電機與拖動基礎習題1(第3-6章)

1、【精品文檔】如有侵權，請聯(lián)系網站刪除，僅供學習與交流電機與拖動基礎習題1(第3-6章).精品文檔.第三章：直流電機原理一、簡答題：1、 換向器在直流電機中起什么作用? 在直流發(fā)電機中，換向器起整流作用，即把電樞繞組里交流電整流為直流電，在正、負電刷兩端輸出。在直流電動機中，換向器起逆變作用，即把電刷外電路中的直流電經換向器逆變?yōu)榻涣麟娸斎腚姌性小?、 直流電機銘牌上的額定功率是指什么功率? 直流電機銘牌上的額定功率：對直流發(fā)電機而言，指的是輸出的電功率的額定值;對直流電動機而言，指的是電動機軸上輸出的機械功率的額定值3、 直流電機主磁路包括哪幾部分? 磁路未飽和時，勵磁磁通勢主要消耗在哪一

2、部分? 直流電機的主磁路主要包括;主磁極、定、轉子之間的氣隙電樞齒、電樞磁軛、定子磁軛。磁路未飽和時，鐵的磁導率遠大于空氣的磁導率，氣隙的磁阻比磁路中的鐵心部分大得多，所以，勵磁磁通勢主要消耗在氣隙上。4、 如何改變他勵直流發(fā)電機的電樞電動勢的方向? 如何改變他勵直流電動機空載運行時的轉向? 通過改變他勵直流發(fā)電機勵磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變電樞電動勢的方向;也可以通過改變他勵直流發(fā)電機的旋轉方向來改變電樞電動勢的方向。 改變勵磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變電動機旋轉方向;也可通過改變電樞電壓的極性來改變他勵直流電動機的旋轉方向。5、 直流發(fā)電機的損耗主要有哪些

3、? 鐵損耗存在于哪一部分,它隨負載變化嗎? 電樞銅損耗隨負載變化嗎? 直流發(fā)電機的損耗主要有:(1)勵磁繞組銅損耗;(2)機械摩擦損耗;(3)鐵損耗;(4)電樞銅損耗;(5)電刷損耗;(6)附加損耗。鐵損耗是指電樞鐵心在磁場中旋轉時硅鋼片中的磁滯和渦流損耗。這兩種損耗與磁密大小以及交變頻率有關。當電機的勵磁電流和轉速不變時,鐵損耗也幾乎不變。它與負載的變化幾乎沒有關系。電樞銅損耗由電樞電流引起,當負載增加時,電樞電流同時增加,電樞銅損耗隨之增加。電樞銅損耗與電樞電流的平方成正比。6、 他勵直流電動機的電磁功率指什么? 在直流發(fā)電機中，電磁功率指的是由機械功率轉化為電功率的這部分功率。7、 不計

4、電樞反應，他勵直流電動機機械特性為什么是下垂的? 如果電樞反應去磁作用很明顯,對機械特性有什么影響？因為負載轉矩增大，導致點數(shù)電流增大，電樞電動勢下降顯然引起轉速下降。如果電樞反應去磁作用明顯，會使每級磁通減小，電流越大，去磁作用也大，每級磁通的減小越明顯，導致機械特性反而上翹。二、計算題：1、某他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為: PN = 17kW, UN =220V, nN = 1500 r / min, N = 0 .83。計算 IN , T2 N 及額定負載時的P1 N。2、已知某四極他勵直流電動機的額定功率PN=100kW，額定電壓UN=330V，額定轉速nN=730r/min，額定效率h

5、N=91.5%，額定運行時每極氣隙磁通FN=6.98×10-2Wb，電機電樞繞組采用單波繞組，電樞總導體數(shù)N=186。求額定感應電動勢和額定電磁轉矩。解：（1）計算額定感應電動勢極對數(shù)為： p=2；支路對數(shù)： a=1；電動勢常數(shù)為： 感應電動勢為： （2）計算額定電磁轉矩 電樞電流為： 電磁轉矩為： 3、一臺四極他勵直流電機，電樞采用單波繞組，總導體數(shù)為N=372，電樞回路總電阻為Ra=0.21W。電機接在電網電壓U=220V上運行，此時轉速n=1500r/min，每極磁通F=0.011Wb，空載損耗p0=566W。試求（1）電機運行在發(fā)電機還是電動機狀態(tài)；（2）電磁轉矩；（3）電機

