电机拖动试卷

一 解答题（本大题共56分，每小题4分）

1、电力拖动系统中已知电动机的转速为1000r/min,工作机构的转速为100r/min,传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为120N·m，电动机的电磁转矩为20N·m，忽略电动机空载转矩，则该系统处于加速过程、恒速、减速过程中的哪种运行状态？并说明为什么处于此状态。

答：因为工作结构折算到电动机上的转矩为 120Nm100r/min40Nm 0.91000r/min3

小于电动机电磁转矩，故电力拖动系统处于加速运行过程。

2、对于带有直线运动的工作机构，如下图所示的提升机构。在分析这些电力拖动系统时，需要进行折算，假设提升或下放的重物质量为m，速度为v,电动机的转速为n，写出重物折算到电动机轴上的飞轮惯量GDZ的表达式。

2

2vZ2

mZ答：由 JZ 22

2把 JZGDZ/4g，2n/60，mZGZ/g代入上式得：

2GZvZGD3652 n2

Z

3、电枢反应对他励直流电动机的机械特性会产生影响，其影响如图所示，简要说明原因。在考虑电枢反应影响的情况下，在恒转矩负载1下，此时的电力拖动系统能否稳定运行，请说明原因。

08-09学年《电力拖动》试卷(B)卷 第1页/共7页

答：不能稳定。B点不满足电力拖动系统稳定运行条件。

4、某起重机由一台他励直流电动机拖动，如果制动电阻和负载转矩相同，采用何种制动方式下放重物时转速最低？为什么？

答：采用反接制动方式时转速最低，具体转速之间的关系可以用下图说明。

5、在他励直流电动机电力拖动系统的过渡过程中，电动机的能量损耗和哪些因素有关？如何减小他励直流电动机过渡过程中的能量损耗？

答：（1）在他励直流电动机电力拖动系统的过渡过程中，电动机的能量损耗和系统的动能存储量以及过渡过程的起、制动方式有关。

（2）可以采取的方法有：①减小系统的飞轮惯量GD，可以采用双机拖动或将电枢设计成细长的形状；②采用逐级加速方式和能耗制动方式

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2

6、画出异步电动机能耗制动时的电路图，说明能耗制动的基本原理。

答：异步电动机能耗制动的电路图如下图所示。在能耗制动时，将KM1断开，而将KM2闭合，使直流电流流入定子绕组。

直流电流流入定子绕组后，将会在空间形成静止的定子磁场，与旋转的转子之间会有电磁力的作用，而且为制动力，将最终使异步电动机减速并停止。

7、画出三相笼型异步电动机采用软起动器时的主电路图，说明其基本原理。

答：软起动器实际上时一个晶闸管交流调压电路。它把三个双向晶闸管模块串接在三相电路中，在电动机的起动过程中，通过控制晶闸管导通角的变化，改变加在电动机定子绕组上的端电压的大小，使电动机起动电流按所设的规律变化。

8、相比于传统的笼型异步电动机，双笼型异步电动机可以改善起动性能，其采用的是什么原理？简要说明其起动过程中起动性能如何是怎样得到改善的？

答：双笼型异步电动机采用的是集肤效应。双笼型异步电动机其上笼电阻较大，下笼电阻较小。起动时，由于转子频率高，肌肤效应明细，电流主要从上笼流过，造成转子电阻较大，限制起动电流、增大起动转矩。起动结束后，转子频率很小，电流主要从下笼流过，肌肤效应消失。

9、异步电动机在采用变极调速时，怎样才能保持调速前后的转向相同？

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答：在变极后，需要将定子绕组出线端的任意两相调换。

10、变频调速既可以从基频向下调，又可以从基频向上调，试比较这两种情况下的控制方式。 答:基频以下调速时，要求保持压频比恒定，此时变频调速属于恒转矩性质；在基频以上时，保持电压不变，此时属于恒功率性质。

二、计算与分析题(本大题共2分，其中第1题12分，第2题12分，第3题12分，第4题8分)

1、一台他励直流电动机额定数据为：UN=220V，IN=41.4A，nN=1500r/min，电枢电阻Ra=0.4Ω。如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入RΩ=1.2Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=160V时；（3）主磁通减弱为Φ=0.95ΦN时。 解：CeNUNINRa0.136V/(r/min) nN

（1）UNCeNn1IN(RaR) 2200.136n141.4(1.200.4)

n11130.59r/min

（2）UCeNn2INRa 1600.136n241.40.4

n21054.71r/min

（3）UNCe0.95Nn3IN41.4Ra 2200.1360.95n30.4 0.950.95

n31567.87r/min

2、某台他励直流电动机，PN=5.6KW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果系统地飞轮转矩GD=9.8N·m，TL=39N·m，若电动机原运行与正向电动状态，现要求进行反接制

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动停车，最大制动电流为2IN。试就反抗性恒转矩负载，计算： ．．．．．．．．

