，当电流通过其中一个绕组时会产生一个磁场。对有刷直流电机而言，转子上的换向器和定子的电刷在电机旋转时为每个绕组供给电能。通电转子绕组与定子磁体有相反极性，因而相互吸引，使转子转动至与定子磁场对准的位置。当转子到达对准位置时，电刷通过换向器为下一组绕组供电，从而使转子维持旋转运动。2．为什么一台直流电机既可作为电动机运行又可作为发电机运行？答：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，称为电机的可逆原理。3．电磁转矩与哪些因素有关？如何确定电磁转矩的实际方向?答：由电磁转矩公式Tem=BavlQUOTEIa2aNQUOTED2=QUOTEpN2πaIa=CTIa可以看出，对于已制造好电机电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。4．什么是电枢反应？它对电机有什么影响？答：空载时，直流电机内部的磁场是由定子励磁绕组所产生的主磁场。负载后，除了主磁场之外，由电枢绕组中流过的电枢电流所产生的电枢磁势也要产生磁场，从而对主磁场造成一定影响。通常把电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。电枢磁势对主磁场的影响结果造成：（1）气隙磁场发生畸变；（2）主磁场削弱，电枢反应呈去磁作用。5．直流电机的电磁功率指的是什么功率？并说明直流电动机电能量转换的依据是什么。答：直流电机的电磁功率指的是由电功率和机械功率相互转换的功率。直流电动机电能量转换的依据是电磁感应。6．一台直流发电机额定数据为：额定功率PN=10kW，额定电压UN=230V，额定转速nN=2

850r/min，额定效率N=0.85。求它的额定电流及额定负载时的输入功率。解：额定电流:=43.48A额定负载时的输入功率:A7．一台直流电动机额定数据为：额定功率PN=17kW，额定电压UN=220，额定转速nN=1

500r/min，额定效率N=0.83。求它的额定电流及额定负载时的输入功率。解：=93.1A=20.48KW8．一台串励直流电动机UN=220V，IN=40A，nN=1

