1第二章
折算后二次绕组电流、电压、电动势 2
2'I I k
= 22'U kU = 22'E kE = 折算后二次绕组
0X =
222'X k X = 2'L L Z k Z =
低压空载试验 励磁阻抗模1
00U Z I =
励磁电阻 0020
P R I =
励磁电抗0X =
高压短路试验 cu S P P =
75S Z = 2
1s
s P R I =
s X =
铜线绕组75234.575234.5s s R R θθ+=
+ 铝线绕组7522875
228s s R R θθ
+=+
75S Z =
电压调整率1221(cos sin )
*100%N R s s N I V R X U ??=+ 效率2
2
20N N S
s s P P βληβλβ=++ 产生最大效率的条件：2
0S p P β=即Fe Cu P P =
产生最大效率时的负载系数max β=
理想运行条件 （1）两台变压器的功率比 11:::I II LI LII SI SII
S S I I Z Z == (2) ::I II NI NII S S S S = ::LI LII NI NII I I I I = (3)总负载和总负载功率 L LI LII I I I == I II S S S =+ 第三章 同步转速：1
060f n p
=
转差率：00n n s n -= 电磁转矩的大小：22cos T m T C I ?=Φ
槽距角：.360
p z
α=
极距：2z p τ= 每极每相槽数：2z q pm =
额定功率因素：N λ=
定子电路的电动势平衡方程式 11111()U E R jX I E Z I ?
?
?
?
?
=-++=-+ 每相绕组中的感应电动势E1在数值上为 11114.44w m E k N f =Φ 忽略R1和X1，1
111
4.44m w U k N f Φ=
22s N E s E = 21N f s f =
绕组折算：折算后的转子相电流'
2
2i I I k =
111222
w i w m k N k m k N = 折算后的转子电动势为 '
22e E k E = 11
22
w i w k N k k N =
折算后的阻抗为 '
22z Z k Z = '
22z R k R = '
22z X k X = 2111
2222
w z w m k N k m k N =
三相异步电动机的输出功率 11111cos P mU I ?=
电磁功率 ''2''2''2
2121221221e R s P m I m R I m R I s s
-==+ 输出功率 2m me ad P P P P =-- 机械功率：()1m e P s P =- ()1m e P s P =- 空载损耗： 2m me ad P P P P =-- 电动机的效率 2
1
P P η=
三相异步电动机的电磁转矩 000609.559.552e e
e m P P P P T n n n
π=
===Ω 空载转矩 000609.552P P T n n π=
= 输出转矩 2
22609.552P P T n n
π== 20T T T =- T2
等于负载转矩
M M T s s T ?=?? 第四章
电磁转矩的物理公式 22cos T m T C I ?=Φ 222
4.442w T pm k N C π
=
参数公式 2
2122
122()T spR U T K f R sX =??+??
222211()2w T w k N m K k N π= 实用公式2M
M M T T s s s s
=
+ 最大电磁转矩时的转差率22
M R s X =(临界转差率)
最大转差率为2
112
2M T MT N pU T K T f X α==
由实用公式可得如下
M
M T s s T ?=?? 当T=TN 时可得
MT M s s α=-
起动转矩倍数s ST N T T α=
起动电流倍数 21
(1)N ST N T
R R s T =- 无极起动变阻器的最大值为 21(
1)N
ST N T R R s T =- 其中
2R =有极起动：启动转矩和切换转矩1(0.8~0.9)M T T = 2(1.1~1.2)L T T =
起动转矩比
12T
T β== 起动级数m 1lg
lg N
N T s T m β=
各级电阻1
2()i i
i ST R R ββ
-=-
（调速） 调速范围：2
2'I I k = 静差率：00
*100%f n n n δ-= 第七章
直流电动机中，N P 是指输出的机械功率的额定值：22260N N N N P T T n π
=?Ω=
(2N T 为额定输
出转矩，N n 为额定转速)
直流发电机中，N P 是指输出的电功率的额定值：N N N P U I =? 直流电机的电磁转矩：T a T C I =Φ (单位：N m ?) 2T pN
C π=
直流电机的电动势：E E C n =Φ （单位：V ）
460E pN C =
260E T C C π=
9.55T E C C =
直流电动机的运行分析： 一、他励电动机：
1、 励磁电流：
f
f f U I R =
2、a a a U I R E =+ 电枢电流：
a a a U E
I R -=
根据电磁转矩公式，a I 还应满足：
a T T I C =
Φ 3、过载能力：
max
a MC aN I I α=
(一般取1.5~2.0) 4、转速：
a a a
E E U I R E
n C C -==ΦΦ 二、幷励电动机
1、
a f
I I I =+
f f f U I R =
2、a f U U U == a a a U I R E =+ 三、串励电动机
1、f a U U U =+
2、
a f
I I I ==
3、转速
2
a f E E T R R E
n T C C C +=
=?ΦΦ
直流电动机的功率（以幷励直流电动机为例）
输入功率：1P
UI =部分变成铜损耗，余下的部分由电动率转换成机械功率（电磁功率） 铜损耗：22Cu a a f f P R I R I =+
电磁功率：1e Cu P P
P =- e a P E I T =?=Ω 电磁功率不能全部输出，需扣除空载损耗0P （包括铁损耗Fe P ,机械损耗me P ，附加损耗ad P ） 输出功率：20e P P P =- 0Fe me ad P P P P =++
直流电动机的总损耗al P 为：12al Cu Fe me ad P P
P P P P P =-=+++ 直流电动机的效率：
1
2
100%P P η=
?
直流电动机的转矩：20T T T =-(稳定时2L T T =)
260e P T n π=
22260P T n π= 00260P T n π= 220P P P =-
第八章
8.1 他励直流电动机的机械特性
0n 是电动机的理想空载转速0a E U n C =
Φ ?是机械特性的斜率2
a
E T R C C ?=Φ n ?是转速差 0n n n ?=- 机械特性的硬度为1α=
?
