电机与电力拖动复习材料

电机与电力拖动复习材料
一、填空题
1．电动机按其功能可分为动力电动机和控制电动机。

2．电动机按用电类型可分为交流电动机和直流电动机。

3．电动机按其转速与电网电源频率之间的关系可分为同步电动机和异步电动机。

4．电动机的工作原理是建立在电磁感应定律通电导体在磁场中受电动力定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。

5．产生旋转磁场的必要条件是在三相对称绕组中通入对称三相交流电。

6．电动机的转动方向与旋转磁场的转动方向相同，它由通入三相定子绕组的交流电流
的相序决定。

7．电动机工作在额定状态时，铁心中的磁通处于临界饱和状态，这样可以减少电动机铁心的磁滞和涡流损耗。

8．工作制是指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时和周期断续三种。

9．三相电动机定子绕组的连接方法有星形和三角形两种。

10．根据获得启动转矩的方法不同，电动机的结构也存在较大差异，主要分为笼型电动机和绕线式电动机两大类。

11．三相异步电动机固有机械特性是在额定电压、额定频率、按规定方法接线条件下的特性。

12．固有机械特性曲线上的四个特殊点是额定点、理想空载点、启动点、临界点。

13．常用的人为机械特性曲线是转子串电阻和降低定子电压。

14．常用的降压启动方法有定子串电阻、星形-三角形降压、自耦降压等。

15．降压启动在启动电流减小的同时启动转矩也减小了。

16．绕线式异步电动机启动方法有转子串电阻和转子串频敏变阻器两种，其中控制简单的是转子串频敏变阻器方法。

17．能耗制动实现时应断开定子的三相电源电源，在定子两相上加上直流电源，同时串电阻。

18．电源两相反接反接制动的制动能源来自于电源和转子转动的动能，其制动力较能耗制动更大。

19．最常见的出现回馈制动的情况是限速下放重物和降低电压调速。

20．变极调速的调速范围大，调速的平滑性差，最突出的优点是低速时转矩大，所以常被用于重载启动。

21．变频调速的优点有调速范围宽、静差率小，稳定性好、平滑性好，能实现无级调速、可适应各种负载、效率较高。

22．单相罩极电动机的主要特点是结构简单、方便、成本低、运行时噪声小、维护方便。

罩极电动机的主要缺点是启动性能及运行性能较差，效率和功率因数都较低，方向不能改变。

23．如果在单相异步电动机的定子铁心上仅嵌有一组绕组，那么通入单相正弦交流电时，电动机气隙中仅产生脉振磁场，该磁场是没有启动转矩的。

24．单相电容运行电动机的结构简单，使用维护方便，堵转电流小，有较高的效率和功率因数；但启动转矩较小，多用于电风扇、吸尘器等。

25．电容启动电动机具有较大的启动转矩(一般为额定转矩的1.5～3.5倍)，但启动电流相应增大，适用于重载启动的机械，如小型空压机、洗衣机、空调器等。

26.电动机种类选择时应考虑的主要内容有：种类、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率等方面。

27．电动机的结构形式有开启式、防护式、封闭式、防爆式等几种。

28．电动机额定功率的选择步骤是负载功率的确定、额定功率的预选、额定功率的修正、过载能力和启动能力的校验等。

29.用于电动机制造上的绝缘材料等级有A 、E 、B 、F 、H 等
30．测速发电机是一种检测元件，它能将速度信号变换成电压信号。

31．异步测速发电机在转子不动时类似于一台变电压，由于磁通的方向与输出绕组的轴线垂直，因而输出绕组的输出电压等于 零 。

32．伺服电动机也称执行电动机，它具有一种服从控制电压的要求而动作的职能。

33．交流伺服电动机定子上装有两个绕组，它们在空间上相差90度，一个是由定值交流电压励磁，称为励磁绕组；另一个是由伺服放大器供电而进行控制的，称为控制绕组。

34．交流伺服电动机运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，通过改变控制绕组上 的控制电压来控制转子转动。

