電機拖動與基礎復習資料曾小燕東華理工大學分解

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)動力學基礎1.電力拖動系統(tǒng)一般由電動機、生產(chǎn)機械的傳動機構、工作機構、 控制設備和電源組成，通常又把傳動機構和工作機構稱為電動機的機 械負載。2.電力拖動運動方程的實用形式為丁,-=熏當375 dt由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩Tl的關系：1）當Te= Tl時，dn/dt = 0,表示電動機以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)或

2、靜 止不動，電力拖動系統(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 (1.1 1.2) Tn ；3)起動設備簡單、可靠(1)電樞回路串電阻起動圖44他蛹汽流電動機小電阻起動 a)原理圖的機械特性(2)減壓起動/dO 9 o(+ ?1 T_a)電力電子可控整流供電系統(tǒng)口T- Tb)減壓起動的機械特性圖4-7他勵直流電動機減壓起動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 n二-UNRaR TCe nCeS 毓 ea）原理國口圖他垃再流電動機中電阻調(diào)速特點：1）實現(xiàn)簡單，操作方便；2）低速時機械特性

3、變軟，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)濟性較差，而且轉(zhuǎn)速越低, 能耗越大。圖4Tl調(diào)壓調(diào)速時的機械特性特點是： 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1020;4）調(diào)速過程中能量損耗較少，因此調(diào)速經(jīng)濟性較好;5）需要一套可控的直流電源。（3）弱磁調(diào)速+4為明BH）小容量系統(tǒng)m+UPE0c）改變磁通時的機械特性+b）大容量系統(tǒng)圖4-12弱

4、磁調(diào)速原理特點： 1）由于勵磁電流If Ia ,因而控制方便，能量損耗小;2）可連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值，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,般約為（1.21.5）即，特殊設計的弱磁調(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圖4, 6能耗制動運行狀態(tài)常用的電氣制動方法有能耗制動、反接制動、回饋制動三種(2)反接制動圖415他勵直流電動機的能耗制動A電樞反接制動102Un(1)能耗制動A能耗制動過程n =RaRebTeCeN CTNaCeNn-4Q控制電路原理圖h)能耗制動過程B能耗制動運行狀態(tài)Reb - UN - Ra

5、Nn一旦CeNRaRrb TCeCT Ne圖4-18他勵直流電動機的反接制動B倒拉反接制動UnRaRrbn =2Ce NCeCT NTe2Un1112(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a)b)圖4-21正向回饋制動過程電動車下坡時，將出現(xiàn)正向回饋制動運行正向回空制動運行正向電動運行丁口O Tu圖4-22正1句回饋蛔J運行B反向回饋制動運行13圖423反向回饋制動運行6他勵直流電動機的四象限運行 圖*24他勵直沛電動機的四繳限運彳j14第六章交流電機的旋轉(zhuǎn)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

6、Nil2-NiHh)圖6；整距集中繞組的磁動勢a)兩極電機示意圖b)矩形波磁動勢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、與電源頻率f電機極對數(shù)色之間保持嚴格的關系，即 八=60 fninp15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(wǎng)里吸收滯后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小

7、于12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(zhuǎn)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、深梢式異步電 動機3異步電動機的轉(zhuǎn)差率：n1 - ns 二4異步電機的運行方式n1a)0h)0 5 1圖7方異步電機的三種運行方式a）發(fā)電機方式 b）電動機方式c）電磁制動方式168異步電動機的功率電功率電磁功率機械功率ApCir” 丁 口產(chǎn)通AP加圖7-15異步電動機的功率流程圖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Te = Ct6 mIrcos中10異步電動機的工作特性異步電動機的轉(zhuǎn)速特性為一條稍

8、向下傾斜的曲線隨著負載的增大，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。17圖7/6異步電動機的工作特性當負載增加時，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。在接近額定負載時，功率因數(shù)達到最大。異步電動機的負載不超過額定值時， 角速度切變化很小。而空載 轉(zhuǎn)矩T0又可認為基本上不變，所以電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為一條斜 率為1/ 0的直線。Te=To+艮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

9、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。18第九章交流電機拖動基礎1機械特性的三種表達式（3）實用表達式SmTemTn TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document Te2TemSSmSmS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。T = .i3nPu：s - Rem 2 2fi（Xs X；） m （Xs X；）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12 cos邛2間的

10、關系；參數(shù) m19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算。 2機械特性弭x圖1三相異步電動機固有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Tst3npUs2R；2 也（R+R；）2 + （Xs+X；）2KtTstTn穩(wěn)定運行問題：0 ：二s：二sN(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。sN(2)定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性3npUs2R；2娟（尺 R；）2 （Xs X；）2圖9-3定子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

11、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的人為機械特性 特點：(1)同步轉(zhuǎn)速ni、最大電磁轉(zhuǎn)矩Tem不變。(2)臨界轉(zhuǎn)差率引增大。旦十尺尺 +R.(3 )起動轉(zhuǎn)矩增大.當所串入的電阻滿足Rr R dsm = 1Xs Xr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：(1 )足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。起動電流倍數(shù)KI=Ist / In(2)不要太大的起動電流。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kt=TsJTn。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1st很大，而起動轉(zhuǎn)矩Tst

