电机与拖动基础试题及答案

电机与拖动基础试题及答案（简答题）

简答题

1变压器铁心为什么要用涂有绝缘的薄硅钢片叠成？若在铁心磁回路中出现较大的间隙，对变压器有何影响？ 答：铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁损耗，用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心，可以大大减少铁损耗。若在铁心 磁回路中出现较大的间隙，则主磁通所经过的铁心磁回路的磁阻就比较大，产生同样的主磁通所需要的励磁磁动势和 励磁电流就大大增加，即变压器的空载电流会大大增加。

2. 画出单相变压器负载时的各种磁通及其产生的感应电动势的关系图。 答：变压器负载时各种磁通及其产生的感应电动势的关系如下图：

3. 为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损耗？为什么短路损耗可以近似看成铜损耗？

答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。

变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电 压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零， 没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略 不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值， 铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时铁 损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。

4.

变压器的Rm 、Xm 各代表什么物理意义？磁路饱和与否对 Rm 、Xm 有什么影响？为什么要求 Xm 大、Rm 小? 答：Rm :变压器的励磁电阻，它是反应变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。

Xm :变压器的励磁电抗， 反应

了主磁通对电路的电磁效应。 Rm 、Xm 都随磁路饱和程度增加而下降。 Xm 越大、Rm 越小时，主磁通一定时，铁耗越小，所以希望Xm 大、Rm 小。为此变压器铁心材料都用导磁性能好

（磁

阻小）、铁损小、0.35mm 厚冷轧硅钢片叠成。 5 ?根据电流互感器副边短路后的电磁关系，说明为什么不能开路。

答：开路后副边电流的去磁作用消失，原边电流全部用来励磁，使得铁心磁通过度饱和，畸变，铁心发热，原边副边 感应出高电压，危险。 6 ?如果考虑变压器铁心饱和，变压器的励磁电流是什么波形？为什么？

答：尖顶波。变压器电压为正弦波，这就要求磁通也应该是正弦波，才会使得电压和电势大约相等。即

U- E=4.44fN 肌

当磁路饱和时，正弦波的励磁电流只能产生平顶波铁心的磁通，只有尖顶波的励磁电流才能产生正弦波铁心磁通。 7 ?简述并励直流发电机自励建压的条件

答：1）必须有剩磁。否则要充磁。 2）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。3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。

4）转速不能太低，转速应该达到额定转速。 8 并励电动机起动时，为什么电枢回路中串联的电阻取较大的值？而励磁回路中串联的电阻取较小的值？

答：直流电动机起动时，由于转速为 0, Ea=0,电枢绕组的电阻很小。如电枢回路不串联电阻，全压起动时，起动电

流l=U/Ra 可达额定电流的几十倍，损坏电机。电枢回路中串联较大的电阻可使起动电流较低。起动过程中又要求有足 够大的起动电磁转矩， T=CT ^ la ，励磁回路电阻较小，励磁电流较大，磁通较大，将产生足够大的电磁转矩，电机很

快转动起动，感应电势很快建立起来，使起动电流很快减小。

9. 试分别画出他励直流电动机在改变电枢电压时和在转子回路中串电阻时的人为机械特性曲线。 答：改变电枢电压时的机械特性

磴动势 磁通昼 感应电动势

在一次绕组内

金二次绕纲内

图中 U1>U2>U3

回路串电阻时机械特

图中 R1

10. 什么在直流电动机的电枢反接的反接制动时在电枢回路中要串接较大的电阻？

答：在反接制动前，假定电动机的转速为 n ,则此时的电动机产生的反电势为 Ea 。在电枢电压反接制动时，由于电动

机及机械负载的惯性作用，电动机的转速不会突变，仍然为 n ，即此时电动机产生的反电动势为

Ea 。有电动机的电压 U E& 平衡方程式可知，此时的电枢电流为

: 电动机在电枢反接的反接制动开始时电枢电流很大。为了抑制电枢电流，应在电枢回路中串入较大的电阻，串入电阻

后的电枢电流为: -U-E a

R 。

+R a

11?容量为几个千瓦时，为什么直流电动机不能直接起动而三相笼型异步电动机却可以直接起动？

答：直流电动机的直接起动电流为 lst=uN/Ra ，由于uN?Ra （数值），无论功率大小，1st 都将达到额定电流的十几倍， 甚至几十倍，这是电动机本身所不能允许的，所以直流电动机不能直接起动。三相异步电动机在设计时通常允许直接 起动电流为额定电流的 5-7倍，加上供电变压器容量通常都能满足小功率三相异步电动机直接起动要求，所以几个千 瓦的三相异步电动机可以直接起动。