6、的輸入功率；（4）效率。解:(1)電機的運行狀態(tài)由題意得知，并聯(lián)支路數(shù)a=1，則電樞感應電動勢為：可見，電機運行在電動機狀態(tài)。 (2)電磁轉矩電樞電流為： 電磁轉矩為： (3)輸入功率 輸入功率為： (4)效率 輸出功率為： 效率為： 4、有一他勵直流電動機接在額定電壓為220V的電網上額定運行時，電動機的額定電樞電流Ia=15A，電樞回路總電阻Ra=0.7。試求：（1）電動機額定運行時的反電動勢；（2）若因某種原因，使電網電壓下降至200V，但勵磁電流和負載轉矩均未發(fā)生變化，求在達到新平衡點后電動機的反電動勢。解：（1）額定運行時的反電動勢（2）新平衡點時的反電動勢 三、應用題1、如圖所示為

7、某鋼廠熱軋機主軋輥的直流電動機驅動系統(tǒng)。軋機的軋輥由兩臺直流電動機分別驅動。根據(jù)工藝要求，軋機工作時，應使兩臺電動機的轉速一致，以保證鋼材質量。為使兩臺電動機轉速一致，需采用轉速閉環(huán)控制，通過調節(jié)電樞電壓，使兩臺電機轉速同步。試簡述該系統(tǒng)的原理。圖中來自上位控制調節(jié)器的速度指令信號同時送給兩個直流驅動系統(tǒng)的控制器，直流驅動系統(tǒng)的控制器根據(jù)轉速偏差改變晶閘管整流裝置（VT）的觸發(fā)脈沖角度，以調節(jié)直流電動機的電樞電壓，達到控制轉速的目的。為了使電樞電流平滑，主回路中串入了電抗器L。第四章：他勵直流電動機的運行一、簡答題：1、一般的他勵直流電動機為什么不能直接啟動? 采用什么啟動方法比較好?他勵直流

8、電動機啟動時由于電樞感應電動勢Ea=Cen=0,最初啟動電流IS=U/Ra,若直接啟動,由于Ra很小,IS會十幾倍甚至幾十倍于額定電流,無法換向,同時也會過熱,因此不能直接啟動。比較好的啟動方法是降低電源電壓啟動,只要滿足T(1.11.2)TL即可啟動,這時ISIamax。啟動過程中,隨著轉速不斷升高逐漸提高電源電壓,始終保持IaIamax這個條件,直至U=UN,啟動便結束了。2、什么是固有機械特性和人為機械特性？試說明他勵直流電動機的各種人為機械特件的變化特點。 固有機械特性是指在電源電壓U=UN，氣隙磁通=N，電樞外串電阻Rc=0時，n=(T)的機械特性。當改變電氣參數(shù)如變電源電壓、或變氣

9、隙磁通、或變電樞外串電阻時，所得到的機械特性稱為人為機械特性。（1） 電樞回路串電阻時的人為機械特性的特點理想空載點n0與固有機械特性的相同；斜率b隨外串電阻Rc的增大而增大，使特性變軟。（2） 改變電樞電源電壓時的人為機械特性理想空載點n0與固有機械特性的相同； 斜率b隨外串電阻Rc的增大而增大，使特性變軟。（3）減弱氣隙磁通時的人為機械特性與固有機械特性比，斜率隨磁通減少而增大，特性變軟； 特性的理想空載轉速n0隨氣隙磁通減弱而增大，故特性上移。3、直流電動機起動有哪些要求？直流電動機常用的起動方法有哪些？各種起動方法的主要特點是什么？為什么一般直流電動機不能采用直接起動？ 起動電流的小；