000r/min，电枢总电阻Ra==0.50，假定磁路不饱和，当Ia==20A时，电动机的转速和电磁转矩是多少？解：由于磁路不饱和，Ia=20A时，有于是9．什么是固有机械特性？什么是人为机械特性？他励直流电动机的固有特性和各种人为特性各有何特点？答：固有机械特性是指在额定电压、额定励磁、电枢回路无外接电阻的情况下，电机转速与转矩之间的关系。人为机械特性是指通过改变电枢两端电压、减弱励磁或电枢回路串外接电阻的情况下，电机转速与转矩之间的关系，相应就有调压的人为机械特性，弱磁的人为机械特性，电枢回路串电阻的人为机械特性。固有特性特点：由于人为特性可分为三种情况：（1）电枢串电阻人为特性的特点是：理想空载转速n0不变；机械特性的斜率ß随Ra+RS的增大而增大，特性变软。（2）降低电枢电压U时的人为特性的特点是：斜率β不变，对应不同电压的人为特性相互平行；理想空载转速n0与电枢电压U成正比。（3）减弱磁通的人为特性的特点是：磁通减弱会使n0升高，n0与Φ成反比；磁通减弱会使β加大，β与Φ2成反比；人为机械特性是一族直线，但既不平行，又非放射形，磁通减弱时，特性上移，而且变软。10．什么是机械特性上的额定工作点？什么是额定转速降？答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降。11．直流电动机为什么不能直接启动？如果直接启动会引起什么后果？答：电动机在未启动前n=0，E=0，而Ra很小，所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流将很大Ist=UN/Ra，故不能直接起动。若直接启动，因为电枢电阻Ra很小，所以直接启动电流将达到很大的数值，通常可达到额定电流的1020倍。过大的启动电流会引起电网电压的下降，影响电网上其他用户的正常用电；使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不允许直接启动的。12．怎样实现他励直流电动机的能耗制动？试说明在反抗性恒转矩负载下，能耗制动过程中n、Ea、Ia及Tem的变化情况。答：将处于电动状态运行的他励直流电动机的电枢两端从电源断开后投向制动电阻两端，便进入能耗制动状态。制动瞬间，n和Ea的大小及方向均不变，Ia和Tem的大小不变，但方向改变，之后随着制动过程的进行，这四个量均由制动瞬间的值逐渐减小到零，制动过程结束13．采用能耗制动和电压反接制动进行系统停车时，为什么要在电枢回路中串入制动电阻？答：进行制动时，如果不在电枢回路串入制动电阻，则制动瞬间电枢电流将很大。14．当提升机下放重物时：（1）要使他励电动机在低于理想空载转速下运行，应采用什么制动方法？（2）若在高于理想空载转速下运行，又应采用什么制动方法？答：（1）采用能耗制动或倒拉反转反接制动；（2）采用反向回馈制动。15．试说明电动状态、能耗制动状态、回馈制动状态及反接制动状态下的能量关系。答：电动状态时，电机将电能转换成机械能；能耗制动状态时，电机将回馈制动状态时，电机将电能转换成机械能；反接制动状态时，电机将机械能转换成电能。16．直流电动机有哪几种调速方法？各有何特点？答：直流电动机的调速方法有：（1）降压调速；（2）电枢回路串电阻调速；（3）弱磁调速。前两种调速方法适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。降压调速可实现无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围较大。串电阻调速为有级调速，调速平滑性差，机械特性斜率增大，速度稳定性差，受静差率的限制，调速范围很小。弱磁调速控制方便，能量损耗小，调速平滑，受最高转速限制，调速范围不大。17．怎样改变他励、并励、串励及复励电动机的转向？答：要改变电动机转向，就必须改变电磁转矩的方向。T=CTΦIa单独改变磁通方法（通过改变励磁连接）或者单独改变电枢电流的方向，均可以改变电磁转矩的方向。改变转向的方法：对于他励电动机，只要改变电枢电压方向或励磁电压方向的其中一个就可以了；对于并励电动机，单独将励磁绕组引出端对调。或者单独将电枢绕组引出端对调；对于串励电动机,假设励磁绕组的一个头接的电源正极，那么他的尾就和电枢绕组的头连接的时候是正转，然后把电枢绕组的尾和电源负极连接；对于复励电动机，应将电枢引出端对调或者同时将并励绕组和串励绕组引出段分别对调（维持加复励状态）。18．串励电动机能否空载运行？为什么？答：不能，因为在空载时，励磁电流很小，导致电机转速很高，很快飞车，会有安全事故发生。所以一般的串励电机不允许空载启动或运行。19．他励直流电动机的数据为：PN=10kW，UN=220V，IN=53.4A，nN=1

500r/min，Ra=0.4。求：（1）额定运行时的电磁转矩、输出转矩及空载；（2）理想空载转矩和实际空载转速；（3）半载时的转速；（4）n=1

600r/min时的电枢电流。解：（1）在额定负载下运行时的电磁转矩、输出转矩及空载转矩额定电磁转矩：输出转矩：空载转矩：（2）理想空载转速和实际空载转速理想空载转速：实际空载转速：而（3）负载为额定负载一半时的转速（4）n=1600r/min时的电枢电流当n=1600r/min时的转矩为：则：，对应的电枢电流为：20．他励直流电动机UN=220V，IN=207.5A，Ra=0.067，试问：（1）直接启动时的启动电流是额定电流的多少倍？（2）如果限制启动电流为1.5IN，电枢回路应串入多大的电阻？解：（1）倍数为：（2）将启动电流限制到时，应传入的电阻为：21．他励直流电动机的数据为：PN=2.5kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1

500r/min，Ra=0.8。求：（1）当电动机以1

200r/min的转速运行时，采用能耗制动停车，若限制最大制动电流为2IN，则电枢回路中串入多大的制动电阻？（2）若负载为位能型恒转矩负载，负载转矩TL=0.9TN，采用能耗制动时负载以120r/min转速稳速下降，点数回路应串入多大电阻？解：（1）在1

200r/min的转速运行时的感应电动势为：应串入的电阻为：（2）根据机械特性方程式：，此时，n=-120，TL=0.9TN则：-120=故：RH=13.522．一台他励直流电动机，PN=4kW，UN=220V，IN=22.3A，nN=1

