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电机与拖动试卷A及参考答案


电机与拖动试卷 A 及参考答案 一、填空题(每小题 1 分,共 30 分) 1.在变压器的一次和(二次)绕组之间只有(磁)的耦合,却没有(电)的联系。 2.单相变压器的额定容量为 SN=(

U 1N I1N )=( U 2 N I 2 N

)。

3 .变压器 一次绕 组的匝数 N1 与二次 绕组 匝数 N2 之 比

称为变压 器的 变压比 K ,即 , K= (

N1 N 2

)= (

U 1N U 2 N

) = ( I 2N

I 1N

)。

4.当 N 2 变压器。

? N1 时,则 U 2 ? U1 ,为(

升 )变压器,若 N 2

? N1 ,则 U 2 ? U1 ,为(

降 )

5.变压器一次绕组电流的大小取决于二次绕组上的( 电流 )大小,即( 负载 )大小。 6.反接制动时,使旋转磁场反向转动与电动机的转动方向( 相反 )。 7.三相异步电动机是利用定子绕组中三相交流电产生的( 旋转磁场 )与转子绕组内的( 电流的有功分量 )相互作用而旋转的。 转子

8.当旋转磁场具有 P 对磁极时,旋转磁场的转速为( 9.转速差与同步转速的比值称为( 转差率 )。

60 f 1 P

)。

10.异步电动机中的定子绕组相当于变压器的(

一次绕组

)。

11.当Tem>TL 时,Δn/Δt>0 ,电力拖动系统处于(加速运行)状态; 当Tem<TL 时,Δn/Δt <0 ,电力拖动系统处于(减速运行)状态。

12.凡用于 1200V 及以下的交流或 1500V 及以下的直流电路中,起通断保护,控制作用的电器叫 ( 低压电器 )。 13.变压器的作用是变( 电压 ) 、变( 电流 )、变( 阻抗 )。 14.在三相异步电动机的定子中布置有相隔(120° )电角度的对称三相绕组。 15. 直流电动机有两种常用起动方法(电枢回路串电阻起动)(降压起动)。 16.交流测速发电机的输出电压和频率与转速关系为:交流测速发电机的输出电压 U2 与(转速 n) 成正比,输出频率 f2 等于(励磁电源频率 f1);转向改变时,输出电压的相位变化(180° )电角 度。 第 1 页 共 12 页

三、简答题(每小题 5 分,共 15 分) 1、如何确定换向极的极性,换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联? 答:使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言,换向极极性和电枢要 进入的主磁极极性相同;而对于直流电动机,则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。换 向极绕组与电枢绕组相串联的原因是:使随着电枢磁场的变化,换向极磁场也随之变化,即任何 负载情况下都能抵消电枢反应的影响。 2、变压器的电源电压过高为什么会烧坏? 答:引起 Φm 过大,使变压器中用来产生磁通的励磁电流(即空载电流 I0)大大增加而烧坏。

3、三相异步电动机为什么会转,怎样改变它的转向? 答: (1)定子三相绕组通以三相对称交流电流产生一个以同步速 n1 转动的旋转磁场。 转向与电 流相序有关。 (2)转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势,其方向由”右手定则”确定,转子绕 组自身闭 合,便有电流通过。 (3)转子导体中的电流(有功分量)在定子旋转磁场作用下受到电磁力的作用,其方向 由” 左手 定则” 确定, 这些力对转轴形成电磁转矩, 它与旋转磁场方向相同 (即与相序一致) , 于是 在该转矩驱动下,转子沿着转矩方向旋转,从而实现了能量转换。 改变相序即可改变三相异步电 动机的转向。

四、作图题(共 23 分) 1. 试画出既可点动,又可连续运转的控制电路,并且有必要的保护环节。 (6 分)

第 2 页 共 12 页

2.试画出两台三相电动机 M1、M2 电气控制电路,要求 M1 先启动,M2 后启动,停止时两台同 时停止,并且有必要的保护环节。(8 分)

3.分析下图(a) 、 (b ) 、 (c)控制电路中各有何缺点或问题?在图中作出改正。(9 分)

第 3 页 共 12 页

五、计算题(共 22 分) 1.一台单相变压器额定容量 S N

? 250kVA ,额定电压

U 1N 10kV ,试求一、二次侧额定 ? U 2 N 0.4kV

电流 I 1 N , I 2 N 。 ( 6分 )

