第9章 电动机的选择(电机及拖动基础)

《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。

(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。

（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。

（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。

（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。

（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。

（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。

（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。

（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。

（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。

（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：由铜线绕成。

3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由硅钢片叠成。

2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。

4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。

1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

这就是直流发电机的工作原理。

1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。

这就是直流电动机的工作原理。

1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组部的交流电流引出到外电路变为直流电。

第1章 思考题与习题1-1直流电机由哪些主要部件构成?各部分的主要作用是什么? 答：（一）定子1．主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2．换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：由铜线绕成。

3．机座和端盖：固定、支撑、保护，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4．电刷装置：与换向器配合，引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

（二）转子1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由硅钢片叠成。

2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3． 换向器：与电刷配合，引入、引出电流，由换向片围叠而成。

4． 转轴和轴承：使电枢和换向器灵活转动。

1-2简述直流发电机的工作原理答：直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙，转半圈后，a 处于S 极下，电动势方向变为⊕，再转半圈，又回到原来位置，电动势又为⊙……,它通过电刷和换向器，把电枢绕组的交流变为外电路的直流。

这就是直流发电机的工作原理。

1-3简述直流电动机的工作原理答：直流电动机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组通过电刷引入直流电，（如图示瞬间以导体a 为例），电枢绕组的a 导体处于N 极底下，电流方向为⊙，由“电磁生力”定则判得产生电磁转矩势方向为逆时针，转半圈后，a 处于S 极下，电流方向变为⊕，产生电磁转矩势方向仍为逆时针，再转半圈，又回到原来位置……,它通过电刷和换向器，把外电路的直流电变为电枢绕组内部的交流电，从而产生恒定方向的电磁转矩，使直流电动机沿着一个方向旋转。

这就是直流电动机的工作原理。

1-4在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们各自起什么作用？答：在直流电机中，用电刷和换向器配合，把发电机电枢绕组内部的交流电流引出到外电路变为直流电。

第6章异步电动机的工作原理是通过气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现能量转换，故异步电动机又称为感应电动机。

答： 异步电动机定，转子间的电磁关系尤如变压器，定子电流。

1I 也由空载电流.0I 和负载分量电流L I 1.两部分组成：1） 维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸取一定的滞后无功电流（即为I 0）； 2） 负载分量电流取决于转子电路；由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流过虚拟的附加电阻'21r ss 所消耗的功率来等效代替（因输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件电阻来等效代替）。

再加上转子绕组的漏阻抗，故转子电流只可能是滞后无功电流，则与转子平衡的定子负载分量也只能是滞后的无功电流，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。

主磁通就是同时与定子、转子交链，在气隙中以同步转速旋转的基波磁通。

定、转子电流还产生仅与定子或转子绕组交链的磁通，统称为漏磁通。

仅与定子绕组交链的磁通，称为定子漏磁通。

仅与转子绕组交链的磁通，称为转子漏磁通。

异步电动机的转子要依靠切割定子磁场的磁力线来产生转子的励磁电流，如果转子以同步转速旋转，转子与定子磁场就没有了相对运动，也切割不到磁力线，转子无法励磁，将失去转动力矩。

所以，异步电机的转子与定子旋转磁场的转速必须保持一个转差率，一般为5%左右。

气隙过大励磁电流也大，无功功率较多，电机功率因数就低。

气隙过小会引起电动机的附加损耗增加，甚至发生定、转子相擦。

所以中小型异步电动机的气隙通常为0.2～2.0mm 。

当三相定子绕组通入三相对称电流后，便在气隙中产生旋转磁场；旋转磁场切割静止的转子绕组导体，在其中产生感应电动势和感应电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生电磁转矩，在电磁转矩的作用下，转子沿着旋转磁场的方向旋转起来。

这就是三相异步电动机的工作原理。

鼠笼式转子绕组可分为铜条绕组和铸铝绕组两种。

《电机及电力拖动》课程教学大纲一课程简介课程编号：课程名称：电机及电力拖动力英文名称：Fundamental of Electrical Machines and Drives 课程类型：本课程是高等工科院校电类专业的一门专业基础课程。

