電機拖動與基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料曾小燕東華理工大學(xué)

1、 電機與拖動基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)試題類型一、填空題（每題2分，共20分）二、判斷題（每題2分，共20分）三、單項選擇題（每題2分，共20分）四、簡答題（三題，共15分）五、計算題（三題，共25分）第一章 電機的基本原理1按電機供電電源的不同，可以分為直流電機和交流電機兩大類。第二章 電力拖動系統(tǒng)動力學(xué)基礎(chǔ)1電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控制設(shè)備和電源組成，通常又把傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)稱為電動機的機械負(fù)載。 2電力拖動運動方程的實用形式為 由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的關(guān)系： 1）當(dāng)Te = TL 時， dn/dt = 0，表示電動機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)或靜止不動，電力

2、拖動系統(tǒng)的這種運動狀態(tài)被稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)； 2）若Te TL 時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于加速狀態(tài)； 3）若TeTL 時， dn/dt 0，系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。 也就是一旦 dn/dt 0 ，則轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，我們把這種運動狀態(tài)稱為動態(tài)或過渡狀態(tài)。3生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：4拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件: Te=TL且5 電動機工作在電動狀態(tài)飛輪矩的折算第三章 直流電機原理1直流電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、電刷裝置、端蓋、軸承、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)等部件組成。 定子由機座、主磁極、換向極、電刷裝置等組成。轉(zhuǎn)子（又稱電樞）由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。2直流電機的繞組有五種形式：單疊繞組、

3、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組和蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。3 極距、繞組的節(jié)距（第一節(jié)距、第二節(jié)距、合成節(jié)距）的概念和關(guān)系。4 單疊繞組把每個主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，因此其主要特點是繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a等于極對數(shù)np。5 電樞反應(yīng)：直流電機在主極建立了主磁場，當(dāng)電樞繞組中通過電流時，產(chǎn)生電樞磁動勢，也在氣隙中建立起電樞磁場。這時電機的氣隙中形成由主極磁場和電樞磁場共同作用的合成磁場。這種由電樞磁場引起主磁場畸變的現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。6 直流電機的勵磁方式：7直流電機的電樞電壓方程和電動勢：直流電機電磁轉(zhuǎn)矩8 直流電動機功率方程9直流電機工作特性10 直流電動機勵磁回路連接可靠，絕不能斷開

4、一旦勵磁電流 If = 0，則電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通，若此時電動機負(fù)載較輕，電動機的轉(zhuǎn)速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負(fù)載為重載，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電機轉(zhuǎn)速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。 11 自勵發(fā)電方式能否建立空載電壓是有三個條件（1）電機必須有剩磁，如果沒有須事先進(jìn)行充磁；（2）勵磁繞組的極性必須正確，也就是勵磁繞組與電樞并聯(lián)時接線要正確；（3）勵磁回路的電阻不能太大，即其伏安特性的斜率U/If 不能太陡，否則如果伏安特性的斜率太陡，與發(fā)電機空載特性交點很低或無交點，就無法建立空載電壓。總之，自勵發(fā)

5、電機的運行首先要在空載階段建立電壓，然后才能帶負(fù)載運行。 12他勵直流發(fā)電機的外特性隨著電流的增大，其輸出電壓下降。這是因為： 隨著發(fā)電機的負(fù)載增加，其電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)增強，使每極磁通量減小，導(dǎo)致電樞電動勢下降。 電樞回路電阻上的電壓將隨著電流上升而增大，使發(fā)電機的輸出電壓下降。13效率他勵直流發(fā)電機帶負(fù)載運行時，其損耗中僅電樞回路的銅耗與電流 Ia 的平方成正比，稱為可變損耗；其他部分損耗與電樞電流無關(guān)，稱為不變損耗。當(dāng)負(fù)載較小時，Ia 也較小，此時發(fā)電機的損耗是以不變損耗為主，但因輸出功率小而效率低；隨著負(fù)載增加，P2增大而效率上升，當(dāng)可變損耗與不變損耗相等時效率達(dá)到最大值。第四章 直流

