期末复习题电机拖动习题

填空题：

1. 一台接到电源频率固定电源的变压器，在忽略阻抗压降条件下，其主磁通的大小决定于

的大小。 2. 变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越 ，励磁电流越 。 3. 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 。 4. 直流电机的电磁转矩是由 和 共同作用产生的。 5. 当端电压 电枢电势时，直流电机运行于电动机状态，当端电压

电枢电势时，直流电机运行于发电机状态。 6. 当直流电动机的转速超过 时，出现回馈制动。 7. 三相异步电动机起动转矩与电源电压之间的关系是 8. 当起动转矩等于最大转矩时，临界转差率等于 。

9. 变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗 ，铜损耗将 。 10. 三相异步电动机最大电磁转矩与转子回路电阻之间的关系是 ，临界转差率与转子

电阻之间的关系是 。 11. 频敏变阻器的电阻值随转子转速上升而 。

12. 异步电动机处于电动状态时，其转差率的范围是 。

13. 某三相异步电动机的转速nN=960r/min，则其同步速度n0= ，转差率s= ，磁

极对数P= 。

14. 三相异步电动机改变转向的方法是 。

15. 他励直流电动机的固有机械特性是指在电压额定、磁通额定、

的条件下， 和 的关系。

16. 三相异步电动机按照转子结构不同可分为两大类： 和 。 17. 三相旋转磁势的转速与 成正比，与 成反比。

18. 他励直流电动机的调速方法有： 、 、 。

19. 直流电机铭牌上的额定功率对发电机是指 功率，对电动机是指 功率。 20. 当 时，变压器的效率最高。

21. 与同容量的变压器相比较，异步电动机的空载电流大，还是变压器的空载电流

大？ 。

22. 当起动转矩等于最大转矩时，临界转差率等于 。 23. 若他励直流电动机运行时励磁断线，将会出现什么后果？

。

24. 一台直流发电机额定数据为：额定功率PN=80kW，额定电压为UN=230V，额定转速nN=980r/min，

该发电机的额定电流为 。

25. 变压器的参数测定试验包括 和 两个试验。 26. 电动机运行时，电枢电流Ia的实际大小取决于 。

1

27. 他励直流电动机降低电源电压调速是有级调速还是无级调速？

。

28. 在并励电动机中，电机电流I与电枢电流Ia及励磁电流IL的关系是 。 29. 具有高起动转矩的笼型异步电动机有 、

。

30. 异步电动机机械特性的实用表达式为 。 31. 直流电动机的起动方法主要有 、

等。

32. 当直流电动机的转速超过 时，出现回馈制动。

33. 一台接到工频50Hz的变压器，在忽略阻抗压降的条件下，其主磁通的大小决定于

的大小。

34. 异步电动机的 调速是现代交流调速技术的主要方向，它可以实现无级调速，

应用于恒转矩和恒功率负载。 35. 电动机有哪几种制动状态？

、 、 。 36. 变压器能否改变直流电压？ 。 37. 变压器的变比k等于 。

38. 他励直流电动机弱磁升速是属于有级调速还是无级调速？ 。 39. 如何改变他励直流电动机的转向？ 、 。

40. 鼠笼式异步电动机用Y-△起动时，只用于正常运行时定子绕组为 联接的异步电

动机。

41. 我国工业用电的标准频率为 Hz；三相交流异步电动机的输入功率

P1= 。

42. 三相交流异步电动机气隙旋转磁场的转速n0= 。

43. 鼠笼式异步电动机功率低于7.5kW时，起动时允许用 。

44. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用 调速方法，而拖动恒功率负载时应采用

调速方法。

45. 变压器等效电路中的Xm是对应于 电抗，Rm是表示 电阻。 46. 星形－三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各变为直接起动的 。 47. 异步电动机转子串电阻调速属于 调速方式。 48. 异步电动机变极调速时，要保持其转向不变，应改变

。

49. 变压器的工作原理是建立在 定律的基础上的。 50. 直流电动机起动的方法有 ， 。

51. 变压器在运行时其 损耗基本不变， 随负载的变化而变化。 52. 他励直流电动机高速下放重物,应用_______________制动,低速下放重物,应用

____________________和___________________制动。 53. 当异步电动机的 等于 时，效率为最高。

54. 当电源电压一定时，异步电动机转速的随负载转矩的增大而 ，此时转子电流产生

的转子磁动势与定子磁动势的相对速度 （填变化情况）。 55. 直流发电机的电磁转矩是 转

2

矩，直流电动机的电磁转矩是

转矩。

56. 不管异步电机转子是旋转，还是静止，定、转子磁通势都是 。 简答题

1、异步电动机的铭牌为220/380V，Δ/Y接线，当电源电压为220V时应采用什么接线方式？ 答：当电源电压为220V时应采用△接线； 当电源电压为380V时应采用Y接线，此时不能采用Y-Δ起动， 因为Y-Δ起动只适用于正常工作时定子绕组为△接线的异步电动机（。 2、直流电动机直接起动存在什么问题？如何解决？

