浙江大学远程教育学院 《电机与拖动》课程作业
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1-13 已知直流电机的极对数p=2，槽数z=22，元件数及换向片数s=k=22，试画出单迭绕
组展开图、磁极和电刷位置，并画出并联支路图。 解：（1）计算绕组数据：52
1
4222,11=-=±===εp z y y y k 为短距绕组。 （2）绕组展开图
（3）并联支路图
1-19 某四极直流电机，电枢槽数z=36,单迭绕组，每槽导体数为6，每极磁通2.2×10-2［Wb ］、
电枢电流Ia=800［A ］，问此时电磁转矩为多少？如改为单波绕组，保持支路电流不变，其电磁转矩为多少？
解：极对数p=2，单迭绕组时，支路对数a=2,电枢绕组总导体数N=36×6=216
)(35.605800102.22
2216
222M N I a pN I C M a a M em ?=??????=??=
??=-πφπφ 单波绕组a=1，支路电流)(2002
2800
2A a I i a a =?==
电枢电流 )(40020022A i a I a a =?=?='
电磁转矩 )(35.6052M N I a
pN
I C M a a M em ?=??=
??=φπφ
1-21 某他励直流电动机额定电压U N =220［V ］，额定电流I N =10［A ］，额定转速n N =1500
［r/min ］，电枢回路总电阻Ra =0.5［Ω］，试求： （1） 额定负载时的电磁功率和电磁转矩；
（2） 保持额定时励磁电流及总负载转矩不变而端电压降为190［V ］，则稳定后的电枢电
流与转速为多少？（电枢反应忽略不计）。 解：（1）由于他励 N aN I I =, 所以
)(2155.010220V R I U E a N N aN =?-=-= )(215010215W I E P a a M =?==
)(7.131500
2602150260m N n P P T N M N M ?=??=?=Ω=
ππ （2）由于fN f I I =不变且电枢反应忽略不计，则有N Φ=Φ；又因T Z 不变，所以有
)(10A I I C T C T I N aN N
M ZN M Z
a ===Φ=Φ=
)(1855.010190V R I U E a a a =?-=-=
由于 N Φ=Φ，所以
min)/(1291215
1500185r E n E n n E n E aN N a a N
N a =?=?=?=
1-22 某并励直流电动机额定电压U N =220［V ］，额定电流I N =75［A ］，额定转速n N =1000
［r/min ］，电枢回路总电阻Ra =0.26［Ω］，额定时励磁回路总电阻R fN =91［Ω］,铁耗及附加损耗p Fe + p △=600［W ］，机械损耗p Ω=198［W ］，电枢反应去磁作用不计。试求： （1） 额定运行时的电磁转矩T 与输出转矩T N ; （2） 理想空载转载；
（3） 实际空载电流I 0及实际空载转速。 解：（1）对于并励，
)(6.7291
220
7575A R U I I I fN N fN N N a =-=-
=-= )(1.20126.06.72220V R I U E a aN N aN =?-=-=
201.01000
1
.201===
ΦN aN N e n E C )(4.1396.72201.055.955.9m N I C I C T aN N e aN N M ?=??=Φ=Φ=
（2）由于电枢反应去磁作用不计且U=UN 不变，所以N Φ=Φ0，则
min)/(5.1094201
.022000r C U C U n N e N e N ==Φ=Φ=
（3） )(97.3201
.055.962
.700A C T I N M a =?=Φ=
min)/(4.1089201
.026
.097.322000r C R I U n N e a a N =?-=Φ-=
'
1-31 两台完全相同的并励直流电动机，电枢回路总电阻均为Ra=0.1［Ω］，两机在1000［r/min ］时的空载特性均为
先将两机在机械上同轴联结，电路上并联于同一个230［V ］的直流电源，轴上不带其他负载，电枢反应及附加损耗均忽略不计。已知当甲机励磁电流为1.4［A ］，乙机的励磁电流为1.3［A ］时，机组的转速为n=1200［r/min ］。试问： （1） 此时哪一台为发电机？哪一台为电动机？ （2） 机组总的机械损耗和铁耗为多少？
（3） 只调节励磁电流能否改变两机的运行状态（转速不变）？
解：（1）根据数据可得
)(230)23510001200
9.195V V E a >=?=（甲
)(230)2241000
1200
7.186V V E a <=?=（乙
因为N a N a U E U E <>乙甲,，故甲为发电机，乙为电动机。 （2） 据项（1）有： 电动机：)(601
.0224
230A R E U I a a a =-=-=
乙乙 ，
）（（乙乙乙乙乙乙乙Fe a a M p p P p P W I E P ++≈+==?==Ω202)1344060224 发电机：)(501
.0230
235A R U E I a
a a =-=
-=
甲甲
甲甲甲甲甲甲甲）（（Fe a a M p p P p P W I E P +-≈-==?==Ω101)1175050235
由于电动机乙与发电机甲同轴联结，乙机的轴上输出功率P 2乙即为甲机的输入功率，
即012甲甲甲乙）（Fe M p p P P P ++==Ω
则：[]
）（）（）（甲乙甲甲乙∑∑++
=++++=Ω
ΩΩFe M Fe Fe M M p p
P p p p p P P 0，得
）（甲乙W P P p p
M M Fe 16901175013440=-=-=+∑∑Ω
(3) 调节励磁电流可以改变两机的运行状态。例如：将I f 甲↓使得E a 甲U ，这样就可以使甲机变为电动机，乙机成为发电机；也可以调I f 使两机在1200r/min 时都作电动机运行，它们都从电网吸收功率，共同拖动轴上的同一个机械负载。但是不能使两机都做发电机运行（因为无原动机）。
2-10 他励直流电动机额定数据同题2-5，试问： （1）如果将该机直接起动，则起动电流为多少？