学时数：68（理论58+实验10）学分数：开课对象：10电气工程及自动化先修课程：物理、电路参考教材：唐介电机与拖动高等教育出版社2007.12二、课程的性质、任务和目的本课程主要介绍交直流电机、变压器和控制电机的基本结构和工作原理和特性，以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及实验方法，通过该课程的学习，使学生能够掌握交直流电机的基本原理及控制方法，为后续课程“电力拖动自动控制系统”、“变频调速”等专业课程准备必要的基础知识，同时也培养学生在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力。

三、教学课程基本内容和要求第1章变压器的原理及特性理解变压器的主要结构、工作原理，掌握变压器的空载运行特性、负载运行特性的分析与计算，了解三相变压器的电路系统、磁路系统及其对电动势波形的影响。

了解自耦变压器与互感器的基本概念。

变压器的等效电路及相量图。

第2章三相异步电动机的理论基础理解三相异步电动机有关概念及工作原理，了解三相异步电动机的基本结构，掌握三相异步电动机的运动方程式和等效电路分析法，会计算其功率和转矩，理解三相异步电动机的各种机械特性。

第3章三相异步电动机的电力拖动理解对三相异步电动机的启、制动要求，掌握三相异步电动机各种启、制动方法和优缺点及其能量传输关系，掌握三相异步电动机的各种调速方法和特点。

了解三相异步电动机的各种运行状态。

第4章同步电动机的基本理论了解三相同步电动机、发电机的基本原理及结构，理解同步电机的物理模型和电枢反应，理解三相同步电动机的运行特性、功率及转矩。

理解同步电机的基本应用。

第5章同步电动机的电力拖动了解同步电机的启动及调速方法。

第6章直流电动机的基本理论掌握直流电机基本工作原理，会分析其电路系统和磁路系统，掌握单叠绕组的基本分布规律，正确理解电刷、换向器在直流电机中的作用，会计算直流电机的感应电动势和电磁转矩。

《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。

(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。

（Ea 〈U；Ea〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。

（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。

（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。

（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。

（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。

（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。

（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。

（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。

（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

电机复习提纲第一章：一、概念：主磁通，漏磁通，磁滞损耗，涡流损耗磁路的基本定律:安培环路定律: 磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻R m磁路与电路的类比：与电路中的欧姆定律在形式上十分相似。

E=IR 磁路的基尔霍夫定律（1）磁路的基尔霍夫电流定律穿出或进入任何一闭合面的总磁通恒等于零（2）磁路的基尔霍夫电压定律沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位差的代数和。

第二节 常用铁磁材料及其特性一、铁磁材料1、软磁材料：磁滞回线较窄。

剩磁和矫顽力都小的材料。

软磁材料磁导率较高，可用来制造电机、变压器的铁心。

2、硬磁材料：磁滞回线较宽。

剩磁和矫顽力都大的铁磁材料称为硬磁材料，可用来制成永久磁铁。

二、铁心损耗1、磁滞损耗——材料被交流磁场反复磁化，磁畴相互摩擦而消耗NiHL的能量。

2、涡流损耗——铁心内部由于涡流在铁心电阻上产生的热能损耗。

3、铁心损耗——磁滞损耗和涡流损耗之和。

第二章：一、尽管电枢在转动，但处于同一磁极下的线圈边中电流方向应始终不变，即进行所谓的“换向”。

二、一台直流电机作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。

三、直流电机的主要结构（定子、转子）定子的主要作用是产生磁场转子又称为“电枢”,作用是产生电磁转矩和感应电动势要实现机电能量转换，电路和磁路之间必须在相对运动，所以旋转电机必须具备静止的和转动的两大部分，且静止和转动部分之间要有一定的间隙（称为：气隙）四、直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：1、额定功率P N(kW)2、额定电压U N(V)3、额定电流I N(A)4、额定转速n N(r/min)5、额定励磁电压U fN(V)五、直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。