000r/min，Ra=0.91，运行于额定状态，为使电动机停车，采用电压反接制动，串入电枢回路的电阻为9。求：（1）制动开始瞬间电动机的电磁转矩；（2）n=0时电动机的电磁转矩；（3）如果负载为反抗性负载，在制动到n=0时不切断电源，电机能否反转？为什么？解：（1）制动开始瞬间的感应电动势为：制动瞬间的电流为：（2）当n=0时，Ea=0，此时，电磁转矩：（3）如果负载为反抗性负载，在制动到n=0时不切断电源，将成为反向拖动转矩，此时的负载转矩大小为：，负载转矩小于反向拖动转矩，电动机将反转。第4章思考题与习题答案1．三相笼形异步电动机由哪些部件组成？各部分的作用是什么？答：三相笼形异步电动机由定子和转子两部分组成。定子产生旋转磁场，转子产生电磁转矩2．为什么三相异步电动机定子铁芯和转子铁芯均用硅钢片叠压而成？能否用钢板或整块钢制作？为什么？答：用硅钢片叠压而成是为了减小铁损。铁心不能用钢板或整块钢制作，因为铁心损耗较大。3．什么是旋转磁场？旋转磁场是如何产生的？答：三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。它是三相对称的定子绕组通入三相对称的交流电而产生的。4．如何改变旋转磁场的转速和转向？答：改变电源频率、磁极对数均可改变旋转磁场的转速。将IA—IB—IC中的任意两相A、B互换，均可改变旋转磁场的转向。5．说明三相异步电动机的工作原理，为什么电动机的转速总是小于旋转磁场的转速？答：三相异步电动机的工作原理：当定子本相绕组通人三相电流后，定子绕组产生旋转磁场。该磁场以同步转速在空间顺时针方向旋转，静止的转子绕组被旋转磁场的磁力线所切割，产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子导体中就有电流转子电流与旋转磁场相互作用的结果便在转子导体上产生电磁作用力F，电磁作用力F对转轴产生电磁转矩M，使转子转动。当定子绕组接通三相交流电时，转子便逐步转动起来，但其转速不可能达到同步转速。如果转子转速达到同步转速，则转子导体与旋转磁场之间就不再存在相互切割运动。就没有感应电动势和感应电流，也没有电磁转矩，转子转速就会变慢。因此在电动机运转状态下，转子转速总是低于其同步转速。6．而S=（n1-n2）/n1=（3000-2930）/3000=0.023。7．为什么变压器的效率较高，而三相异步电动机的效率相应较低？答：由于变压器没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般都比较高，而三相异步电动机的效率相应较低。8．一台三相异步电动机，额定输出功率P2=2.2kW，额定电压U1=380V，额定转速nN=1

420r/min，功率因数cosφ=0.82，η=81%，f=50Hz，试计算额定电流IN和额定转矩TN。解：IN==5.04ATN=9

550PN/nN=9

550×2.2/1

460=145.4N·m9．型号为Y2-132-4三相异步电动机，其额定功率为7.5kW，额定转速为1

440r/min，型号为矩。解：Y2-132-4型三相异步电动机的额定输出转矩为型三相异步电动机的额定输出转矩为10．什么叫三相异步电动机的机械特性曲线？过载系数、启动转矩倍数分别指什么？答：三相异步电动机的过载系数:为了保证电动机在电源电压波动时能正常工作，规定电动机的最大转矩Tm要比额定转矩TN大得多，通常用过载系数λm=Tm/TN来衡量电动机的过载能力。启动转矩倍数:启动转矩和额定转矩的比值λst=Tst/TN称为启动转矩倍数，反映了异步电动机的启动能力11．转矩和电压的关系是什么？临界转差率和转子回路电阻的关系是怎样的？答：12．某台三相异步电动机，额定功率PN=20kW，额定转速nN=970r/min，过载系数λm=2.0，启动转矩倍数λst=1.8。求该电动机的额定转矩TN，最大转矩Tm，启动转矩Tst。解：13．某台电动机额定功率PN=5.5，额定转速nN=1