12.直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？

答：电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩 T 的方向与转速n 的方向相同，制动状态特点使电动机所发的转矩

T 的方向与转速n 的方向相反。 13?并励直流电机起动时，电枢回路中的起动电阻 R 和励磁回路中的调磁电阻 r 各应处于什么位置？说出原因？

答：电机起动时，要求大的起动转矩和小的起动电流。这就要求有强的励磁磁场，因此励磁回路电阻最小，即

r 处于 nA

-—3 r~U2

---------- A T

最小位置。小的电枢电流，即电枢回路中的起动电阻R应该最大位置。

14?并励直流发电机自励发电的原理是什么？

答：电机的微弱的剩磁产生较低的剩磁电势，剩磁电势加在励磁绕组上，产生励磁电流、磁场，若此时的磁场和原先

的剩磁磁场相同，它们就会加强，产生更大的磁场，进而产生更大的切割电势，电机就会起励，完成自励发电。

15. 什么叫转差率？转差率是怎样计算的？

答：转差率就是同步转速n1和电动机转子转速n二者之差与同步转速n1的比值。

n{-n

转差率用s表示，其计算式按照以上定义表示为：

16. 三相异步电动机中的空气隙为什么必须做得很小？

答：当三相异步电动机的空气隙较大时，对应的电抗Xm就较小，从等效电路可知，此时无论是空载还是负载运行，

电动机的励磁电流都比较大，则对应的铜损耗和铁损耗都比较大，电动机的效率较低。因此，三相异步电动机定子和转子之间的空气隙必须做得很小，这样电动机的励磁电流才不会大，电动机的效率才较高。

17 .电动机定子绕组通电产生的旋转磁场转速与电动机的极对数有何关系？

答：定子绕组通电产生的旋转磁场转速，即同步转速n1,其大小由电网的频率f和电机极对数p决定，即n仁60f/p

我国电网频率为f=50Hz，当

p=1 时，n仁3000r/min p=2 时，n仁1500r/min p=3 时，n仁1000r/min，等

18. 同步电动机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？

答：空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中直流电流激励的，负载以后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励的。

19. 异步电动机运行时，为什么总是要从电源吸收滞后的无功电流？

答：这是因为：一方面，异步电动机需要励磁电流来产生主磁通，对应参数为励磁电抗Xm，要从电源吸收滞后的无功

电流；另一方面，对应定、转子漏磁通的参数为定、转子漏电抗X1和X2，也需从电源吸收滞后的无功电流，因此，

异步电动机运行时总是需要从电源吸收滞后的无功电流，以满足这三个电抗的需要。

20?分别描述三相异步电机电压降低和转子回路串电阻后，起动转矩、最大转矩、临界转差率、同步转速的变化情况。答：电压降低，起动转矩平方关系下降；最大转矩平方关系下降，临界转差率不变，同步转速不变。转子回路串电阻，当临界转差率小于1时，起动转矩增加，最大转矩不变，同步转速不变。当临界转差率大于1时，起动转矩减小，最

大转矩不变，同步转速不变。

21 ?如何根据转差率的数值来判断异步电动机的三种运行状态。

答：电动机工作状态：转子转速n应为0<*n1，代入转差率公式可知，1>s>0。

发电机工作状态：转子转速n应大于同步转速n1,即n>n1，代入转差率公式可知，s<0。

电动机工作状态：转子转速n应和同步转速n1转向相反，即n<0,代入转差率公式可知，s>1。

22. 说出异步电机的采用的启动方法及其原理。

答：降压起动：串电抗器、串自耦变压器。原理是降低定子绕组的电压，减小定子起动电流。转子回路串电阻、串频敏变阻器起动。原理是增加起动转矩，减小起动电流。

23. 为什么三相异步电机的起动电流很大，起动转矩却不大？

答：1）电机的漏阻抗小，起动时，所以起动电流大。

2）定子阻抗压降大，导致励磁电势小，气隙磁通①小。

3）转子电流频率高，电抗大，功率因数小。

根据"」小",虽然电流很大，但转矩不大

24. 分别描述三相异步电机电压降低和转子回路串电阻后，起动转矩、最大转矩、临界转差率、同步转速的变化情况。答：电压降低：起动转矩平方关系下降；最大转矩平方关系下降，临界转差率不变，同步转速不变。