（2）为使起动电流限制在2I N ，应在电枢回路串入多大电阻？
（3）如果采用降压起动且使起动电流限制为2I N ，端电压应将为多少？
解：（1）估算Ra,)(0694.0212
Ω=-=
N
N
N N a I P I U R )(31700694
.0220
A R U I a N Q ===
(2) 据
N Q a N I R R U 2=+ 可得： R )(245.00694.0350
2220
Ω=-?=Q R
(3)据
N a
I R U
?=2 可得：U=2x350x0.0694=48.58(V)
2-15 某他励直流电动机额定数据如下：P N =3［kW ］，U N =220［V ］，I N =18［A ］，n N =1000［r/min ］电枢回路总电阻Ra =0.8［Ω］。试求：
（1）为使该机在额定状态下进行能耗制动停机，要求最大制动电流不超过2 I N ，求制动电阻值；
（2）在项（1）的制动电阻时，如负载为T Z =0.8T N 位能转矩，求电机在能耗制动后的稳定速度；
（3）设该机带动T Z =T N 位能负载运行于额定状态，采用能耗制动使之最终以500［r/min ］的速度下放重物，求制动电阻及该电阻所对应的最大制动电流；
（4） 若该机采用能耗制动将T Z =T N 位能负载稳速下放时，所能达到的最低下放转速为多少？
（5）若该机在额定工况下采用能耗制动停机而不接制动电阻，则制动电流为额定电流多少倍？
解：(1) )(6.2058.018220V R I U E a N N aN =?-=-=
2056.0==
ΦN
aN
N e n E C 最大制动电流 )(3618221A I I N -=?-=-= 据 )(01乙R R I E a aN ++= 可得：）
（乙Ω=---=91.48.036
6
.205R （2） )(4.14188.08.0A I I N a =?==
)(22.82)91.48.0(4.14)(V R R I E Z a a a -=+-=+-=
min)/(400r C E n N
e a
-=Φ=
负号代表电机反转，将重物下放。
（3）)(8.1022056.0500V E a -=?-=
稳定后：)(18A I I N a ==
)(91.48.018
8
.102)(Ω=-=--=
?+=-a a a Z Z a a a R I E R R R I E )(3671
.56
.205A R R E I Z a aN -=-=+-
= ，负号代表制动时电流反向
（4） 不串电阻时，下放速度最低 )(4.148.018V R I E a a a =?==-， 所以 min)/(702056
.04
.144.14r C n N e -=-=Φ-=
（5） )(2578.06.205A R E I a aN a -=-=-
= )(3.1418
257
倍==N a I I
2-17 他励直流电动机额定数据为：P N =29［kW ］，U N =440［V ］，I N =76［A ］，n N =1000［r/min ］电枢回路总电阻Ra =0.377［Ω］。试求：
（1）该机以500［r/min ］的速度吊起T Z =0.8T N 负载转矩，在电枢回路应串多大电阻？ （2）用哪几种方法可使T Z =0.8T N 的位能负载以500［r/min ］的速度稳速下放？求每种方法的电枢回路串联的电阻值。
解：（1）设额定运行点为下图（a ）的A 点，对应：
)(3.411377.076440V R I U E a N N aN =?-=-=
411.01000
3
.411===
ΦN aN N e n E C 设T Z =0.8T N 且串电阻时，对应图（a ）的B 点，有:
)(8.60768.08.0A I I N aB =?==
)(5.205500411.0V n C E B N e B a =?=?Φ=
据 )(
Ω++=R R I E U a aB aB N
440=205.5+60.8(0.377+)(48.3)Ω=?ΩΩR R (2) 有两种办法：
ⅰ) 采用能耗制动，对应图（b ）特性①的B 点，
)(5.205500411.0V n C E B N e aB -=?-=Φ= )(Ω+=-R R I E a aB aB
)(3)377.0(8.605.205Ω=?+=ΩΩR R
ⅱ) 采用电动势反向的反接制动，对应图（b ）特性②的B 点，
)(5.205500411.0V n C E B N e aB -=?-=Φ= )(Ω++=R R I E U a a aB N
440=-205.5+60.8(0.377+)(24.10)Ω=?ΩΩR R
3-12 一台单相变压器，S N =100［kV A ］，U 1N / U 2N =6000/230［V ］，f N =50［H Z ］，原、副边绕组的电阻和漏抗分别为：R 1 =4.32［Ω］，R 1σ=8.9［Ω］，R 2 =0.0063［Ω］，R 2σ=0.018［Ω］.求:
(1) 折算到高压方的短路电阻、短路电抗和短路阻抗？ （2）折算到低压方的短路电阻、短路电抗和短路阻抗？ （3）短路电阻、短路电抗和短路阻抗标么值？ （4）用百分值表示的短路电压及其分量？
（5）满载及cos υ2=1、cos υ2=0.8（滞后）和cos υ2=0.8（超前）三种情况下的电压变化率？并对计算结果进行比较和讨论。
解： 230
6000
21==
N N U U k (1) 折算到高压方有: )(29.40063.0)2306000(2
22
2
Ω=?=='R k R )(25.12018.0)230
6000(222
2
Ω=?=='σσX k X
)(61.929.432.42
1Ω=+='+=R R R k )(23.2325.129.82
1Ω=+='+=σσX X X k )(23.2315.2161.92222Ω=+=+=k k k X R Z
(2) 折算到低压方：
)(0063.032.4)6000230(12
1
2
1
Ω=?=='R K R )(013.09.8)6000230(12
121Ω=?=='σσX k
X
)(0126.00063.00063.021Ω=+=+'='R R R k
)(031.0018.0013.021Ω=+=+'='σσX X X k