440r/min，启动转矩倍数λst=2.3，启动时拖动的负载为TL=50N·m，求：（1）在额定电压下该电动机能否正常启动？（2）当电网电压降为额定电压的80%时，该电动机能否正常启动？解：（1）TN<Tst，所以在额定电压下该电机能正常启动。（2）由于>TL，故电动机可以启动。14．三相笼形异步电动机的启动方法分为哪几种？分别适用于什么场合？答：三相笼形异步电动机的启动有直接启动和降压启动。因直接启动电流大，频繁启动会使电动机发热并产生较大的电动力而影响寿命，对电网而言，会因过大的启动电流使电网电压短时下降，影响接于同一电网的负载的正常运行。一般7.5kW以下的电动机允许直接启动。由于降压启动不但减小了启动电流，同时也减小了启动转矩，故只宜用于空载或轻载启动的生产机械。15．三相绕线式异步电动机一般采用什么启动方法？有什么优点？答：绕线转子异步电动机一般采用转子电路串接电阻或串接频敏变阻器的启动方法。优点：既可降低启动电流，又可提高启动转矩，改善电动机的启动性能16．三相异步电动机有哪些调速方法？答：三相异步电动机的调速有变极、变频及改变转差率3种方法。17．三相绕线式异步电动机一般采用什么方法调速？答：采用改变转子电路串联的电阻调速。18．什么是制动？三相异步电动机的制动方法有哪些？答：制动可分为机械制动和电气制动。电气制动是在电动机转子上加一个与电动机转向相反的制动电磁转矩，使电动机转速迅速下降，或稳定在另一转速。常用的电气制动有反接制动与能耗制动。19．电源反接制动如何实现？有什么优缺点？答：反接制动靠改变定子绕组中三相电源的相序，产生一个与转子惯性转动方向相反的电磁转矩，使电动机迅速停下来，制动到接近零转速时，再将反相序电源切除。反接制动制动转矩大，制动效果显著，但制动时有冲击，制动不平稳，而且能量损耗大。20．分析三相异步电动机的能耗制动原理及优缺点。答：能耗制动是在切除三相交流电源之后，定子绕组通入直流电流，在定转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而制动。制动结束后将直流电源切除。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗小，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需要提供直流电源。第5章思考题与习题答案1．单相异步电动机与三相异步电动机相比有哪些主要的不同之处？答：电动机种类电源定子绕组体积与容量效率与功率因数单相异步电动机单相交流电单相绕组较小较低三相异步电动机三相交流电三相绕组较大较高2．什么叫脉动磁场？脉动磁场是怎样产生的？答：磁场大小及方向在不断地变化，但磁场的轴线却固定不变，这种磁场称为脉动磁场。脉动磁场是单相异步电动机定子绕组通人单相交流电后产生的。3．简述单相异步电动机的主要结构。答：由定子和转子两大部分组成。定子部分由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部分组成，转子部分由转子铁心、转子绕组、转轴等组成。4．单相异步电动机按其启动及运行的方式不同可分为哪几类？答：可分为电容分相单相异步电动机、电阻分相单相异步电动机和罩极异步电动机三大类。5．单相异步电动机的调速方法有哪几种？目前使用较多的是哪一种？答：可以用改变电源频率(变频调速)、改变电源电压(调压调速)和改变绕组的磁极对数(变极调速)等多种，其中目前使用最普遍的是改变电源电压调速。常用的调压调速分为串电抗器调速、自耦变压器调速、串电容调速、绕组抽头法调速、晶闸管调速、PTc元件调速等多种。6．简述串联电抗器调速的原理及方法。答：电抗器为一个带抽头的铁心电感线圈，串联在单相电动机电路中起降压作用，通过调节抽头使电压降不同，从而使电动机获得不同的转速。7．单相异步电动机的旋转方向如何改变？答：单相异步电动机的转向与旋转磁场的转向相同，因此要使单相异步电动机反转就必须改变旋转磁场的转向，其方法有两种：一种是把工作绕组(或起动绕组)的首端和末端与电源的接线对调；另一种是把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中(此法只适用于电容运行单相异步电动机)。8．比较电阻启动单相异步电动机和电容启动单相异步电动机的不同之处。答：电阻起动单相异步电动机起动绕组只能短时工作，起动完毕必须立即从电源上切除，如超过较长时间仍未切断，就有可能被烧损，导致整台电动机损坏。9．常用的台扇可用哪几种调速方法？答：可用串电抗器调速、串电容调速、绕组抽头法调速、晶闸管调速、PTc元件调速等10．电容启动式单相异步电动机能否作电容运行单相异步电动机使用？反过来电容运行单相异步电动机能否作电容启动式单相异步电动机使用？为什么？答：电容起动单相异步电动机一般能作电容运转单相异步电动机使用，但运转时的电流增大。反过来电容运转单相异步电动机能否作电容起动单相异步电动机使用，要看电动机的起动转矩是否大于负载的起动转矩，只有电动机的起动转矩大于负载的起动转矩才可以替用。11．一台吊扇采用电容运转单相异步电动机，通电后无法启动，而用手拨动风叶后即能运转，这是什么原因造成的？答：是没有起动转矩，一般是电容开路或起动绕组开路。12．简述罩极式电动机的主要优缺点及使用场合。答：单相罩极异步电动机优点是结构简单，制造方便、成本低、运行噪声小、维护方便工作可靠；缺点是起动转矩小，运行性能较差，效率和功率因数都较低。使用场合为小型风扇、鼓风机、电唱机、仪器仪表电动机及电动模型等。第6章思考题与习题答案1．试述控制电机的分类和用处。答：控制用特种电机是自动控制系统中传递、变换和执行控制信号的小功率电机的总称，用做执行元件或信号元件。控制用的特种电机分为测量元件和执行元件。测量元件包括旋转变压器，交、直流测速发电机等；执行元件主要有交、直流伺服电动机，步进电动机等。2．什么是“自转”现象？两相伺服电动机如何防止自转？答：伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。避免“自转”现象的方法是增大转子电阻值。3．直流伺服电动机的励磁电压下降，对电动机的机械特性和调速特性有何影响？答：励磁电压下降则电枢电压减小，又由于机械特性是线性的，所以将导致理想空载转速降低，电磁转矩减小；调节特性是指：电机负载转矩恒定时，电机转速值控制电压变化的关系，所以励磁电压下降将导致电机转速n下降。4．一台直流伺服电动机带恒转矩负载，测得始动电压为4V，当电枢电压为50V时，转速为1