8.2 他励直流电动机的的起动
有级起动起动电阻的计算
（1）选择起动电流1I 和切换电流2I 1(1.5~2.0)aN I I = 2(1.1~1.2)aN I I = （2）求出起切电流（转矩）比β 1
2
I I β=
（3）确定起动级数m lg
lg am a R R m β= 1
aN am U
R I =(am R 为m 级起动时的电枢起动总电阻)
（4）重新计算β，校验2I 是否在规定范围内
β==
（5）求各级起动电阻 1
()i i STi a R R ββ-=-
8.3 他励直流电动机的调速 一，改变电枢电阻调速 2
a r E T R R n T C C +?=
Φ 0n n n =-? 调速电阻2r E T a n
R C C R T ?=Φ- 二．改变电枢电压调速 2
a
E T R n T C C ?=Φ
0n n n =-? 8.4 他励直流电动机的制动 一．能耗制动
1.能耗制动过程——迅速停机 制动电阻 max
b b a a E R R I ≥
-
2，能耗制动运行——下放重物 制动电阻 2
b E T a L n
R C C R T =Φ
- 2
a b L E T R R n T C C +=Φ 二．反接制动 1.电压反向反接制动——迅速停机 制动电阻max
a b
b a a U E R R I +≥
-
2.电动势反向反接制动——下放重物 制动电阻()T b a E a L
C R U C n R T Φ
=
+Φ- 2a b aN
L
E T E R R U n T C C C +=
-ΦΦ
二．回馈制动
反向回馈制动——下放重物 制动电阻()T b E a a L
C R C n U R T Φ
=
Φ-- 2a b aN
L
E T E R R U n T C C C +=
+ΦΦ
电机与拖动基础复习提纲
常用基础理论部分：
1．铁磁物质的特性：高导磁、饱和特性、磁滞特性、铁心损耗。
直流电机部分：
1．直流电机的工作原理（如何实现正反转、电枢电流如何换向的，发电与电动的原理）。
2．直流电机的结构：定子、转子，励磁方式、电枢的绕组方式。
定子部分：（1）主磁极
主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极的铁心和励磁组部分组成
（2）换向极
两相邻主磁极之间的小磁极称为换向极，其作用是减小电机运动时电刷与换向器之间可能的火花。换向极由换向极铁心和换向绕组组成，整个换向极也用螺钉固定于机座上。
（3）机座
（4）电刷装置
转子部分：（1）电枢铁心
（2）电枢绕组
（3）换向器
（4）转轴
励磁方式：1.他励直流电机
2.并励直流电机
3.串励直流电机
4.复励直流电机
电枢的绕组方式：单叠绕组：a=p
单波绕组：a=1
3．直流电机的铭牌数据及其含义，电动机额定功率与发电机额定功率之间的区别，额定功率与额定电压和电流之间的关系。
（1）额定功率，是电机在额定运行状态时所提供的输出功率。对电动机而言，是指轴上的输出的机械功率；对发电机而言，是指线端输出的电功率，单位为千瓦。
（2）额定电压Un,是电机的电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为伏。
（3）额定电流In,是电机在额定运行状态时电枢绕组允许流过的最大电流，单位为安。
（4）额定转速Nn,是电机在额定运行状态时的旋转速度，单位为转/分。
额定功率与额定电压和额定电流的关系为
直流电动机P=UIη
直流发电机 P=UI
4．直流电机（电动机和发电机）的感应电动势、电磁转矩、电压平衡方程式、转矩平衡方程式、直流电机的功率流程图。及相关的数量关系。（以例题、作业题为复习重点）
1、电枢绕组的感应电动势：电枢绕组的感应电动势（Ea）是指正负电刷之间的感应电动势，即，每条支路中各串联线圈边感应电动势的代数和。根据电磁感应定律，任意一条线圈边感应电动势幅值的大小，取决于线圈边所在的磁场的大小和线圈边相对于磁场的转速n。a此可以感性的推得电枢绕组的感应电动势的公式为：
Ea=CeΦn，式中Ce成为直流电机的电动势常数（其中Ce=PN/60a）2、电枢绕组的电磁转矩：当电枢绕组中通有电流时，载流绕组线圈边将与气隙磁场相互作用，产生电磁转矩T。电磁转矩T的大小和电枢电流I及气隙磁场Φ的乘积成正比：
T=C TΦIa，式中C T成为直流电机的转矩常数(其中C T=PN/2πa)
3、直流电机的电压方程：
U=Ea+RaI，式中Ra为电枢回路的总电阻，包括电枢绕组电阻和电刷的接触电阻
对于直流电动机，U>Ea，电流为正；对于直流发电机，Ea>U，电流为负。
I=Ia+If
4、转矩方程：
（1）直流发电机的转矩方程：T1=T0+T；其中T1为原动机的驱动转矩，T0为电机本身的机械阻力转矩。这里的电磁转矩T是一个与转向相反的制动转矩。
（2）直流电动机的转矩方程：T=T0+T2；其中T2为电动机轴上的负载转矩。这里的转矩T是一个驱动转矩，T0为电动机空载损耗转矩5、电磁转矩：
负载运行时，电枢绕组的感应电动势Ea和电枢电流Ia的乘积，称为电磁功率，用Pe表示：
Pe=EaIa
考虑到转子的机械角速度Ω=2∏n/60(Ω的单位为rad/s，n的单位为r/min)，不难证明下面等式：
Pe=EaIa=TeΩ
对于电动机，EaIa为电枢中的感应电动势所吸收的电功率，TeΩ为电动机的电磁转矩对机械负载所作的机械功率。由于能量守恒，两者相等。
Pm=P2+P0=P2+Pmec+P Fe
式中Pm=TΩ,电磁功率；P2=T2Ω,轴上输出的机械功率；P0=T0Ω，空载损耗，包括机械损耗Pmec和铁损耗P Fe
功率平衡方程式
电动机输入功率
P1=UI=U(Ia+If)=(Ea+RaIa)Ia+UIf=EaIa+RaIa*Ia+UIf=Pm+Pcua+Pcu f
式中，Pm=EaIa,为电磁功率；Pcua=RaIa*Ia,是电枢回路的铜损耗；Pcuf=UIf,为励磁绕组的铜损耗。
所以并励直流电动机的功率平衡方程式
P1=P2+Pmec+P Fe+Pcua+Pcuf
并励直流电动机转速特性公式：n= U N/ CeΦN–RaIa/ CeΦN
他励直流电动机转速特性公式：n= U/ CeΦ–R/ CeC TΦΦT
令U/ CeΦ=no,称no为理想空载转速，是机械特性曲线和纵轴交点的转速；令R/ CeC TΦΦT=βT=Δn,是负载转矩为T时的转速降，式中，β=R/ CeC TΦΦ称为机械特性曲线的斜率。
n=n0-βT
对于发电机，TeΩ为原动机为克服电磁转矩而输入电机的机械功率，EaIa为电枢发出的电功率。两者也相等。
直流发电机
1.电压平衡方程式：U=Ea – IaRa
2.功率平衡方程式：P1=Pm+P0 式中，P1= T1Ω，为原动机输给发电机的机械功率，即输入功率；Pm=TΩ,发电机的电磁功率；P0=T0Ω,发电机的空载损耗功率。
Pm= TΩ= PN/60aΦIa n=EaIa
5．直流电机的换向与换向火花；直流电机的电枢效应；环火产生的原因及防止措施。
6．并励直流发电机建压的条件。
7．并励（或他励）直流电动机的机械特性表达式；根据名牌数据求取固有机械特性。绘制和求取三种人为特性。（以例题、作业题为复习重点）
8．直流电机起动的方法，多级电枢电阻起动的机械特性绘制与计算。
直流电机的制动方法，直流电动机的调速方法，及其机械特性和相关计算问题。直流电机调速方法中哪些属恒转矩，哪些属恒功率调速。（以例题、作业题为复习重点）
变压器部分
1．变压器的工作原理、基本结构、变压器按用途分类。
2．变压器的铭牌数据的物理含义，相互之间的关系。对三相变压器，额定电压与额定电流指（空载/负载）时的（线/相）电压或电流？3．变压器的各物理量参考方向确定方法，等值电路及每个电路元件的物理含义，变压器的功率流程图。二次侧往一次侧折算时的折算关系。电压平衡方程式。
4．变压器的空载实验和短路实验，一般在高压侧还是在低压侧做？
分别能测量出什么参数，如何处理实验数据？
5．变压器外特性是什么含义，变压器的负载分别为阻/容/感性负载时，外特性如何变化。相关计算不作要求。
6．三相变压器有哪两种结构，各有什么特点。三相变压器一二次侧有些什么接法（Y接和△接），变压器联接组别是什么含义。7．变压器并联运行的理论条件、三条实际必须满足的条件。
8．电压与电流互感器的作用，使用注意事项。自耦变压器的优点与缺点，注意事项。
交流异步电机部分
1．交流异步电机的工作原理；如何实现正反转、定子磁场（动势）的特性，转差率的定义、转子转速与同步转速的关系；转子回路电流频率与转速的关系。
2．交流异步电机的结构：定子、转子（两种类型），定子绕组的型式，定子绕组的接法（Y接和△接）。
3．交流异步电机的铭牌数据及其含义，额定功率与额定电压和电流之间的关系。额定电压与额定电流指（线/相）电压或电流？4．交流异步电机的等值电路，等值电路各元件代表的物理含义、功率流程图。电磁功率、机械功率、转子铜损三者之间的关系。5．三相交流异步电动机的实用机械特性表达式；根据铭牌数据求取固有机械特性的方法。绘制改变定子电压、定子回路串阻抗和转子回路串阻抗的三种人为特性。根据机械特性计算转矩和转速的
问题（以例题、作业题为复习重点）。
6．交流异步电机起动的方法，制动方法，调速方法。绘制交流异步电机起动、制动、调速时的机械特性并描述其过程。交流异步电机调速方法中哪些属于恒转矩，哪些属于恒功率调速。交流变频调速基频以上和基频以下如何调速。分别属于恒转矩还是恒功率调速？