转子回路串电阻：当临界转差率小于1时，起动转矩增加，最大转矩不变，同步转速不变。当临界转差率大于1时, 起动转矩减小，最大转矩不变，同步转速不变。

25. 为什么异步电动机工作时的转速总是小于同步转速？

答：异步电动机工作时的转子转速总是小于同步转速，这是因为如果转子转速等于同步转速，则转子绕组与旋转磁场无相对运动，也就不能切割转子导条，此时转子导条中感应电动势为零，即导条中无感应电流，转子绕组中产生的电磁转矩为零。

26?为什么同步电机的气隙要比相同容量的感应电机的大？

答：感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械容许的条件下，气隙要尽量小一些。同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，气隙大，同步电抗小，运行稳定性高。

27．同步发电机怎样产生三相交流电能？同步电动机怎样将电能转换成机械能？答：同步发电机定子上有三相对称绕组，转子上励磁绕组通直流电流，产生磁场。当原动机拖动转子恒速旋转时，旋转磁场和定子有相对运动，在定子绕组感应电势。当发电机接负载时，输出三相交流电能。在同步电动机定子绕组上加三相对称电压，产生旋转磁场，在转子绕组上通直流电流，在转子同步转速下，旋转磁场吸引转子磁极一起运转，在转子上产生电磁转矩，输出机械功率。

28．简述同步电动机的异步起动过程？答：起动时，先把同步电动机的励磁绕组通过外部的限流电阻进行短接，然后把定子绕组接上三相交流电源。由于同步电动机转子上另有绕组，相当于绕线转子异步电动机，靠起动绕组所产生的异步转矩，电动机便起动起来。然后逐

渐加速，待转速上升到接近于同步转速（约95% nO）时，将励磁绕组换接在励磁电源上，使转子建立励磁磁场，这样

依靠定、转子磁场间相互作用所产生的同步转矩，便可以使转子转速达到同步转速，即所谓“牵入同步”，从而结束起

动过程

29．同步电动机为何没有起动转矩？答：同步电机形成的旋转磁场作用在静止转子上，转子有惯性，不能立即跟随定子磁场转动，旋转磁场对转子所产生的力矩是交变的，时而往前牵引，时而往后拖拉，因而转子只在原位置前后振动，转子的平均电磁转矩为零。因此电机没有起动转矩，不能起动。

30. 为什么说同步电动机的负载大小和功率角B有关？

答：当B较小时，转子和旋转定子磁场产生的磁拉力主要在径向上，负载变大时，此时磁拉力不足，转子磁极和定子产生的旋转磁极位置会产生变化，B增大，磁拉力增大，电机在新的工作点找到平衡。

31. 简述同步电动机的工作原理答：同步电动机的工作原理：在同步电动机的定子绕组中通入三相交流电后，在气隙中产生同步旋转的气隙磁场，相当于一旋转的磁极。在转子中通入直流电后，会在转子上产生一磁极，当转子和定子的等效磁极保持相对静止时，两对磁极相互吸引，从而拖动转子同步旋转。

32. 试简述交流伺服电动机的工作原理。答：当交流伺服电动机在系统中运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，当控制绕组上的控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无起动转矩；若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组内流过的电流不同相，则在气隙内会建立一定大小的旋转磁场。因此电动机有了起动转矩，转子就立即旋转。当控制电压撤销时，由于伺服电动机本省具有克服自转的特性，伺服电动机立即停止下来，从而实现了伺服电动机能够根据控制电压来确定自己是否运行，达到了伺服的功能。

论述题

1. 从三相异步电动机的等效电路入手，分析为什么三相异步电动机不宜长期轻载运行？

答：从三相异步电动机的等效电路可知，当电动机轻载运行时，其转差率s 很小，则其等效表征的机械输出功率电阻

很大，该支路和励磁支路是并联的，它们的合成阻抗更多的表现为感抗，而电动机的定子漏抗和电阻很小，则电动机总的阻抗基本上是由励磁支路和转子支路所确定，因此总的电路表现为较大的感抗，电流滞后电压较多，输入电功率的功率因数低。那么在传递相同功率的情况下，输入电流较大，在绕组上的铜耗就较大，电动机运行的效率较低。在轻载这样的情况下长期运行，电动机的使用是不经济的。

