電力拖動與控制試題(有詳細答案)

2023年12月13日發(作者：礦藏讀音)

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電力拖動與控制試題(有詳細答案) 電力拖動與控制試題(有詳細答案) 函授站：能源與環境學院 課程名稱：電力拖動與控制

使用專業、年級：機械11 任課教師： 考試方式：

一、填空題（每空1分，共25分）

1．某起重機的提升機構，所吊重物的重力為3400N，以0.42 m/s的速度等速上升，此時電動機的轉速為975r/min。忽略傳動損耗，那么折算到電動機軸上的負載轉矩為N.m，折算到電動機軸上的重物的飛輪力矩為N.m2。

2． 一臺Z2型他勵直流電動機的銘牌數據為：PN=4kW，UN=220V，IN=22.7A，nN=1500r/min。已知銅損占總損耗的1/2。則電樞電阻Ra=Ω， 電勢系數CeΦN= V/( r/min)，轉矩系數CeΦN= N.m/A，理想空載轉速n0=r/min，額定轉矩TN＝N.m。

3．他勵直流電動機的調速方法有改變電壓、改變電阻和改變磁通等方法。

4．他勵直流電動機降低電樞端電壓調速可以實現恒轉矩調速； 而在弱磁調速時可以實現恒功率調速。

5．電力拖動系統由電動機及其供電電源、傳動機構、執行機構和電氣控制裝置等部分組成。

6．三相異步電動機的電磁轉矩與異步電動機的轉矩常數 和電源電 壓的平方的乘積成正比。異步電機接電源時，s=1時地電磁轉矩稱為起動轉矩，當電動機各參數及電源頻率不變時，它與電源電壓的平方的平方成正比。

7．異步電動機的能耗制動過程中，改變定子繞組中直流電流和定子繞組串電阻 的大小均可調節制動轉矩的數值。

8． 三相籠型異步電動機減壓起動的方法有：定子繞組串電阻減壓起動 、 星--三角減壓起動 、 延邊三角形減壓起動 等。

二、簡答題（共35分）

1．他勵直流電動機的制動方法有哪幾種？畫出各自對應的人為機械特性圖，并簡述其特點。（11分）

答：他勵直流電動機常用的的電氣制動方法有：能耗制動、反接制動和發電回饋制動。

電樞回路串接電阻Rpa時的人為特性

人為機械特性方程為

改變電源電壓時的人為機械特性

人為機械特性方程為

改變磁通時的人為機械特性

人為機械特性方程式為

2．試列舉出三種以上異步電動機的調速方法，簡述其調速原理和特點。（9分）

答：變極對數調速方法

這種調速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機 定子極對數達到調速目的，特點如下：具有較硬的機械特性，穩定性良好；無轉差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；

變頻調速方法

變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。其特點：效率高，調速過程中沒有附加損耗；應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；調速范圍大，特性硬，精度高；技術復雜，造價高，維護檢修困難。 本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。

串級調速

串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多采用晶閘管串級調速，其特點為：可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上，效率較高；裝置容量與調速范圍成正比，投資省，適用于調速范圍在額定轉速70％－90％的生產機械上；調速 裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產；晶閘管串級調速功率因數偏低，諧波影響較大。 本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。

3．交流接觸器為什么要安裝短路環？其原理是什么？（8分）

交流接觸器的鐵心由硅鋼片疊壓而成，這樣可以減少交變磁通在鐵心中的渦流和磁滯損耗。在有交變電流通過電磁線圈時，線圈對銜鐵的吸引力也是交變的. 當交流電流通過零值時，線圈磁通變為零，對銜鐵的吸引力也為零，銜鐵在復位彈簧作用下將產生釋放趨勢，這使動靜鐵心之間的吸引力隨著交流電的變化而變化，從而產生變化和噪聲加速動靜鐵心接觸產生的磨損，引起給合不良，嚴重時還會使觸點燒蝕。為了消除此弊端，在鐵心柱端面的一部分嵌入一只銅環即短路環，該短路環相當于變壓器的副邊繞組，在線圈通入交流電時不僅線圈產生磁通，短路環中的感應電流也產生磁通，此時短路環相當于純電感電路。從純電感電路的相位可知，線圈電流磁通與短路環感應電流磁通不同時為零，即電源輸入的交變電流通過零值時短路環感應電流不為零，此時它的磁通對銜鐵對將起著吸咐作用，從而克服了銜鐵被釋放的趨勢，使銜鐵在通電過程總是處于吸合狀態， 明顯減少了振動噪聲。