同步电机部分
1．同步电机的工作原理、结构（两种类型转子，适用于什么场合）。2*．同步电机的双反应理论、功角、矩角特性，同步电机的起动和调速方法。同步电机功率因数的调节与V形曲线。
特种电机部分
1*．交直流伺服电机的结构特点、工作原理、应用场合、机械特性与调节特性的定义。交直流伺服电机的控制方法，各自的优缺点。2*．直、交、同测速电机的结构特点、工作原理。各自的优缺点。存在什么误差，如何减少误差提高精度。
3*．步进电机的工作原理、应用场合；步距角、静力矩、拍、矩角特性、通电循环、单、双等概念；静稳态区、动稳态区与连续运行时的矩频特性。
4*．直线电机与磁悬浮相关定义。
电力拖动系统中电机的选择
1*．正确选择电机的意义。
2*.电机的发热与冷却过程,电机的温升；电机的不同工作制及其特点。
3*.电动机类型及其容量选择方法。
考试内容分值分布：
直流电机40%
变压器20%
变流电机35%
同步电机5%
考试题型：
填空题 1.5×20=30
判断题 2×10=20
单项选择题 3×5=15
简答题 5×3=15
计算题 10×2=20
《电机与电力拖动基础》试卷一
一、填空题（每空1分，共20分）
1、他励直流电动机的机械特性是指在电动机处于稳态运行的条件下
转速和电磁转矩的关系。
2、直流电动机的起动方法有：电枢回路串电阻和降压起动。
3、一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏磁阻抗压降的条件下，其主磁
通的大小决定于输入电压的大小，而与磁路的基本无关，其主磁通与励磁电流成正比关系。
4、变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将不变，铜损耗增
大（忽略漏磁阻抗压降的影响）。
5、当变压器负载（φ
2>0?）一定，电源电压下降，则空载电流I
减小，铁损耗P
Fe
减小。
6、采用短矩绕组绕组和分布绕组绕组可以有效的削弱谐波
分量，同时使基波分量减小（增大和减小）。
7、当s在 0~1 范围内，三相异步电动机运行于电动状态，此时电
磁转矩性质为驱动性质；在小于1 的范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动性质。
8、三相异步电动机根据转子不同可分为笼型和绕线两类。
根据磁滞回线剩磁的大小，铁磁材料分为硬磁材料和软磁材料。
3. 电力拖动系统是由电动机拖动机械机构工作的系统。
4. 直流电动机的励磁方式包括他励、并励、串励和复励，其中他励直流电动机更适合于电动机控制的场合。
5. 电机绕组有两种形式，分别为叠绕组和波绕组。使用于高电压的为波绕组，使用于大电流的为叠绕组。
6. 直流电机电枢磁场对空载主磁场的影响称为电枢反应。
7. 直流电机在主磁极之间常安装换向极改善换向。换向极的位置恰好也是几何中性线的位置。
8. 从机械特性上看，第一象限为电动机的正向电动状态，第四象限为电机的反向制动状态。
9. 他励直流电动机的机械特性为硬特性，串励直流电动机的机械特性为软特性。（硬、软）
10.励磁绕组断线的他励直流电动机，空载起动时，将出现飞车10.励磁绕组断线的他励直流电动机，空载起动时，将出现飞车情况。
情况。
11.一台三相变压器的变比为相电压之比。
12.额定电压为440V/110V的单相变压器，高压边漏电抗16Ω，折合到二次侧后大小为1Ω。
15.多台三相变压器并联运行时，应该满足的条件是联结组号相同、额定电压和变比相同、
短路阻抗相同和阻抗角相同。
1. 三相交流绕组通入对称的三相交流电流将产生幅值（或转速）不变，空间旋转的磁动势。如果想要改变磁场的旋转方向，可以通过改变电流相序来实现。
2. 某三相交流绕组，36个元件，2对极，60度相带，若2，3，4号槽属于A 相带，则14号槽属于 C 相带；若为120度相带，且7号槽也属于A相带，则14号槽属于C 相带。
3. 三相异步电动机根据转子结构的不同，分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机；同步电动机根据转子结构的不同分为隐极同步电动机和凸极同步电动机。
4. 三相异步电动机Y132M-6，50Hz，转差率为-0.2，则转速为1200r/min ，转子侧频率为10Hz ，该电机处于发电机（或回馈）运行状态。
5. 三相异步电动机参数测定实验中，空载实验的损耗包括定子铜损、铁损耗和机械损耗。实验过程中，机械损耗是不变损耗。
6. 异步电动机的转差功率指的是转子铜损耗，定子电压降低时，该功率值增大。
7. 根据集肤效应的原理，采用深槽电机可以提高异步电动机的起动性能。
8. 异步电动机变频调速中，基速以上的调节属于恒功率调速。
9. 同步电机的运行方式包括发电机、电动机和补偿机。
10. 在同步电机的励磁系统中，无刷励磁系统指的是旋转整流器励磁系统。
11. 如果空载运行的同步发电机气隙增大，而励磁电流不变，端电压将降低；如果异步电动机气隙增大，而电源电压不变，功率因数将降低。
1. 单相交流绕组通入单相交流电流将产生空间位置不变，幅值变化的磁动势。如果想要获得恒定的磁场，可以在绕组中通入直流电流来实现。
2. 某三相交流绕组，24个元件，2对极，60度相带，若3，4号槽属于Z相带，则14号槽属于 A 相带；若为120度相带，且1~4号槽属于A相带，则14号槽属于A 相带。
3. 三相异步电动机根据转子结构的不同，分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机；同步电动机根据转子结构的不同分为隐极同步电动机和凸极同步电动机。
4. 三相异步电动机Y132M-4，60Hz，转差率为0.04，则转速为1728r/min，转子侧频率为24Hz，该电机处于电动机运行状态。
5. 三相异步电动机参数测定实验中，定子绕组电阻为提前获得的参数，参数测定实验包括空载实验和堵转实验。
6. 异步电动机的转差功率指的是转子铜损耗，变转差调速中，转差增大，则该损耗增大。
7. 根据集肤效应的原理，采用深槽电机可以提高异步电动机的起动性能。
8. 异步电动机变频调速中，如果向基速以下调节采用压频恒比方式，则属于恒转矩调速。
9. 同步发电机在正常励磁（功率因数为1）的基础上增大励磁电流，将输出滞后的无功。
10. 在同步电机的励磁系统中，旋转整流器励磁系统又被称为无刷励磁系统。
二、判断题（每题2分，共20分）
1、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。（对）
2、直流电动机的人为特性都比固有特性软（错）
3、直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都会突变。（对）
4、一台变压器原边电压U
1
不变，副边接电阻性负载或接电感性负载，如负载电流相等，则两种情况下，副边电压也相等。（错）5、变压器在原边外加额定电压不变的情况下，副边电流大，导致原边电流也大，因此变压器的主磁通也大。（错）
6、交流发电机正常发电以后可以断掉直流励磁电源。（错）
7、改变电流相序可以改变三相旋转磁通势的转向。（对）
8、不管异步电动机转子是旋转，还是静止，定、转子磁通势都是相对静止的（错）
9、三相异步电动机的最大磁通势T
m 的大小与转子电阻r
m
阻值无关。（对）
10、三相异步电动机的变极调速只能用在笼型转子电动机上。（对）
二、简答题（每题5分，共20分）
1、简述异步测速发电机的剩余电压误差产生原因及解决办法？
答：由于加工、装配过程中存在机械上的不对称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的输出的电压叫剩余电压。剩余电压的存在引起的测量误差称为剩余电压误差。减小剩余电压误差的方法是选择高质量各方向性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度，也可以通过装配补偿绕组的方法加以补偿。
2、为什么采用短矩绕组可以改变电动势波形？
图中实线表示表示整矩绕组情况，这时五次谐波磁场在线圈两个有效边中感应电动势大小相等，方向相反，沿线圈回路，正好相加。如果把节矩缩短1/5τ，如图中虚线所示，两个有效边中五次谐波电动势大小、方向都相等，沿回路正好抵消，合成电动势为零。
3、试绘出单相变压器“T”型等效电路图。
4、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？
答：必要条件：电动机的机械特性与负载特性必须有交点，即T
em =T
L.。
充分条件：在交点的转速以上存在T
