直流电机拖动系统概述.
1. 直流电拖动系统概述机
直流电动机在电力拖动系统中具有两个突出优点。首先直流电动机具有良好的启动、制动性能、调速性能和控制性能，这个优点使直流电动机运动控制系统（简称直流调速系统）在需要调速的高性能电力拖动中得到广泛的应用。另外，它的电枢电压、电枢电力、电枢回路电阻、电机输出转矩、电机转速等各参数、变量之间的关系几乎都是近似的线性函数关系，这使直流电动机的数学模型较为简单、准确、相应地使得直流调速控制系统的分析、计算及设计也较为容易，且经过较长时间的实践，直流拖动控制系统在理论和实践上都比较成熟、经典，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是及交流调速控制系统的基础。
但常规的意义的直流电动机也具有它不可克服的缺点---带有机械换向装置，即有换向器和电刷，运行时会产生火花和电磁干扰，电刷易磨损需维护、更换；而交流电动机则不存在机械换向的问题。
2. 单闭环直流调速系统
3. 双闭环直流调速系统
在许多工程实践中，有一些生产机械由于生产工艺的要求，要求电机经常处于启动，制动的工作状态，其速度图多为梯形或三角形。这类生产机械要求电机经常过载或堵转，例如，往返运动的龙门刨床，可逆轧钢机等。这类机械要求尽量缩短启、制动过程的时间，来提高生存率。为此，要求电机在最大允许电流和转矩条件下，充分利用电机的过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度启动，达到稳态转速时，立即让电流减下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想启动过程中，启动电流呈方波型，转速按线性增长。这是在最大的电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的启动过程。如图1。
图1
3.1 双闭环直流调速系统的基本构成
双闭环直流调速系统是指含有：○1转速负反馈，实现转速的无静差调节；○2电流负反馈环，使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过度过程。在单闭环控制系统中，一个调节器的动态参数无法保证两种调节器过程同时具有良好的动态品质。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，用转速调节器（ASR）调节转速，用电流调节器（ACR）调节电流，二者之间串级连接。转速调节器的输出作为电流调节器的给定信号输入，电流调节器的输出去控制电力电子变换器（UPE）从闭环机构上看电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，这就形成了转速，电流双闭环调速系统。如
图2。
图2
3.2 双闭环控制系统起动过程分析
前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。
双闭环调速系统突加给定电压*n U 由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如
图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
第Ⅰ阶段：0～t 1是电流上升阶段。突加给定电压*n U 后，通过两个调节器的
控制作用，使ct U 、0d U 、d I 都上升，当dL d I I ≥后，电动机开始转动。由于机电
惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR 的输入偏差电压n n
n U U U -=?*数值较大并使其输出达到饱和值*im U ，强迫电流d I 迅速上升。当dm d I I ≈时，
*im i U U ≈，电流调节器ACR 的作用使d I 不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR 由不饱和很快达到饱和，而ACR 一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。
图3 双闭环调速系统起动时的转速和电流波形
第Ⅱ阶段：t 1～t 2是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒流给
定*im U 作用下的电流调节系统，基本上保持电流d I 恒定（电流可能超调，也可能不超调，取决于ACR 的参数），因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增加。又n C I R U e d d d φ+=0，n ↑→0d U ↑→ct U ↑，这样才能保持d I =cont 。由于ACR 是PI 调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压i i i U U U -=?*必须维持一定的恒值，也就是说，d I 应略低于dm I 。此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电流m d U 0也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这都是设计中必须注意的。
第Ⅲ阶段：t 2以后是转速调节阶段。此时*n n =，*n n U U =，0=?n U ，但由
于积分作用，**im i U U =，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速必超调。
当*n n >时，0
i U 迅速下降，d I 也迅速下降。但由于dL d I I >，在一段时间内，转速仍继续增加。当dL d I I =时，L e T T =，0=dt
dn ，n 达到最大值（t 3时刻）。此后，电动机在负载的阻力下减速，与此相应，电流d I 也出现一段小与dL I 的过程，直到稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR 与ACR 都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR 处于主导地位，而ACR 的作用则是力图使d I 尽快地跟随ASR 的输出量*i U ，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。
总上所述，双闭环调速系统的起动过程有三个特点：
● 饱和非线性。在不同情况下表现为不同结构的线性系统。
● 准时间最优控制。Ⅱ阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制。采用饱和
非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有使用价值的控制策略，在各种多环系统中普遍地得到应用。
● 转速必超调。按照PI 调节器的特性，只有转速超调，ASR 的输入偏差电压n