单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向片上。

电机及拖动基础-变压器1. 电机简介电机是将电能转化成机械能的设备，常用于驱动机器和设备。

电机按照工作原理可以分为直流电机和交流电机两种，按照用途又可分为通用电机和专用电机。

通用电机可在多种场合使用，而专用电机则按照使用场合和使用要求进行设计。

1.1 直流电机直流电机是指在直流电源作用下工作的电机。

其基本结构由定子和转子组成。

定子上绕有线圈，通电后，产生磁场，使转子受到磁力作用旋转，从而将电能转化成机械能。

直流电机有直流串联电机、直流并联电机、直流复合电机等。

1.2 交流电机交流电机是指在交流电源作用下工作的电机。

其基本结构也由定子和转子组成。

交流电机包括异步电机、同步电机、感应电机等。

相对于直流电机，交流电机更为广泛的应用于生产和生活中。

2. 拖动基础在电机驱动下，机械设备可以实现拖动。

多种拖动方式，不同情况下适用不同的拖动方式。

常见的拖动方式有：皮带传动、齿轮传动、链传动、联轴器传动等。

2.1 皮带传动皮带传动采用驱动轮和被驱动轮之间的橡胶或塑料皮带来传递动力。

特点是结构简单、噪音小、容易维护，适用于传递小到中等功率，转速较低的场合。

但由于皮带的弹性和疲劳，其传递精度一般较低。

2.2 齿轮传动齿轮传动又分为平行轴齿轮、垂直轴齿轮及斜齿轮传动。

主要用于传递大功率、高速运转的机械运动及转向，具有传递精度高、可靠性高等优点，但结构复杂、制造难度大。

2.3 链传动链传动是以链条为信息载体，将动力传递到被驱动轮实现拖动。

具有承载能力强、适用于长距离传动、传动精度较高等特点。

但链条的弹性和磨损等问题需要经常进行维护保养。

2.4 联轴器传动联轴器传动把电机和被驱动装置通过联轴器连接起来，具有安装方便、可靠性高、可承受较大的轴向和径向偏差等优点。

但额定转速较低，不适用于高速运动。

3. 变压器变压器是电力系统中常见的设备，它可以将低电压的电能输入，通过变压器提高电压，从而对电能进行长距离传输。

当变压器将电压从高到低进行降压，带电设备可以得到安全电源。

《电机与拖动基础》习题选电力拖动(1)5-1他励直流电动机的铭牌数据：P N=1.75千瓦,U N=110伏,I N=20.1安,n N=1450转/分，试计算：（1）固有特性曲线，并用坐标纸画出；（2）50%额定负载时的转速；（3）转速为1500转/分时的电枢电流值。

5-2 他励直流电动机的铭牌数据同上，试计算磁通为80%额定值、电枢电压为50%U N时的人为特性，并用坐标纸画出。

5-3他励直流电动机的数据：P N=10千瓦;U N=220伏;I N=53.7安,n N=3000转/分；试计算：（1）固有特性；（2）当电枢电路总电阻为50% R N ()时的人为特性；R N=U N/I N（3）当电枢电路总电阻为150% R N时的人为特性；（4）当电枢电路端电压U=50% U N时的人为特性；（5）当磁通为80%额定值时的人为特性。

并作出其机械特性图。

5-4 一台他励电动机数据如下：P N=21千瓦,U N=220伏,I N=112安,n N=950转/分（1）若负载转矩为0.8T N时，求电动机转速；（2）若负载转矩为0.8T N时，在电枢电路中串联30%R N附加电阻，求电阻接入瞬间和转入新的稳态时的转速、电枢电流和电磁转矩；（3）若将电枢电压降低至额定电压的20%，磁通为额定磁通的70%，求额定负载时电机的转速。

5-5一直流电动机有下列数据：U N=220伏,I N=40安,n N=1000转/分，电枢电路总电阻R a=0.5欧，当电压降到180伏，负载为额定负载时，求：（1）电机接成他励时（励磁电流不变）的转速和电枢电流；（2）电机接成并励时（励磁电流随电压正比变化）的转速和电枢电流（设铁心不饱和）。