6、電機拖動基礎(chǔ)1他勵直流電動機的機械特性2人為機械特性（1）改變電樞電壓 一組平行曲線（2）減小每極氣隙磁通特性曲線傾斜度增加，電動機的轉(zhuǎn)速較原來有所提高，整個特性曲線均在固有機械特性之上（3）電樞回路串接電阻n0=Const ；R越大，曲線越傾斜3 他勵直流電動機的起動一般直流電動機拖動負(fù)載順利起動的條件是： 1)限制Ist（Ist l IN， l 為電機的過載倍數(shù)）； 2) Tst （1.11.2）TN ； 3) 起動設(shè)備簡單、可靠。（1）電樞回路串電阻起動（2）減壓起動4 他勵直他勵直流電動機的調(diào)速調(diào)速范圍、靜差率、平滑性（1）串電阻調(diào)速特點：1）實現(xiàn)簡單，操作方便； 2）低速時機械特性變

7、軟，靜差率增大，相對穩(wěn)定性變差；3）只能在基速以下調(diào)速，因而調(diào)速范圍較小，一般D 2；4）由于電阻是分級切除的，所以只能實現(xiàn)有級調(diào)速，平滑性差；5）由于串接電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)性較差，而且轉(zhuǎn)速越低，能耗越大。（2） 調(diào)電壓調(diào)速特點是：1）由于調(diào)壓電源可連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，所以拖動系統(tǒng)可實現(xiàn)無級調(diào)速；2）調(diào)速前后機械特性硬度不變，因而相對穩(wěn)定性較好； 3）在基速以下調(diào)速，調(diào)速范圍較寬，D可達(dá)1020； 4）調(diào)速過程中能量損耗較少，因此調(diào)速經(jīng)濟(jì)性較好；5）需要一套可控的直流電源。（3） 弱磁調(diào)速特點：1）由于勵磁電流I f << Ia ，因而控制方便，能量損耗?。?）可連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值

8、，以實現(xiàn)無級調(diào)速；3）在基速以上調(diào)速，由于受電機機械強度和換向火花的限制，轉(zhuǎn)速不能太高，一般約為（1.21.5）nN ，特殊設(shè)計的弱磁調(diào)速電動機，最高轉(zhuǎn)速為（34）nN ，因而調(diào)速范圍窄。5 他勵直流電動機的制動常用的電氣制動方法有能耗制動、反接制動、回饋制動三種。 （1）能耗制動A 能耗制動過程B能耗制動運行狀態(tài)(2)反接制動A電樞反接制動B 倒拉反接制動(3)回饋制動A 正向回饋制動在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，電壓降低的幅度稍大時，會出現(xiàn)電動機經(jīng)過第二象限的減速過程電動車下坡時，將出現(xiàn)正向回饋制動運行B 反向回饋制動運行6 他勵直流電動機的四象限運行第六章 交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場理論交流電機包括:（1）

9、異步電機（2）和同步電機1 單相電樞繞組的磁動勢2 旋轉(zhuǎn)磁場的基本特點(1)三相對稱繞組通入三相對稱電流所產(chǎn)生的三相基波合成磁動勢是一個旋轉(zhuǎn)行波； (2)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是從電流超前的相轉(zhuǎn)向電流滯后的相，改變?nèi)嗬@組的相序即可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向； (3)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1與電源頻率f1、電機極對數(shù)np之間保持嚴(yán)格的關(guān)系，即 第七章 異步電機原理1 異步電動機的優(yōu)缺點 異步電動機的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高。 異步電動機的缺點：功率因數(shù)較差，異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于1。2 異步電動機的分類 按定子相數(shù)分：

10、單相異步電動機；三相異步電動機。 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線式異步電動機；鼠籠式異步電動機，其中又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機、深槽式異步電動機3 異步電動機的轉(zhuǎn)差率：4 異步電機的運行方式 8 異步電動機的功率9異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比10 異步電動機的工作特性 l 異步電動機的轉(zhuǎn)速特性為一條稍向下傾斜的曲線l 隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流及磁動勢也隨之增大，抵消轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動勢，以保持磁動勢的平衡。定子電流幾乎隨 P2 按正比例增加。l 當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增加，定子電流的有功分量也隨之增加，即可使功率因數(shù)提高。