35．交流伺服电动机的控制方法有幅值控制、相位控制和幅-相控制三种。

36．步进电动机也称脉冲电动机，它是把输入的脉冲信号转变为转角的控制电机。

37．步进电动机按励磁方式可分为反应式、励磁式和感应子式(混合式)三类。

38．步进电动机转动的方向取决于控制绕组的通电顺序
39．通常把由一种通电状态转换为另一种通电状态称为一拍，每一拍转子转过的角度叫做
步距角，其大小与转子齿数Z R 和拍数N 间的关系式为r
b NZ
360=θ。

40．直线电动机的种类按形式可分为平板形、U 形和圆筒形，(或称为管形)等。

二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)
1．三相异步电动机的定子是用来产生旋转磁场的。

( √ )
2．三相异步电动机的转子铁心可以用整块铸铁来制成。

( × )
3．三相定子绕组在空间上互差120。

电角度。

( √ )
4．“异步”是指三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有差值。

( √ )
5．三相异步电动机没有转差也能转动。

( × )
6．负载增加时，三相异步电动机的定子电流不会增大。

( × )
7．不能将三相异步电动机的最大转矩确定为额定转矩。

( √ )
8．电动机工作在额定状态时，铁心中的磁通处于临界饱和状态。

( × )
9．异步电动机转速越快则磁极对数越多。

( × )
10．额定功率是指三相电动机工作在额定状态时轴上所输出的机械功率。

( √ )
11．额定电压是指接到电动机绕组上的相电压。

( × )
12．额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每秒钟的转数。

( × )
13．转子串电阻人为机械特性的同步转速比固有机械特性的同步转速低。

( × )
14．定子串电阻降压启动由于可以减小启动电流，所以得到广泛应用。

( × )
15．转子串电阻启动既可以减小启动电流，又可以增大启动转矩。

( √ )
16．转子串频敏变阻器启动适用于只有启动要求，而对调速要求不高的场所。

( √ )
17．反接制动一般只用于小型电动机，且不常用于停车制动的场合。

( × )
18．反接制动准确平稳。

( × )
19．能耗制动制动力大，制动迅速。

( √ )
20．回馈制动广泛应用于机床设备。

( × )
21．气隙磁场为脉动磁场的单相异步电动机能自行启动。

( × )
22．单相罩极异步电动机具有结构简单、制造方便等优点，所以广泛应用于洗衣机中。

( ×)
23．单相电容启动异步电动机启动后，当启动绕组开路时，转子转速会减慢。

(×) 24．单相电容运行异步电动机，因其主绕组与副绕组中的电流是同相位的，所以叫做单相异步电动机。

( ×)
25．离心开关是较常用的启动开关，一般安装在电动机端盖边的转子上。

( √)
26．在满足性能的前提下应优先采用直流电动机。

（√）
27．防爆式电动机可以避免电动机爆炸。

（×）
28．负载电流越大电动机的稳定温升就越高。

（√）
29．电动机的工作制是根据发热特点的不同进行划分的。

（√）
30．空心杯转子伺服电动机的转动惯量较小，响应迅速。

（√）
31．测速发电机不仅可以作为速度检测元件，还可以作拖动电动机使用。

（×）
32．自整角机无需励磁就能将转角信号转换为电压信号。

（×）
33．旋转变压器可用于坐标变换、三角运算、单相移相器、角度数字转换、角度数据传输等场合。

（√）
34．步进电动机输入通常为脉冲信号，输出的转角通常是连续的转动。

（×）
35．直线电动机是将电能转换成直线运动机械能的一种电动机。

（√）
三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)
1．开启式电动机适用于( A )的工作环境。