4．電動機發出的熱量去向是怎樣的？電動機按發熱的不同情況有 哪三種工作制？（7分）

答：電動機的熱源來自電機內部，即電流流過定子繞組時產生的銅損耗，在鐵芯內當磁通變化時所產生的鐵損耗，軸承摩擦所產生的機械損耗及附加損耗。電機產生的熱量，首先借傳導作用傳送到電機的外表面，然后借輻射和對流作用將熱量從電機外表面散發到周圍冷卻介質中去。電動機按發熱的不同情況三種工作制，即連續（長期）工作制、短時工作制、重復短時工作制。

三、計算題（共25分）

1．某他勵直流電動機的額定數據為：PN=7.5kW，UN=220V，IN=41A，nN=1500r/min，試繪制：

（1）固有機械特性曲線。

（2）電樞電路串電阻Rpa?0.2RN時的人為機械特性曲線。（10分）

解：（1）固有機械特性

①估算電樞電阻Ra

②計算Ce?N

③理想空載轉速n0n0?④額定電磁轉矩TN

注：理想空載點（n0?1513r/min，T?0）；額定運行點TN?57N?m）（n?nN?1500r/min，；繪出固有機械特性，如圖直線1。

UN220??1513r/min

Ce?N0.1454 （2）電樞電路串電阻Rpa?0.2RN時的人為機械特性。

①理想空載轉速n0?1513r/min

②T?TN時電動機的轉速nRN

nRN?n0?Ra?Rc0.452?0.2?0.452T?1513??57?1358r/min2N9.55?0.145429.55?Ce?N?通過（n?n0?1513r/min，T?0）及（n?nN?1500r/min，T?TN?57N?m）兩點連一直線，即電樞電路串電阻Rpa?0.2RN時的人為機械特性，如圖直線

2．某三相四極籠型異步電動機，其定子繞組Y聯結，該電動機的部分技術數據為： U1N= 380V，nN=1430r/min，KT

=2.2，用它來拖動Tz=0.9TN的恒轉矩負載運行。求：

（1） 電動機的轉速。

（2） 電源電壓降低到0.9UN時電動機的轉速。

（3） 頻率降低到0.8fN、保持E1/f1不變時電動機的轉速。 （15分）

解：sN?n0?n1500?1430??0.0467n1500

（1）當TZ=0.8TN時，利用實用公式

得s?0.0366(或s?1.0318舍去)

則電機轉速n?(1?s)n0?1445r/min

（2）當U’1=0.8UN時，

最大轉矩T'max?0.82Tmax?0.64?2.2TN?1.408TN

0.8TN?利用實用公式2?1.408TNs'0.1942?0.1942s'

得s'?0.0605(或s'?0.6232舍去)

則電機轉速n'?(1?s')n0?1410r/min

（3）頻率降低到0.7fN=35Hz，保持E1/f1不變時，?nm?smn0?C

T?T?sm?s(max??max??1)T?T?最大轉矩保持不變，則由

2可知?n?sn0?smn0?C

即固有特性上運行時的轉速降落（同步轉速與運行轉速之差）與頻率改變后機械特性上運行時的轉速降落（頻率改變后的同步轉速與運行轉速之差）相等。

固有機械特性上運行轉速降落?n?sn0?n0?n?1500?1445?55r/min

頻率降低后的同步轉速頻率降低后的電機轉速''n0?0.7n0?1050r/min

''n''?n0??n?995r/min四、下圖為三相鼠籠式異步電動機定子串電阻降壓啟動控制電路，試分析該電動機啟動、停止控制過程，并說明該電路有哪幾種保護。（15分）

1 □□□□□□□□□□□學生姓名：學生班級________________學生學號：□________________

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