荊楚理工電機及拖動基礎試題及試卷

1、電機與拖動基礎總復習試題類型一、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）第三章 直流電機原理2直流電機的繞組有五種形式：單疊繞組、單波繞組、復疊繞組、復波繞組和蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。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：直流電機在主極建立了主磁場，當電樞繞組中通過電流時，產生電樞磁動勢，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

2、現(xiàn)象稱為電樞反應。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：直流電機電磁轉矩8 直流電動機功率方程(課本45)P1為輸入功率 ，pcuf為勵磁損耗（消耗于勵磁回路電阻中），Pcua電樞銅耗（消耗在電樞繞組電阻中），pc電刷接觸損耗（消耗在電刷與換向器接觸電阻中的電功率）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，若此時電動機負載較輕，電動機的轉速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負載為重載，則電動機的電磁轉矩將小于負載轉矩，使電機轉速減小，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

3、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?？傊?，自勵發(fā)電機的運行首先要在空載階段建立電壓，然后才能帶負載運行。 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)電機的負載增加，其電樞反應的去磁效應增強，使每極磁通量減小，導致電樞電動勢下降。 電樞回路電阻上的電壓將隨著電流上升而

4、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，稱為不變損耗。當負載較小時，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；隨著負載增加，P2增大而效率上升，當可變損耗與不變損耗相等時效率達到最大值。第四章 直流電機拖動基礎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

5、勵直流電動機的起動一般直流電動機拖動負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速調速范圍、靜差率、平滑性（1）串電阻調速特點：1）實現(xiàn)簡單，操作方便； 2）低速時機械特性變軟，靜差率增大，相對穩(wěn)定性變差；3）只能在基速以下調速，因而調速范圍較小，一般D 2；4）由于電阻是分級切除的，所以只能實現(xiàn)有級調速，平滑性差；5）由于串接電阻上要消耗電功率，因而經濟性較差，而且轉速越低，能耗越大。（2） 調電壓調速特點是：1）由于調

6、壓電源可連續(xù)平滑調節(jié)，所以拖動系統(tǒng)可實現(xiàn)無級調速；2）調速前后機械特性硬度不變，因而相對穩(wěn)定性較好； 3）在基速以下調速，調速范圍較寬，D可達1020； 4）調速過程中能量損耗較少，因此調速經濟性較好；5）需要一套可控的直流電源。（3） 弱磁調速特點：1）由于勵磁電流I f << Ia ，因而控制方便，能量損耗??；2）可連續(xù)調節(jié)電阻值，以實現(xiàn)無級調速；3）在基速以上調速，由于受電機機械強度和換向火花的限制，轉速不能太高，一般約為（1.21.5）nN ，特殊設計的弱磁調速電動機，最高轉速為（34）nN ，因而調速范圍窄。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、

7、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 正向回饋制動在調壓調速系統(tǒng)中，電壓降低的幅度稍大時，會出現(xiàn)電動機經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五章 變壓器1變壓器的基本原理與結構變壓器的主要組成是鐵心和繞組2 變壓器的額定參數(shù) 額定電壓U1N 和U2N 額定電流I1N 和I2N 額定容量 SN 單相變壓器 三相變壓器 3 一次、二次繞組感應電動勢4 變壓器負載時的基本方程式和等效電路5繞組折算和“T”型等效電路將變壓器二次繞組折算到一次繞

8、組時，電動勢和電壓的折算值等于實際值乘以電壓比k，電流的折算值等于實際值除以k，而電阻、漏電抗及阻抗的折算值等于實際值乘以 k2。這樣，二次繞組經過折算后，變壓器的基本方程式變?yōu)?分析變壓器內部的電磁關系可采用三種方法：基本方程式、等效電路和相量圖。6 變壓器帶負載時的相量圖7 變壓器的參數(shù)測定(1) 空載試驗調壓器TC加上工頻的正弦交流電源，調節(jié)調壓器的輸出電壓使其等于額定電壓U1N ，然后測量U1 、I0 、U20 及空載損耗P0 由于空載電流 I0 很小，繞組損耗 I02R 很小，所以認為變壓器空載時的輸入功率P0 完全用來平衡變壓器的鐵心損耗，即 P0 pFe 。勵磁阻抗 勵磁電阻勵磁

9、電抗 電壓比(2) 短路試驗短路試驗時， 用調壓器TC 使一次側電流從零升到額定電流 I1N，分別測量其短路電壓 Ush 、短路電流 Ish 和短路損耗Psh ，并記錄試驗時的室溫（）。由于短路試驗時外加電壓很低，主磁通很小， 所以鐵耗和勵磁電流均可忽略不計，這時輸入的功率（短路損耗）Psh 可認為完全消耗在繞組的電阻損耗上，即 Psh pCu 。由簡化等效電路，根據測量結果，取 Ish I1N 時的數(shù)據計算室溫下的短路參數(shù)。短路阻抗 短路電阻短路電抗8 變壓器的外特性和電壓變化率電壓變化率的實用計算公式 變壓器的負載系數(shù)9變壓器的效率特性變壓器的總損耗為短路損耗（銅損耗）Psh 空載損耗 P