10、起動轉矩的大；起動時間的短；起動過程的平穩(wěn)性；起動過程的經濟性。啟動方法：直接起動、降壓起動、電樞回路串電阻起動；直接起動的特點：不需附加起動設備，接線最簡單，操作方便。但由于自身電樞電阻大，可以直接起動外，一般直流電動機不允許直接起動。減壓起動的特點：起動平穩(wěn)，起動過程中能量損耗小，可實現(xiàn)軟起動；但是需一套專用調壓設備，投資大。電樞回路串電阻起動方法特點：設備簡單，操作方便；但是起動過程中能量損耗大，不適用于頻繁起動的場合。起動瞬間，轉速n=0，電樞反電動勢未建立，Ea=CeFn=0，使額定電壓全部加在電樞內阻Ra上，此時起動電流Is=UN/Ra，由于Ra很小，故Is很大，為額定電流IN的1

11、020倍，如此大的起動電流會造成換向困難，嚴重時會出現(xiàn)環(huán)火；過大的Is會引起電網電壓的波動，影響接于同一電網的其他用電設備的正常運行；4、起動他勵直流電動機時為什么一定要先加勵磁電壓？如果未加勵磁電壓，而將電樞電源接通，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？不加勵磁電壓的話，勵磁回路不能建立磁場，電樞通電后 沒有磁感線可以切割，無法產生動力，電機不轉，時間稍微長點，電機會燒掉。5、試分別說明他勵直流電動機能耗制動、反接制動、回饋制動的實現(xiàn)方法、基本原理和制動性能。 6、什么是電氣調速？怎樣評價調速性能的好壞？調速范圍與靜差率之間有什么關系？選擇調速方法的原則是什么？ 改變電機的電氣參數(shù)從而改變電機的運轉速度叫做電

12、氣調速靜差率與調速范圍是相互制約的兩個指標，如果系統(tǒng)對靜差率要求高（靜差率越?。?，則調速范圍越小；反之，如果系統(tǒng)對靜差率要求不高，則可得到較大的調速范圍。調速范圍與靜差率要合適，調速平穩(wěn)，調速經濟8、 電氣調速有哪幾種？各種調速方式的主要特點是什么？ 降低電樞電源電壓調速；電樞回路串電阻調速；減弱磁通調速降低電樞電壓調速方法的特點：人為機械特性與固有機械特性平行，靜態(tài)穩(wěn)定性好，調速范圍大，如果能連續(xù)改變電樞電壓，則轉速能平滑調節(jié)，調速平滑性好，能實現(xiàn)無級調速，調速過程中能量損耗小，但需要一套專門的調壓設備，初投資較大。電樞串電阻調速方法的特點：串入電阻越大，特性越軟，空載或輕載時調速效果不明顯

13、，靜態(tài)穩(wěn)定性差，調速范圍不大，因電阻是分段調節(jié)，故屬于有級調速，調速過程中能量損耗大，但設備簡單，操作方便，投資少。 減弱磁通調速方法的特點：機械特性斜率大，靜態(tài)穩(wěn)定性差，由于是在基速以上調速，電動機最高轉速受換向能力和機械強度的限制，一般為（1.22）nN，故調速范圍有限，但勵磁電流的控制與調節(jié)方便，調速過程中能量損耗小，易實現(xiàn)無級調速。 二、計算題：1、一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：PN=100kW，UN=220V，IN=517A，nN=1200r/min。試求：（1）固有機械特性方程式；（2）額定負載時的電樞電動勢和額定電磁轉矩；（3）額定輸出轉矩和空載轉矩；（4）理想空載轉速和實際空載