解:I1N I 2N

SN 250?103 ? ? ? 25A U 1N 10?103

SN 250?103 ? ? ? 39.68A U 2N 6.3 ?103

2.一台三相异步电动机 PN=10kW,UN=380V,Δ 接法,n=1455r/min,cosφ=0.85,η=0.88,求: 额定转差率 sN、额定电流 IN 和额定转矩 TN 。(8 分)

第 4 页 共 12 页

解:s N ?

n0 ? n N 1500? 1455 ? ? 0.03 n0 1500 PN 10 ? 10?3 3 ? 380? 0.88 ? 0.85

? PN ? 3U N I N? N cos? N ?IN ? 3U N? N cos? N ? ? 20A

TN ? 9.55

PN 10 ? 10?3 ? 9.55 ? ? 65.6 N .m nN 1455

3.一台步进电动机的转子齿数为 ZR=40,三相单双六拍工作方式,电源频率 1000Hz,求步距角 θS 和转速 n。( 8分 )

解: (1)步距角?为:

? ? 360? / NZ R ? 360? / 6 ? 40 ? 1.5?
(2)步进电动机的转速为: n ? 60 f/NZ R ? 60? 1000/ 6 ? 40 ? 250r / min
四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种? (他励;自励(包括并励,串励和复励)) 2、如何确定换向极的极性,换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联? (使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言,换向极性和电枢要进 入的主磁极性相同;而对于直流电动机,则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。 换向极绕组与电枢组相串联的原因是:使随着电枢磁场的变化,换向极磁场也随之变化,即任 何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。) 3、试比较他励和并励直流发电机的外特性有何不同?并说明影响曲线形状的因素。 (并励直流发电机的外特性比他励的软。 他励:影响因素有两个 (1)随着 Ia 增加,IaRa 增加,使 U 下降; (2) 随着 Ia 增加,电枢反应附加去磁作用增强,使磁通φ 减少,电枢电动势 Ea 减少,最后使 U 下降。 并励:影响因素有三个 (1) 随着 Ia 增加,IaRa 增加,使 U 下降; (2) 随着 Ia 增加,电枢反应附加去磁作用增强,使磁通φ 减少,电枢电动势 Ea 减少,最后使 端电压 U 下降。 (3) 两端电压下降,磁通φ 下降,电枢电动势 Ea 进一步减少,端电压 U 进一步下降。) 第 5 页 共 12 页

4、一台并励直流发电机并联于电网上,若原动机停止供给机械能,将发电机过渡到电动机 状态工作,此时电磁转矩方向是否变?旋转方向是否改变? (电磁转矩方向改变,电机旋转方向不变。) 五、计算题 1、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:PN=3.5kW,UN=220V,I N=20A,nN=1000r/min,电枢电 阻 Ra=1Ω ,△Ub=1V,励磁回路电阻 R1=440Ω ,空载实验:当 U=220V,n=1000r/min 时,I0=2A,试 计算当电枢电流 I a=10A 时,电机的效率(不计杂散损耗)。 解:励磁电流: I f

?

Uf Rf

?

220 A ? 0.5 A 440
2 f

励磁损耗: P Cuf 空载时:

? Rf I ?

U2 f Rf

?

2202 ? 110W 440

? UI0 ? 220 ? 2W ? 440W 励磁功率: Pf ? 110W
输入功率: P 1 电枢铜损耗: P Cua
2 ? Ra Ia ? Ra (I0 ? I f )2 ? 2.25W
2 ? 2?UbIa ? 2 ?1?1.5W ? 3.0W

电刷接触损耗: P Cub 附加损耗: P ad 则: P mec 当 Ia

?0

' ? PFe ? P ? PCub ? P W 1 ? Pf ? P ad ? 324.75 Cua

? 10 A 时, I ? I a ? I f ? 10.5 A ? UI ? 220 ?10.5W ? 2310W

输入功率: P 1

2 2 P W Cua ? Ra I a ? 1?10 W ? 100

Pf ? 110W
P W ? 20W Cub ? 2?Ub I a ? 2 ?1?10
输出功率: P 2 效率: ?

?P W 1 ? ?P ? P 1 ?P Cua ? Pf ? P Cub ? ( P mec ? P Fe ) ? 1755.25

?

P2 ?100% ? 75.98% P 1

2、一台并励直流发电机,铭牌数据如下:PN=6kW,UN=230V,nN=1450r/min,Ra=0.57Ω (包 括电刷接触电阻),励磁回路总电阻 Rf=177Ω ,额定负载时的电枢铁损 PFe=234W,机械损耗为 Pmec=61W,求:(1)额定负载时的电磁功率和电磁转矩。(2)额定负载时的效率。 解:(1) P 2

? PN ? 6kW
第 6 页 共 12 页

If ?