U ?为负值，才能使ASR 退饱和。这就是说，采用PI 调节器的双闭环调速系统
的转速必超调
4. 双闭环直流调速系统的工程设计
双闭环直流调速系统的工程设计，主要包括确定预期典型系统，选择调节器形式等。设计结果应满足生产机械工艺要求提出的静态与动态性能指标。可以借助伯德图设计，经过反复试凑，才能确定调节器的特性，从而选定其结构并计算参数。工程设计的方法实际上是一种经验性的方法，需要有一定的经验和熟练的设计技巧。
现代的电力拖动自动控制系统系统中，除电机的惯性较大外，其余部分的惯性很小。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以近似为低阶系统，并从中找出少数典型系统作为工程设计的基础。工程上通常选用下述两种典型系统如闭环二阶典型系统和闭环三阶典型系统。
事先对这两种典型系统做比较深入的研究，把它们的开环对数频率特性当做预期的特性，弄清楚它们的参数与系统性能指标的关系，写成简单的公式或制成简明的图表。则在设计时，只要把实际系统校正或简化成典型系统，就可以利用现成的公式和图表来进行参数计算，设计过程就要简便得多，在工程实践汇总得到了广泛的应用。
之所以选定这两种系统作为典型系统，是因为这两种系统结构简单，便于工程上实现，而且在不是相当高的要求下，完全能够满足工程设计的需要。
工程设计的主要步骤是根据被控对象和要求，确定预期的典型系统，根据典型系统选择调节器形成和最佳参数，并以此计算系统电路参数。
如果系统要求更精确的动态性能，可参考“模型系统法”.对于复杂的不可能简化成典型系统的情况，可采用高阶系统或多变量系统的计算机辅助分析和设计。
实际控制系统对于各种动态指标的要求各有不同。一般来说，调速来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。
在电力拖动自动控制系统中，采用工程设计方法设计调节器时，应该首先根据控制系统的要求，确定要校正成哪一类典型系统。大部分控制对象配以适当的调节器，就可以校正成典型系统，但也有些实际系统不可能简单地校正成典
型系统的形式，这就需求经过近似处理，才能使用上述的工程设计方法。
4.1 电源设计
该模块的主要功能是为转速给定电路提供电源，众所周知，电源是一切电路的心脏，其性能在很大程度上影响着整个电路的性能。为使系统很好的工作，本文特设计一款±15V的直流稳压电源供电，其电路图如图3.5所示。直流稳压电源主要由两部分组成：整流电路和滤波电路。整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导通作用，因此二极管是组成整流电路的关键元件。在小功率（1KW）整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，电源变压器充分利用，效率高。
图3.5 ±15V电源电路原理图
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两侧并联电容器；或在整流电路输出端与负载间串联电感L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。
4.2 控制电路的设计
本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图如图3.6所示。
图3.6 双环调速系统原理图
为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。图4.7中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图3.7为双闭环调速系统的稳态结构图。
图3.8为双闭环调速系统的稳态结构图。ACR 和ASR 的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触发器要求ACR 的输出Uct 为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR 的输入Ui*为负极性，所以，要求ASR 输入的给定电压Un*为正极性。本文基于这种思想进行ASR 和ACR 设计。
4.3 调节器结构的选择。
确定了要采用哪一种典型系统之后，选择调节器的方法
就是把控制对象与调节器的传递函数相乘，匹配成典型系统。有时仅靠P,I,PI,PD 和PID.几种调节器都不能满足要求，就不得不做一些近似处理，或者采用更为先进的控制规律.传递函数的近似处理。有时仅仅通过调节器的选择还不能校正成哪一类典型.此时可先对控制对象的传递函数做近似处理，再与调节器的传递函数配成典型系统的形式处理。有时仅仅通过调节器的选择还不能校正成哪一类典型此时可先对控制对象的传递函数做近似处理，再与调节器的传递函数配成典型系统的形式。
5. 双闭环直流调速系统工程设计举例
设待分析的直流电机为双闭环直流调速系统，具体参数为，185N P W = ,220N U V =,
1.1N I A = ,1500min N r n =， 5.5a R =Ω， 4.5rec R =Ω，**10nm im cum U U U V ===，0.02l T s =，0.24m T s =，)min /(005.01-?=r V C e ,无静差。
电流过载倍数 1.5λ=，电流超调量%5%i
σ≤，0.002oi T s =，0.01on T s =，电流反馈系数A V I U N im /06.61.15.1105.1*=?==β，.转速反馈系数：
)min /(007.01500
101*-?===r V n U N nm α，晶闸管装置放大系数：40=s K ；
设计要求：①静态指标：无静差；②动态指标：电流超调量%5≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%10≤n σ
在设计双闭环调速系统时，一般是先内环后外环，调节器的结构和参数取决于稳态精度和动态校正的要求，双闭环调速系统动态校正的设计与调试都是按先内环后外环的顺序进行，在动态过程中可以认为外环对内环几乎无影响，而内环则是外环的一个组成环节[3]。由于典型Ⅰ型系统的跟随性能由于典型Ⅱ型系统，而典型Ⅱ型系统的抗扰性能优于典型Ⅰ型系统，因此一般来说，从快速启动系统的要求出发，可按典型Ⅰ型系统设计电流环；由于要求转速无静差，转速环应按典型Ⅱ型系统设计。工程设计法是建立在频率特性理论基础上的，只需将典型Ⅰ系统和典型Ⅱ系统的开环频率特性作为调速系统仅有的两种预期特性。工程设计的步骤如下：
● 对已知系统的固有特性做恰当的变换和近似处理，以简化调节器结构。 ● 根据具体情况选定预期特性，即典型Ⅰ系统或典型Ⅱ系统，并按照零极
点相消的原则，确定串联调节器的类型。
● 根据要求的性能指标，确定调节器的有关P 、I 、D 参数。
● 画出相应的调节器参数，并确定有关RC 网络参数。
● 校验。
5.1 电流环的设计
5.1.1 确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数s T 。s T =0.0017s