em L. ,而在交点的转速以下存在T em >T L. 三、计算题（第一题10分，第二、三题每题15分，共40分） 1、他励直流电动机的U N =220V,I N =207.5A,Ra=0.067Ω,试问：（1）直接起动 时的起动电流是额定电流的多少倍?（2）如限制起动电流为 1.5I N ，电枢回路应串入多大的电阻？ 解：（1）直接起动的电流I st =U N /Ra=220/0.067=3283.6A I st /I N =3283.6/207.5=15.8 （2）I st1=1.5×I N =1.5×207.5=311.25A=U N /(Ra+Rst) 由此可得：Rst=0.64Ω 2、一台三相笼型异步电动机的额定数据为：P N =125KW，N n =1460r/min,U N =380V， Y联结，I N =230A，起动电流倍数k i =5.5，起动转矩倍数k st =1.1，过载能力λ T =2.2， 设供电变压器限制该电动机的最大起动电流为900A，问：（1）该电动机可否直接起动？（2）采用电抗器降压起动，起动电抗x st 值应为多少？（3）串入（2）中的电抗器时能否半载起动？ 解：（1）直接起动电流为：I st =k i I N =5.5×230A=1265A>900A 所以不能采用直接起动。 （2）定子串电抗器后，起动电流限制为900A 则：α=I st /I? st =1265/900=1.4 短路阻抗为：Zs=√r s 2+x s 2=U N /3×I st =380/3×1265 =0.173Ω 所以r s =0.3Z s =0.3×0.173=0.052Ω x s =√Z s 2-r s 2 =√0.1732-0.0522 0.165Ω 应串接电抗值： x st =√α2x s 2+(α2-1)r s 2- x s =√1.42×0.1652+(1.42-1)×0.0522 －0.165=0.072Ω （3）串入xst=0.072Ω时的起动转矩为 T?st=1/α2T st =1/α2k st T N 1=1.42×1.1×T N =0.56T N 因为，T?st=0.56T N > T N =0.5 T N 所以可以半载起动 3、一台三相异步电动机接到50H Z 的交流电源上，其额定转速n N =1455r/min， 试求：（1）该电动机的极对数p；（2）额定转差S （3）额定转速运行时，转子电动势的频率。 解：（1）因异步电动机额定转差率很小，故可根据电动机的额定转速n N =1455 r/min,直接判断出最接近n N 的气隙旋转磁场的同步转速n 1 =1500 r/min,于是 p=60f/n 1 =(60×50)/1500=2 或 p=60f/n 1 ≈60f/n=(60×50)/1455=2.06 取 p=2 （2）s N =(n 1 －n)/n 1 =(1500－1455)/1500=0.03 （3）f 2=s N f 1 =0.03×50H Z =1.5 H Z 1.（本题10分）某他励直流电动机的额定数据为P N=54kW，U N=220V，I N=270A，n N=1150r/min，请估算感应电动势再画出固有机械特性。 2.（本题8分）画图判断变压器的联结组号。如果将副边的首端和尾端调换，又是什么联结组号？ 3.（本题7分）画出直流电动机结构原理图，标出感应电动势、励磁电流、电枢电流的方向，确定换向极极性及换向极绕组电流方向。（假设转子逆时针旋转） 第二部分??直流电动机的电力拖动 一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem 2、直流电动机的起动方法有____ ___。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。 （2） 4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（??）（F ） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（??） （T ） 3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（??） （T ） 4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（??） （F ） 5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（??） （T ） 三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2） （1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。 5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I 1和I 2，那么：（2）（1）I 1I 2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负 载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足em L dT dT dn dn ） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 一台他励直流电动机数据为：P N =，U N =110V ，I N =，n N =1500r/min ，电枢回路电阻R a =Ω，求：（1）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？（2） U=U N 条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？（3）U=U N ，Φ=ΦN 条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻？ 一直流电机的简介及结构 （一）直流电机简介 直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换装置。将机械能转换为直流电能的，称为直流发电机；将电能追安环为机械能的，称为直流电动机。直流电动机具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，因此广泛应用于启动和调速要求较高的机械上。例如：轧钢机、机床、电车、电器轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流发电机可以作为各种直流电源。例如直流电动机的电源、同步电机的励磁电源、以及化学工业方面用于电解电镀的抵押大电流直流电源等。在本次设计中只介绍和说明直流电动机，不介绍直流发电机。 与交流电机相比，直流电机的主要缺点是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，又使得直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维护比较麻烦，致使直流电机的应用受到一定的限制。不过，虽然如此，可是随着电子技术的发展，可控硅整流电源在生产上的应用越来越广泛，虽然使直流发电机的受到威胁，可是却会使直流电动机在应用中更为广泛。 （二）直流电机的结构 直流电机由静止的钉子和旋转的转子两大部分组成。定转子之间有一定的空隙，称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生电枢感应电动势或电磁转矩，主要由电磁铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件组成。如下图1-2所示： 图1-1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 1 定子部分 ①主磁极（简称主极） 主磁极用来产生气隙磁场并且在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气息磁密。主磁极由主机铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯和由1—1.5mm厚的低碳钢板冲成一定 电机原理及拖动试题及答案 一、填空(每空1分，共25分) 1. 单相异步电动机可分为________、________两大类型。 2. 6极异步电动机电源频率f=50Hz，额定转差率SN=0.04，则额定转速为nN=_____、额定工作时，将电源相序改变，则反接瞬时的转差率S=_____。 3. 同步补偿机实际上是一台_________的同步电动机，它接到电网上的目的就是为了___________。 4. 直流电机的励磁方式可分为＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿。 ＝＿＿＿、每极每相槽数ｑ＝＿＿＿、槽距角＝＿＿＿。 5. 有一台极数2P＝4，槽数Z＝24的三相单层链式绕组电机，它的极距 6、变压器空载运行时功率因数很______。 7．________型三相异步电动机可以把外接电阻串联到转子绕组回路中去。 8. 直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向________。 9. 直流电动机的起动方法有____________；______________。 10. 当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。 11. 三相异步电动机的过载能力是指_______________。 12 . 星形—三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的______倍。 13. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1按______规律调节。 