)(0335.0031.200126.0)()(2222Ω=+='+'='k k k
X R Z （3）采用高压边的量计算标么值：
基值为 )(67.166000
10100311A U S I N N N
=?== )(360101006000/3
2
11111Ω=?===N N N N N N
U S U I U Z 则标么值为：,0267.0360
61.91===
*
N k k Z R R ,0588.0360/15.21/1===*
N k k
Z X X Z*k= Zk/Z1N =23.23/360 =0.0645。
（4） Uk=Z*k=0.0645, UkR=R*k=0.0267, Ukx=X*k=0.0588 (5) 满载是 I*2=1, 则据△u= R*k cos υ2+ X*k sin υ2可知： 当cos υ2=1 时，sin υ2=0， 则：△u=0.0267×1+0=0.0267=2.67%；
当cos υ2=0.8滞后时，sin υ2=0.6， 则：△u=0.0267×0.8+0.0588×0.6=0.0566=5.66%； 当cos υ2=0.8超前时，sin υ2=-0.6， 则：△u=0.0267×0.8-0.0588×0.6= - 0.0139=-1.39%。 由上计算结果可知，由于变压器存在漏阻抗（即Z k =r k +jX k ≠0）,则当负载变化时，其副边电压会发生变化（即△u ≠0），副边电压随负载变化的程度（即△u 大小）与Z k 大小、负载大小及负载性质有关。当纯电阻负载即cos υ2=1 时，负载增加时U 2虽然也下降但下降不多；当感性负载（即cos υ2滞后）时，负载增加时U 2下降较多；当容性负载（即cos υ2导前）时，负载增加时U 2不仅比纯电阻负载时下降更多，而且有可能升高，容性负载时U 2随负载而升高（即△u ＜0﹚的情况发生在X *k sin υ2＞R *k cos υ2时。
3-15
一台三相变压器，原、副边绕组的12个端点和各相绕组的极性如图所示。试将此三相变压器连接成Y /△-7和Y/Y-4，并画出连接图、相量图和标出各相绕组的端点标志。
(a) 相量图（b）联接图
解：(1) Y/△-7，见图（a）、(b)
（2）Y/Y-4，见图（c）、(d)
(c) 相量图（d）联接图
3-16 画出下图所示各种联接法的相量图，根据相量图标出联接组号。解：（a）
(b)
(c)
(d)
4-4 某三相感应电动机的额定数据如下：
,50%,88,80.0cos min,/1450,380,30z N N N N N N H f r n V U kW P ======η?
试求：（1）该机的级数；（2）额定转差率；（3）额定电流。
解：（1）由于n N =1450(r/min) 与n 1=1500(r/min) 较接近，所以 n 1=1500(r/min),
P=60f/n 1=3000/1500=2, 为4极电机。 （2） 033.015001450
150011=-=-=
n n n S N N （3）由N N N N N I U P η?cos 3=
得 )(75.6488
.08.038031030cos 33
A U P I N
N N N
N =????=
=η?
4-6 已知某三相交流电机的极对数p=3,定子槽数z 1=36,线圈节距τ6
5
1=y ,并联支路数a=1,采用双层分布短距迭绕组。试求：
（1）用三种不同颜色画出三相绕组展开图，并将之连结成△接法。 （2）该绕组可以接成哪几种并联支路数？
解 （1）①计算绕组数据
)(66
3621槽===
p Z τ )(23636
2q 11槽=?==
pm Z )(566
5
651槽=?==τy
② 划分相带（只划分每槽上层边的相属，下层边的位置由y1决定，与相带划分无关）
③ 画绕组展开图，并连成△接法（a=1）,如下图所示。
（2）由于每相有2p=6个线圈组，所以若将每相的线圈全部并联，可得每相最大并联支路数a max =2p=6；若全部串联，可得每相最少支路数a min =1；也可以三个串联后再两个并联，得每相有a=2条并联支路；或者两串再三并，每相有a=3条并联支路数。
4-10 某三相交流电机定子槽数Z 1=36，极距τ=9槽，绕组跨距y 1=7槽，定子三相双层绕组Y 接法。每个线圈匝数N y =2，并联支路数a=1，气隙每极基波磁通υ1=0.74Wb ，气隙谐波磁密与基波磁密的幅值之比为
49
1,2511715==B B B B ，基波及各次谐波磁场转速相等，均为1500r/min 。试求：（1）基波、五次谐波和七次谐波的绕组系数； （2）相电动势中的基波、五次谐波和七次谐波分量有效值； （3）合成相电势有效值。
解: (1) 极数：2p=49
36
2==
=
τ
Z
p 每极每相槽数：)(33
436
2槽=?==
pm Z q 槽距角：
2036
36023601=?=?=
Z p a 定子每相串联匝数： )(241
2
3421匝=??=
=
a
pqN N y
基波绕组系数：9397.070sin )909
7
sin()90sin(
1
1==?=?= τy k y 9598.0220sin
330sin 2sin 2sin
1
===
a q qa
k y 9019.09598.09397.0111=?==q y w k k k
五次谐波绕组系数： 1736.0)705sin()90sin(
1
5-=?=??= v y k y τ
2176.02205sin
3)305sin(2sin )
2sin(5
=??=?
=
va q qa
v k q K w5=k y5·k q5=-0.1736×0.2176=-0.0378 七次谐波绕组系数：766.0)707sin()90sin(
1
7=?=??= v y k y τ
177.02207sin 3)307sin(2sin )
2sin(7
-=??=?
=
q qa v k q 1356.0)177.0(766.0777-=-?=?=q y w k k k
(2)相电动势基波有效值：
E 1=4.44f 1N 1k w1Φ1=4.44×50×24×0.9019×0.74=3556(V)
相电动势五次谐波有效值：
)(96.574.0125
1
0378.02450544.444.455155V k N f E w =??