答：存在的问题：起动瞬间的电枢电流将达到额定电流的10～20倍。过大的起动电流会使电动机换向困难，甚至产生环火烧坏电机；此外过大的起动电流还会引起电网电压下降，影响电网上其他用户的正常用电。

解决办法：必须把起动电流限制在一定的范围内，因此采取的起动方法有：

（1）电枢电路串电阻起动；（2）降压起动。 3、怎样改变他励直流电动机的旋转方向？

答：（1）保持电枢电压极性不变，改变励磁电压极性。

（2）保持励磁电压极性不变，改变电枢电压极性。 4、阐述他励直流电动机起动时为什么一定要先加励磁电压，后加电枢电压，否则会产生什么问题？ 答：他励直流电动机起动时如果没有励磁电压，就没有反电势抵消电源电压，起动电流为I=UN/Ra，过大的起动电流会使电机过热受损。先加励磁电压，后加电枢电压，I=(UN-Ea)/Ra，起动电流不大。 5．为什么通常把三相异步电动机机械特性的直线段认为是稳定运行段；而把机械特性的曲线段认为是不稳定运行段？曲线段是否有稳定运行点？ 答：（1）大多数负载类型都是恒转矩负载，且恒转矩负载特性与电动机机械特性线性段的交点为稳定工作点，而也曲线段的交点为不稳定工作点。

（2）风机负载特性与电动机机械特性曲线段相交且在交点以上电磁转矩小于负载转矩时，该交点是稳定工作点，所以曲线段上也有稳定运行点。

6、“系统在减速过程中，电动机处于制动状态。”这句话对吗？为什么？ 7、

8、绕线式异步电动机可以采用哪几种起动方法？

3

计算题：

1. 三相变压器额定容量为20kVA，额定电压为10/0.4kV，Y,y0联结，高压绕组匝数为3300匝，试求：（1）变压器高压侧和低压侧的额定电流；（2）高压和低压侧的额定相电压，（3）低压绕组的匝数。 解：（1）高压侧额定电流I1N=

SN3U1N=

203?10=1.15A

203?0.43 低压侧的额定电流I2N=（2）高压额定相电压U1NP=

U1N3SN3U2N==28.9A

＝

10?103=5773.5V，

低压侧额定相电压U2NP=（3）变比k=

U1NU2N0.43＝230V（2分） =

100.4=25，低压绕组的匝数N2=N1/k=132

2、一台三相笼型异步电动机的数据为PN =11kW，nN＝1460r/min，UN=380V，αMT＝2。如果采用变频调速，当负载转矩为0.8TN时，要使n＝1000r/min，则f1及U1应为多少？ 解：（1）sN =

n0?nNn0＝

1500?14601500＝0.027

（2）当负载转矩为0.8 TN时,sB=0.8sN=0.8×0.027＝0.0216 n B nB =(1－sB) n = (1－0.0216 )×1 500 =1467.6 r/min A △nB = ( 1 500－1 467.6) r/min = 32.4 r/min

C 要使nC = 1 000 r/min，则n0' = (1 000＋32.4) r/min = 1 032.4r/min f1'=U1'=

?n0n0f1?fNfN=

1032.4150034.4150×50=34.41Hz

O 0.8TN TN T

UN=×380=261.5V

3、一台直流他励电动机，PN=30 kW，UN=440V，nN=1000 r/min，IN=78A，电枢电阻Ra=0.35

Ω，计算：(1)全压起动的电流；(2)若限制起动电流不超过800A，采用电枢串电阻起动法，最少应串入多大起动电阻？ 解：（1）Ist= UN/Ra=440/0.35=1257.14A (2) Ist= UN/(Ra+R)= 440/(0.35+R)≤800 得R≥0.2Ω

4

4、有一台频率为50Hz的三相4极异步电动机，在某一运行情况下，电源向电机输出的功率为6kW,，定子铜耗pcu1=300W，铁耗pFe=150W，转子铜耗pcu2=200W，机械损耗pmec=50W，附加损耗pad=30W，求在这一运行情况下的效率、电磁功率、转差率、转速。 解：总损耗