14、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。 15、单迭绕组极对数为P时，则并联支路数为_______。 二、判断正误(对在括号里打√、错则打×，每小题1分，共15分) 1.( ) 电动机的额定功率是指额定运行时从电源输入的电功率。 2.( ) 一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变 3.( ) 三相异步电动机的旋转方向决定于定子绕组中通入的三相电流的相序。 4.( ) 与同容量的变压器相比较，异步电动机的空载电流小。 5.( ) Y-D降压起动适用于正常运行时定子绕组为星形联接的笼型异步电动机。 6. ( ) 变极调速时必须同时改变加在定子绕组上电源的相序。 7. ( ) 变频调速过程中按U1/f1=常数的控制方式进行控制，可以实现恒功率调速。 8. ( ) 异步电动机的功率小于7.5kW时都允许直接起动。 9. ( ) 变压器的二次额定电压是指当一次侧加额定电压，二次侧开路时的空载电压值。 10.( ) 变压器在原边外加额定电压不变的条件下，副边电流大，导致原边电流也大，因 此变压器的主磁通也大。 11. ( ) 直流电动机的人为特性都比固有特性软。 《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的主要作用是将某一等级的交流(电压 )变换成另一等级的交流 (电 压)。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于(一次侧匝数)和( 二次侧匝数)之比。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压 (变比 )的装置，以便达到调节副 边 (电压 )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( 线)电压和 (线)电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于(铁芯)的磁化所引起的(磁滞)和(涡 流 )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变 压器的空载试验一般在 (低压侧 )加压；短路试验一般在 ( 高压侧 )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm 就愈 (小)。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势 (或电压 )应(乘以变比 )、电流应 (除以变比 )、电阻 (或电抗 )应( 乘以变比的平方 )。 10、三相组式变压器各相磁路(彼此无关 )，三相芯式变压器各相磁路(彼此相关 )。 11、三相变压器组不能采用( Y/Y )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是 (额定电压与变比相等 )、( 连接组别相同 )、( 短路阻 抗的百分数相等 )。 13、当三相变压器接成星形 (Y)时，其线电压是相电压的（ 3 )倍，线电流与相电 流 (相等)。 15、变压器在运行时，当 (不变损耗)和 ( 可变 )损耗相等时，效率最高。 、三绕组变压器的额定容量是指 (最大的线圈容量 : 3 I 线 U 线)。 17 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流(小)。 20、电焊变压器实际上是一台(特殊)的降压变压器，它的外特性( 比较软 )， 短路电流 (不大)。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的(平均值 )，又称为 (计算容 量 )。 22、单相绕组的感应电势与(匝数)、(频率 )和 (每极磁通)成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势(减少)的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势(减 少 )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的 (谐波电势 )，对相电势的大小影响 ( 很小 )，主要影 响了电势的 (波形 )。 29、一台 2p＝ 8 极电机的圆周的二分之一的电角度是( 720°)。 30、单相异步电动机的主、副绕组在空间位置上应相差(90°)电角度；三相异 《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月 前言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工效率。 电机及拖动试题(一) 一、单项选择题 1、在直流电机的公式E a=C eΦn以及T e=C TΦI a中，Φ指的是( ) A、每极合成磁通量 B、所有磁极总磁通量 C、主磁通每极磁通量 D、每对极合成磁通量 2、造成他励直流电动机固有机械特性是一条略微下垂的直线原因是 （） A、负载转矩 B、电源电压 C、气隙磁通 D、电枢电阻降压 3、一台50Hz三相感应电动机的转速n=720r/min,则该电机的极数以及同步转速为（） A、4极，1500r/min B、6极，1000r/min C、8极，750r/min D、10极，600r/min 4、一台50Hz三相感应电动机的拖动额定恒转矩负载运行时，若电源电压下降10%，则此时电动机的电磁转矩T a为（） A、T aN B、0.81T aN C、0.9T aN D、＞T aN 5、在三相感应电动机等效电路中，其中附加电阻（1-s)/(sR2＇)上所消耗的电功率等于（） A、输出功率P2 B、输入功率P1 C、电磁功率P m D、总机械功率PΩ 6、一台绕线式感应电动机，在恒定负载下，以转差率s运行，当转子边串入电阻R=2R2＇（R已折算到定子边0,测得转差率将为（）A、等于原先的转差率s B 、三倍等于原先的转差率s C、两倍等于原先的转差率s D、无法确定 7、如果有一台三相感应电动机运行在转差率s=0.25的工况下，此时通过气隙传递的功率有（） A、25%的转子铜耗 B、75%是转子铜耗 C、75%是输出功率 D、全机械功率 8、三相感应电动机与电磁转矩的大小成正比的是（） A、电磁功率 B、输出功率 C、输入功率 D、全机械功率 9、电机气隙应取尽可能小的主要目的是（） A、减小附加损 B、提高功率因素 C、减小电机体积 D、提高运行可靠性 10、不能作为降低鼠笼型异步电动机堵转电流的方法是（） A、降低电源电压 B、定子边串接电抗 C、定子绕组接法 D、绝缘等级 11、绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性所具有的特点是 （）A、串接电阻越大，堵转转矩越小B、最大转矩提高 C、转差率与转子总电阻成正比 D、串接电阻越大，堵转转矩越小 12、已知一台直流电动机的额定数据如下：额定功率P N=160KW，额定电压U N=220V，额定效率ηN=90%，额定转速ηN=1500r/min，则该电机的额定电流为（） A、0.539安 B、0.08安 C、727安 D、808安 13、一台他励直流电动机的额定功率P N=20KW，额定电压U N=220v, 编号D171 适用专业（层次）：自动化（通用）使用学期：通用 山东科技大学200 —200 学年第学期 《电机拖动与控制》考试试卷（A卷）班级姓名学号 一、填空题（每空1分，共20分） 1.变压器空载试验测得的功率近似等于（）损耗。 2.变压器阻抗电压指的是（ )的比值的百分数。 3.三相异步电动机的转子电流频率与转子的转速大小有关，转速越高则转子电流频率越 （），不转时转子频率等于（）。 4.三相异步电动机工作状态与转差率有关，电动状态下转差率在（）范围内； 反接制动状态下转差率在（）范围内。 5.三相异步电动机的临界转差率与转子电阻的关系是（）。 6.三相异步电动机的转速与频率及磁极数有关：频率越高则转速越（）；磁极 数越多则转速越（）。 7.单相异步电动机的机械特性的特点是：转速为零时电磁转矩（），转速为正值时 电磁转矩（）。 8.三相同步电动机的起动方法有（）。 9.直流电动机在（）状态下，电磁转矩与转速方向相反；在 （）状态下，电枢中电动势与电流方向相同。 10.直流他励电动机若电磁转矩和主磁通不变，在不同转速下的电枢电流（）。 11.直流电动机换向器的作用是（）。 12.电动机的过载保护与短路保护区别是（）。 13.所谓零电压保护的含义是（）。 14.电动机的正反转控制设置互锁的作用是（）。 15.中间继电器的用途是（）。 二、选择题（每题1分，共10分） 1、一台电动机有两个电刷和两个集电环，则可能是：（） Ａ、他励直流电动机Ｂ、三相同步电动机Ｃ、绕线转子异步电动机 2、单相异步电动机起动方法有：（） Ａ、电容分相起动Ｂ、频敏变阻器起动Ｃ、转子串电阻起动 3、直流电动机抑制换向火花的措施有：（） 学院 课程设计课程名称：电机与拖动 题目名称：三相绕线型异步电动机转子电路 串电阻有级起动设计 学生院系：物理科学与工程技术学院 专业班级：16自动化2班 学号： 学生：吴舟帆 目录 一.