电气传动平时作业答案

第1章电气传动系统动力学基础

、问答题

1?电气传动系统力学方程式中，T M , T L和门的正方向是如何规定的？如何表示

它的实际方向？

答：拖动转矩Tem与规定正向相同取正，相反取负；负载转矩T L与规定正向相同

取负，相反取正。惯性转矩Jd」/dt的大小及正负符号由拖动转矩Tem及负载转

矩T L的代数和来决定。

3. 从动力学方程式中如何看出系统是处于加速、减速、匀速等运动状态。

答：运动方程式S=S(t),其S关于时间t的导数即为瞬时运动速度：V(t)=s'(t), 瞬时速度V(t)关于时间t的导数即为瞬时运动加速度：a(t)=V'(t)=S''(t).

故可知：a(t)>0 , a(t) v 0, a(t) = 0时，相对于系统处于加速的,减速的，稳定的工作状态；

当V(t)=s'(t)=O 时，系统处于静止状态或匀速运动.

4. 分析多轴电气传动系统时为什么要折算为单轴系统？折算的原则是什么？

5. 为什么低速轴转矩大？高速轴转矩小？

答:转矩为力与力矩的乘积，一般来说，高速轴上的径向力要比低速轴上的径向力小，所以在力矩相差无几的情况下，低速轴的转矩要比高速轴的转矩大。

6. 起重机提升和下放重物时，传动机构的损耗由电动机承担还是重物承担？提升

和下放同一重物时，传动机构损耗的大小如果相同，传动机构的效率是否相等？答：电动机。相等。

7. 负载的机械特性有哪几种类型？各有什么特点？

答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。风机、泵类、负载特性的特点是其转矩与转速的二次方成正比即，这类生产机械只能单方向旋转。恒功率负载特性的特点是在不同速度下负载转矩与转速n 差不多成反比即常数。

8. 什么叫稳定运行？电气传动系统稳定运行的条件是什么？

答：电气传动系统的稳定运行为了使电气传动达到稳定运行，必须根据工作机

械的机械特性正确选择电动机的型式。一、机械特性f机械特性是指转矩和转

速两个物理量之问的关系特性、不同的电动机有不同的机械特性， 不同的工作机 械（电动机的负载）也有不同的机械特性.只有将电动机的机械特性和工作机械 的机械特性很好地配合起来才能实现合理的运行。1）电动机的机械特性曲线和生 产机械的特性曲线有交点（即拖动系统的平衡点）。⑵当转速大于平衡点所对应 的转速时，应有TM V TL ;而当转速小于平衡点所对应的转速时，TM>TL 。

只有满足上面两个条件的平衡点，才是拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的 特性配合，系统在受外界干扰后，才具有恢复到原平衡状态的能力而进入稳定运 行。

第2章 直流电动机的传动特性

、问答题

1?简述直流电动机的结构和工作原理。

答：当用原动机拖动电枢逆时针方向旋转，

线圈边将切割磁力线感应出电势, 右手定则确定。由于电枢连续旋转，线圈边 ab 、cd 将交替地切割N 极、S 极下的磁力线,

每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的，线圈内的感应电动势是交变电动

势，但由于电刷和换向器的作用， 使流过负载的电流是单方向的直流电流， 这一直流电流 般是脉动的。在图中，电刷A 所引出的电动势始终是切割 N 极磁力线的线圈边中

的电动势，它始终具有正极性；电刷B 始终具有负极性。这就是直流发电机的工 作原理。

2. 直流他励电动机的机械特性指的是什么？是根据哪几个方程式推导出来的?

T _T

二竺空 机械性能的主要表现， 它与负载的机械特性

，运动方程式 —-L 二相 联系，将决定拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。

机械特性中的-是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩 「，即 在一般情况下，因为空载转矩 --相比」或二很小，所以在一般的工程计算中可以略去 亠■'，

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3. 如何绘制直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性？