效率 电磁功率 转差率 同步转速n1=

60fP?60?502

?1500rpm

转速 n=(1-s)n1=(1-0.036)×1500=1446rpm

5、一台三相异步电动机，PN=7.5kW，额定电压UN=380V，nN=960r/min，定子Δ接法，频

率为50Hz。额定负载运行时，定子铜耗为474W，，铁耗为231W，机械损耗45W，附加损耗37.5W，计算其转子电流频率、机械功率、电磁功率和转子铜耗。

解: 转差率s=

n0?nn0?1000?9601000?0.04

转子电流频率 f2=sf1=0.04×50=2Hz

机械功率 PM=P2+（pm+pad）=7500+45+37.5=7583W 电磁功率 Pe=

PM1?s?75831?0.04?7898W

转子铜耗 pcu2=sPe=0.04×7898W=316W

6．一台三相笼型异步电动机，nN=1450r/min，IN=20A，UN=380V，定子Δ接，cosφ N=0.87，

ηN=87.5%，起动电流倍数ksc＝Ist/IN=7，起动转矩倍数ksT=1.4，试求： （1）轴上输出的额定转矩；

（2）采用Y-Δ起动，起动电流为多少？能否半载起动？

解：（1）P1＝3UNIN cosφ N＝3×380×20×0.87＝11452.3W PN=ηN P1 =0.875×11452.3＝10020.8W

TN=9.55

PNnN=9.55

10020.814501 N?M＝66N?M

（2）若采用Y-Δ降压起动

IstY=Ist=kSC IN =×7×20=46.67A TstY=Tst=kST TN=×1.4×TN=0.47 TN

33331313111TstY

5

则电机的转速为：n?25?12?300rmin 则平移部件折算到电动机轴上的转动惯量为：

?JL?91.2???40?v?60???(1500?1000)?m?91.2? n??300???22222?1.1kg?m折算成飞轮矩为：GDL?4gJL?43.1N?m

折算到电动机轴上总的飞轮矩为266.6N·m2

折算到电动机轴上负载转矩为：

TL??9.55Fv(10000?2500gf)??9.55?0.8?3004060

?n?330.3N?m （2）切削时电动机应输出的功率为： P?TL???330.3?3009.55?10.4kw

刨刀 m1 m2 工作台

1 电动机 2 3 4 5 6 齿轮

图1.10 龙门刨床主传动机构图

1.7 如图1.4所示的电机拖动系统，已知提升重物的质量为2kg，提升速度为0.4m/s,拖动齿轮的效率η1=η2=0.98，卷筒的效率ηL=0.96,卷筒直径DL=0.4m。齿轮减速箱的拖动比j=60，电动机的GDm2＝20Nm2。试求： (1)电动机的负载转矩；

(2)拖动系统折算到电动机轴上的转动惯量。 解：???????1?2?L?0.92

提升时：TL??n???GRn TL??? Jm?

L

GRj??2?2?9.8?0.260?0.922?0.071

GDm4g2?0.51kg?m

12J??12mv2?12Jm?

2 11

??R? J??L?m?Jm

???2

2.12 有一台Z2-61型直流并励电动机，其铭牌数据为PN=10kW，UN=220V，IN=53.5A，nN＝1

500r/min，请绘出 (1)固有机械特性；

(2)电枢电路中串联1.2Ω电阻时的能耗制动与反接制动的机械特性。 解：1）只要求（TN，nN）（0，n0）两点坐标。

TN?9550PNnN?63.67Nm

UN?CE?NnN?INRa??3 由? 1UNIN?PN?10R?()?0.31?2?a2IN?可解得CE?N?0.14

n0?UNCE?N?1571rmin

所以：（TN，nN）（0，n0）两点坐标分别为（63.67，1500）和（0，1571） 2) a、能耗制动的机械特性方程为

n??Ra?RCECT?2NT

制动开始瞬间，n?1500rmin，代入方程可得T??185.9Nm 所以能耗制动特性过（0，0）和（－185.9，1500）两点。

b、电压反接制动的机械特性方程为

n??UNCE?N?Ra?RCECT?2NT

制动开始瞬间，n?1500rmin，代入方程可得T??380.5Nm

所以电压反接制动特性过（0，－1571）和（－380.5，1500）两点。

c、电动势反接制动的机械特性方程为 n?UNCE?N?Ra?RCECT?N2T

由于当T?TN?63.67Nm时，n?1057.2rmin，

可知串入1.2Ω的电阻无法进行电动势反接制动。

2.13 有一台Z2-92型直流并励电动机，其铭牌数据为：PN=30kW，UN=220V，IN=161.5A， nN=750r/min，若轴上负载转TL=TN，分别求出以下几种情况下的静差度、调速范围和稳定

12

运行转速：

(1)当电枢电路串联电阻Rad=0.7Ω时； (2)当电枢电压降为0.8UN时；

(3)当磁通减弱为额定值的2/3时。 解：

Ra?23?UNIN?PN?10I2N3?0.14?