（2）电流滤波时间常数oi T ，oi T =0.002s
（3）电流环小时间常数i T ∑。按小时间常数近似处理，取s T T T oi s i 0037.0=+=∑
5.1.2 确定将电流环设计成何种典型系统
根据设计要求%5≤i σ，而且1045.50037
.002.0<==∑i l T T ，因此，电流环可按典
型Ⅰ型系统设计。
5.1.3 电流调节器的结构选择
电流调节器选用PI 型，其传递函数为：()s
s K s W i i i
ACR ττ1+= 5.1.4 选择电流调节器参数
ACR 超前时间常数：s T l i 02.0==τ；
电流环开环增益：因为要求%5≤i σ，故应取5.0=∑i I T K ，因此
11350037.05.05.0-∑===s T K i I 于是，ACR 的比例系数为206
.65.402.0135=??==βτR K K i I i .005。 所以电流调节器的传递函数为0.021
2.005
0.02ACR s G s += 5.1.5 计算电流调节器的电路参数
电流调节器原理如图4所示，按所用运算放大器，取Ω=K R 400，各电阻和
βI d U ct
U i *
图4 电流调节器原理图
电容值计算如下：
Ω=?==K R K R i i 2.8040005.20，取ΩK 80；
F R C i i
i μτ25.01080
02.03=?==，取F μ25.0； F R T C oi oi μ2.01040
002.04430=??=?
=，取F μ2.0 5.2 转速环的设计
5.2.1. 确定时间常数 （1）电流环等效时间常数为s T i 0074.02=∑；
（2）转速滤波时间常数on T 。根据所用测速发电机纹波情况，取s T on 01.0=；
（3）转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取s T T T on i n 0174.02=+=∑∑。
5.2.2. 确定将转速环设计成何种典型系统
由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；有根据动态设计要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环。
5.3.3 转速调节器的结构选择
转速调节器选用PI 型，其传递函数为：()s s K s W n n n
ASR ττ1+= 5.3.4 选择转速调节器参数
按跟随和抗绕性能都较好的原则取h=5，则
ASR 超前时间常数：s hT n n 087.00174.05=?==∑τ； 转速开环增益：4.3960174.02526212
22=??=+=∑n N T T h h K ；于是ASR 的比例系数为：()5.110174.05.4007.05224.0005.006.6621=???????=+=∑n
m
e n RT h T C h K αβ。 转速调节器也选用PI 型，其传递函数为()s
s s G ASR 087.01087.05
.11+= 5.3.5 计算转速调节器的电路参数 转速调节器原理图如图5所示，按所用运算放大器，取Ω=K R 400，各电阻
U n αn U i *
图5 转速调节器原理图 和电容值计算如下：
Ω=?==K R K R n n 460405.110，取ΩK 460；
F R C n n
n μτ189.010460
087.03=?==，取F μ2.0； F R T C oi on μ11040
01.04430=??=?=，取F μ1。 6. 双闭环调速系统在Simulink 环境下的仿真
4系统调试
由于本文只进行了理论性设计，故在系统安装与调试阶段只对控制电路部分进行了MATLAB仿真，以分析直流电机的启动特性。采用MATLAB中的simulink工具箱对系统在阶跃输入和负载扰动情况下的动态响应（主要为转速和电枢电流）进行仿真。仿真可采用面向传递函数的仿真方法或面向电气系统原理结构图的仿真方法，本文采用面向传递函数的仿真方法。系统仿真结构如图4.1所示。
图4.1 系统仿真结构图
在仿真过程中，Matlab设置很多不同的算法，而不同的算法，对仿真出来波形影响很大。对于用数值方法求解常系数微分方程(Ordinary Differential Equation,简写为ODE)或微分方程组，MATLAB提供了七种解函数，最常用的是ODE45。ode45可用于求解一般的微分方程，他采用四阶、五阶龙格-库塔法。仿真结果如图4.2-4.3所示。
电流输出图
电压输出图
5 结论
双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如仿真图4.2所示。由于在启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从启动时间上看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速启动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压的波动。通过仿真可知：启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
6总结与体会
经过这次的课程设计，不仅在书上学到的知识得到了巩固，而且还在设计过程中拓展了其他没有学过的知识。这次的课程设计经历了将近一个暑假，从查找资料，到确定方案，最后再到用软件仿真，我们组都团结协作，互相帮助，并且得到老师的关怀。我们以前学习的知识都渐渐离我们远去，甚至不知道、不清楚哪些知识该用到哪些地方，什么时候用。学校安排了这次课程设计，通过自己查找资料，了解情况，让我们清楚我们学的知识与现实工业生产之间的联系，使得我们对知识深刻的了解和巩固。与此同时，在团队的协作中使我们在与人共事之中学会交流学会合作。因为在今后的工作中一个人独立完成不与别人合作，是基本不可能的，所以在这次课程设计中也锻炼了我们的团队的协作精神，为今后的学习和工作积累了经验，是一笔难得的财富。
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电机与拖动直流部分作业题20180418