4. 电动机的特性硬度是如何定义的？它和静差率有什么区别？

电势方向可据 答：电动机的机械特性是指电动机的转速

'与转矩丄的关系：' 。机械特性是电动机

I 是不同的，其间差一空载转矩

答：机械特性硬度是说电动机的转速与电流之间的关系，在相等的电流变化下，转速

变化越小，硬度就越大。定子磁场转速和转子转速之差称为转速差，转速差与旋转磁场转速

的比值称为异步电机的转差率

5. 直流他励电动机为什么不能直接起动？

答:直流电动机起动时，转速为零，内部没有反电势，所以起动电流=电网电压/

电枢电阻，（电枢电阻很小）起动电流很大，1）绕组不允许通过太大的电流；

2）很大电流产生很大起动转矩，电机机械强度有限，承受不了。

微小直流电动机可以直接起动，因为其转动惯量小，能很快转起来建立起反电势，

限制起动电流。

6. 直流他励电动机有哪几种限制起动电流的起动方法？

答：电机的软起动主要采用如下方式：1、降低电源电压启动2、降低电源频率启动3、降低励磁电流启动

软启动器主要采用可控硅移相来降低电机电压，实现软启动。

所谓电机的软启动，实质就是电机以较低的电流慢速启动，这样对电网的冲击小，同时可以降低变压器和控制电路的负荷裕量，同时提高设备的使用寿命。一般交

流电机直接启动时，启动电流是试运行电流的6~10倍，而采用软启动技术后，启动电流降低到1~3倍。

软启动器主要采用可控硅移相来降低电机电压，实现软启动。

7. 直流他励电动机有哪几种调速方法？各有什么特点？

答：一是调节电枢电压，二是调节励磁电流，

而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，

所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，

常用的一是可控硅调压法，再就是脉宽调制法（PWM）不同的需要，采用不同的调速方式，应该说各有什么特点。

1. 在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在0~基速以下范围内调速。不能达到电机的最高转速。

2. 在电枢全电压状态，调激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。不能得

到电机的较低转速。

3. 在全磁场状态，调电枢电压，电枢全电压之后，弱磁升速。适合应用在调速范

围大的情况。这是直流电机最完善的调速方式，但设备复杂，造价高。

8. 直流他励电动机有哪几种制动方法？各有什么特点? 答：直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动机械制动就是抱闸，是电动的抱闸。

反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源，使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，防止电动机真的反转

9. 什么叫做电气传动系统的过渡过程？引起过渡过程的原因有哪些？

答：当系统中的转矩或负载转矩发生改变时,系统就要由一个稳定的运转状态变化到另一

个稳定运转状态,这个变化过程称为过渡过程。系统转矩平衡关系被破

坏。内因一贮能的惯性元件。（机械惯性、电磁惯性和热惯性）

10. 电气传动系统的机电时间常数是什么？它对系统的过渡过程有什么影响？答：机电时间常数直接影响机电传动系统过渡过程的快慢，机电时间常数大，则过渡过程进行得慢；反之，则过渡过程进行得快。所以，机电时间常数是机电传动系统中非常重要的动态参数。

11. 在中小型直流他励电动机的电气传动系统中，为什么一般情况下只考虑机械惯性？答：如电机运行发热时，电枢电阻和励磁绕阻电阻都会变化，从而会引起电流Ia 和磁通①的变化。但是由于热惯性较大，温度变化较转速、电流等参量的变化要慢得多，一般可以不考虑，而只考虑机械惯性和电磁惯性。由于有机械惯性和电磁惯性，在对机电传动系统进行控制（如启动、制动、反向和调速）过程中，如果系统中电气参数（如电压、电阻、频率）发生突然变化或传动系统的负载突然变化时，传动系统的转速、转矩、电流、磁通等也会变化，并要经过一定的时间达到稳定，从而形成机电传动系统的电气机械过渡过程。相比之下，电动机的电磁惯性比机械惯性要小得多，对系统运行影响也不大，则可只考虑机械惯性