500r/min，若要求转速为3

000r/min，则电枢电压应为多大？解：Ea=Ceφn,Ua-Ua0=Ea,当负载转矩不变时,Ua0不变，则n1/n2=(Ua1-Ua0)/(Ua2-Ua0)，即1500/3000=（50-4）/（Ua2-4），得到Ua2=96V，所以要加96V的电枢电压，转速才会到达3000r/min。5．为什么异步测速发电机的输出电压大小与电动机的转速成正比，而与励磁频率无关？答：当励磁绕组上外加励磁电压Uf后，产生If，而If将建立磁通Φd，当转子转动时，转子切割脉动磁动Φd，产生切割电动势Er，Er=CrΦdn，在Er作用下，产生短路电流Is，Is产生Fr，Fr可分解为Frd和Frq，Frq产生Φq，交轴磁通与输出绕组交链感应出频率与励磁频率相同，幅值与交轴磁通Φq成正比的感应电动势E2。因为：Φq∝Frq∝Fr∝Er∝n，所以，E2∝Φq∝n，即输出电压大小正比于测速发电机的转速，而频率与转速无关，为励磁电源的频率。6．什么是异步测速发电机的剩余电压？如何减少剩余电压？答：异步测速发电机当励磁绕组加电压而转子处于静止状态时，输出绕组产生的电压称为剩余电压。为了减小由于转子和磁路的不对称性引起的剩余电压，杯形转子异步电动机通常是四极电机。为了减小剩余电压，还可以采用以下方法：(1)可将励磁绕组和输出绕组分开，分别嵌在内、外定子铁芯上；(2)采用补偿绕组来消除剩余电压；（3）在外部采用适当电路，产生一个校正电压抵消剩余电压。7．为什么直流测速发电机的负载不能小于规定值？答：因为电枢反应和延迟换向的去磁效应使线性误差随着负载电阻的减少而增大。因此，在使用时必须注意发电机的负载电阻不能小于规定的最小电阻值。8．反应式步进电动机的步距角如何计算？答：步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角；步距角取决于转子齿数Zr和拍数N，即：，而拍数N又取决于通电状态C和电机的相数m。9．步进电动机的驱动系统有哪几部分组成？作用分别是什么？答：步进电动机的驱动系统由脉冲信号发生电路、脉冲分配电路、功率放大电路等部分组成。脉冲信号发生电路产生基准频率信号供给脉冲分配电路，脉冲分配电路完成步进电动机控制的各相脉冲信号，功率放大电路对脉冲分配回路输出的控制信号进行放大，驱动步进电动机的各相绕组，使步进电动机转动10．一台三相反应式步进电动机，采用三相单三拍方式通电时，步距角为1.5，求转子齿数。解：11．简述反应式步进电动机的工作过程以及转速控制和方向控制原理。为了使步进电动机停转时具有制动作用，应采取什么措施？答：如下图所示，当A相绕组通入电脉冲时，气隙中产生一个沿A—轴线方向的磁场，由于磁通总是力图经过磁阻最小的路径形成闭合回路，这样将使转子铁芯齿1和齿3与轴线A—对齐，如图（a）所示。此时，转子只受沿A—轴线上的拉力作用而具有自锁能力。如果将通入的电脉冲从A相换到B相绕组，则由于同样的原因，转子铁芯齿2和齿4将与轴线B—对齐，即转子逆时针转过30角，如图（b）所示。当C相绕组通电而B相绕组断电时，转子铁芯齿1和齿3又转到与C—轴线对齐，转子逆时针转过30角。如定子三相绕组按A—B—C—A的顺序通电，则转子就沿逆时针方向一步一步地转动，每一步转过30角。每一步转过的角度称为步距角。从一相通电换接到另一相通电称做一拍，每一拍转子转过一个步距角。如果通电顺序改为A—C—B—A，则步进电机将反方向按顺时针一步一步地转动。三相反应式步进电动机结构示意图按照上述的通电方式，由于每次只有一相控制绕组通电，称为三相单三拍控制方式。除此控制方式外，还有三相单、双六拍控制方式和三相双三拍控制方式。在三相单、双六拍控制方式中，控制绕组的通电顺序为A—AB—B—BC—C—CA—A（转子逆时针旋转）或A—AC—C—CB—B—BA—A（转子顺时针旋转），步距角为15。