14、轉速；（5）電機額定運行，分別求電樞回路外串電阻Rc=0.206時的轉速、電壓U=50V時的轉速和磁通=75%N時的轉速。解:(1)求固有機械特性方程式估算電樞電阻，其值約為： 電動勢常數(shù)（包括磁通）為： 固有機械特性方程式為：(2)求電樞電動勢和電磁轉矩 電樞電動勢為： 電磁轉矩為： (3)額定輸出轉矩和空載轉矩輸出轉矩為：空載轉矩為： (4)求理想空載轉矩和實際空載轉矩 理想空載轉速為： 實際空載轉速為： (5)電樞回路外串電阻Rc=0.206時的轉速(6)電壓U=50V時的轉速(7)磁通=75%N時的轉速2、一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A

15、，nN=1500r/min，Ra=1.7，試求：（1）當If=IfN，n=1500r/min時，使系統(tǒng)轉入能耗制動停車，要求起始制動電流為2IN，電樞回路應串入的附加制動電阻Rc1；（2）在能耗制動基礎上，保持If=IfN不變，使TL=TN位能性負載以最低的轉速勻速下放時，應串入的制動電阻Rc2和最低轉速nmin1；（3）當If=IfN，n=1500r/min時，采用電壓反接的反接制動使系統(tǒng)迅速制動停車，要求起始制動電流為2IN，電樞回路應串入的附加制動電阻Rc3；（4）保持If=IfN不變，使TL=TN位能性負載以n=50r/min的轉速勻速下放時，應串入的制動電阻Rc4和最低轉速nmin2

16、；（5）如果電動機原運行在額定狀態(tài)，突將電樞端電壓降為U=185V，問系統(tǒng)能否進入回饋制動狀態(tài)？起始制動電流又為多大？解:(1)先求CeFN，再求能耗制動電阻Rc1電動勢常數(shù)（包括磁通）為： 能耗制動電阻為：(2)求TL=TN位能性負載以最低的轉速勻速下放時的制動電阻和最低轉速當Rc2=0時，轉速最低，則最低轉速為：(3)電壓反接的反接制動時的制動電阻Rc3電壓反接的反接制動時的制動電阻為：(4)轉速為n=50r/min的下放速度應串入的制動電阻由前面計算可知，能耗制動的最低下放速度為160.4r/min，故要想得到轉速為n=50r/min的下放速度，只有采用轉速反向的反接制方法，根據(jù)式（5-

17、27），應串入的制動電阻為： (5)電樞端電壓降為U=185V時額定運行時的電樞電動勢為：由于電壓突降瞬間，轉速來不及變化，此時電動勢為電動機能進入回饋制動狀態(tài)，起始制動電流為：第五章：變壓器一、簡答題：1、短路電壓的大小由什么因素決定？它對變壓器運行有什么影響？ 短路試驗時，當一次電流達額定值，加在一次繞組的電壓為Uk稱為變壓器的阻抗電壓從運行角度考慮，希望uk小些，能使變壓器輸出電壓波動受負載變化的影響小些；而從限制短路電流考慮，則希望uk大些，能使變壓器短路故障電流小些。 2、為什么變壓器的空載損耗可近似看成鐵損？為什么變壓器的短路損耗可近似看成銅損？ 因變壓器空載時無功率輸出，所以輸入

18、的功率全部消耗在變壓器的內部，為鐵心損耗pFe和空載銅耗I202r2之和，但空載電流I20很小，pFe>>I202r2，故可忽略空載銅耗，認為P0pFe=I202rm。 短路試驗時，變壓器二次側無功率輸出，輸入功率全部消耗在內部，由于當繞組中短路電流為額定值時，一次側所加的電壓很低，主磁通比正常運行時小很多，鐵心損耗pFe與銅損pCu相比可忽略，短路損耗中主要是一、二次側的銅損，即有：PkpCu= pCu1+ pCu2。3、變壓器的空載試驗為什么一般在低壓側做？短路試驗時，一次側所加的電壓至短路電流為額定電流為止，為什么？ 為了便于測量和安全，空載試驗一般在二次側做 當一次側的電流