12. 一直流他励电动机拖动提升机构，当电动机拖动重物匀速上升时，突然将电枢电压反接，试利用机械特性说明：

（1）从反接开始到达到新的稳定运行状态期间，电动机经历了哪几个过程？最后稳定在什么运行状态？

（2）每一过程中，n、J及T M是如何变化的？

13. 当提升机下放重物时，欲使他励电动机获得低于理想空载转速的速度，应采取什么制动方法？

答：采用能耗制动或倒拉反转反接制动。

14. 采用能耗制动和电源反接制动时，为什么要在电枢回路中串入电阻？哪种情况串入的电阻大？答：不串入制动电阻的话，会使制动电流过大，马达发热；另外，还会使马达停

下来的速度太快，做成冲击，加快设备的损坏。但如果电阻太大时，制动的功率

不足，达不到效果，电阻太小时，会使制动电流过大，马达发热，具体要看马达功率的大小，负载的情况（特别是转动的惯性）来定的。一般情况下，电压反接制动时电阻会大些。

第 3 章交流电动机的传动特性

一、问答题

1. 将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为

什么？

答：果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两

根线对调，即使B相遇C相绕组中电流的相位对调，此时A相绕组内的电流导前于

C相绕组的电流2n A因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转，与未对调的旋转方向相反.

2. 当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

答：因为负载增加n减小，转子与旋转磁场间的相对转速（n0-n）增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高.

3. 三相异步电动机带一固定负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩及转

速有无变化？如何变化？

答：若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变.

4. 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对

电动机有何影响？

答：电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.

5. 三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能起动？而在运行时断了一根，为什

么仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？

答：三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转

子而产生两个方向相反的转矩，而且转矩大小相等。故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能自行启动，而在运行时断了一线，仍能继续转动转动方向的转矩大于反向转矩，这两种情况都会使电动机的电流增加。

6. 三相异步电动机为什么不运行在T max或接近T max的情况下？

答：根据异步电动机的固有机械特性在Tmax或接近Tmax的情况下运行是

非常不稳定的，有可能造成电动机的停转。

7. 三相笼型异步电动机的起动电流一般为额定电流的4?7倍，为什么起动转矩只有额

定转矩的0.8?1.2倍？

答：当三相鼠笼型异步电动机起动时由于转子绕组与电枢磁场的相对运动速度最大，起动时笼条切割旋转磁场的速度最大，所以感应电势最大，转子电流也很大就是电动机在启动瞬间的转速为零，反电势尚未建立起来，所以外电压全部加在没有反电势

的定子绕组上，其电路电流瞬间就是外电压除以绕组的电阻，所以转子绕组感应电势与电流均最大，但此时转子回路的功率因数却很小，所以起动转矩不大。

8. 三相异步电动机能在低于额定电压下长期运行吗？为什么？

答：低于正常电压的5％，带负荷是允许的，这是因为供电压有可能不够或者是自

身的负荷大。但是超过这个最低限度，长期运行肯定会导致线圈发热，这样的话会加速电机的老化，缩短其使用寿命。

9. 笼型异步电动机的起动方法有哪几种？各有何优缺点？各适用于什么场合？

答：1、直接起动，电机直接接额定电压起动。

2、降压起动：

（1）定子串电抗降压起动

（2）星形-三角形启动器起动

（3）软起动器起动

（4）用自耦变压器起动

三相异步电机降压起动方式选择比较（1）实行降压起动的目的是为了减小线路的浪涌，保障变压器正常供电。电机直接启动它的启动电流是额定电流的7 倍。

（2）星-三角降压起动：启动电流是额定电流的2.3 倍。但星三角启动的力距较小，只能轻负载的电机可以启动。一般叫重负启动荷设备不能用。星三角启动造价轻、体积小、操作方便。

（3）软起动：软启动是，由变频器无级变速启动，一般用于须要调速的设备上，而单一为启动电机的基本不用。造价最大、使用方便、运行平稳。

（4）自耦变压器降压起动：自耦变压启动由于它可以按要求调整启动电流，所以它的启动力距比较大，适合重负载启动，或大型机械设备。它的体积大、造价也大、操作麻烦。

10. 三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载起动时，起动电流是否相同？起动转矩是否相同？

答：三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启动转矩都相同。Tst=KR2u2/(R22+X220) I=4.44f1N2/R 与U，R2，X20 有关

11. 绕线转子异步电动机采用转子串电阻起动时，所串电阻越大，起动转矩是否也越

大？

答：线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大

12. 为什么绕线转子异步电动机在转子串电阻起动时，起动电流减少而起动转矩反而增大？

答：T st=KR2U2/ (R22+X202) 当转子的电阻适当增加时，启动转聚会增加。

13. 异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？