CE?N?n0?UN?INRanN?0.26

UNCE?N?846r/min

(1)当电枢电路串联电阻Rad=0.7Ω时，由于负载和磁通不变，则有Ia?IN

稳定运行转速为 n?静差率为：??调速范围：D?n0?nn0nmaxnminUNCE?N?0.62?Ra?RadCE?NIN?324rmin

?2.31

(2)当电枢电压降为0.8UN时，由于负载和磁通不变，则有Ia?IN 稳定运行转速为n?n0?0.8UNCE?N0.8UNCE?N?RaCE?NIN?590rmin

?677rmin

静差率为：??调速范围：D?

n0?nn0nmaxnmin?0.13

?1.27

(3)当磁通减弱为额定值的2/3时，则有Ia?稳定运行转速 n?UN23CE?NRa23UN23CE?NCE?N3232IN

?IN?1073rmin

n0??1269rmin

13

静差率为：??调速范围：D?n0?nn0nmaxnmin?0.15

?1.43

2.15 上题中的电动机（PN=13kW，UN=220V，IN=68.7A，nN=1500r/min，Ra=0.224Ω），降低

电压调速，要求δmax=30%，求

(1)电动机带额定负载转矩时的最低转速和调速范围； (2)电源电压需调到的最低值；

(3)电动机带额定负载转矩在最低转速运行时，电动机的输入功率及输出功率(忽略空载损耗)。 解：CE?N?n0?UN?INRanN?0.14

UNCE?N?1571r/min?

?30%（1）?max?n0min?nminn0minn0?nNn0min

n0min?237r/min

nmin?n0min?(n0?nN)?166r/min（2）n0min?UminCE?N?237rmin Umin?33.18V （3）P1?UminIN?2.3kw P2?TNnmin95509550PNnmin?9550nN?PNnminnN?1.44kW

2.17 一台他励直流电动机的PN=29kW，UN=440V，IN=76A，nN=1 000r/min，Ra=0.376Ω。采

用降低电源电压和减小磁通的方法调速，要求最低理想转速n0min=250r/min，最高理想空载转速n0max=1 500r/min，试求：

(1)该电动机拖动恒转矩负载TL=TN时的最低转速； (2)该电动机拖动恒功率负载PL=PN时的最高转速。 解：（1）CE?N?n0?UN?INRanN?0.41

UNCE?N?1073r/min

nmin?n0min?(n0?nN)?177r/min（2）CE??

UNn0max?0.29

14

a：nmax? b：nmax?UN?INRaCE?9550PNT??1419r/min9550PN

?1316r/min9.55?0.29?76

2.19 一台他励直流电动机PN=13kW，UN=220V，IN=68.7A，nN=1500r/min，Ra=0.195Ω。若提升某重物时，需要用电动机把重物停在空中不动，已知重物的负载转矩TL=TN，问此时电动机电枢回路应串入多大电阻?

解：由题意可知，串电阻使重物停在空中不动，

电动机的机械特性线必然经过（0，n0）和（TN，0）两点，

0?UNCE?N?Ra?RCECT?N?Ra

2TN

R?UNCT?NTN而CT?N?9.55CE?N?9.55?TN?9550?PNnNTN?82.77NmUN?INRanN?1.34

则：R?UNCT?N?Ra?3.37?

2.20 某卷扬机由他励直流电动机拖动，电动机的数据为PN=11kW，UN=440V，IN=29.5A，

nN=730r/min，Ra=1.05Ω，下放某重物时负载转矩TL=0.8TN。 (1)若电源电压反接，电枢回路不串电阻，电动机的转速多少? (2)若用能耗制动下放重物，电动机转速绝对值最小是多少?

(3)若下放重物要求转速为－380r/min，可采用几种方法?电枢回路里需串入电阻是多少?

解：（1）由题意a：n? n??UNCE?N??RaCE?NCE?NRaCECT?2N?0.8TN

?UNCE?N?0.8IN

b：n??UN?0.8RaIN

?0.56 而 CE?N?UN?INRanN

则n??830r/min

此时电动机工作在反向回馈制动状态。 （2） n??