11、在接近額定負(fù)載時，功率因數(shù)達(dá)到最大。l 異步電動機的負(fù)載不超過額定值時，角速度w 變化很小。而空載轉(zhuǎn)矩T0 又可認(rèn)為基本上不變，所以電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為一條斜率為 1/ w 的直線。l 異步電動機中的損耗也可分為不變損耗和可變損耗兩部分。當(dāng)輸出功率P2 增加時，可變損耗增加較慢，所以效率上升很快。當(dāng)可變損耗等于不變損耗時異步電動機的效率達(dá)到最大值。隨著負(fù)載繼續(xù)增加，可變損耗增加很快，效率就要降低。第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)1 機械特性的三種表達(dá)式（3）實用表達(dá)式最大電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，與漏電抗成反比；臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，與電壓大小無關(guān)。 異步電動機機械特性的三種表達(dá)式，其應(yīng)用場合各

12、有不同。一般物理表達(dá)式適用于定性地分析 Te 與 及 間的關(guān)系；參數(shù)表達(dá)式多用于分析各參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達(dá)式最適用于進(jìn)行機械特性的工程計算。2 機械特性機械特性的直線部分他機械特性的曲線部分 起動轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運行問題：（1）降低定子端電壓的人為機械特性特點： 1）固有特性的同步轉(zhuǎn)速不變。 2）最大轉(zhuǎn)矩隨電壓的降低而按二次方規(guī)律減小。 ）最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率保持不變（2）定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性定子回路串入電阻并不影響同步轉(zhuǎn)速，但是最大電磁轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率都隨著定子回路電阻值的增大而減小。（3）定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性（4）轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻

13、的人為機械特性特點：（）同步轉(zhuǎn)速n1、最大電磁轉(zhuǎn)矩Tem不變。 （）臨界轉(zhuǎn)差率sm增大。（）起動轉(zhuǎn)矩增大當(dāng)所串入的電阻滿足 起動轉(zhuǎn)矩為最大電磁轉(zhuǎn)矩3 異步電動機的起動起動要求：（）足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。起動電流倍數(shù)KI=Ist / IN（）不要太大的起動電流。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT=Tst /TN。l 普通的異步電動機 如果不采取任何措施 而直接接入電網(wǎng)起動時，往往起動電流Ist 很大，而起動轉(zhuǎn)矩Tst 不足。在起動初始，n = 0，轉(zhuǎn)差率s = 1，轉(zhuǎn)子電流的頻率f2=sf1 50Hz ，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢sEr0=Er0，比正常運行時（s = 0.010.05）的電動勢值大20倍，則此時轉(zhuǎn)子電流Ir很

14、大，定子電流的負(fù)載分量也隨之急劇增大，使得定子電流（即起動電流）很大；轉(zhuǎn)子漏磁sXr0>>Rr，使得轉(zhuǎn)子內(nèi)的功率因數(shù)cos2很小，所以盡管起動時轉(zhuǎn)子電流Ir 很大，但其有功分量Ircos2并不大。而且，由于起動電流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使得感應(yīng)電勢Es和與之成正比的主磁通Fm減小，因此起動轉(zhuǎn)矩Tst并不大。異步電動機在起動時存在以下兩種矛盾：1）起動電流大，而電網(wǎng)承受沖擊電流的能力有限；2）起動轉(zhuǎn)矩小，而負(fù)載又要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才能起動。（1）小容量電動機的輕載起動直接起動直接起動也稱為全壓起動。（.5kW）優(yōu)點：操作簡便、起動設(shè)備簡單；缺點：起動電流大，會引起電網(wǎng)電壓波動

15、。（2）中、大容量電動機輕載起動降壓起動（A）星形-三角形（Y-）換接起動（B）自耦降壓起動電動機端電壓: Us=U2 = 定子電流:Is=I2= 從電網(wǎng)上吸取的電流:I1 =Ist起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低同樣的倍數(shù)。 （C）串電阻（抗）起動方法優(yōu)點:起動電流沖擊小，運行可靠，起動設(shè)備構(gòu)造簡單；缺點:起動時電能損耗較多。（D）延邊三角形起動方法優(yōu)點：體積小、質(zhì)量輕、允許經(jīng)常起動等。缺點：電動機內(nèi)部接線較為復(fù)雜。 （3）小容量電動機重載起動籠型異步電動機的特殊形式主要矛盾：起動轉(zhuǎn)矩不足。解決方法有：（）按起動要求選擇容量大一號或更大些的電動機； （）選用起動轉(zhuǎn)矩較高的特殊形式的籠型電動機。 (A)