????=Φ?= 其中：
151********
1
,125151251Φ=Φ=?=?=ΦΦ所以ττB B 相电动势七次谐波有效值：
)(91.1074.07
491
1356.02450744.444.477177V k N f E w =???
????=Φ?= 其中：
17171717343
1
,343171491Φ=Φ=?=?=ΦΦ所以ττB B （3）合成相电势有效值：)(355691.1096.535562222
72521V E E E E =++=++=?
4-14 某四极单相电机定子绕组串联匝数N 1=100匝，基波绕组系数为k w1=0.946,三次谐波绕组系数k w3=0.568。试求： （1）当通入相电流为tA i 314sin 52=时，单相绕组所生的基波和三次谐波磁动势的幅
值及脉振频率；
（2）若通入的相电流为A t t i )3143sin(3
5
2314sin 52?-=
时，相电流中的三次谐波
电流能否产生基波磁动势？为什么？
（3）对于项（2）写出相绕组所生的基波脉振磁动势表达式； （4）对于项（2）写出相绕组所生的三次谐波脉振磁动势表达式；
（5）若通入的相电流为I=5A 的直流电流，求相绕组所生的基波和三次谐波磁动势的幅值各为多少？这时该磁动势是什么性质？
解：（1）基波磁动势幅值：
)/(85.21252
946
.01009.09.0111极定匝=???==φφI p k N F w 基波磁动势脉振频率: Z H w f 5023142===π
π 三次谐波磁动势幅值：
)/(6.4252
568
.01009.0319.031313极定匝=????=?=φφI p k N F w
三次谐波磁动势脉振频率: Z H w f 502314
21===
π
π （2）电流的三次谐波为时间波，通入单相绕组产生在空间矩形波分布的脉振磁动势，其中
包括基波和一系列高次谐波磁动势，因而可以产生基波磁动势，只是其脉振频率为基波电流产生的脉振频率的3倍。
（3）此时相绕组产生的基波磁动势是由两部分组成，一部分由基波电流产生，另一部分由三次谐波电流产生，可以表示为： f υ1(θ·t)=F υ11sin ωtcos θ-F υ13sin3ωtcos θ 其中，由基波产生电流产生的基波磁动势幅值为：
)/(85.21252
946
.01009.09
.011111极定匝=???==φφI p k N F w 由三次谐波电流产生的三次谐波磁动势幅值为：
)/(95.7053
12946.01009.09
.031113极定匝=????==φφI p k N F w 故相绕组所产生的基波脉振磁动势的表达式为：
f υ1(θ·t)=212.85sin ωtcos θ-70.95sin3ωtcos θ
(4)仿项（3）可得：f υ3(θ
·t)=42.6sin ω
tcos θ-14.2sin3ωtcos θ
（5）当I=5A 直流，相绕组磁动势为空间上矩形波分布，幅值不随时间变化的恒定矩形波，
可分解为基波及各项奇次谐波。 基波磁动势幅值：)/(5.15052946.010*******
111极定匝=????=??=ππφI p k N F w 三次谐波磁动势幅值：
)/(1.3052
568
.01002143121431313极定匝=?????=???=ππφI p k N F w
4-27 某三相四级50Hz 感应电动机，P N =10KW, U N =380V, n N =1455r/min,定子绕组△接法。R 1=1.375Ω,X 1σ=2.43Ω,r 2′=1.04Ω, X 2σ=4.4Ω,r m =8.34Ω，Xm=82.6Ω。额定负载时
p Ω+p △=205W 。试用简化等值电路计算额定负载时的定子电流、功率因数、输入功率和效率。
解：额定运行转差率：
03.01500
14551500=-=N S
简化等值电路如图示，以定子相电压1?
U 为参考相量，
03801∠=?
U
激磁支路阻抗：Z m =(r 1+r m )+j(X 1σ+X m )=(1.37+8.34)+j(2.43+82.6) =9.715+j85.03=85.58∠83.48°
负载支路阻抗：)4.443.2()03
.004
.1375.1()()(2122
+++='++'+='j X X j S r r Z N σσ
=36.04+j6.83=36.68∠10.73°
总阻抗： 69.3059.3083.604.3603.85715.973.1068.3648.8358.852
2∠=+++∠+∠='+'?=
j j Z Z Z Z Z m m 定子相电流：)(69.3042.1269
.3059.30038011A Z U I -∠=∠∠== 定子额定电流：)(5.2142.123311A I I N =?=
=
定子功率因数：cos υ1=cos30.69°=0.86
输入功率：P 1=3U 1N υ·I 1N υcos υ1=3×380×12.42×0.86=12.176(kW)
效率：%1.82%100176.1210%1001
=?=?=
P P N η
4-28 某三相四级50Hz 感应电动机，已知输入功率P 1=10.7kW ，定子铜耗p Cu1=450W ，铁耗p Fe =200W ，转差率S=0.029。试求此时该机的电磁功率PM,总机械功率P Ω，转子铜耗p Cu2及电磁转矩T 各为多少？
解：电磁功率：P M =P 1-p Cu1-p Fe =10.7-0.45-0.2=10.05(kW)
总机械功率：P Ω=(1-S)P M =(1-0.029) ×10.05=9.758(kW) 同步转速： min)/(1500250
60601r p f n =?==
电磁转矩： )(01.641500
260100501m N P T M ?=??=Ω=π
4-36 某三相四级50Hz 笼型感应电动机P N =3kW ，U N =380V ,I N =7.25A,Y 接法，
r 1=2.01Ω。空载试验数据：当空载线电压Ut=380V 时，I 0=3.64A ，P 0=246W ，p Ω=11W ；短路试验数据：当I k =7.05A 时，短路线电压U kl =100V 而P k =470W 。假设附加损耗忽略不计，短路特性为线性，且X 1σ= X 2σ′。试求：（1）参数X 1σ，r m ，X m ，r 2′；(2) 该机的cos υN 和ηn (不考虑温度的影响)。
解：（1）由空载试验求得
空载阻抗： )(44.6064
.33
/380010Ω===
I U Z 空载总电阻：)(19.664
.33246
2
2000Ω=?==
mI P r 空载总电抗：
)(12.6019.644.602220200Ω=-=-=r Z X
铁耗：)(1551101.264.332462
12
00W p r mI P p Fe =-??-=--=Ω 励磁电阻：)(9.364
.33155
2
20Ω=?==
mI p r Fe m 由短路试验求得： 短路阻抗： )(19.805
.73
/100Ω===
k k k I U Z
短路电阻：)(15.305.73470
2
2Ω=?==
k k k mI P r 短路电抗：
)(56.715.319.82222Ω=-=-=k k k r Z X
由σσ21X X '=,得 定子漏电抗：)(78.32
1
1Ω==
k X X σ 转子电阻： r ′2=r k -r 1=3.15-2.01=1.14(Ω) 励磁电抗：X m =X 0-X 1σ=60.12-3.78=56.34(Ω) (2) 额定运行时定、转子总铜耗
)(497470)05
.725.7()(
2
221W P I I p p k k N Cu Cu =?=?=+ 输入功率：)(3663111554973000p P P 2Cu1N 1W p p p Fe Cu =+++=++++=Ω 效率：%9.8136633000%1001
==?=P P N N η 由N N N I U P ?cos 31=
,得额定运行时的功率因数
768.025
.7380336633cos 1
=??==
N N N I U P ?