在三相双三拍控制方式中，控制绕组的通电顺序为AB—BC—CA—AB或AC—CB—BA—AC，步距角为30。为了使步进电动机停转时具有制动作用，应改变步进电机的脉冲频率。12．直线异步电动机主要有平板形、圆筒形和圆盘形3种形式13．微型单相同步电动机有哪些类型？答：微型同步电动机主要有3种类型，即永磁式微型同步电动机、反应式微型同步电动机和磁滞式同步电动机。第7章思考题与习题答案1．电力拖动系统中电动机的选择主要包括哪些内容？答：电力拖动系统中电动机选择的主要内容包括电动机的系列、结构形式、电动机的额定参数以及电动机的质量性能等。2．电动机的温升、温度以及环境之间的温度之间是什么关系？电机铭牌上温升值是指什么？答：电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关。电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高温度。电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小，热量的发散是随温度差递增的，少量被发散法到空气中，大量被空气吸收。因而温度升高的较快，随着电动机温度逐渐升高，被电动机吸收的减少,而发散到空气中的热量增加。3．Y2系列三相异步电动机采用的绝缘材料容许的温升是多少？若使用B级绝缘材料时电动机的额定功率为PN，则改用F级绝缘材料时该电动机的额定功率将怎么变化？答：Y2系列三相异步电动机采用的绝缘材料容许的温升是90℃；若使用B级绝缘材料时电动机的额定功率为PN，则改用F级绝缘材料时该电动机的额定功率将降低。4．电动机的发热有什么规律？答：电动机工作过程中，各部分产生的损耗转变成热能，其中一部分被电动机本身吸收，使电动机温度升高，其余部分通过电动机的表面散发到周围介质中。5．电动机的额定功率主要由什么决定？对于功率较大的电动机，应使用高的还是比较低的电压等级？答：电动机额定功率主要由电动机的允许温升、电动机的过载能力和电动机的起动能力等质量性能指标决定。对于功率较大的电动机，应使用高电压等级。6．电动机的三种工作制是如何划分的？负载持续率FC%表示什么含义？答：电动机的三种工作制是根据负载持续时间的不同来划分的，有连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三种。负载持续率FC%表示在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比。7．将一台额定功率为PN的短时工作制电动机改为连续运行，其允许输出功率是否变化？为什么？答：将短时工作制电动机改为连续运行时，其允许输出功率将小于原设计的额定功率PN。因为连续工作方式的工作时间较长，若输出不变的额定功率，电动机的温升将远远超过短时运行的额定温升，因此，必须减小电动机的允许输出功率。8．如果电动机周期性地工作15min、停机85min，或工作5min、停机5min，这两种情况是否都属于断续周期工作制？答：工作15min、停机85min的电动机属于短时工作制；工作5min、停机5min的电机属于断续周期工作制。思考一根载流导体和一个螺管线圈所产生的磁场，使用右手螺旋定则的判断方法有什么区别？磁场的方向在螺管线圈内部和外部有什么不同？答：都是采用右手定则来判断。对于载流导体，大拇指指向电流方向，四个手指方向为磁场方向呢；对于螺管线圈，四个手指为电流方向，大拇指为磁场方向。螺管线圈内部磁场方向从S至N，外部从N至S。思考1．式（1-4）当中的负号表示什么？2．如果导体l处于磁场当中，且导体方向与磁场方向的夹角为θ，当导体垂直于磁场以速度v匀速运动时，导体中的感应电动势e如何计算？答：1.表示e