一．选择题（1-10单选，每题1分，11-15多选，每题2分，共计20分） 1）某p对极直流电机电枢绕组为单叠绕组，则电枢绕组的并联支路对数a为（） A.a＝2p B.a＝p C.a＝电刷个数 D.a=1 2）他励直流电动机处于稳定运行状态，如果负载转矩不变，降低电枢电压达到稳态时电枢电流会 A．增大 B.减小 C.不变 D.先增大后减小 3）对于直流电机而言，电枢绕组导体中流过的电流是（） A.直流电流 B.正弦交流电流 C.周期性的交流电流 D.不能确定 4）他励直流电动机在运行时，若空载情况下增加励磁回路的电阻电动机的转速变化规律为A.升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 5）带反抗性负载的直流电动机能耗制动过程中，有关电枢反电动势E a的变化规律下列描述正确的是 A. E a方向变化 B. E a方向不变 C. E a大小不变 D. E a方向不确定 6）某一电力拖动系统带反抗性负载能耗制动过程中系统处于（） A.减速状态 B.加速状态 C.稳定运行状态. D.不能确定运行状态 7）他励直流电动机在运行时，若轻载情况下突然增加励磁回路的电阻瞬间电枢电流将（） A. 升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 8）他励直流电动机处于稳定运行状态，如果负载转矩不变，电枢回路串电阻达到稳态时电 枢电流将（） A．增大 B. 减小 C.不变 D.先增大后减小 9）一台他励直流发电机保持励磁电流不变而将其转速提高20％，下面描述正确的是（） A.空载电压升高20％ B.输出电流升高20％ C.输出功率升高20％ D.电磁转矩升高20％10）下面有关直流电动机的运行方法不正确的是（） A.起动直流电动机必须先加电枢电压后加励磁电压。 B.起动直流电动机必须先加励磁电压后加电枢电压。 C.直流电动机停车时必须先停电枢电压后停励磁电压。 D.直流电动机在运行过程中不能失磁。 多项选择题 11）关于电动机调速系统的静差率，下面描述错误的是 A.静差率是指在一定转速下，负载由空载到额定负载变化时，空载转速与额定转速之差与 理想空载转速的相对值； B.静差率与调速系统的机械特性无关； C.静差率与系统工作速度有关，工作速度越低，静差率越大； D.调速系统的机械特性越硬，静差率越大。 12）根据生产机械的负载转矩随转速变化的负载特性，生产机械的负载类型有 A.恒转矩负载 B.恒功率负载 C.风机、泵类负载 D.长期运行负载 13）当直流电动机吊放重物时，电枢回路串联电阻逐渐增大，电动机的速度下降，电动机堵 转时电枢回路所串的电阻为Rcr，当所串电阻继续增大R＞Rcr，下列对于此时电动机的状态和操作的描述中，正确的是Array A.转速反向 B.这时应立即断开电动机的电源，使电动机停车，避免发生事故。 C.这种状态为转速反向的反接制动状态。 D.在R＞Rcr的区域内，R值越大，重物的下降速度越高。 14）某它励直流电动机的机械特性曲线如下图所示，下列说法正确的 是( ) A.电机在B点处于减速运行状态。
电机与拖动 第二章 自测题答案
1.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电枢回路不串电阻的条件下，n 和Tem的关系。 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能耗制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。 （二）判断题： 1. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×） 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时，电枢电流都将突变。（√） 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。（√） 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。（×） 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。（√）（三）选择题： 1. 电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②） ①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义； 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。 1.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I1和I2，那么：（②） ① I1
电机与拖动基础试题库及答案
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )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( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 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( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )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( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 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( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )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( )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( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
直流电机的拖动及应用
直流电机的拖动及应用 摘要：近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。而我的这篇论文则介绍的就是电力拖动在我们生活中和一般工作生产中常用的一些线路控制，它主要利用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转。由于电力在生产，传输，分配，使用和控制方面的优越性，使得电力拖动具有方便，经济，效率高，调节性能好，易于实现生产过程自动化等优点，所以电力控制系统获得了广泛的应用。目前在日常生活中使用的电风扇，洗衣机等家用电器，再生产中大量使用的各种各样的生产机械，如车床，钻床，造纸机，轧钢机等，都采用的是电力拖动。 关键词：直流他励电动机、主要结构、基本工作原理、运行特性、基本参数、应用前景 第一章电机拖动的原理 1.1电力拖动是指电动机拖动生产机械的工作机构 控制设备是用来控制电动机的运转，有各种控制电动机，电器，自动化元件及工业控制计算机组成。 电动机是生产机械的原动机，将电能转化成机械能，分为交流电动机和直流电动机。 传动机构是在电动机和工作机构之间传送动力的机构。如速箱，联轴器，传动器等。 按电动机拖动系统中电动机的组合数量分，电力拖动的发展过程经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。 1.1.1电力拖动的控制方式 可分为断续控制系统和连续控制系统两种。在电力拖动发展的不同阶段两种拖动方式占有不同的地位，且呈现交替发展的趋势。 随着电力拖动的出现。最早产生的是手动控制电器控制电动机运转的手动断