5-1 某三相绕组式感应电动机的额定数据如下：P N =7.5kW ，U N =380V , I N =15.1A,
n N =1450r/min, λm =2.0,。试求：（1）临界转差率Sm 和最大转矩Tm ；（2）写出固有机械特性实用表达式；（3）该机的固有起动转矩倍数K M 。
解： （1） 额定转差率：033.01500
1450
1500=-=
N S
临界转差率：123.0)140.2(033.0)1(2=-+=-+=m m N m S S λλ
额定转矩：)(4.491450
5.799509550
M N n P T N N N ?=?== 最大转矩：)(8.984.490.2M N T T N M m ?=?==λ
(2) 固有机械特性实用表达式：
S
S S S
T T m m m +
=
2 即 S S T 123.0123.08
.982+?=
(3) 在固有机械特性表达式中，令S=1，得固有起动转矩
)(94.231
123
.0123.018
.982M N T Q ?=+?=
固有起动转矩倍数：48.04
.4994
.23==
=
N
Q M T T k
5-5 某三相笼型感应电动机额定数据如下：P N =300kW ，U N =380V, I N =527A, n N =1450r/min,
起动电流倍数K I =6.7，起动转矩倍数K M =1.5，过载能力λM =2.5。定子△接法。试求： （1） 直接起动时电流I Q 与转矩T Q ；
（2） 如果供电电源允许的最大电流为1800A,采用定子串对称电抗器起动，求所串的电抗
值X Q 及起动转矩T Q ；
（3） 如果采用Y-△起动，能带动1000N ·m 的恒转矩负载起动吗？为什么？ （4） 为使起动时最大电流不超过1800A 且起动转矩不小于1000N ·m 而采用自藕变压器降
压起动。已知起动用自藕变压器抽头分别为55%，64%，73%三档；试问应取哪一档抽头电压？在所取的这一档抽头电压下起动时的起动转矩及对电网的起动电流各为多少？
解：（1）直接起动时电流 )(9.35305277.61A I K I N Q =?=?=
直接起动时的起动转矩
)(8.29631450
300
95505.19550m N n P K T K T N N M N M Q ?=??=?
?=?= （2）由直接起动时等值电路可知，短路阻抗为：
18.09.3530380
33111
=?===
Q
N Q k I U I U Z 设 ,3.0cos ==
k
k
k Z r ?则短路电阻为 )(054.03.018.0cos Ω=?=?=k k k Z r ? 短路阻抗为 )(17.0054.018.0222
2
Ω=-=-=k k k r Z x
据题意，96.118009
.353011=='=
Q
Q I I a 则所串电抗：
)
(175.017.017.096.1054.0)196.1()1(22222
222Ω=-?+?-=-+-=k k k Q x x a r a X 此时起动转矩 )(5.7718.296396.1112
2m N T a T Q Q ?=?=='
（3） 若采用Y-△起动 )(1000)(7.9878.29633
1
31m N m N T T Q Q ?
'
所以不能带动1000N ·m 的负载起动。
(4) 若采用自藕变压器起动，设变化比为k a ，则副边的抽头电压121
U k U a
=
，则 Q a Q
I k I 21???? ??='， Q a Q T k T 2
1???
? ??=' 抽头为55%时，)(1800)(10689.353055.02
A A I Q
<=?=' )(1000)(5.8968.296355.02
m N m N T Q
?