总与dΦ/dt的方向相反e=blvsinθ思考根据式（1-12）判断，图1-6中，假设每段磁路由同样的铁磁性材料构成，绕组的磁动势相同，则三段垂直磁路中所通过的磁通是否相同？为什么？答：不同，中间段磁通最大。因为通过该段磁路的磁通闭合路径较短，磁阻小，但磁势相同，故磁通大思考硅钢片由于工艺复杂、工艺窗口窄、生产难度大，被誉为钢铁产品中的工艺品，特别是取向硅钢片。硅钢片的主要用途是制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯，变压器和电机的运行对硅钢片的性能要求主要有哪些呢？答： 1.铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。  2.较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。  3.表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。  4.冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。  5.表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。  6.基本无磁时效。思考变压器能否对直流电压进行变换？如果长期在一次绕组上通入与额定值相同的直流电压，会有什么影响？答：不能，直流回路无电抗，电流过大，绕组会发热烧毁思考变压器试验包括型式试验、例行试验和特殊试验。空载试验和短路试验属于哪一类试验？现行的国标试验标准是哪一个？答：例行试验，GB/T

1094.1-2013思考变压器制造时，若叠片松散、片数不足或接缝增大，分别对变压器铁芯饱和程度、励磁电流和铁损耗有何影响？①叠片松散、片数不足：这种情况相当于铁心截面S减小，因为磁通不变，所以磁密增加，磁通饱和度增加，磁导率减小，因为磁阻Rm=1/us，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律I0N1=RmΦm，当线圈匝数不变时，励磁电流将增大，所以铁心损耗将增大。②接缝增大：磁导率μ下降，磁阻增加，由于电压不变，截面积不变，故磁密B不变，即磁饱和度不变。铁损正比于磁密平方，故铁损也不变。I0N1=RmΦm因为磁阻增加，所以磁势增加，匝数不变则励磁电流增加。思考根据以上分析，判断同一台直流电机能否根据需要既作为发电机使用，又作为电动机使用？直流电机电刷内绕组导体中的电流与电刷外部电路中电流有什么不同？答：1.同一台直流电机能根据需要既作为发电机使用，又作为电动机使用  2.电刷内绕组导体中的电流是变化的交流，外部为直流思考早期直流传动电力机车为什么使用串励直流电动机作为牵引电机？答：调速方便，且其机械特性软，机车具有接近恒功率的理想牵引特性思考他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪个电压变化率大？答：他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流ia由0增加到额定值iN，电枢回路电阻压降iaRa增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通下降，从而使感应电动势e下降。由公式u=e-iaRa可知，端电压u随ia的增加而下降.对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流if下降，使得主磁通下降和感应电动势e下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。思考并励直流电动机运行时励磁回路断开会出现什么危险？答：磁通变小，电枢电流变大，电枢电势变小，转速变大，会造成飞车现象或烧毁电机！思考常说的“小马拉大车”和“大马拉小车”对电动机而言分别指什么运行情况？答：“小马拉大车”是指小功率电机拖动大负载，造成电动机过载，使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁；“大马拉小车”指大功率电机拖动小负载，输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。思考变压器的一次绕组和二次绕组之间也是通过磁的耦合关系将电能从一次侧传递到二次侧的，分析变压器与三相异步电动机磁路的不同，并得出结论，变压器和三相异步电动机哪种设备的效率较高？答：变压器的主磁路由铁心构成，其磁阻很小，建立一定的主磁通所需要的磁动势很小，即励磁电流很小，通常为额定电流的2%～10%。异步电动机的主磁路除了定、转子部分为铁心外，还有两段空气隙，这使得主磁路的磁阻很大，建立一定的主磁通所需要的磁动势就很大，即励磁电流很很大，通常为额定电流的20%～50%。所以和同容量的变压器相比，三相异步电动机的空载电流较大。思考电动机的参数较多，有时在进行参数计算时需要知道电动机的输出功率、功率因数、同步转速、极对数、效率等。如果已知一台三相异步电动机的额定转速，如何判断它的同步转速和极对数？答：正常运行的异步电动机，其s很小，一般s