2. 试论述力矩式自整角机的基本工作原理答：由于发送机和接收机的励磁绕组接在同一励磁电源上，当发送机和接收机的励磁绕组对于本身的同步绕组的偏转

角出现失调角时，即0= 0 1 B2不为零时，那么发送机的励磁电流在三相同步绕组中感应的三相电动势和接收机励磁

绕组在三相同步绕组中感应的电动势就不会相等，则会在发送机和接收机的三相同步绕组中产生环流电流，该环流电流和励磁电流相互作用而产生电磁力矩，推动接受机的励磁转子运动，直到接收机励磁绕组和同步绕组的偏转角等于发送机的偏转角，即0=0为止。此时发送机和接收机中同步绕组所感应的三相电动势是完全相等的，在发送机和接收机的三相同步绕组中没有环流电流，没有电磁力矩。因此，力矩式自整角机的接受机的励磁转角能够和发送机的励磁转角保持一致。

3. 感应电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，从空载到满载电机主磁通有无变化？

答：负载增加时，由牛顿运动公式可知，电机转速将下降，转差率会上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势F2 也增加。由磁动势平衡关系可知，定子磁动势会增加，定子电流I1会上升，从而维持磁动势的平衡。定子电流的增加，由于U1 不变，这表明电机从电网吸收的电功率增加。这一过程直

到转子电流产生的转矩和负载转矩重新平衡为止。在 U1不变的情况下，11的增加导致I1Z1增加，使E1减小。由于

I1Z1增加的部分同U1相比较小，故主磁通略有下降。

4?电动机的允许温升取决于什么？若两台电动机的通风冷却条件不同，而其他条件完全相同，它们的允许温升是否相 等？

答：电动机在实现能量变换的过程中，在电动机内部产生损耗并变成热量从而使电动机的温度升高。在电动机中，耐 热最差的是绕组的绝缘材料。不同的绝缘材料，它能够长期使用的温度是不一样的，因此，电动机的允许温升主要取 决于所采用的绝缘材料，电动机的选择与使用都以不以超过额定温升为原则。尽管两台电机的通风冷却条件不同，但 只要绝缘材料相同，他们都能长期在相同的温度下运行（容许温升内）

。两台电动机的通风冷却条件不同，只能影响到

电机的散热情况，而不会改变电机的温升。 5、 一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏，改为铸铝的。如果输出同样转矩，电动机运行性能有什 么变化？

答：当三相异步电动机转子导条由铜导条改为铸铝导条后，由于铝的电阻率比铜的电阻率要大，相当于增大了电动机 转子回路的电阻。由三相异步电动机的等效电路分析可知：当转子电阻增大时电动机起动时的电流将会减小；起动转 矩最大；最大转矩不变；但临界转差率 Sm 将会增大。当电动机稳定运行后，如果负载转矩和未换铸铝时的一样没有

变化，由于转子电阻增大，将会使稳定运行时的转差率 S 增大；电动机转速下降；同时，损耗在转子上的铜耗增大；

电动机运行时效率下降。故从长期使用来说，采用铸铝转子的三相异步电动机，运行是不经济的。

6. 什么是交流伺服电动机的自转？交流伺服电动机怎样克服自转现象？

答：当交流伺服电动机的励磁绕组和控制绕组加上交流电压后，电动机的转子开始运转，运转以后，去掉控制绕组上 的控制电压，伺服电动机仍然转动的现象叫做交流伺服电动机的自转。自转现象存在的原因是单相交流电动机虽然没 有起动转矩，但起动起来后，就有电磁转矩存在，在交流伺服电动机中，采用增大转子电阻的办法来克服自转现象的

没有时，电动机受到负转矩而停止下来。 7 ?为什么变压器的空载电流同三相异步电动机空载电流相比较起来要小一些？

答：激磁电流的大小与主磁路的磁阻密切相关，变压器的主磁路全部用导磁性能良好的材料构成，而异步电机是旋转 电机，主磁路里除了有用导磁性能良好的硅钢片叠压而成的定子铁芯和转子铁芯，还有空气隙，气隙的长度尽管很小,

但磁阻很大，这样异步电机主磁路的磁阻比相应的变压器的大，所以异步电机的激磁电流标么值（约 器的（约

0.02~0.1 ）大得多。空载电流的主要成份是激磁电流，因此变压器空载电流的标么值比异步电机小得多。 &直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这