A．清洁、干燥
2．转速不随负载变化的是(B )电动机。

B．同步
3．能用转子串电阻调速的是(B)异步电动机。

B．绕线式
4．适用于有易燃、易爆气体工作环境的是(A )电动机。

A．防爆式
5．下列选项中不满足三相异步电动机直接启动条件的是( C)。

C．电动机在启动瞬间造成的电网电压波动小于20％
6．Y-D降压启动适用于正常运行时为( A )连接的电动机。

A．D
7．功率消耗较大的启动方法是( C )。

C．定子绕组串电阻降压启动
8．反抗性负载采用能耗制动停车后，（A ）。

A．立即断掉直流电源
9．能实现无级调速的调速方法是( C )。

C．变频调速
10．转子串电阻调速适用于( B )异步电动机。

B．绕线式
11．改变电源电压调速只适用于( A )负载。

A．风机型
12．下列方法中属于改变转差率调速的是( A )调速。

A．改变电源电压
13．额定功率相同的电动机，（A ）A．额定转速越高，体积就越小。

14．200kW及以下的电动机通常选用（C ）电压等级。

C．380 V
15．电动机在工作时，希望实际工作温度（B）B．小于但接近于长时允许最高温度。

16．同一台电动机（B）B．带长时工作负载能力比带短时工作负载的能力弱。

17．交流伺服电动机的转子电阻较大是为了（B）。

B．避免自转现象。

18．测速发电机的输出特性是指（B）。

B．输出电压与转速之间的关系。

19．自整角发送机与自整角接收机之间（B）。

B．只需有电的联系就可以实现同步转动。

20．旋转变压器将转子转角 转换为正弦或余弦关系的输出电压时，（A）。

A．两个转子绕组的接线方法相同。

21．三相双三拍运行方式的步进电动机（A）。

A．每个通电状态都有两相控制绕组同时通电。

四、筒答题
1．常用的笼型转子有哪两种?为什么笼型转子的导电条都做成斜的?
答：铜排结构和铸铝结构。

导电条做成斜的是为了使电机转子导电条在任何一个位置都能切割磁力线，从而在整周内都有一样大小的转矩，使电机转速均匀。

2．当异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随着转子电流的增加而增加?
答：机械负载增加时根据运动平衡方程，转速将下降，转差率增大，从而使得转子电流增大。

根据磁动势平衡方程定子电流也将增大。

3．三相异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？试问两极、四极、六极三相异步电动机的同步速度各为多少？若转子电路开路时会产生旋转磁场吗？转子是否会转动？为什么？
答：旋转磁场的转速由磁极对数和频率决定。