续控制方式。随后逐步发展为有继电器，接触器和主令电器等组成的继电接触式有触点断续控制方式。这种控制系统结构简单，工作稳定，成本低，维护方便，不仅可以方便地实现生产过程自动化，而且可实现集中控制和远距离控制，所以目前生产机械仍广泛使用。但这种控制仅有通和断，这两种状态，其控制是断续的，即只能控制信号的有无，而不能连续控制信号的变化。为了适应控制信号连续变化的场合，又出现了直流电动机连续控制。这种控制方式可充分利用直流电动机调速性能好的优点，得到高精度，宽度范围的平滑调速系统。 第二章电机拖动的发展 近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。在电动机调速方面，已形成了电子功率器件与自动控制相结合的领域。不但晶闸管-直流电动机调速系统得到了广泛应用，而且交流变频调速技术发展迅速，在许多领域交流电动机变频调速系统有取代晶闸管-直流电动机调速系统的趋势。 三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。 对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损
第二章 直流电机的电力拖动习题
第二章直流电机的电力拖动 2-1 他励直流电动机的机械特性的斜率与哪些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？ n称为理想空载转速？ 2-2 为什么 2-3 什么叫人为机械特性？ 2-4 为什么降低电源电压的人为机械特性是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？ 2-5什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？ 2-6 他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或改变电源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？ 2-7 他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？ 2-8 起动他励直流电动机前励磁绕阻断线，没发现就起动了，下面两种情况会引起什么后果？ 2-9 如何判断他励直流电动机是处于电动运行状态还是制动运行状态？ 2-10 他励直流电动机有哪几种调速方法？各有什么特点？ 2-11 一台他励直流电动机，铭牌数据为P N=60kW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min，试求： （1）固有机械特性并画在坐标纸上。 （2）T=0.75T N时的转速。 （3）转速n=1100r/min时的电枢电流。 2-12 电动机的数据同上题，试计算并画出下列机械特性： （1）电枢回路总电阻为0.5R N时的人为机械特性。 （2）电枢回路总电阻为2R N的人为机械特性。 （3）电源电压为0.5U N，电枢回路不串电阻时的人为机械特性。 （4）电源电压为U N，电枢不串电阻，ф=0.5фN时的人为机械特性。 注：R N=U N/I N称为额定电阻，它相当于电动机额定运行时从电枢两端看进去的等效电阻。 2-13 Z2—71型他励直流电动机，P N=7.5kW，U N=110V，I N=85.2A，n N=750r/min，
电机与拖动试题
学年度第一学期 自动化系《电机与电力拖动基础》期末考试试卷（） 年级专业自动化班级学号姓名 注：1、共120分钟，总分100分 2、此试卷适用自动化专业本科 一、选择题（每小题2分，共20分） 1．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。 2．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。 3．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I1和I2，那么：（2） （1）I1
5．三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因：③ ①异步电动机是旋转的；②异步电动机的损耗大；③异步电动机有气隙；④异步电动机有漏抗。 6．三相异步电动机空载时，气隙磁通的大小主要取决于：① ①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 7．三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：② ①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。8．三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：② ①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。 9．三相异步电动机的与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3） （1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。 10．一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1） （1）T em=T N;(2) T em= T N;(3) T em=。 二、填空题：（共20分） 1、（4分）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、（2分）三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。（绕向；首末端标记；联结方式）
电机与拖动习题及解答
第1章 电磁学基础知识 1.1 简答题 1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ?-=、dt d e ψ-=、dt d N e Φ?-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？ 答：式dt d e ψ-=是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。 2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dt d N e Φ?=，试说明其原因。 3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？ 答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N ?I=φ?Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N ?I ）空芯>>（N ?I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。 4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？ 5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？