<=?=' )(1000)(12148.296364.02m N m N T Q
?>?=?=' 抽头为73%时，)(1800)(6.18819.353073.02A A I Q
>=?=' )(1000)(4.15798.296373.02m N m N T Q
?>?=?=' 故只有64%抽头一档满足要求，选择64%抽头档。
5-15 感应电动机在回馈制动状态时，它将拖动系统所具有的动能或位能转换成电能送回电
网同时，为什么还必须从电网输入滞后的无功功率？
答：感应电动机定转子之间的机电能量转换，是通过电磁感应实现的，因而必须在气隙中
建立磁场才能进行这种转换，建立气隙磁场所需励磁电流是一个滞后的无功电流，而回馈制动时由动能和位能转换成的反馈电网的电能是有功功率，因此，还必须从电网吸收滞后的无功功率在电机气隙建立磁场才能完成将动能或位能转换成电能的过程。
第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、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、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、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，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、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。 3、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。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、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I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？
第一章 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== = η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距;
( 2 )求并联支路数。 解：（1）第一节距 54 242221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均感应电动势为10 V ,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少 解：当电枢绕组为单叠绕组时, 绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30, 换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件, 每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为 a E =29?10=290V ; 每一条支路的电阻为 Ω=?=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为 Ω=== 45.14 8 .54R R a
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min /67.2412 *5.1*21450 321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.03800 3 212== = ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 2 2 222222 322212 2 2 2 12 2 1 22 2.55.425.0 3.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+ + + = （4） 电动机电磁转矩： M N j j j FD T T L .29.349 .0*9.0*9.0*2*5.1*22 /15.0*20002/3213213 212=== = ηηηηηη （5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 ! M N j j j FD T .252 *5.1*22 /15.0*20002/'3212=== 传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-= 加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752= - （b ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752= + （d ） 减速dt dn GD T T L 3752= --
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )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( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 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( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )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( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 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( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )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( )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( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
电机与拖动基础习题1（第3- 6
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、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁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;(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
第一章 1 . 1 一台直流电动机的数据为:额定功率N P =25 kW ,额定电压N U =220 V ,额定转速 N n =1 500 r /min,额定效率N η =86 .2 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流电动机的:额定功率 N N N N I U P η= A U P I N N N N 83.131862 .022010253 =??== η （2） KW P P N N N 29862 .025 1== = η 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压 N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ;
( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== = η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距; ( 2 )求并联支路数。 解：（1）第一节距 54 242221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均
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)
第二部分 直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、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、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（ ）（F ） 2、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，电枢电流都将突变。（ ） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（ ） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（ ） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（ ） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、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。 3、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。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、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I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn <） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =7.5kW ，U N =110V ，I N =79.84A ，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =0.1014Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为0.8T N ，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？ 解：（1）0.068N a N e N N U R I C n -Φ== （2）N T 不变时，em T 不变，即T N N T a C I C I Φ=Φ （3）不计空载转矩时，em L T T =，故： 解得： 2.69B R =Ω 第五部分 异步电动机 一、填空题： 1、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）