是会产生什么现象（试从 TL=O 和TL=TN 两种情况加以分析）？

答：直流他励电动机启动时，一定要先把励磁电流加上，这是因为主磁极靠外电源产生磁场。如果忘了先合励磁绕组的

电源开关就把电枢电源接通，由于励磁磁场存在剩磁，由公式

T=C 邛la 可知，电机产生了力矩，在力矩的作用下，电 机开始旋转。当TL=0时，由于电机产生的力矩大于负载力矩（此时负载力矩为零）

，电机会不停地加速，理论上电动 机转速将趋近于无限大，引起飞车，高速旋转将会损坏机械设备。当 TL=TN 时，由公式T=CT^ la 可知，由于磁通 Q

很小，要产生大的力矩拖动负载，电动机电流将会大大增加而严重过载，烧毁电机。 9?一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏，改为铸铝的。如果输出同样转矩，电动机运行性能有什么变 化？

答：当三相异步电动机转子导条由铜导条改为铸铝导条后，由于铝的电阻率比铜的电阻率要大，相当于增大了电动机

转子回路的电阻。由三相异步电动机的等效电路分析可知：当转子电阻增大时电动机起动时的电流将会减小；起动转

矩最大；最大转矩不变；但临界转差率 Sm 将会增大。当电动机稳定运行后，如果负载转矩和未换铸铝时的一样没有

变化，由于转子电阻增大，将会使稳定运行时的转差率

S 增大；电动机转速下降；同时，损耗在转子上的铜耗增大； 电动机运行时效率下降。故从长期使用来说，采用铸铝转子的三相异步电动机，运行是不经济的。

10.什么是交流伺服电动机的自转？交流伺服电动机怎样克服自转现象？

答：当交流伺服电动机的励磁绕组和控制绕组加上交流电压后，电动机的转子开始运转，运转以后，去掉控制绕组上 的控制电压，伺服电动机仍然转动的现象叫做交流伺服电动机的自转。自转现象存在的原因是单相交流电动机虽然没 有起动转矩，但起动起来后，就有电磁转矩存在，在交流伺服电动机中，采用增大转子电阻的办法来克服自转现象的

P —一 _ f

出现，即满足-的条件，此时伺服电动机在单相运转时，

产生的电磁转矩是负转矩， 即当控制电压

没有时，电动机受到负转矩而停止下来。 产生的电磁转矩是负转矩， 即当控制电压

0.2~0.5）比变压

出现，即满足r -'

11 ?变压器一、二次绕组之间没有电路的联接，为什么在负载运行时，二次侧电流加大或减小的同时，一次侧电流也跟着加大或减小？答：虽然一、二次绕组之间没有电路的直接连接，但它们共同链着同一个主磁通、负载运行时产生主磁通的励磁磁动

势是一、二次绕组磁动势之和，当变压器主磁通不变时，不论负载大小如何，励磁磁动势恒为N1lm不变，即有如下

12?电动机的温升、温度以及环境温度三者之间有什么关系？电机铭牌上的温升值的含义是什么？

答：电动机的温升与铜耗，铁耗和机械损耗有关。电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高温度（2分）。

电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小，热量的发散是随温度差递增的，少量被发

散法到空气中，大量被电动机吸收，因而温度升高的较快。随着电动机温度逐渐升高，被电动机吸收的减少，而发散到空气中的热量增加。13?压器二次侧开路时，一次侧加额定频率额定电压，虽然R1很小，为什么电流不会很大？若接于相同电压的直流电

源上，又会发生什么现象？

答：当变压器的一次则接于额定频率、额定电压的交流电网时，由于交变主磁通所感应的反电动势E1的存在，外施电

压主要由E1来平衡，因此虽然R1很小，但电流不会很大。若变压器的一次则接于额定电压的直流电源上，由于磁通恒定而无法在一次则线圈中感应电动势，外施电压只能由一次则线圈绕组的电阻压降来平衡，由于变压器绕组的电阻

R1很小，因而一次侧电流可达额定电流的几十甚至上百倍，导致变压器烧坏。

14?有一台三相异步电机工作在第一象限电动状态，试画出其机械特性曲线（包括在第二象限和第四象限部分），并分析机械特性曲线在各象限的特点和运行状态？

答：第一象限：1）起动点A :该点的S= 1，对应起动转矩TQ，对应直接起动时的起动电流IQ。2）临界点B :该点的

S=Sm；对应Tm为最大转矩。3）额定点C:对应额定值。（4）同步点D :又称理想空载点，该点n=n1 （即S=0）。

憊应电机机械特柱T

的磁动势平衡关系:

因此二次侧电流变化时, 二次测磁动势改变。通过上面的磁动势平衡关系, 一次侧磁动势

J I也随着改变了,

'丨也改变了。I2增大或减小, I1也随之增大或减小。