10、0 變壓器效率的實用計算公式當可變損耗與不變損耗相等時，效率達最大值，由此可得到產生變壓器最大效率時的負載系數(shù)bm為10 三相變壓器繞組的聯(lián)結法11三相變壓器聯(lián)結組的判斷方法三相變壓器的并聯(lián)運行12 三相變壓器的并聯(lián)運行變壓器并聯(lián)運行時有很多的優(yōu)點：1）提高供電的可靠性。2）提高運行的經濟性。3）可以減小總的備用容量。變壓器并聯(lián)運行的理想情況是：1）空載時并聯(lián)運行的各臺變壓器之間沒有環(huán)流；2）負載運行時，各臺變壓器所分擔的負載電流按其容量的大小成比例分配，使各臺變壓器能同時達到滿載狀態(tài)，使并聯(lián)運行的各臺變壓器的容量得到充分利用；3）負載運行時，各臺變壓器二次側電流同相位，這樣當總的負載電流一定

11、時，各臺變壓器所分擔的電流最?。蝗绻髋_變壓器的二次側電流一定，則承擔的負載電流最大。為達到上述理想的并聯(lián)運行，需要滿足下列三個條件：1）并聯(lián)運行的各臺變壓器的額定電壓應相等，即各臺變壓器的電壓比應相等；2）并聯(lián)運行的各臺變壓器的聯(lián)結組號必須相同；3）并聯(lián)運行的各臺變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）的相對值要相等。第六章 交流電機的旋轉磁場理論交流電機包括:（1）異步電機（2）和同步電機1 單相電樞繞組的磁動勢2 旋轉磁場的基本特點(1)三相對稱繞組通入三相對稱電流所產生的三相基波合成磁動勢是一個旋轉行波； (2)旋轉磁場的旋轉方向是從電流超前的相轉向電流滯后的相，改變三相繞組的相序即可改變旋轉磁

12、場的方向； (3)旋轉磁場的轉速n1與電源頻率f1、電機極對數(shù)np之間保持嚴格的關系，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：結構簡單、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：單相異步電動機；三相異步電動機。 按轉子結構分：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 異步電動機的轉差率：4 異步電機的運行方式 5 異步電動機的電壓方程(1)定子電壓方程(

13、2)轉子電壓方程6 異步電動機的電磁關系6 三相異步電動機單相等效電路7等效電路和相量圖虛擬電阻的損耗，實質上表征了異步電動機的機械功率8 異步電動機的功率9異步電動機的電磁轉矩與每極磁通和轉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 異步電動機的轉速特性為一條稍向下傾斜的曲線l 隨著負載的增大，轉子轉速下降，轉子電流增大，定子電流及磁動勢也隨之增大，抵消轉子電流產生的磁動勢，以保持磁動勢的平衡。定子電流幾乎隨 P2 按正比例增加。l 當負載增加時，轉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。在接近額定負載時，功率因數(shù)達到最大。l 異步電動機的負載不

14、超過額定值時，角速度w 變化很小。而空載轉矩T0 又可認為基本上不變，所以電磁轉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。當可變損耗等于不變損耗時異步電動機的效率達到最大值。隨著負載繼續(xù)增加，可變損耗增加很快，效率就要降低。第八章 同步電機原理1 同步電機的結構和運行方式 同步電機靜止的轉子和旋轉的定子組成同步電機的轉子有兩種結構形式：凸極式、隱極式2 同步電動機的磁動勢3 同步電動機的功率方程和功角特性4 同步電動機的電磁轉矩與矩角特性 5 同步電動機的穩(wěn)定運行 隱極同步電動機

15、:當電動機拖動負載運行在q = 0°90°的范圍內，電動機能夠穩(wěn)定運行；當電動機拖動負載運行在q = 90°180°的范圍內，電動機不能夠穩(wěn)定運行。 6 同步電動機的電壓方程和相量圖直軸同步電抗交軸同步電抗 7 同步電動機的功率因數(shù)及形曲線l 當改變同步電動機的勵磁電流時，能夠改變同步電動機的功率因數(shù)。l 當改變勵磁電流時，同步電動機功率因數(shù)變化的規(guī)律可以分為三種情況，即正常勵磁狀態(tài)、欠勵狀態(tài)（”）和過勵狀態(tài)()。l 同步電動機拖動負載運行時，一般要過勵，至少運行在正常勵磁狀態(tài)，不要讓它運行在欠勵狀態(tài)。 l 在線的左邊是欠勵區(qū)，右邊是過勵區(qū)l 當同步電動