5-6他励电动机铭牌数据：P N=2.5千瓦，U N=220伏，I N=12.5安，n N=1500转/分，R a=0.8欧。

（1）运行中在n=1200转/分时使系统转入能耗制动停车，问保证起始制动电流为2I N时，电枢应串入多大电阻？如电枢不接入制动电阻，则制动电流为多大？（2）若负载转矩为位能转矩，要求在T2=0.9T N时保证电机以120转/分的转速能耗制动稳速下放重物，问所需制动电阻为多大？（3）绘出上述两种情况的机械特性。

《电机与拖动基础（第2版）》汤天浩（习题解答）电机与拖动基础第⼀章电机的基本原理 (1)第⼆章电⼒拖动系统的动⼒学基础 (7)第三章直流电机原理 (14)第四章直流电机拖动基础 (17)第五章变压器 (36)第六章交流电机的旋转磁场理论 (54)第七章异步电机原理 (55)第⼋章同步电机原理 (64)第九章交流电机拖动基础 (76)第⼗章电⼒拖动系统电动机的选择 (91)第⼀章电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。

1-2 答：1-3 电与磁存在三个基本关系，分别是1-4 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间⽽变化，那么将在线圈中感应出电动势。

感应电动势的⼤⼩与磁通的变化率成正⽐，即1-5 tΦN e d d -= 1-6 感应电动势的⽅向由右⼿螺旋定则确定，式中的负号表⽰感应电动势试图阻⽌闭合磁路中磁通的变化。

1-7 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，⽽让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产⽣感应电动势。

这种导体在磁场中运动产⽣的感应电动势的⼤⼩由下式给出1-8 Blv e =1-9 ⽽感应电动势的⽅向由右⼿定则确定。

1-10 （3）载流导体在磁场中的电磁⼒：如果在固定磁场中放置⼀个通有电流的导体，则会在载流导体上产⽣⼀个电磁⼒。

载流导体受⼒的⼤⼩与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁⼒线⽅向垂直时，所受的⼒最⼤，这时电磁⼒F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正⽐，即1-11 Bli F =1-12 电磁⼒的⽅向可由左⼿定则确定。

1-131-14 通过电路与磁路的⽐较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。

1-15答：1-16磁路是指在电⼯设备中，⽤磁性材料做成⼀定形状的铁⼼，铁⼼的磁导率⽐其他物质的磁导率⾼得多，铁⼼线圈中的电流所产⽣的磁通绝⼤部分将经过铁⼼闭合，这种⼈为造成的磁通闭合路径就称为磁路。

《电机与拖动》教学大纲课程名称：电机与拖动英文名称：Motors and Electric Drives课程性质：专业教育必修课程课程编号：O131009所属院部：机电工程学院周学时：4学时总学时：75学时（理论学时60;实验学时15）学分：4学分教学对象（本课程适合的专业和年级）：机械设计制造及其自动化专业（专升本）2011级学生预备知识：高等数学、物理学、电工学、电子技术、工程力学、机械制图等。

课程在教学计划中的地位和作用：本课程为专业基础课，其作用是承前启后，为后续课程打基础，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

教学方法：讲授、讨论、实验教学的目的和要求：使学生掌握变压器与各种电机的基本结构、工作原理和运行性能，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为毕业后从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。

要求重点掌握变压器、异步电机、电动机的选择和电力拖动系统的动力学部分，同步电机、直流电机和控制电机部分作为一般掌握内容。

课程教材：唐介主编.电机与拖动（第二版）. 北京：高等教育出版社，2007参考书目：［1］彭鸿才主编.电机原理及拖动. 北京：机械工业出版社，2007年.［2］周顺荣编著.电机学.北京：科学出版社，2002年.［3］电机及电气技术实验装置实验指导书.杭州：浙江天煌科技实业有限公司考核形式：闭卷考试编写时间：2012年1月制定课程内容及学时分配：注：根据需要，课时可作适当调整。

绪论（2学时）学习要求：了解本课程的性质与特点，掌握学好这门课的方法。

教学重点：学习方法第1章磁路（4学时）学习要求：掌握常用基本物理量和基本定律，为学好本课程打好基础。

教学重点：铁磁材料与磁路。

第2章变压器（8学时）学习要求：1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。

2.掌握变压器负载运行时的等值电路、相量图、基本方程式以及运行性能。

3.熟悉三相变压器的联接组别。