12、不足。T； = Ct mlrCOS%| r =Er0=RJS二 R,/(R/S)2 Xr0C0S 2 ,(Rr/S)2 Xr0,/(Rr)2 (sXro)2Us 一 Es Es二1 sRsEs = 4.44flN1kW1 巾在起動初始，n = 0,轉(zhuǎn)差率s = 1,轉(zhuǎn)子電流的頻率f2=sf)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(zhuǎn)子漏磁SXr0Rr,使得轉(zhuǎn)子內(nèi)的功率因數(shù)COS加很小，所以盡 管起動時轉(zhuǎn)子電流Ir很大，但其有功分量IrCO

13、S也并不大。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22與之成正比的主磁通 m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 一一直接起動直接起動也稱為全壓起動。(7 .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(wǎng)電壓波動。(2)中、大容量電動機輕載起動 一一降壓起動(A)星形-三角形(Y-A)換接起動1 stY = 1二一 3QFT11：mF起動器i起動oY-起動a)接線圖b)原理圖圖9-S Y-

14、A換接起動接線原理圖(B)自耦降壓起動23o*圖9-6白耦變壓器的減壓原理圖 TOC o 1-5 h z 電動機端電壓：工 ：Us=U2 = N2/N1U1_定子電流：Is=l2= N2/N1 Ist從電網(wǎng)上吸取的電流：Ii =Ist N2/N1 2(起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低同樣的倍數(shù)。圖/7異步電動機自耦減壓起動原理(C)串電阻(抗)起動方法 優(yōu)點:起動電流沖擊小，缺點:起動時電能損耗較多電抗器(D)延邊三角形起動方法 圖9-8異步電動機串接電阻(抗)起動原理圖24運行可靠，起動設備構造簡單;a)定子三相繞組b)延邊三角形接線圖圖9-5異步電動機定子繞組聯(lián)結成延邊三角形原理圖優(yōu)點：體積小、質(zhì)量

15、輕、允許經(jīng)常起動等。缺點：電動機內(nèi)部接線較為復雜。(3)小容量電動機重載起動 一一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：(1 )按起動要求選擇容量大一號或更大些的電動機；(2)選用起動轉(zhuǎn)矩較高的特殊形式的籠型電動機。(A)深梢式異步電動機(B)雙籠型異步電動機(4)中、大容量電動機重載起動 一一繞線轉(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，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)

16、子串接電阻起動方法25在起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串接適當?shù)钠饎与娮瑁?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a)頻敏變阻器鐵耗的等效電阻繞組的電阻 號鐵心繞組的電抗b)等效電路圖9-13頻敏變阻器的構成與等效電路? Ri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(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方26 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

17、電磁功率 Pem可分成兩部分：一部分為拖動負載的有效功率巳=(1-S)Pem；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 Ps=SR,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)差功率消耗型一全部轉(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 一 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)差功率不變型一轉(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)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)速圖9-14改變定子電壓調(diào)速的機械特性27(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)速方法一一串級調(diào)速1.串級調(diào)速的基本原理

18、2.串級調(diào)速的控制方式Ir =SEr0 - Eaddi 99.Rr2 (SXr。)2(1)次同步調(diào)速方式 (2)超同步調(diào)速方式2Tm2TmEaddT23.串級調(diào)速的機械特性(S/Sm) (Sm/S) (S/Sm) (Sm/S) SEr028目也二/舊覺)曲線圖9-19串接調(diào)速時異步電動機的機械特性(3)轉(zhuǎn)差功率不變型異步電動機調(diào)速方法 (A)變極調(diào)速一一多速異步電動機 單星形Y_ _雙星形YY三角脛 一 一 雙星形YY低速 高 速低速高 速a) Y/YY改接法b) 改接法圖9-22堂繞組雙速電動機定子三相繞組改變連接的方法(B)變頻調(diào)速1)基頻以下調(diào)速29 1,低頻電壓補償圖9-25恒壓頻比控

19、制變頻調(diào)速的機械特性2)基頻以上調(diào)速圖久筋由基頻向上變頻調(diào)速的機械特性圖1 27舁步電動機變頻調(diào)速控制特性5異步電動機的制動(1)異步電動機的能耗制動 30Q圖9-29異步電動機能耗制動電路原理(2)異步電動機的反接制動圖9-32異步電動機能IE制動時的機械特性(A)轉(zhuǎn)速反向的反接制動31圖外33異步電動機轉(zhuǎn)速反向的 反接制動時的機械特性(B)定子兩相對調(diào)反接制動b)機械特性曲線圖9-34異步電動機定子兩相對調(diào)的反接制動兩種反接制動電動機的轉(zhuǎn)差率都大于132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）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

20、步電動機的回饋制動a）正向回饋制動b）反向回饋制動圖9-36異步電動機的回饋制動機械特性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33II回饋制動正向電動運行反接制動反接制動反轉(zhuǎn)開始能耗制動反向電動運行正轉(zhuǎn)開始能耗制動圖9-37異步電動機各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)的四象限特性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：341）銘牌上標明 電壓380/220V,接法Y/A2）銘牌上標明 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考慮起動能力。3連續(xù)工作制電