三相异步电动机的综述 (3) 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 (4) 三.三相绕线型异步电动机转子电路串电阻有级起动电路图、具体过程 (5) 四.心得体会 (10) 五.参考文献 (10) 一.三相异步电动机的综述 三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。 二.三相异步电动机的起动方法、调速方法、制动方法 1. 起动方法：有级起动 容量较大的三相异步电动机一般采用有级起动，以保证起动过程中有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的起动电阻R ST 由若干级起动电阻串联，即 R ST =R ST1+R ST2+…+R STm 。起动瞬间转子串入最大起动电阻R ST ，使起动转矩为要求值 T 1，随着转速n 的增加，每当转矩T 降至希望值T 2时，切除一段起动电阻，使T 又等于T 1，T 2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩始终在起动转矩T 1与切换转矩T 2之间变化，直到全部起动电阻被切除。 2.调速方法：串级调速 在转子电路中串入一个与2s .E 频率相等，而相位相同或相反的附加电动势ad . E ，既可节能，又可将这部分功率回馈到电网中去。 3.制动方法： ①能耗制动：能耗制动的特点是制动时将电动机与三相电源断开，而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机部的电阻中，故名能耗制动。 ②反接制动：反接制动的特点是制动时旋转磁场的转向与转子的转向相反，转差率s>1,所谓“反接”意即在此。从而使电磁转矩的方向与转子转向相反，成为制动转矩 ③回馈制动：回馈制动的特点时转子转速大于同步转速，转差率s<0，电机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，故名回馈制动，又称再生制动。 四、计算题 1. 台并励直流电动机， P N = 90k^V , U N = 440V ，I N = 245A, I fN = 5 A , n ” = 750r / min , R a = 0.081 , 试求: （1） 电动机的额定输岀转矩； （2） 在额定电流时的电磁转矩; （3） 当I a =0时电机的转速； （4） 在总制动转矩不变的情况下，当电枢中串入 0.1.】电阻而达稳定时的转速。 答：1 ）电动机的额定输岀转矩 I a = I N - I fN - (245 - 5) = 240 A P 2N =TW 60 9.55 T 2N =9.55 陽=9.5590 10 N.m=1146N.m 750 n N ）在额定电流时的电磁转矩 E a =U N -I a R^ = 440-240 0.08 V = 420.8V Rm = E a l a =420.8 240W =101KW T em 二仏=9.55101 10 = 1286.07N.m 门 750 E 420 8 )当I a ：—0时电机的转速C e - 0.5611V / r 750 n N U N 440 r / min 怎 784.2 C e 「 0.5611 ）在总制动转矩不变的情况下，当电枢中串入 0.1】电阻而达稳定时的转速为: -I a & R 440-240 0.08 0.1 r /min : 707.2r /min Ce ： -；J 0.5611 2.某三相铝线变压器， S M =750kV *A,U 1N /U 2N ^10000/400V , Yyn0联接。有如下实验数据： 试求：折算到高压侧的变压器 T 形等效电路参数并画岀等效电路图（设 R 1 = R,',X^X 2 '，不需考虑温度换算） 解：（1）由空载试验数据求励磁参数 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础 2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速，T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为 什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据 折算前后动能不变的原则？ 因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的 额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如 减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运 动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分 的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω 2 《电机与拖动》课程设计 说明书 提升料车电机拖动系统设计 学生姓名 学生学号 学院名称信电工程学院 专业名称电气工程及其自动化 指导教师 2015年1月18日 摘要 该系统由电动机提供原动力，经减速器减速拖动钢丝绳来提升或下放料车。料车到达最高点和最低点是由行程开关自动关断。当提升料车时，按下提升按钮，电动机开始运转，带动传动装置运转，通过减速器将电动机的高转速降为低转速，再通过皮带传递给钢丝绳轮，然后钢丝绳轮开始转动，再通过定滑轮将料车提升，当料车到达顶部时，触碰到行程开关，电动机停止运转，料车停止上升。当卸料完成后，按下放按钮，电动机反转，原理跟上升时相同，到达地面时，触碰到行程开关，电动机停止转动，料车停止下放。 关键词电动机；拖动；传动装置；减速器 目录 1设计题目及要求 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2设计要求 (1) 1.3设计思路 (1) 2系统结构及工作原理的分析 (2) 2.1系统结构组成分析 (2) 2.2系统工作原理概述 (2) 3电动机的选择 (3) 3.1类型的选择 (3) 3.2 提升系统的负载功率 (3) 3.3确定电动机转速 (3) 3.4确定电动机型号 (4) 4电动机的校验 (5) 4.1发热校验 (5) 4.2检验过载能力 (5) 4.3校验起动能力 (5) 5减速器的选择 (7) 5.1总传动比的计算 (7) 5.2分配各级传动比 (7) 6系统原理电路图及运行分析 (8) 6.1系统原理电路图 (8) 6.2运行分析 (8) 总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (12) 1设计题目及要求 1.1设计题目 拖动对象为一料车提升系统。右图所示，料车在轨道下部装料，装完料后提升至上部料仓卸载。装料时间为3分钟，卸载时间不计，提升及下放速度最大值不超过0.4米/秒，料仓距轨道底部15米，料车自重40公斤，每次装料100公斤，企业每天分三班工作，每班提升25次，提升为接班后即开始至提升25次 结束。系统提升使用钢丝绳，钢丝绳轮的直 径为0.4米。工作现场只有三相四线制380v 交流电源，电网最大电压波动5%，通风良好， 环境干燥，现场无防爆要求。 1.2设计要求 1）要求电机拖动系统能够可靠工作，电 机温升在允许范围内。 2）设三个手动操作按钮控制电机运转， 即提升、下放、停止。 3）系统应能实现在提升到轨道顶部和下 放到底部时自动停止。 1.3设计思路 为简化设计，提升系统钢丝绳重量及摩擦阻力均可不计。并且滑轮等传送比为100%。设计时要先算出负载转矩，可根据提升速度、电机速度选择减速机。选择电机时要先确定电机类型，确定电机容量，然后还要考虑是否需要校验起动转矩、电机温升等。 电气控制系统要设计为能够实现自锁功能。 对料车提升到轨道顶部和下放到底部时自动停止问题，建议选择行程开关，通过行程开关的常开或常闭触点来设计控制电路。 课程设计说明书设计名称： 题目： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 日期：年月日 课程设计任务书 专业年级班 设计题目 微型直流电动机的数字控制器设计 姓名-学号 主要内容和具体要求 设置有正转、反转、加速、减速按键； 显示马达的运行状态（正反转、停止），显示转速；测量马达的反电动势系数； 测量马达的力矩系数； 创建马达的数学模型； 实现比例控制； 实现比例积分控制。 进度安排 6月16~17号：了解任务要求，确定具体方案 6月18~19号：电机控制程序设计 6月20~21号：键盘电路、lcd12864液晶屏子程序设计6月22~24号：上位机通信程序设计 6月25~26号：电机PI 控制设计 完成后应上交的材料 直流电机数字控制器论文 总评成绩 指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日 摘要 本文主要设计一个基于STC12C5A60S2 单片机的直流电机PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用5V 的直流电机，以MCS-51 单片机为控制核心，采用LCD12864 液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路、驱动电路和测压电路。