两极、四极、六极电动机的同步速度分别为：3000、1500、1000r/min。

只要定子三相绕组通入对称三相交流电流即可产生旋转磁场，但转子开路时转子电路没有电流，转子不受力，不转动。

4．增加三相异步电动机的转子电阻对电动机的机械特性有什么影响?
答：使特性曲线变软，启动转矩增大。

5．三相异步电动机Y-D降压启动的特点是什么?适用于什么场合?
答：Y-D降压启动简单，运行可靠。

适用于正常运行为D接的电动机。

6．三相异步电动机自耦变压器降压启动的特点是什么?适用于什么场合?
答：特点是在相同的启动电压下，自耦变压器降压启动比Y/D降压启动向电源吸取的电流要小。

适用于对启动转矩要求大的地方。

7．简述绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动的工作原理。

答：当绕线式电动机刚开始启动时，电动机转速很低，故转子频率很大，铁心中的损耗很大，即等值电阻Rm很大，故限制了启动电流，增大了启动转矩。

随着n的增加，转子电流频率下降, Rm减小，使启动电流及转矩保持一定数值。

8．变频调速有什么优点?
答：调速范围宽，静差率小，稳定性好，平滑性好，能实现无级调速，可适应各种负载，效率较高。

9．简述三相异步电动机反接制动的特点及适用场合。

答：电源两相反接的反接制动其制动转矩大，制动速度快，需要入较大传的制动电阻，适用于要求快速制动的地方。

倒拉反接制动可获得稳定下放速度，适用于低速下放位能性负载。

10．什么是负载倒拉反接制动?
答：在带位能性负载下放时，在转子回路串入大电阻，并按提升方向给电。

此时，由于提升的电磁转矩小于下降的负载转矩，电动机将按下降方向运行，进入倒拉反接制动。

11．回馈制动有什么优点?适用于什么场合?
答：充分利用运动的动能回馈电网，适用于高速下放重物的限速下放。

12．三相异步电动机的电磁转矩与电源电压有什么关系？如果电源电压下降20%，电动机的最大转矩和启动转矩将变为多大？
答：电磁转矩与电压平方成正比，若电压下降20%，最大转矩和启动转矩将变为原来的64%。

13．笼形异步电动机全压启动时，为何启动电流大，而启动转矩并不大？
答：启动瞬间反电势未建立，所以启动电流很大。

由于启动时功率因数很低，导致启动转矩并不大。

14．比较单相电容运行、单相电容启动、单相电阻启动异步电动机的运行特点及使用场合。

答：电阻启动单相电动机通过控制工作绕组和启动绕组的结构和绕制方法来实现工作电流与启动电流的分相。

电容启动单相电动机的启动绕组在启动结束后由离心开关断开，启动转矩大，适用于重载启动的负载。

电容运行单相电动机的启动绕组在启动结束后不断开，运行功率因数高，结构简单，工作可靠，广泛应用于电风扇、洗衣机等单相用电设备中。

15．试比较两相、三相交流绕组所产生磁通的相同点和主要区别，他们与直流绕组所产生的磁通又有什么不同？
答：相同点是都要产生旋转磁场，区别是：两相绕组互差900，三相绕组互差1200。

直流绕组产生的是恒定磁场。

16．若不采取其他措施，单向异步电动机能否自行启动？为什么？
答：不能，没有启动转矩。

17．一台单向电容运转式台式风扇，通电时有振动，但不能转动，如用手正拨或反拨扇叶时，则都会转动且转速较高，这是为什么？
答：启动绕组可能断开了，没有启动转矩。

18 角的物理意义是什么？
答：转子磁极轴线滞后于定子旋转磁场的磁极轴线的角度θ，称为功率角。

θ变化时，电磁功率、电磁转、过载能力也随之发生变化。

19 如何使同步电动机获得超前的功率因数？应注意什么问题？
答：通过增大励磁电流，进入过励状态，可获得超前的功率因数。

运行中负载不能过大，否则将会“失步”。

20．简述短时工作制的工作特点和定额指标。

答：运行时间很短，停机时间很长，温升达不到稳态温升。

有15min, 30min, 60min, 90min四种定额。

21．简述周期断续工作制的工作特点和定额指标。

答：运行时间很短，停止时间也很短，电动机的温升达不到稳态温升，电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。