16、 深槽式異步電動機(B)雙籠型異步電動機(4)中、大容量電動機重載起動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動起動的兩種矛盾（起動轉(zhuǎn)矩小，起動電流大）同時起作用。 如果上述特殊形式的籠型電動機還不能適應(yīng)，則只能采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機了。在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子上串接電阻時，如果阻值選擇合適，可以既增大起動轉(zhuǎn)矩，又減小起動電流，兩種矛盾都能得到解決。（A） 轉(zhuǎn)子串接電阻起動方法在起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串接適當(dāng)?shù)钠饎与娮?，以減小起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。待轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時，將起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除，進(jìn)入正常運行。 （B）轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動方法頻敏變阻器的特點是其電阻值隨轉(zhuǎn)速的上升而自動減小 R1為繞組的電阻，X

17、m為帶鐵心繞組的電抗，Rm是反映鐵耗的等效電阻。 電動機剛起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高, 頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大，其等效電阻也因之較大，可以限制電動機的起動電流，并增大起動轉(zhuǎn)矩。4 異步電動機的調(diào)速從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem可分成兩部分：一部分為拖動負(fù)載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 ， 與轉(zhuǎn)差率成正比。把異步電動機的調(diào)速方法分為三類：1）轉(zhuǎn)差功率消耗型 全部轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。效率最低。 2）轉(zhuǎn)差功率回饋型 轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋電網(wǎng)，其效率比功率消耗型高。3）轉(zhuǎn)差功率不變型 轉(zhuǎn)差率保持不變，所以轉(zhuǎn)差功率的消耗也基本不變，因此效率最高。 (1

18、)轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動機調(diào)速方法 (A) 改變定子電壓調(diào)速 (B)轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速(2)轉(zhuǎn)差功率回饋型異步電動機調(diào)速方法串級調(diào)速1. 串級調(diào)速的基本原理2. 串級調(diào)速的控制方式 (1) 次同步調(diào)速方式 (2) 超同步調(diào)速方式 3. 串級調(diào)速的機械特性 (3) 轉(zhuǎn)差功率不變型異步電動機調(diào)速方法（A）變極調(diào)速多速異步電動機（B）變頻調(diào)速 1） 基頻以下調(diào)速 2）基頻以上調(diào)速 5 異步電動機的制動（1）異步電動機的能耗制動（2）異步電動機的反接制動（A） 轉(zhuǎn)速反向的反接制動（B）定子兩相對調(diào)反接制動兩種反接制動電動機的轉(zhuǎn)差率都大于1能量：從電網(wǎng)吸收電能；從旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)獲得動能（定子兩相對調(diào)反接制動

19、）或勢能（轉(zhuǎn)速反向反接制動）轉(zhuǎn)化為電能。這些能量都消耗在轉(zhuǎn)子回路中。（3）異步電動機的回饋制動兩種回饋制動電動機的轉(zhuǎn)差率都小于0能量：從旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)獲得勢能轉(zhuǎn)化為電能，并回饋給電網(wǎng)。6 異步電動機運行狀態(tài)小結(jié)第十章 電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇1如何根據(jù)電機的銘牌進(jìn)行定子的接線：如果電動機定子繞組有六根引出線，并已知其首、末端，分兩種情況討論： 1) 銘牌上標(biāo)明“電壓380/220V，接法Y/” 2) 銘牌上標(biāo)明“電壓380V，接法” ,在起動過程中，可接成Y型，接在380V電源上，起動完畢，恢復(fù)接法。2 確定電動機額定功率考慮因素1）電動機的發(fā)熱及溫升；2）電動機的短時過載能力；3）籠型異步電動機還應(yīng)考慮起動能力。3 連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇1. 恒定負(fù)載計算出負(fù)載所需功率PL ，選擇一臺額定功率P