软件设计在Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生PWM 控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制( PWM) 控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。 关键词：单片机PWM脉宽调制控制直流电机L298N驱动 《电机与拖动基础》课后习题 第一章 习题答案 1．直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。 （2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。 直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是建立主磁通。 换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件或用钢板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一个作用是构成电机磁路的一部分。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。 电枢铁心一般用原0.5mm 的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，一是用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。 换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电压。 2．一直流电动机，已知，，，，0.85r/m in 1500n V 220U kw 13P N N N ====η求额定电流N I 。 解：电动机η?=N N N I U P ， 故 A =??=?=5.6985.02201013U P I 3N N N η 3． 一直流电动机，已知，，，，0.89r/m in 1450n V 230U kw 90P N N N ====η求额定电流N I 。 解：发电机N N N I U P =， 故 A ?==3912301090U P I 3N N N 电机拖动与控制试卷 一、简答题（共40分） 1、（15分）试说明他励直流电动机的起动方法及其特点。 答:降压起动、电枢串联起动变阻器起动；降压启动的优点是：启动电流小，启动过程平滑，能量消耗少，因而在直流电力拖动系统中得到广泛应用 2、（15分）请简要介绍直流电机的各种励磁方式。 答:直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励 磁磁通势而建立主磁场的问题。不同励磁方式的直流电机有 着不同的特性，一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励 式、串励式和复励式。 3、（10分）为什么说交流异步测速发电机是交流侍服电动机的一种逆运行方式？ 答：在交流侍服电动机中，由控制绕组输入的是电压信号，通过电动机变成了转速信号在轴上输出，在交流异步测速发电机中，由外力拖动转轴转动，输入的是转速信号，通过测速发电机，输出与转速成正比的电压信号。所以就信号的转换而言，两者互为可逆运行方式，和一般发电机和电动机的能量转换是一样的，是符合可逆原理的。 二、计算题（共60分） 1、（15分）一台直流电动机改成直流发电机时，是否需要将换向极绕组重新安装？为 什么？ 答:不需改接。因为改向级绕组是与电枢回路串联的，如由电 动机改成发电机运行时，此时如转速ｎ方向不变，则电枢电流反向，而换向极所产生的磁势也反向，仍可抵消在几何中线性处的电枢反应磁势；如转速方向改变，则电流方向不变，换向极产生的作用仍然正确。 2、（15分）某台直流电动机的额定数据为：P N =10kW,U N =220V, n N =1500r/min,ηN =88.6%, 试求该电动机额定运行时的输入功率P 1及额定电流I N 。 答: 该电动机额定运行时的输入功率P 1= P N /ηN =10kw/0.886 =11.29 kW I N = P 1/U N =11290w/220v=51.3A 3、（15分）有一台三相变压器，额定容量S N =50kVA , 高压侧额定电压U 1N =10kV , 低 压侧额定电压U 2N =400V , 高低压绕组都接成星形，试求高低压侧的额定电流I 1N 和I 2N 。 解:由S N =sqrt(3) U 1N I 1N 代入数值解得I 1N =2.89A 由S N =sqrt(3) U 2N I 2N 代入数值解得I 2N =72.17A 4、（15分）某台直流发电机为单叠绕组，每极磁通为3.5×10-2Wb ，电枢总导线为152 根，转速为1200 r/min ，求电机的空载电动势。若改为单波绕组，其他条件不变，问空载电动势为210V 时，电机的转速是多少？ 解：根据公式：E=C e Φn 可知，必须先求Φ， 又由C e Φ=PN /2πa 得： ?=??==Φ35.22 60152260a PN C e 则空载电动势为： 电机拖动复习题 一、填空题（每题2分，共20分） 1. 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） 2.直流电动机的起动方法有、、。 (直接起动；降低转子端电压；转子回路串电阻) 3.直流电动机的调速有、、三种方法。 (转子串电阻调速；调压调速；弱磁调速) 4.直流发电机输出的额定功率是指。(出线端输出的电功率) 5. 单相罩极式异步电动机的转向_____ 。 (不可改变) 6.额定频率为50HZ的三相异步电动机额定转速为725r/min，该电机的极数为，同步转速为r/min，额定运行时的转差率为。 (8；750；0.03) 7.三相异步电动机的最大转矩与转子电阻。(无关) 8.绕线式异步电动机一般采用的起动方法是。(转子回路串电阻) 9.双鼠笼异步电动机按起动和运行时的情况可将上笼称为。(起动笼) 10.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) 11.当电动机的转速超过时，出现回馈制动。(理想空载转速) 12.变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将，铜损耗将（忽略漏阻抗压降的影响）。(不变；增加) 13.一个脉振磁通势可以分解为两个和相同，而相反的旋转磁通势。(幅值；转速；转向) 14.三相异步电动机根据转子结构不同可分为和两类。 (笼型异步电动机和绕线型异步电动机) 15.三相异步电动机电源电压一定，当负载转矩增加，则转速，定子电流。 (减小；增加) 16.对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩，最大转矩。(增大；不变) 17.星形一三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的倍。C 18.三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1按规律调节。(正比) 19.他励直流电动机的机械特性是指和的关系。(转速；电磁转矩) 20.异步电动机变频调速中，基速以上的调节属于恒调速。(功率) 21.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) 22.当s在范围内，三相异步电动机运行于电动状态，此时电磁转矩性质为；在的范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为。 (0~1；驱动性质；小于1；制动性质) 23.直流电动机改变线圈中电流方向是和完成的。(换向器电刷) 24.直流发电机把转换成。(机械能直流电能) 25.三相变压器的原、副绕组都可以接成。(星形或三角形) 26.交流异步电动机的转子绕组有和两种。(鼠笼型绕线型) 27.定子三相绕组中通过三相对称交流电时在空间会产生。(旋转磁场) 28.同步电机可分为、和三类。(同步发电机同步电动机同步补偿机) 1、变压器空载： 变压器空载运行仿真电路图 2、变压器负载： SN=10e3;U1N=380;U2N=220;r1=0.14;r2=0. 