19、達到額定值時，一次側所加的電壓很低，所以在短路試驗時，變壓器的高壓繞組前接自耦變壓器，將自耦變壓器的輸出電壓由零開始慢慢升高，直至短路電流為額定電流為止4、什么是引起變壓器負載運行時二次側端電壓變化的原因？電壓變化率能為零嗎？如果能，則帶什么性質負載時有可能使電壓變化率為零？ (1)負載電流變化，引起變壓器內阻壓降變化。(2)一次側電壓變化，引起二次側電壓變化。(3)變壓器出現(xiàn)內部故障。能 帶容性負載有可能使電壓變化率為零5、變壓器運行時，哪些量隨負載變化而變化？哪些量不隨負載變化而變化？ 變壓器的空載損耗主要是鐵損，不隨負載變化而變化，則有P0pFe，所以鐵損是不變損耗。銅損包括一、二次繞組

20、上的銅損，與負載電流的二次方成正比，隨負載電流的變化而變化，并與短路試驗電流為額定值時的輸入功率存在如下關系：2PkNpCu，所以銅損是可變損耗。6、交流電壓互感器運行時為什么不允許短路？而電流互感器運行時為什么不允許開路？ 二次側決不允許短路，否則會產生很大的短路電流，燒壞電壓互感器； 二次側絕不允許開路，否則，I2=0時，被測線路中的大電流I1全部成為勵磁電流，使鐵心嚴重過熱，二次側感應高電壓，損壞電流互感器，并危及人員和其他設備安全；9、 兩臺變壓器并聯(lián)運行應滿足什么條件？為什么？ 為了達到理想并聯(lián)情況，并聯(lián)運行的變壓器必須滿足：一、二次側的額定電壓相同，即電壓比相等；聯(lián)結組標號相同；短

21、路阻抗標幺值相等。8、什么是標幺值？在變壓器的計算中使用標幺值的優(yōu)點是什么？ 標幺值是指某個物理量的實際值與其所選定的同一單位的固定值的比值，即 1）采用標幺值時，不論變壓器的容量如何，變壓器的參數(shù)和性能指標總在一定的范圍內，便于分析和比較。例如中小型電力變壓器的短路阻抗標幺值zk*=0.040.105，如果求出的短路阻抗標幺值不在此范圍內，就應核查一下是否存在計算或設計錯誤。2）采用標幺值能直觀地表示變壓器的運行情況。例如已知一臺運行著的變壓器端電壓和電流分別為35kV、20A，從這些實際數(shù)據(jù)上判斷不出什么問題，但如果已知其標幺值為Uk*=1.0、Ik*=0.6，說明這臺變壓器欠載運行。 3

22、）采用標幺值時，一、二次側各物理量不需進行折算，便于計算。例如二次電壓向一次側折算為，采用標幺值時，則有二、計算題：1、一臺三相電力變壓器，Yy聯(lián)結，SN=100kVA，U1N/U2N=6/0.4kV，每相參數(shù)：r1=4.2，x1=9，rm=514，zm=5550。求：I1N、I0及每相的z1、xm、U1、E1、I0、I1z1。 解：（1）原邊阻抗和勵磁電抗 （2）原邊電壓、電流和感應電動勢 （3）勵磁電流和原邊阻抗壓降 2、一臺單相變壓器，其額定參數(shù)為 額定容量SN=10kVA，額定頻率fN=50Hz，額定電壓U1N/U2N=380/220V，一次繞組漏阻抗z1=（0.14+j0.22），二次繞組漏阻抗z2=（0.035+j0.055），勵磁阻抗zm=（30+j310），負載阻抗zL=（4+j3）。試分別用“T”形等效電路和“”形簡化等效電路計算當一次側加額定電壓時，一、二次側的實際電流、勵磁電流以及二次側的電壓。解：（1）用“T”形等效電路計算變壓器的電壓比為一次額定電流為 二次額定電流為 用“T”形等效電路求解，二次側折算到一次側的參數(shù)為取參考相量為3800°V，則所求各電流為 即一次電流I1=25.50A，二次電流I2=k I2´=42.68A，勵磁電流Im=1.20A，二次電壓U2=I2|zL|=213.40V。 （2）