电机与拖动基础 第一章电机的基本原理 (1) 第二章电力拖动系统的动力学基础 (6) 第三章直流电机原理 (12) 第四章直流电机拖动基础 (15) 第五章变压器 (30) 第六章交流电机的旋转磁场理论 (41) 第七章异步电机原理 (43) 第八章同步电机原理 (50) 第九章交流电机拖动基础 (60) 第十章电力拖动系统电动机的选择 (72)
第一章 电机的基本原理 1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。 答： 电与磁存在三个基本关系，分别是 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 t ΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出 Blv e = 而感应电动势的方向由右手定则确定。 （3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即 Bli F = 电磁力的方向可由左手定则确定。 1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁 阻），请列表说明。 答： 磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电
第五章 5 . 1 什么是直流伺服电机的电枢控制方式?什么是磁场控制方式? 答: 将直流伺服电机的电枢绕组接控制电压,励磁绕组接恒定电压的控制方式称为电枢控 制方式;将励磁绕组接控制电压, 电枢绕组接恒定电压的控制方式称为磁场控制方式。 5 . 2 为什么直流伺服电机常采用电枢控制方式而不采用磁场控制方式? 答: 直流伺服电机采用电枢控制方式时, 控制电压加在电枢绕组上, 励磁绕组接恒定电压, 控制精度高,线性度好; 采用磁场控制方式时, 电枢绕组接恒定电压, 控制电压加在励磁绕组 上,由于磁路的非线性, 控制精度较差,性能较差,所以直流伺服电机常采用电枢控制方式而不 采用磁场控制方式 5 . 3 直流伺服电机采用电枢控制方式时,始动电压是多少?与负载大小有什么关系? 答: 直流伺服电机采用电枢控制方式时,始动电压 0C U = T C RT ,与负载大小成正比。 5 . 4 常有哪些控制方式可以对交流伺服电机的转速进行控制? 答: 或通过改变控制电压的幅值,或改变控制电压的相位,或同时改变控制电压的幅值和相 位,都可以对交流伺服电机的转速进行控制,所以常有幅值控制、相位控制和幅值—相位控制 等三种控制方式对交流伺服电机的转速进行控制。 5 . 5 何谓交流伺服电机的自转现象?怎样消除自转现象?直流伺服电机有自转现象吗? 答: 转动中的交流伺服电机在控制电压为零时继续转动而不停止转动的现象,称为交流伺 服电机的自转现象。增加交流伺服电机的转子电阻可以消除自转现象。直流伺服电机没有自
转现象。 5 . 6 幅值控制和相位控制的交流伺服电机,什么条件下电机气隙磁动势为圆形旋转磁 动势? 答: 当控制电压C U 与励磁电压f U 大小相等、相位差为090时, 幅值控制和相位控制的交 流伺服电机,其气隙磁动势为圆形旋转磁动势。 5 . 7 为什么交流伺服电机常采用幅值-相位控制方式? 答: 幅值-相位控制方式只需要电容器和电位器,不需要复杂的移相装置, 控制设备简单;而 幅值控制方式或者相位控制方式都需要移相装置,所以交流伺服电机常采用幅值-相位控制 方式。 5 . 8 为什么直流测速发电机的转速不宜超过规定的最高转速?为什么所接负载电阻不 宜低于规定值? 答: 直流测速发电机的转速愈高,感应电动势就愈大,当负载不变时,电枢电流也愈大, 电枢 反应的去磁作用就愈强,输出的端电压下降愈多,误差愈大。负载电阻愈小, 电枢电流也就 愈大, 电枢反应的去磁作用就愈强, 误差愈大。所以直流测速发电机的转速不宜超过规定
《电机与拖动基础》试题库及答案 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_______;_______;_______。(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。（E a〈U；E a〉U） 3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、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） 5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。（2p；2） 6、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） 7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用） 二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（F） 2、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。（）（T） 3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（F） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（）（F） 三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。（1） （1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3） （1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？ （他励；自励（包括并励，串励和复励）） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
《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主磁路存在剩磁励磁绕组并联到电枢两端的极 性正确_;_励磁回路的总电阻必须小于该转速下的临界电阻值。（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u>E a时为电动机（o 《电机与拖动基础》习题详细解答 绪论 0.8解：（1）F1=I1N1-I2N2 （2）F2=I1N1+I2N2 （3）F3=I1N1-I2N2，因为加入气隙并不改变磁路总磁动势大小 （4）由于（3）中大部分磁动势都降落在气隙中，因此加在铁芯上的磁动势远小于（1）中铁芯上的磁动势，又因为两种情况下的铁芯长度大致相等，所以H1?H3，B1>>B3。因此在（3）中气隙和铁芯中的B相同，由B=μH，可知由于气隙中的μ远小于铁芯中的μ，所以H气隙?H铁芯。 0.10解：铁芯中的铁耗为P Fe=P1-P R=22-2=20W 输入端的功率因素cosφ=P1/S1=22/(110×1)=0.2 第一章变压器的工作原理和结构 1.6 解：原边额定电流为I N1=N √3U = √3×35 =82.5A 副边额定电流为I N2=N 3U = 3×10.5 =274.9A 第二章变压器的运行原理与特性 2.4解：由U1≈E1=4.44fN1Φm可知，变压器外加电压U1不变，若减少原绕组的匝数N1，则Φm增大，变压器的铁芯的饱和程度上升，空载电流上升，铁芯损耗上升，原边电动势E1基本不变，由于E2=E1×N2/N1，因此副边电动势E2应上升。 2.10解：N1=E1N 4.44fΦm ≈U1N 4.44fΦm =35×103 4.44×50×1.45×1120×10?4 ≈971 N2= E2N 4.44fΦm ≈ U2N 4.44fΦm = 6×103 4.44×50×1.45×1120×10?4 ≈166 k= E1N E2N = N1 N2 =5.8 2.11 解：（1）k=U1N U2N =6000 230 =26.1 R k=R1+R2′=4.32+26.22×0.0063=8.61Ω x k=x1σ+x2σ′=8.9+26.22×0.013=17.76Ω Z k=√R k2+x k2=19.74Ω （2）R k′=R1′+R2=0.0261Ω x k′=x1σ′+x2σ=0.0261Ω Z k′=√R k′2+x k′2=0.029Ω （3）Z1N=U1N I1N =U1N S N2 =360Ω R k?= R k Z1N =0.0239 x k?= x k Z1N =0.0493 Z k?= Z k 1N =0.0548 Z2N= U2N I2N = U2N S N2 =0.529Ω R k′?= R k′ Z2N =0.0239 x k′?= x k′ Z2N =0.0493 Z k′?= Z k′ Z2N =0.0548 计算结果说明原副边短路参数的标幺值是相等的。 （4）u k=Z k?×100%=5.48% u kr=R k?×100%=2.39% u kx=x k?×100%=4.93% （5）当cosφ2=1时，ΔU%=β(R k?cosφ2+x k?sinφ2)×100%=2.39% 当cosφ2=0.8（滞后）时，ΔU%=β(R k?cosφ2+x k?sinφ2)×100%=4.87%当cosφ2=0.8(超前)时，ΔU%=β(R k?cosφ2+x k?sinφ2)×100%=?1.05% 2.12 解：（1） 励磁参数计算如下： P0φ=1 3 P0=1233W，I0φ= I √3 =37.53A Z m′= U2Nφ 0φ =10.66Ω 《电机及拖动基础》（3版） 浙江机电职业技术学院胡幸鸣主编 思考题与习题 解答 第一章 直流电机 1-1 在直流电机中，电刷之间的电动势与电枢绕组某一根导体中的感应电动势有何不同？ 解：前者是方向不变的直流电动势，后者是交变电动势；前者由多个电枢元件（线圈）串联而成，电动势相对后者的绝对值要大。 1-2 如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，则换向器和电刷应怎样放置，才能作直流电机运行？ 解：换向器放置在定子上，电刷放置在转子上，才能作直流电机运行 1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，a E 又有何区别？它们又是怎样产生的？ 解：直流发电机的电磁转矩T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势E a 大于电枢端电压U ，直流电动机的电枢电动势E a 小于电枢端电压U ，电枢电动势E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。 1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？ 解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变） 1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？ 解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向同一个方向旋转。 