6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？ 7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？ 8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？ 1.2 分析题 1. 变压器原理图如图所示，试回答： （1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势？ （2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。 答： （1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2
电机及拖动 第二章习题答案
第二章 直流电动机的电力拖动 2.1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系 统。一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 2.5 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速， 即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实 际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 Φ=N e N C U n 0T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 0 200ΦΦΦΦ-=-='
2.7答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额 定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 2.8 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械 特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L ）处， 满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 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=4.44fNφ。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I=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=CTΦIa，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 直流电机部分 一．填空题 1.直流电机电枢绕组元件流过的电流是___________电流,流过正负电刷的电流是_________电流，直流发电机中电枢绕组产生的电磁转矩是_____ __性质的转矩,直流电动机电枢绕组电势的方向与电枢电流的方向__________。 2.直流电机的____________损耗等于___________损耗时效率最高。 3.他励直流发电机的外特性下降的原因有___________和__________，与之相比并励直流发电机的外特性，并励直流发电机电压变化率他励直流发电机。 4.并励直流发电机自励建压的条件有三个,它们是____ ___,________ __和_____________。 5. 一台并励直流电机Ea＞U时运行于_____ ____状态，此时电机I、Ia和I f 之间的关系_____________， Ea＜U时运行在_____ ___状态，电机I、Ia和I 之间的关系_____________。 f 6. 直流电机空载时气隙磁密分布波形为___________波,电枢磁势分布的波形为___________波,电枢磁场空间分布波形为____________波。 7. 直流电机的电枢反应是，电刷放在几何中性线上，磁路处于饱和状态时,电枢反应的影响为(1)_________ _(2)__________。 8.按负载转矩的大小随转速变化的规律分类,负载可以分为 _________,__________和________三类；位能性负载的机械特性位于____ _象限,反抗性负载的机械特性位于_________象限。 9.他励直流电动机恒转矩调速的方法有___________________,恒功率调速方法有________________。 10.他励直流电动机的励磁和负载转矩不变时,如降低电枢电压,则稳定后电枢电流将_________,电磁转矩将_________,转速将__________。 11.他励直流电动机高速下放重物,应用________制动,低速下放重物,应用 _________和________制动，其中消耗能量最多的方法_________。 12.为了经济合理的利用材料，直流电机的额定磁通通常设定在磁化特性曲线上膝点处，若额定磁通设定在膝点以上，则，若额定磁通设定在膝点以下，则。 13.欲改变直流电动机的转向，可以_____________或_______________；三相异步电动机反转的方法为。 14.并励直流电动机,负载转矩保持不变,如将励磁回路的调节电阻增大,则稳定运行后的转速将________,电枢电流将_______,如只将电枢电路中的调节电阻增 少年易学老难成，一寸光阴不可轻- 百度文库 机密★启用前 大连理工大学网络教育学院 2012年9月份《电机与拖动》课程考试 模拟试卷 考试形式：闭卷试卷类型：（A） ☆注意事项： 1、本考卷满分共：100分；考试时间：90分钟。 2、所有试题必须答到试卷答题纸上，答到试卷上无效。 3、考试结束后，考生须将试卷和试卷答题纸一并交回。 学习中心______________ 姓名____________ 学号____________ 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1、一个由交流电流励磁的磁路，交流励磁绕组的电压有效值一定，若磁路的磁阻增加时，磁路中的磁通将（）。 A．不变B．增加 C．不能确定，与频率有关D．