=

0.01～0.05，即电动机的运行转速接近旋转磁场转速，而旋转磁场与P满足以下关系。p123456n1(r/min)3

0001

5001

000750600500因此在已知电动机额定转速的情况下即可判断电动机的极对数。如电动机额定转速为1430r/min，则可知磁场转速为1500r/min，故P=2.思考图4-12是几台电动机的铭牌，请仔细观察，判断电动机额定电流与额定功率数值大小的大致关系。答：由图可知，电流（A）的数值大小与P（k'W）的数值大小关系约为2倍，即若已知P为2kW，则电流约为4A左右。思考深槽式或双笼形异步电动机利用电流的集肤效应能有效改善电动机的起动性能，那么，还有哪些场合合理利用了集肤效应？答：当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料，在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线以节约铜材，如室外天线。思考为什么说笼形异步电动机可以采用变极调速，其转子绕组是如何变极的？答：笼形转子的极对数是由旋转磁场感应产生的，能自动的随定子极对数的改变而改变，使定转子磁动势的极对数相等，在转子绕组上产生恒定的电磁转矩；但如果是绕线转子的话，就必须改变转子绕组的接法，使其极对数与定子相同，这就非常复杂。思考转子绕组串电阻是绕线式异步电动机的启动方法，也是调速方法。思考绕线式异步电动机启动和调速所串的电阻是否可以共用？答：不能共用。因为启动电阻是短时工作制，而调速所串电阻是连续工作制。短时工作制的电阻连续工作将超过允许的发热温度。思考大答：不允许。从正转变为反转时，电动机的制动电流接近起动电流的2倍，而起动电流是额定电流的4～7倍，故制动电流将非常大，对线路及电动机绕组造成较大影响。一般可采取定子绕组串电阻限制电流。思考与三相异步电动机相比，单相异步电动机为什么只用于功率较小的场合？答：单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比较，体积较大、效率较低、运行性能较差。因此一般只制成小型和微型系列的单相异步电动机。且单相异步电动机接入的是电网单相电源，单相电流过大，会引起整个用电系统三相电流严重不平衡，导致线路及变压器的损坏。思考有一台风扇，按下起动按键，风叶不动，但是用其他物件拨动一下风叶之后，风扇就起动并正常运转，这是什么原因呢？答：一般是起动绕组断路，导致起动时无转矩，如图所示，但是拨动一下，提供一个方向的转速之后，转矩也大于零，使电动机沿该方向继续转动起来。对于电容分相式单相异步电动机，较多情况是电容损坏。如果是罩极式单相异步电动机，有可能短路环断裂。思考直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？若有，为什么？调节特性死区的大小与哪些因素有关？答：有死区电压。∵由式可知，若Tem为零，则电压为0，转速n为零，但电动机在运转时还需克服空载转矩，故负载转矩TL为零，n为0时，电压U大于0。思考在分析交流测速发电机的工作原理时，哪些与异步电机的情况相同？哪些与变压器相同？分析它们之间的相似处和不同点。答：交流测速发电机的定子上也有两个空间上互差90°电角度的