Uf Rf

?

220 A ? 1.3 A 177

Pf ? Rf I 2 W f ? 299
IN ? PN 6000 ? A ? 26.1A UN 230

Ia ? I N ? I f ? 27.4 A
2 P W Cua ? Ra I a ? 427.9

所以

P W em ? P 2 ?P Cua ? Pf ? 6726.9
Tem ? Pem 6726.9 ? N ? m ? 44.3N ? m ? 2? ?1450 60

(2) P 1

?P W em ? P mec ? P Fe ? 7021.9
P2 ?100% ? 85.45% P 1

??

3、一台并励直流发电机,铭牌数据如下:PN=23kW,UN=230V,nN=1500r/min,励磁回路电阻 Rf=57.5Ω ,电枢电阻 Ra=0.1Ω ,不计电枢反应磁路饱和。现将这台电机改为并励直流电动机运行, 把电枢两端和励磁绕组两端都接到 220V 的直流电源:运行时维持电枢电流为原额定值。求(1) 转速 n;(2)电磁功率;(3)电磁转矩。 解: I f

?

U N 230 ? A ? 4A R f 57.7

IN ?

PN 23 ?103 ? A ? 100 A UN 230

I a ? I N ? I f ? 104 A
2 P W Cua ? Ra I a ? 1081.6

(1) Ea

? U N ? Ra I a ? 240.4V
Ea ? 0.1603 nN
第 7 页 共 12 页

Ce ? ?

电动机运行: Ea

? U N ? Ra I a ? 209.6V
220 220 Ce ? ? ? 0.1603 ? 0.1533 230 230

Ce ? ' ?

n?
(2) P em

Ea ? 1367r / min Ce ? '

? Ea I a ? 21.798kW
? Pem 21.798 ?103 ? N ? m ? 152.27 N ? m ? 2? ?1367 / 60

(3) Tem

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

dTem dTL ? 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。) 五、计算题: 一台他励直流电动机数据为:PN=7.5kW,UN=110V,I N=79.84A,nN=1500r/min,电枢回路电 阻 Ra=0.1014Ω ,求:(1)U=U N,Φ =Φ N 条件下,电枢电流 Ia=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 TN 不变时,电动机电枢电流与转速是多少?(3)U=U N,Φ =Φ N 条件下,负载转矩为 0.8TN,转速为(—800)r/min,电枢回路应串入多大电阻? 解:(1) Ce ? N

?

U N ? Ra I N ? 0.068 nN

n?

U N ? Ra I a ? 1528r / min Ce ? N

(2) TN 不变时, Tem 不变,即 CT ? N I N

? CT ?I a

Ia ?

?N ?N IN ? I N ? 93.93 A ? 0.85? N

第 8 页 共 12 页

n?

U N ? Ra I a ? 1738r / min Ce ?

(3)不计空载转矩时, Tem

? TL ,故:
PN ? 38.2 N ? m nN

Tem ? 0.8TN ? 0.8 ? 0.955 UN R ? RB ? a Ce ? N CeCT ? 2 N

n?

解得: RB

? 2.69?

六、计算题 1、三相变压器额定容量为 20kV·A,额定电压为 10/0.4 kV,额定频率为 50HZ,Y,y0 联结, 高压绕组匝数为 3300。试求:(1)变压器高压侧和低压侧的额定电流;(2)高压和低压绕组的 额定电压;(3)绘出变压器 Y,y0 的接线图。 解:(1) I1N

?

SN ? 1.16 A 3U1N SN ? 28.87 A 3U 2 N
U1N ? 5.774kV 3 U2N ? 0.231kV 3

I2N ?

(2) U1NP

?

U 2 NP ?

2、 一台 SN=100kV·A, U1N /U2N=6/0.4 kV, Y, y0 联结的三相变压器, I0%=6.5%, P0=600W, us=5%, PSN=1800W,试求:(1)近似等效电路参数标么值;(2)满载及 cosφ 2=0.8(滞后)时的二次端 电压和效率;(3)产生最大效率时的负载电流及 cosφ 2=0.8(φ 2>0°)时的最大效率。 解:(1)由空载试验数据求励磁参数
* Zm ?

1 ? 15.38 * I0

第 9 页 共 12 页

* Rm ?

P0* ? 1.42 *2 I0

* *2 *2 Xm ? Zm ? Rm ? 15.31

由短路试验数据求短路参数
* * ZS ? US ? 0.05

* * RS ? PSN ?