035;x1=0.22;x2=0.055;rm=30;xm=310;ZL= 4+j*3; I1N=SN/U1N; I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N; Z1=r1+j*x1; rr2=k^2*r2;xx2=k^2*x2; ZZ2=rr2+j*xx2; ZZL=k^2*ZL; Zm=rm+j*xm; Zd=Z1+1/(1/Zm+1/(ZZ2+ZZL)); U1I=U1N; I1I=U1I/Zd; E1I=(U1I-I1I*Z1); I22I=E1I/(ZZ2+ZZL); I2I=k*I22I; U22I=I22I*ZZL; U2I=U22I/k; % 功率因数，功率和效率 % cospsi1输入侧功率因数， cospsi2负载功率因数， p1输入有功功率， p2输出有功功率 cospsi1=cos(angle(Zd)); cospsi2=cos(angle(Z1)); p1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1; p2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2; eat=p2/p1; % 损耗 % lml励磁电流， pfe铁损耗， pcu1原边铜损耗， pcu2副边铜损耗 ImI=E1I/Zm; pFe=abs(ImI)^2*rm; pcu1=abs(I1I)^2*r1; pcu2=abs(I2I)^2*r2; % 数据输出 disp('原边电流='),disp(abs(I1I)); disp('副边电流='),disp(abs(I2I)); disp('副边电压='),disp(abs(U2I)); disp('原边功率因数='),disp(cospsi1); disp('原边电流='),disp(p1); disp('副边功率因数='),disp(cospsi2); disp('副边功率='),disp(p2); disp('效率='),disp(eat); disp('励磁电流='),disp(abs(ImI)); disp('铁损耗='),disp(pFe); disp('原边铁损耗='),disp(pcu1); disp('副边铜损耗='),disp(pcu2); 3、他励直流电动机转矩特性： % 直流电机转矩特性分析 % 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motoe_torque) %.................................... ....... % 下面输入电机基本数据 Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2; % 下面输入750r/min时的空载特性实验数据（Ifdata-是励磁电流，Eadata-是感应电动势） Ia=0:.01:15; %.................................... ...... % 计算他励电机外特性 Temt=Cm*k*Ia; plot(Ia,Temt,'r') xlabel('Ia[A]') ylabel('Tem[N*m]') 电机拖动试题库及答案 《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的主要作用是将某一等级的交流（电压）变换成另一等级的交流（电压）。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于（一次侧匝数）和（二次侧匝数）之比。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压（变比）的装置，以便达到调节副边（电压）的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的（线）电压和（线）电流。 6变压器空载时的损耗主要是由于（铁芯）的磁化所引起的（磁滞）和（涡流）损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在（低压侧）加压；短路试验一般在（高压侧）加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈（小）。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势（或电压）应（乘以变比）、电流应（除以变比）、电阻（或电抗）应（乘以变比的平方）。 10、三相组式变压器各相磁路（彼此无关），三相芯式变压器各相磁路（彼此相关）。 11、三相变压器组不能采用（丫/Y ）连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是（额定电压与变比相等）、（连接组别相同）、（短路阻抗的百分数相等）。 13、当三相变压器接成星形（Y）时，其线电压是相电压的（.3）倍，线电流与相 电流（相等）。 15、变压器在运行时，当（不变损耗）和（可变）损耗相等时，效率最高。 17、三绕组变压器的额定容量是指（最大的线圈容量：.3 1线U线）。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流（小） 20、电焊变压器实际上是一台（特殊）的降压变压器，它的外特性（比较软）， 短路电流（不大）。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的（平均值），又称为（计算容量）。 22、单相绕组的感应电势与（匝数）、（频率）和（每极磁通）成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势（减少）的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势 （减少）的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的（谐波电势），对相电势的大小影响（很小），主要影响了电势的（波形）。 电机及拖动基础试题及答案 电机与拖动试卷及参考答案 一、、填空题（每空1分，共30分） 1.直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相反），因此电磁转矩为（阻力）转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向（相同），因此电磁转矩为（动力）转矩。 2.接触器主要由（电磁机构）、（触点系统）、（灭弧装置）等三大部分组成。 3 .空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构）、（触点系统）和（延时机构）三部份组成。若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180度）。 4、用丫-△降压起动时，起动电流为直接用△接法起动时的（1/3 ），所以对降低（起动电流）很有效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时（1/3 ）,因此只 适用于空载或轻载启动。 5、反接制动时，当电机转速接近于（0）时，应及时（切断电源），防止电机（反转）。 6、伺服电动机为了防止（反转）现象的发生，采用（增大转子电阻）的方法。 7、步进电动机是一种把（电脉冲）信号转换成（角位移或线位移）信号的控制电机。 8、分磁环的作用是使（产生的合成吸力始终大于弹簧的反作用力），以消除（衔铁的振动和噪声）现象；三相交流电磁机构是否需要分磁环（不需要）。 9 .单相异步电动机定子绕组中产生的磁场是（脉动磁场），可分解为（正向旋转磁场）和（反向旋转磁场）两部分。 10.熔断器又叫保险丝，用于电路的（短路）保护，使用时应（串）接在电路中。 二、判断题（每小题1分，共10分）。 （x ）1.一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均 可使用。 （x ）2.三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。 (X ) 3.交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。 (X )4.转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。 (X ) 5.三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。 (X ) 6.使用并励电动机时，发现转向不对，应将接到电源的两根线对调以下即可。 (X ) 7.电流、电压互感器属于特殊变压器。电压互感器二次侧禁止开路，电流互感器二次侧禁止短路。 (V ) 8.三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。 (V ) 9.刀开关安装时，手柄要向上装。接线时，电源线接在上端，下端接用电器。 (X ) 10.单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。 三、简述题(每小题5分，共15分) 1.直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？ ( 5分) 答：起动瞬间转速n=0,电动势E a=C e①n=0,最初起动电流I N U^R a。若直接起动，由于R a很小，1st会达到十几倍甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。 2.异步电动机中的空气隙为什么做得很小？ 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流(空载电流) ，从而提高电动机电机与拖动基础试题及答案
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