减少 2、一台并励直流电动机，如果电枢电压U a和励磁电流I f保持不变，在驱动恒转矩负载时，如果在电枢电路串入电阻R C ，则稳定运行后（）（提示：忽略电枢反应）。 A．n提高，I a 不变B．n提高，I a 减小 C．n降低，I a 不变D．n降低，I a 增大 3、并励直流发电机若正转能自磁，则反转时（）。 A．不能自励B．需调换励磁绕组的两个端才能自励 C．也能自励D．需减小励磁回路的电阻才能自励 4、设变压器额定运行时的铁损耗为P FeN，则80%额定负载时的铁损耗为（）。 A．0.64P FeN C．P FeN B．0.8P FeN D．1.2P FeN 5、额定电压为220/110V的变压器，若低压侧施加110V的电压，则高压侧的电压为（）。 A．55V B．220V C．110V D．330V 6、一台三相异步电动机在额定电压、额定频率下运行，当负载增加时，其转速n和转子电流I2的变化规律是（）。 A．n提高，I2 不变B．n提高，I2 减小 C．n降低，I2 不变D．n降低，I2 增大 7、某三相绕线转子异步电动机，在临界转差率s m＜1的范围内增加转子电阻R2时，起动电流I st和起动转矩T st的变化情况是（）。 A．I st 增加，T st 不变B．I st 减小、T st增加 C．I st 减小，T st 不变D．I st 增加、T st减小 8、三相同步电动机在欠励状态下运行时，电动机对电网呈现的性质是（）。 A．电感性B．电阻与电感性，与负载轻重有关 C．电阻性D．电容性 9、一台五相步进电动机，采用五相十拍运行方式，步距角为1.5°，当脉冲的频率为3000Hz时，其转速为（）r/min。 A．750 C．1000 B．500 D．250 10、一交流测速发电机，在n = 1000r/min时，输出电压为50Hz、100V，当转速n = 500r/min时，输出电压为（）。 A．25Hz、100V B．50Hz、100V C．25Hz、50V D．50Hz、50V 二、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分） 11、在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？ 12、变压器的一、二次绕组之间并无电的联系，为什么一次侧的电流会随二次侧电流的变化而变化？ 13、转差率s是异步电动机的基本变量，如何用转差率s来区分三相异步电动机的各种运行状态？ 14、并网运行的三相同步发电机怎样调节其输出的有功功率和无功功率？ 三、计算题（本大题共4小题，每小题15分，共60分） 15、某三相变压器，S N = 2000kV·A，U1N /U2N = 1000/400V，Yyn0联结。一次侧接在1000V电压上工作，变压器折算到高压侧的每相短路阻抗为Z s=0.15+j0.35Ω，负载为星形联结，其每相阻抗为Z L=0.96+j0.48Ω。 《电机与拖动基础》课程标准 课程名称：电机与拖动基础 适用专业：电气自动化技术 教学模式：教学做一体化 总学时：56 实践学时：12 第一部分前言 一、课程性质 本课程是由基础课过渡到专业课的技术基础课,其任务是学习几种主要电机的工作原理、基本结构、运行特性,研究用电动机带动生产机械时电动机的起动、调速、制动,以及电动机容量的选择。通过学习使学生获得电机的基本理论知识,了解电力拖动的基础知识和基本原理,掌握一般的实验方法和操作技能,从而能合理的选择和使用电机,满足后续专业课程对该方面知识的需要。本课程是电气专业的一门专业基础课。 先修课：《电路基础》 后续课程：《单片机原理及应用》、《PLC应用技术》。 二、课程设计理念 以就业为导向,以能力培养为主线,依托岗位需求,培养学生的职业能力与职业素质。 教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的诺干意见》（教高[2006]号）精神,要求提高教学质量为核心,注重学生能力的培养和素质的提升,全面改革课程教学的内涵。依据本课程在课程群中的性质、特点和作用,综合我们长期以来的教学经验,对课程进行了设计。遵循以就业为导向；以社会需求为关注点；以能力培养为主线,以“工学结合”的人才培养模式应用到课程教学中。达到知识够用、技能及应用具备的职业能力、专业技能和综合技术应用能力。因此,重新整合教学内容,形成以直流电机、变压器、交流电机三个知识模块。使课程贴近岗位、贴近社会,适应社会需求,真正实现零距离上岗。 三、课程设计思路 以电机拖动及控制系统的生产制造岗位及其在生产设备中维护维修岗位所需的技能及知识为教学内容,序化知识与能力,结合典型“案例”、“项目”组织教学,在实训室,生产现场,以工作过程为导向,采取“教学做”一体化教学模式开展课程教学活动。将学生职业素养与职业道德的培养落实在每一个教学环节中。为了提高课程学习质量、职业素养和职业能力,安排了工学结合的教学环节,让学生在真是岗位上工作,理解相应的职业规范与标准。 第二部分课程目标 一、课程目标 1．认识电机的基本原理,拖动方法. 2．熟悉直流电机,变压器和交流电机的工作原理和特性,熟悉交,直流电机的起动,调速,制动的方法及应用. 3．熟悉控制电机的基本工作原理及其应用. 二、职业能力目标 （一）知识目标 本课程主要讲授变压器、交直流电机的基本工作原理,以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法。 （二）能力目标 （1）掌握常用直流电机、交流异步电机及变压器的基本结构、工作原理及工作特性； （2）掌握电机的基本电磁定律和基本理论,包括电动势、磁通势和转矩的分析计算,稳态运行的电压平衡和磁通势平衡、转矩平衡和能量平衡的规律,电机的基本特性曲线,基本运动方程式,起动和调速方法,电机的各种运行状态,四象限运行,以及各种控制电机的基本特点； （3）掌握电机的基本分析方法,包括方程式、相量图、等效电路、折合算法以及动态过程的分析； （4）掌握电机的基本试验方法和操作技能,正确使用各种测量仪表。会测定交、直流电机的运行参数,掌握电机的各种起动、制动和调速方法。 （三）素质目标 1.培养学生诚实、守信、善于沟通和合作的品质； 2.培养具有较强的质量意识和客户意识； 3.培养学生具有良好的心理素质和克服困难的能力； 4.提高学生的逻辑思维能力和分析问题解决问题的能力,以及能够自主学习新技术、新知识的能力。 电机及拖动试题（二） 一、选择题 1、一台直流发电机由额定运行状态转速下降为原来的50%，而励磁电流和电枢电流保持不变，则( ) A、电枢电势下降50% B、电磁转矩下降50% C、电枢电势和电磁转矩都下降50% D、端电压下降50% 2、一台四极直流电机电枢绕组为单叠绕组，其并联支路数和电枢电流分别为（） A、并联支路数为4，电枢电流等于每条支路电流 B、并联支路数为4，电枢电流等于各支路电流之和 C、并联支路数为2，电枢电流等于每条支路电流 D、并联支路数为2，电枢电流等于各支路电流之和 3、直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩不变，则( ) A、输入功率不变 B、输出功率不变 C、总损耗功率不变 D、电磁功率不变 4、接在运行线路中，但暂时未使用的电流互感器，其二次侧线圈应( ) A、开路 B、一端接地，另一端不接地 C、两端短路 D、两端短路而且其中一端还要接地 5、三相异步电动机铭牌上标明：“额定电压380/220V，接法丫/△”。