PSN ? 0.018 SN

* *2 *2 XS ? ZS ? RS ? 0.467

(2) ?U

* * ? ? (RS cos?2 ? X S sin ?2 ) ?100% ? 4.24%

U2 ? (1 ? ?U )U2 N ? 383V

? ? (1 ?
(3) ? m

P0 ? ? 2 PSN ) ?100% ? 97.1% ? S N cos ?2 ? P0 ? ? 2 PSN

?

P0 ? 0.577 PSN
SN 3U 2 N 83.3 A

I 2 ? ?m I 2 N ? ?m ?

?max ? (1 ?

2 P0 ) ?100% ? 97.5% ? m S N cos ?2 ? 2 P0

五、计算题 1、已知一台三相四极异步电动机的额定数据为:PN=10kW,UN=380V,IN=11.6A,定子为 Y 联 结, 额定运行时, 定子铜损耗 PCu1=560W,转子铜损耗 PCu2=310W, 机械损耗 Pmec=70W, 附加损耗 Pad=200W, 试计算该电动机在额定负载时的: (1)额定转速; (2)空载转矩; (3)转轴上的输出转矩; (4 ) 电磁转矩。 解:(1) P em

? P2 ? Pmec ? Pad ? P Cu 2 ? 10.58kW

第 10 页 共 12 页

sN ? P Cu 2 / P em ? 0.0293 nN ? (1 ? sN )n1 ? 1456r / min
(2)

T0 ?

Pmec ? Pad ? 1.77 N ? m ?

(3) T2

?

P2 ? 65.59 N ? m ?N

(4) Tem

? T2 ? T0 ? 67.36N ? m

2、 已知一台三相异步电动机, 额定频率为 150kW, 额定电压为 380V, 额定转速为 1460r/min, 过载倍数为 2.4,试求:(1)转矩的实用表达式;(2)问电动机能否带动额定负载起动。

TN ? 9550
解:(1)

PN ? 981.2 N ? m nN

Tm ? ?mTN ? 2355N ? m
根据额定转速为 1460r/min,可判断出同步转速

n1 =1500

r/min,则额定转差率为

sN ?

n1 ? nN ? 0.027 n1

2 s m ? s N (?m ? ?m ? 1) ? 0.124

转子不串电阻的实用表达式为:

T?

2Tm 4710 ? s 0.124 s sm ? ? 0.124 s sm s

(2)电机开始起动时,s=1,T=Ts,代入实用表达式得:

Ts ?

因为

Ts ? TN ,故电动机不能拖动额定负载起动

4710 ? 575N ? m 1 0.124 ? 0.124 1

五、计算题

第 11 页 共 12 页

一台三相笼型异步电动机的数据为 PN=40kW,UN=380V,nN=2930r/min,η N=0.9, cosΦ N=0.85, ki=5.5, kst=1.2,定子绕组为三角形联结,供电变压器允许起动电流为 150A,能否在下列情况下 用 Y—△降压起动? (1)负载转矩为 0.25TN;(2)负载转矩为 0.5TN。

IN ?
解:额定电流 直接起动电流

PN 3U N? N cos? N

?

40?103 A ? 79.44A 3 ? 380? 0.9 ? 0.85

I st ? kI I N ? 5.5 ? 79.44A ? 437A

采用 Y-Δ 降压起动时

1 1 ? ? I st ? ? 437 A ? 145 .7 A ? 150 A I st 3 3 起动电流:
1 1 1 ? ? Tst ? ? k st TN ? ?1.2TN ? 0.4TN Tst 3 3 3 起动转矩:

五、计算题 1、一台隐极三相同步发电机,定子绕组为 Y 联结,UN=400V,IN=37.5A,cosΦ N=0.85(滞 后),xt=2.38Ω (不饱和值),不计电阻,当发电机运行在额定情况下时,试求:(1)不饱和 的励磁电动势 E0;(2)功率角 δ N;(3)电磁功率 Pem;(4)过载能力 λ 。 解: U NP

? U N / 3 ? 400/ 3V ? 231 V

? ?U ? ? jX I ? E ?00 ? j 2.38? 37.5? ? 31.790 ? 278? j75.86 ? 288.2?15 OP NP t NP ? 231
(1) E0 (2) ? N (3) P em

? 3E0P ? 3 ? 288.2V ? 499.1 V
? 15.260
? P2 ? m E0U N 288.2 ? 231 sin ? N ? 3 ? sin 15.260 kW ? 22.087kW Xt 2.38

??

1 1 ? ? 3.8 sin ? N sin 15.260

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