（1）电动运行时的转速；

（2）反接制动时所需的制动电阻的大小；

（3）反接制动过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式；

（4）制动过程所需的时间。

解：（1）CeNUNINRaTL0.208V/(r/min) IA19.63A nN9.55Ce

UNIARa1020r/min Ce

N UNCeNnAIARa nA

图2 反抗性恒转矩负载反接制动过程曲线

（2）反接制动过程开始时，CeNnAUNIARa22019.63*0.4212.15V 220CeNnA(2IN)(RaR1) R16.57

（3）过渡过程起始时：nstnA1020r/min TstTBCTN(2IN)123Nm 该过渡过程对应的nZnEUNRaR1T TZTL39Nm CeCeCT2

GD2(RaR1)机电时间常数 TtM0.426s 375CeCT2

过渡过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式为

nnZ(nstnZ)et

TtM

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TTZ(TstTZ)et

TtM

(4)制动停车的时间 txTtMln

nstnZ nxnZ

3、某绕线式异步电动机的铭牌参数如下：PN=75KW，I1N=144A，U1N=380V nN=1460r/min，KT=6.8，R2=0.06Ω。

（1）当负载TZ=0.75TN，要求转速nB=600r/min时，转子每相应串入多大的电阻？

（2）从电动状态nA=nN切换到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于1.5TN（图中的C点），则转子回路应串入多大电阻？

（3）如果该电机带位能性负载，负载转矩TZ=0.75TN，要求稳定的下放速度nD=-400r/min，求转子每相的串接电阻值。

解： sNnsnN150014600.0267 ns1500

2Tmaxs sm（1）将异步电动机的机械特性近似看做直线：T

A点：TN2Tmax2TsN B点：0.75TNmaxsB 'smsm

'sm所以 smR2RfBR20.06RfB0.6sB 0.060.750.02670.75sN

RfB1.74

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（2）A点：TN

'sm2Tmax2TmaxsN C点：1.5TNsC 'smsm

smR2RfBR2

nsnCsC 又sC1.973 ns1.5sN0.06RfC

0.06

（3）A点：TN

'sm1.973 RfC2.9 1.50.02672Tmax2TsN D点：0.75TNmaxsD 'smsm

smR2RfBR2

nnDsD 又sCs1.267 n0.75sNs0.06RfC

0.061.267 RfC3.74 0.750.0267

0.407 dt令00，得

sm0ds

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一 解答题（本大题共56分，每小题4分）

1、电力拖动系统中已知电动机的转速为1000r/min,工作机构的转速为100r/min,传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为120N·m，电动机的电磁转矩为20N·m，忽略电动机空载转矩，则该系统处于加速过程、恒速、减速过程中的哪种运行状态？并说明为什么处于此状态。

答：因为工作结构折算到电动机上的转矩为 120Nm100r/min40Nm 0.91000r/min3

小于电动机电磁转矩，故电力拖动系统处于加速运行过程。

2、对于带有直线运动的工作机构，如下图所示的提升机构。在分析这些电力拖动系统时，需要进行折算，假设提升或下放的重物质量为m，速度为v,电动机的转速为n，写出重物折算到电动机轴上的飞轮惯量GDZ的表达式。

2

2vZ2

mZ答：由 JZ 22

2把 JZGDZ/4g，2n/60，mZGZ/g代入上式得：

2GZvZGD3652 n2

Z

3、电枢反应对他励直流电动机的机械特性会产生影响，其影响如图所示，简要说明原因。在考虑电枢反应影响的情况下，在恒转矩负载1下，此时的电力拖动系统能否稳定运行，请说明原因。

08-09学年《电力拖动》试卷(B)卷 第1页/共7页

答：不能稳定。B点不满足电力拖动系统稳定运行条件。

4、某起重机由一台他励直流电动机拖动，如果制动电阻和负载转矩相同，采用何种制动方式下放重物时转速最低？为什么？

答：采用反接制动方式时转速最低，具体转速之间的关系可以用下图说明。

5、在他励直流电动机电力拖动系统的过渡过程中，电动机的能量损耗和哪些因素有关？如何减小他励直流电动机过渡过程中的能量损耗？

答：（1）在他励直流电动机电力拖动系统的过渡过程中，电动机的能量损耗和系统的动能存储量以及过渡过程的起、制动方式有关。

（2）可以采取的方法有：①减小系统的飞轮惯量GD，可以采用双机拖动或将电枢设计成细长的形状；②采用逐级加速方式和能耗制动方式

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2

6、画出异步电动机能耗制动时的电路图，说明能耗制动的基本原理。

答：异步电动机能耗制动的电路图如下图所示。在能耗制动时，将KM1断开，而将KM2闭合，使直流电流流入定子绕组。

直流电流流入定子绕组后，将会在空间形成静止的定子磁场，与旋转的转子之间会有电磁力的作用，而且为制动力，将最终使异步电动机减速并停止。

7、画出三相笼型异步电动机采用软起动器时的主电路图，说明其基本原理。

答：软起动器实际上时一个晶闸管交流调压电路。它把三个双向晶闸管模块串接在三相电路中，在电动机的起动过程中，通过控制晶闸管导通角的变化，改变加在电动机定子绕组上的端电压的大小，使电动机起动电流按所设的规律变化。