RaCE?N?0.8IN??44r/min

15

（3）下放重物可以采用能耗制动停止后未采取机械刹车措施进入反向回馈制动，电

源反接制动停止后未断开电源及采取机械刹车措施进入反向回馈制动，以及电动势反接制动和三种方式，其中电源反接制动进入反向回馈制动的最低转速为-830r/min，不符合题意。 a：能耗制动进入反向回馈

?380??R?Ra?RCE?N?0.8IN

380CE?N0.8IN?Ra

b：电动势反接制动 ?380? R?UNCE?N?Ra?RCE?N?0.8IN?Ra

UN?380CE?N0.8IN2.21 一台他励直流电动机拖动某起重机提升机械，他励直流电动机的PN=30kW，UN=220V，IN=158A，nN=1000r/min，Ra=0.069Ω。当放下某一重物时，已知负载转矩TL=0.7TN，若欲使重物在电动机电源电压不变时以n=－550r/min下放，问电动机可能运行在什么状态?计算该状态下电枢回路应串入的电阻值是多少?

解：根据题意，电动机运行在电动势反接制动状态（倒拉反转反接制动）

?550?UNCE?NUNCE?N??Ra?RCECT?Ra?RCE?N2N?0.7TN

?550??0.7IN

而 CE?N?则 R?UN?INRanN0.7IN?0.21 ?Ra?2.96?UN?550CE?N

3.18 有一台异步电动机，其技术数据为：PN=20kw，UN=380V，nN=1450r/min，ηN=0.85，

cosφN=0.8，起动电流倍数ksc =6，起动转矩倍数kst=2，过载倍数kM =2，采用△接法，试求：

(1)当负载转矩为125N·m时，在U1=UN和U1=0.8UN时，电动机能否起动？ (2)采用Y-△起动，负载转矩为0.45 TN，0.35 TN时，电动机能否起动？

解：1）TN?9550?PNnN?131.72Nm

U1=UN时，Tst= kstTN=263.44N·m>1.1TL，可以起动；

U1=0.8UN时，Tst′= 0.64 Tst =168.60N·m>1.1TL，可以起动； 2）Y-△起动，Tst′= 1/3 Tst =87.81N·m<1.1TL，不能起动；

3.19一台三相绕线式异步电动机的数据为：PN=22kW，nN=1 460r/min，，I1N＝43.9A，E2N=355V，

16

I2N＝40A，KM＝2。要使电动机带额定负载时的转速调到1 050r/min，转子每相应接多大的电阻？ 解：sN?n0?nNn0sNE2N3I2N?0.027 ?0.027?3553?40?0.14?R2?

?0.3

转速调到1 050r/min时，s?1500?10501500R2?RR2?ssN

3.20一台三相笼型异步电动机的数据为PN =11kW，nN＝1460r/min，UN=380V，KM＝2。如果

采用变频调速，当负载转矩为0.8TN时，要使n＝1000r/min，则f1及U1应为多少？ 解：基频以下变频调速，同步转速正比下降，且认为机械特性向下平移，当负载转矩

不变时，可以认为转速降△n不变。

R?1.42? 调速前：sN?n0?nNn0?ssN?0.027

0.8TNTN

s?0.022 n?(1?s)n0?1467r/min △n=33 r/min

调速后：n0?1000?33?1033r/min

f1??pn060?34.43Hz?0.69f1

U1?0.69UN?262.2V 3. 21一台绕线式异步电动机，PN＝40kW，U1N＝380V，I1N＝76.3A，nN＝1440r/min，E2N=335V，

I2N＝76.6A，KM＝2.5，求：

(1)拖动恒转矩负载TL=0.5TN，运行于n＝750r/min，转子每相应串入的电阻；

(2)额定状态下进行反接制动，要求起始制动转矩为2.5TN，转子每相应串入的电阻。

解：1）sN?n0?nNn0sNE2N3I2N?0.04 ?0.04?3353?76.6?0.10?R2?

调速前：

0.5TNTN?s1sN解得s1?0.02

调速后：s2?则：

R2?RR2?1500?7501500s1?0.5

s2解得R?2.4?

17

2）

sM?sN[kM??0.19kM?1]2

2TM?sMs?s?sM 电源反接制动：T?

起始制动时刻：T=－2.5TN

s??n0?nN?n0?5TN?1.96

? 解得：sM?1.96由?2.5T?

Ns?M1.961.96?s?M由R2?Rs?M解得R?0.93?R?2sM18

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