当电网电压为380V时，这台三相异步电动机应采用( ) A、△接法 B、丫接法 C、△、丫都可以 D、△、丫都不可以 6、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机 A、他励 B、并励 C、复励 D、串励 7、某台三相变压器，容量是3000千伏安，如原边电压为10千伏，则原边电流约为( )安 A、300 B、86.6 C、173.2 D、60 8、变压器的变比与原、副边的( ) A、电压成反比 B、电流成正比 C、匝数成反比 D、电压成正比 9、如果某三相异步电动机的极数为4级，同步转速为1800转/分，那么三相电 第二章直流电动机的电力拖动 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系统。 般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、 桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a=0时的转速, 。实际上若I a=0，电动机的电磁转矩Tem=O，这时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带 任何负载，电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载 转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流 laO（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械 摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小, 克服它所需要的电枢电流laO及电磁转矩T0很小，此所对应 的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载 转速为简单地说，Ia=0是理想空载，对应的转速no称为理想 空载转速；是la二I aO实际空载，对应的转速no'的称为实 际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想 空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（Tem=TL）处, 满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,Tem 电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员: 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 三、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电 阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。 + 电枢电源I S 励磁电源 I R 2 第二章 直流电动机的电力拖动 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动系统。 一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速， 即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩 T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。 Φ =N e N C U n 0T C C R C U I C R C U n N T e a N e N a N e a N e N 2 Φ ΦΦ Φ-=-=' 答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额 定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即： 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机械特 性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em =T L ）处， 满足 ，或者说，在交点以上（转速增加时）,T em 实验一直流电机实验 一、实验目的 1、测取他励直流发电机的空载特性及外特性。 2、用实验方法测取电动机的工作特性及机械特性。 3、提高实验研究能力和观察分析的能力。 二、实验设备 电动机额定数据为：P N=1.1kW，U N=110V，I N=13.3A，n N=1000r/min，电枢内阻R a=1Ω。另一台直流电动机数据为：P N =0.8kW，U N =110V， I N =10A，n N =1000r/min，R a=2.5Ω。 三、实验线路 图1.1直流电动机实验接线图 四、实验内容 （一）直流发电机实验 1. 直流电机起动方法和操作顺序 ①合QS1前，R st放在最大位置上（每次起动都放在最大位置，不能 直接起动），R f放在最小位置上（强磁起动）。 ②合闸顺序：先合励磁回路开关，后合电枢回路开关。 拉闸顺序：先拉开电枢回路开关，后拉开励磁回路开关。 2. 测取他励直流发电机空载特性 1）条件：n=常数 2）方法： ①调节R f2，使I f2从零单调增加，发电机电枢电压U随之增加， 直至U=1.1U N为止，即为上升支，测5~6组数据。 ②调节R f2，使I f2再单方向减小，发电机电枢电压U随之减小， 直到U=U r(剩磁电压)为止，即为下降支，测5~6组数据。上升支和下降支的平均曲线为空载特性。 3）测取：I f2和发电机电枢电压U 3. 测取他励直流发电机外特性 1）条件：n=常数，I f2=常数，带电阻性负载。 2）方法：接负载，从空载点到额定电流点，测4~5组数据。 3）测取：发电机电枢电压U、电枢电流I和转速n 4. 设计验证并励直流发电机自励条件 1）设计电路：参照图1.1设计并励发电机线路图。 2）设计内容：剩磁电压条件的设计验证； 3）设计内容：励磁绕组极性的设计验证； 4）设计及分析内容：如果发电机已满足上述2）、3）条件，但仍没有建立自励电压，分析其原因，并写出处理方法。 （二）直流电动机实验 1. 测取直流电动机的工作特性 1）条件：U=U N，I f1=I f N(U=U N，I a=I ac，n=n N),电枢外串R st全切除。最新电机与拖动基础试题及答案
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