16、機帶一定負載時， 若減小勵磁電流，電動勢、電磁功率減小。當電磁功率減小到一定程度，超過90°， 電動機就失去同步，如圖8-16中虛線所示的不穩(wěn)定區(qū)。從這個角度來看，同步電動機最好也不運行于欠勵狀態(tài)。 第九章 交流電機拖動基礎1 機械特性的三種表達式（1）物理表達式（2）參數(shù)表達式（3）實用表達式最大電磁轉矩與電壓的平方成正比，與漏電抗成反比；臨界轉差率與轉子電阻成正比，與電壓大小無關。 異步電動機機械特性的三種表達式，其應用場合各有不同。一般物理表達式適用于定性地分析 Te 與 及 間的關系；參數(shù)表達式多用于分析各參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達式最適用于進行機械特性的工程計

17、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）固有特性的同步轉速不變。 2）最大轉矩隨電壓的降低而按二次方規(guī)律減小。 ）最大轉矩對應的轉差率保持不變（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速，但是最大電磁轉矩、起動轉矩和臨界轉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）轉子回路串三相對稱電阻的人為機械特性特點：（）同步轉速n1、最大電磁轉矩Tem不變。 （）臨界轉差率sm增大。（）起動轉矩增大當所串入的電阻滿足 起動轉矩為最大電磁轉矩3 異步電

18、動機的起動起動要求：（）足夠大的起動轉矩。起動電流倍數(shù)KI=Ist / IN（）不要太大的起動電流。起動轉矩倍數(shù)KT=Tst /TN。l 普通的異步電動機 如果不采取任何措施 而直接接入電網起動時，往往起動電流Ist 很大，而起動轉矩Tst 不足。在起動初始，n = 0，轉差率s = 1，轉子電流的頻率f2=sf1 50Hz ，轉子繞組的電動勢sEr0=Er0，比正常運行時（s = 0.010.05）的電動勢值大20倍，則此時轉子電流Ir很大，定子電流的負載分量也隨之急劇增大，使得定子電流（即起動電流）很大；轉子漏磁sXr0>>Rr，使得轉子內的功率因數(shù)cos2很小，所以盡管起動時

19、轉子電流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，使得感應電勢Es和與之成正比的主磁通Fm減小，因此起動轉矩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，而電網承受沖擊電流的能力有限；2）起動轉矩小，而負載又要求有足夠的轉矩才能起動。（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、起動設備簡單；缺點：起動電流大，會引起電網電壓波動。（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= 從電網上

20、吸取的電流:I1 =Ist起動轉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，起動設備構造簡單；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、質量輕、允許經常起動等。缺點：電動機內部接線較為復雜。 （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； （）選用起動轉矩較高的特殊形式的籠型電動機。 (A) 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子異步電動機的起動起動的兩種矛盾（起動轉矩小，起動電流大）同時起作用。 如果上述

21、特殊形式的籠型電動機還不能適應，則只能采用繞線轉子異步電動機了。在繞線轉子異步電動機的轉子上串接電阻時，如果阻值選擇合適，可以既增大起動轉矩，又減小起動電流，兩種矛盾都能得到解決。（A） 轉子串接電阻起動方法在起動時，在轉子繞組中串接適當?shù)钠饎与娮?，以減小起動電流，增加起動轉矩。待轉速基本穩(wěn)定時，將起動電阻從轉子電路中切除，進入正常運行。 （B）轉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速的上升而自動減小 R1為繞組的電阻，Xm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，轉子頻率較高, 頻敏變阻器內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

22、制電動機的起動電流，并增大起動轉矩。4 異步電動機的調速從定子傳入轉子的電磁功率Pem可分成兩部分：一部分為拖動負載的有效功率；另一部分是轉差功率 ， 與轉差率成正比。把異步電動機的調速方法分為三類：1）轉差功率消耗型 全部轉差功率轉換成熱能消耗掉。效率最低。 2）轉差功率回饋型 轉差功率的一部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋電網，其效率比功率消耗型高。3）轉差功率不變型 轉差率保持不變，所以轉差功率的消耗也基本不變，因此效率最高。 (1)轉差功率消耗型異步電動機調速方法 (A) 改變定子電壓調速 (B)轉子電路串接電阻調速(2)轉差功率回饋型異步電動機調速方法串級調速1. 串級調速的基本原

23、理2. 串級調速的控制方式 (1) 次同步調速方式 (2) 超同步調速方式 3. 串級調速的機械特性 (3) 轉差功率不變型異步電動機調速方法（A）變極調速多速異步電動機（B）變頻調速 1） 基頻以下調速 2）基頻以上調速 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） 轉速反向的反接制動（B）定子兩相對調反接制動兩種反接制動電動機的轉差率都大于1能量：從電網吸收電能；從旋轉系統(tǒng)獲得動能（定子兩相對調反接制動）或勢能（轉速反向反接制動）轉化為電能。這些能量都消耗在轉子回路中。（3）異步電動機的回饋制動兩種回饋制動電動機的轉差率都小于0能量：從旋轉系統(tǒng)獲得勢能轉化為電能，并回饋給電網。6 異步電動機運行狀態(tài)小結第十章 電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇1如何根據電機的銘牌進行定子的接線：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) 銘牌上標明“電壓380/220V，接法Y/” 2) 銘牌上標明“電壓380V，