1-6 一台直流发电机，m in,/1450,230,145r n V U kW P N N N ==-求该发电机额定电流。 解： A U P I N N N 43.630230 101453 =?== 1-7 一台型直流发电机，m in,/1500%,90,220,160r n V U kW P N N N N ===-η求该额定电流是多少？ 解： A U P I N N N N 08.8089 .022*******=??== η 电机与拖动 绪论一、名词解释1. 磁场:电流周围的效应 2.磁动势（磁通势、磁势）:产生磁场的源泉 3.磁场强度:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势影响强度的一个物理量。 4.磁场感应强度（磁通密度）:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势感应能力强弱的一个物理量。 5.磁通量Φ：垂直穿过某一截面（面积为S）磁力线的数目 6.磁阻：就是磁力线通过磁路时所遇到的阻碍，磁阻与磁路的长度成正比，与磁路的磁导率成反比，并与磁路的截面积成反比 7电感：其实质表征的就是电磁装置电与磁转换能力的大小。 二、填空 1、在电机中磁场的几个常用量分别是磁动势、磁场强度、磁感应强度、磁通等。 2、进行磁路分析和计算时，常用到磁路的基本定律有全电流定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律。 3、电机的电流有交、直流之分，所以，旋转电机也有直流电机与交流电机两大类。 4、旋转电机是一种机电能量转换的机电装置。 5、把电能转换机械能的电机称为电动机; 把机械能转换电能的电机称为电发电机。 三、判断题 1、垂直穿过线圈的磁通量随时间变化，必然会在线圈中产生感应电动势。（√） 2、棱次定律表明垂直穿过线圈的变化磁通，会在线圈中产生电动势。（√） 3、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场变化率的方向一致的。（×） 4、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场方向一致的。（×） 六、问答题 1.电磁作用原理的综述 有电流必定产生磁场，即“电生磁” ；磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势，即“动磁生电” ;载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，即“电磁生力” 第一章直流电机的原理与结构 一、名词解释 （一）1.电枢：在电机中能量转换的主要部件或枢纽部分 2.换向：直流电机电枢绕组元件从一条支路经过固定不动的电刷短路，后进入另一条支路，元件中的电流方向改变的过程。 3.额定值：在正常的、安全的条件下，电气设备所允许的最大工作参数。 （二） 1.电机：机电能量（或机电信号）转换的电磁装置 2.直流电机：直流电能与机械能量进行转换的电磁装置 3.直流发电机：把机械能量转换为直流电能的电磁装置 4.直流电动机：把直流电能转换为机械能量的电磁装置 5.交流电机：交流电能与机械能量进行转换的电磁装置 6.交流电动机：把交流电能转换为机械能量的电磁装置 7.交流发电机：把机械能量转换为交流电能的电磁装置 （三）第一节距：同一元件的两个元件边在电枢圆周上所跨的距离 （四）极距：相邻两个磁极轴线之间的距离 （五）电角度：磁场在空间变化一周的角度表示 二、填空 1、铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。 电机与拖动基础试题及答案(简答题) 简答题 1．变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。 2．画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图： 3．为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。 4．变压器的Rm、Xm各代表什么物理意义？磁路饱和与否对Rm、Xm有什么影响？为什么要求Xm大、Rm小？答：Rm：变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。Xm：变压器的励磁电抗，反应了主磁通对电路的电磁效应。Rm、Xm都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm越大、Rm越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm大、Rm小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好（磁阻小）、铁损小、0.35mm厚冷轧硅钢片叠成。 5．根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。 答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边感应出高电压，危险。 6．如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？ 答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即U≈E=4.44fNφ。当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。7．简述并励直流发电机自励建压的条件 答：1）必须有剩磁。否则要充磁。2）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。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8．并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？ 答：直流电动机起动时，由于转速为0，Ea=0，电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电流I=U/Ra可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足够大的起动电磁转矩，T=CTΦIa，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。 9．试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性 《电机与拖动基础》复习题 一、填空题 1、并励直流电动机改变转向的方法 有 ， 。 2、直流电机单叠绕组的并联支路对数为 。 3、并励直流电动机在运行时励磁绕组断开了，电机 将 。 4、一台50HZ 的三相电机通以60 HZ 的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小 ，转速 ，极 数 。 5、当三相异步电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的 频率 为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如 转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的 频率为 。 6、三相交流绕组产生的磁动势的性质是 ，其特 点是幅值的大小 、转速的大 小为 、转向是由 决定的、当哪相电流最大，三相合成基波圆形旋转磁动势就转 至 。 7、三相异步电动机等效电路中的附加电阻 '-2)1(R s s 上所消耗的电功率应等于 。 8、同步发电机并网的条件是：（1） ； （2） ； （3） 。 9、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角； 二是 和 之间的夹角。 10、通过 和 实验可求取 变压器的参数。 11、并联运行的变压器应满足 （1） ， （2） ， （3） 的要求。 12、直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁 转矩是 转矩。 13、一台三相电力变压器N S =560KVA ，N N U U 21 =10000/400(v), D,y 接法， 负载时忽略励磁电流，低压边相电流为808.3A 时，则高压边的相电流为 。 14、他励直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转 速 ，而在电枢回路中增加调节电阻，可 使转速 。 15、三相异步电动机转速为n ，定子旋转磁场的转速为n ，当n ＜n 是 运行状态；当 n ＞n 是 运行状态；当 n 与 n 反向时是 运行状态 16、三相同步发电机通过调节____ _____________可调节有功功率。 17、变压器由空载到负载，其主磁通φ 的大小____ ___________。 18、同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应。 19、一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分， 此时转差率 为 ，转子电势的频率为 。当 转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率 为 。 20、单相绕组的基波磁势是 ，它可以分解成大 小 ，转向 ，转 速 的两个旋转磁势。 21、三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a ）,其中ia ＝１０ Sin(wt)，当Ia=10A 时，三相基波合成磁势的幅值应位于 ； 当Ia =-5A 时，其幅值位于 。 22、一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧 接到380V 上，则此时Φm ,0I , m Z ,Fe p 。（增加，减少或不变） 23、一台变压器，原设计的频率为50HZ ，现将它接到60HZ 的电网上运行，额定 电压不变，励磁电流将 ，铁耗将 。 24、变压器的参数包 括 ， ， ， ， 。 25、如果感应电机运行时转差率为s ，则电磁功率，机械功率和转子铜耗之间的 比例是 2:P :e Cu P p = 。 26、三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包 括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 27、绕线型感应电动机转子串入适当的电阻，会使起动电 流 ，起动转矩 。 28、当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机 的转速将 。 29、直流电动机的调速方法《电机与拖动基础》习题详细解答解析
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