8、相比于传统的笼型异步电动机，双笼型异步电动机可以改善起动性能，其采用的是什么原理？简要说明其起动过程中起动性能如何是怎样得到改善的？

答：双笼型异步电动机采用的是集肤效应。双笼型异步电动机其上笼电阻较大，下笼电阻较小。起动时，由于转子频率高，肌肤效应明细，电流主要从上笼流过，造成转子电阻较大，限制起动电流、增大起动转矩。起动结束后，转子频率很小，电流主要从下笼流过，肌肤效应消失。

9、异步电动机在采用变极调速时，怎样才能保持调速前后的转向相同？

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答：在变极后，需要将定子绕组出线端的任意两相调换。

10、变频调速既可以从基频向下调，又可以从基频向上调，试比较这两种情况下的控制方式。 答:基频以下调速时，要求保持压频比恒定，此时变频调速属于恒转矩性质；在基频以上时，保持电压不变，此时属于恒功率性质。

二、计算与分析题(本大题共2分，其中第1题12分，第2题12分，第3题12分，第4题8分)

1、一台他励直流电动机额定数据为：UN=220V，IN=41.4A，nN=1500r/min，电枢电阻Ra=0.4Ω。如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入RΩ=1.2Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=160V时；（3）主磁通减弱为Φ=0.95ΦN时。 解：CeNUNINRa0.136V/(r/min) nN

（1）UNCeNn1IN(RaR) 2200.136n141.4(1.200.4)

n11130.59r/min

（2）UCeNn2INRa 1600.136n241.40.4

n21054.71r/min

（3）UNCe0.95Nn3IN41.4Ra 2200.1360.95n30.4 0.950.95

n31567.87r/min

2、某台他励直流电动机，PN=5.6KW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果系统地飞轮转矩GD=9.8N·m，TL=39N·m，若电动机原运行与正向电动状态，现要求进行反接制

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动停车，最大制动电流为2IN。试就反抗性恒转矩负载，计算： ．．．．．．．．

（1）电动运行时的转速；

（2）反接制动时所需的制动电阻的大小；

（3）反接制动过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式；

（4）制动过程所需的时间。

解：（1）CeNUNINRaTL0.208V/(r/min) IA19.63A nN9.55Ce

UNIARa1020r/min Ce

N UNCeNnAIARa nA

图2 反抗性恒转矩负载反接制动过程曲线

（2）反接制动过程开始时，CeNnAUNIARa22019.63*0.4212.15V 220CeNnA(2IN)(RaR1) R16.57

（3）过渡过程起始时：nstnA1020r/min TstTBCTN(2IN)123Nm 该过渡过程对应的nZnEUNRaR1T TZTL39Nm CeCeCT2

GD2(RaR1)机电时间常数 TtM0.426s 375CeCT2

过渡过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式为

nnZ(nstnZ)et

TtM

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TTZ(TstTZ)et

TtM

(4)制动停车的时间 txTtMln

nstnZ nxnZ

3、某绕线式异步电动机的铭牌参数如下：PN=75KW，I1N=144A，U1N=380V nN=1460r/min，KT=6.8，R2=0.06Ω。

（1）当负载TZ=0.75TN，要求转速nB=600r/min时，转子每相应串入多大的电阻？

（2）从电动状态nA=nN切换到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于1.5TN（图中的C点），则转子回路应串入多大电阻？

（3）如果该电机带位能性负载，负载转矩TZ=0.75TN，要求稳定的下放速度nD=-400r/min，求转子每相的串接电阻值。

解： sNnsnN150014600.0267 ns1500

2Tmaxs sm（1）将异步电动机的机械特性近似看做直线：T

A点：TN2Tmax2TsN B点：0.75TNmaxsB 'smsm

'sm所以 smR2RfBR20.06RfB0.6sB 0.060.750.02670.75sN

RfB1.74

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（2）A点：TN

'sm2Tmax2TmaxsN C点：1.5TNsC 'smsm

smR2RfBR2

nsnCsC 又sC1.973 ns1.5sN0.06RfC

0.06

（3）A点：TN

'sm1.973 RfC2.9 1.50.02672Tmax2TsN D点：0.75TNmaxsD 'smsm

smR2RfBR2

nnDsD 又sCs1.267 n0.75sNs0.06RfC

0.061.267 RfC3.74 0.750.0267

0.407 dt令00，得

sm0ds

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