有15%、25%、40%、60% 四种定额。

22．选择电动机时为什么要进行过载能力和启动能力的校验？
答：保证过载时稳定运行和能可靠启动。

23．电动机额定功率修正的原因是什么？
答：实际工作环境温度与标准环境温度不同，使得带同样负载时的稳定温升不同。

24．测速发电机的主要功能是什么?按用途不同，对其性能分别有什么要求?
答：将电动机轴上的机械转速转换为电压信号输出。

（1）直流测速发电机的优点：1）不存在输出电压相位移问题。

2）转速为零时，无零位电压。

3）输出特性曲线的斜率较大，负载电阻较小。

（2）直流测速发电机的缺点：1）由于有电刷和换向器，所以结构比较复杂，维护较麻烦。

2）电刷的接触电阻不恒定使输出电压有波动。

3）电刷下的火花对无线电有干扰。

25．交流伺服电动机的自转现象指的是什么?怎样消除自转现象?
答：控制信号已经消失而转子还在转动的现象。

26．什么叫做步进电动机的拍?三相单三拍运行的含义是什么?
答：拍数：即通电状态循环一周需要改变的次数。

三相单三拍运行方式：通电状态循环一周需要改变三次，每次只有单独一相控制绕组通电。

27．什么是自整角机的失调角，其大小对自整角机有何影响？
答：发送机、接收机偏转角之差，称为失调角。

只要失调角不为零，在整步绕组中就有电流，使转子受力转动，到失调角为零。

五、计算题
1．一台三相异步电动机的f N =50 Hz,n N =960 r ／min ，该电动机的额定转差率是多少?另有一台4极三相异步电动机，其转差率s N =0.03，那么它的额定转速是多少?
答：
04.01000
960100011=-=-=n n n s N N m in /1455)03.01(1500)1(1r s n n N N =-=-=
2．某三相异步电动机的铭牌数据如下：U N =380 V ，I N =15 A ，P N =7.5 kW ，COS φN =0.83，n N =960 r ／min 。

试求电动机的额定效率ηN 。

答：
%9292.083
.015380732.17500cos 3==⨯⨯⨯==ϕηN N N
N I U P 3．一台三角形联结的Y132M 一4型三相异步电动机的额定数据如下：P N =7.5 kW ，U N =380 V ，n N =1440 r ／min ，cos φN =0.82， ηN=88.2％。

试求该电动机的额定电流和对应的相电流。

答：
A U P I N N N
N 76.1582
.0882.0380732.17500cos 3=⨯⨯⨯==ϕη 三角形联结时A I I N 1.9732
.176.153===相 4．一台20 kW 电动机，其启动电流与额定电流之比为6.5，变压器容量为5 690 kV ·A ，能否全压启动?另有一台75 kW 电动机，其启动电流与额定电流之比为7.1,能否全压启动? 答：
5.67220
4569043443＞=⨯+=⨯+N N P S 可以全压启动。

1.77.1975
4569043443＞=⨯+=⨯+N N P S 可以全压启动。

1．一台绕线形异步电动机，P N =7.5kW ， U N =380V ， I N =15.7A ，n N =1 460r/min ，λm =3.0，T 0=0求：（1）临界转差率s m 和最大转矩T max 。

（2）写出固有机械特性的实用表达式并绘出固有机械特性。

答：（1）027.0500
14601500111=-=-=n n n s N N 157.0)133(027.0122=-+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+=m m N m s s λλ m N 1.49460
15.755095509⋅===N N N n P T m N 2.1471.493⋅=⨯==N m m T T λ
（2）实用表达式为：m m m em T s s s s T +=2
额定点：n N =1 460r/min 、T N =49.1N. m
理想空载点：n 0 =1500r/min 、T 0=0N. m
临界点：()m in /1265157.011500
11r s n n m m =-=-=）（、m N 2.147⋅=m T 启动点：n st =0、m N T s s s s T m st m m st st .1.452.147157.0157.0122=⨯+=+=
2．一台三相绕线式异步电动机，P N =75kW ，U N =380V ，I N =148A ，n N =720r/min ，ηN =90.5%，cos ϕN =0.85，λm =2.4，E 2N =213V ，I 2N =220A 。

求：
（1）额定转矩；
（2）最大转矩；
（3）临界转差率；
（4）求出固有机械特性曲线上的四个特殊点，并绘制固有机械特性曲线。

答：（1）m N 995720
7555095509⋅===N N N n P T （2）m N 23889954.2⋅=⨯==N m m T T λ
（3）04.0750
72075011=-=-=n n n s N N 183.0)14.24.2(04.0122=-+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+=m m N m s s λλ （4）额定点：n N =720r/min 、T N =995N. m
理想空载点：n 0 =750r/min 、T 0=0N. m
临界点：()m in /613183.01750
11r s n n m m =-=-=）（、m N 2388⋅=m T 启动点：n st =0、m N T s s s s T m st m m st st .7.8452388183.0183.0122=⨯+=+=。