电力拖动与控制试题

函授站：能源与环境学院课程名称：电力拖动与控制使用专业、年级：机械11任课教师：考试方式：一、填空题(每空1分，共25分)1. 某起重机的提升机构，所吊重物的重力为3400N,以0.42 m/s的速度等速上升，此时电动机的转速为975r/min。忽略传动损耗， 那么折算到电动机轴上的负载转矩为 N.m，折算到电动机轴上的重物的飞轮力矩为 N.m2。2. 一台Z2型他励直流电动机的铭牌数据为：P=4kW，U=220V，NNIn=22.7A，nN=1500r/min。已知铜损占总损耗的1/2。则电枢电阻 Ra=Q，电势系数Cen=V/( r/min)，转矩系数Cn= N.m/A，理想空载转速 n0=r/min，额定转矩 Tn=N.m。3. 他励直流电动机的调速方法有改变电压、改变电阻和改变磁通等方法。4. 他励直流电动机降低电枢端电压调速可以实现恒转矩调速；而 在弱磁调速时可以实现恒功率调速。5. 电力拖动系统由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构和 电气控制装置等部分组成。6. 三相异步电动机的电磁转矩与异步电动机的转矩常数和电源电 压的平方的乘积成正比。异步电机接电源时，s=1时地电磁转矩称 为起动转矩，当电动机各参数及电源频率不变时，它与电源电压的 平方的平方成正比。7. 异步电动机的能耗制动过程中，改变定子绕组中直流电流和定 子绕组串电阻的大小均可调节制动转矩的数值。8. 三相笼型异步电动机减压起动的方法有：定子绕组串电阻减压 起动、 星一三角减压起动、延边三角形减压起动 等。二、简答题（共35分）1. 他励直流电动机的制动方法有哪几种？画出各自对应的人为机 械特性图，并简述其特点。（11分）答：他励直流电动机常用的的电气制动方法有：能耗制动、反接制 动和发电回馈制动。图3-13他励直流电动机电枢回路串 电阻的人为机械特性电枢回路串接电阻R时的人为特性人为机械特性方程为几 _ N _ Ra + pa Tn CeN - CeCT0N改变电源电压时的人为机械特性人为机械特性方程为U 一 乩 T“一 C 中CCt 疏改变磁通时的人为机械特性人为机械特性方程式为图3-15他励直流电动机减弱 磁通的人为机械特性nUNUiU2图3-14他励直流电动机降压的人为机械特性2. 试列举出三种以上异步电动机的调速方法，简述其调速原理和 特点。（9分）答：变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机 定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定 性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速 的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变 频器可分成交流一直流一交流变频器和交流一交流变频器两大类， 目前国内大都使用交一直一交变频器。其特点：效率高，调速过程 中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围 大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。串级调速串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的 附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回 电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速 可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采 用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到 电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资 省，适用于调速范围在额定转速70%90%的生产机械上；调速装 置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因 数偏低，谐波影响较大。本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。3. 交流接触器为什么要安装短路环？其原理是什么？（8分） 交流接触器的铁心由硅钢片叠压而成，这样可以减少交变磁通在铁 心中的涡流和磁滞损耗。在有交变电流通过电磁线圈时，线圈对衔 铁的吸引力也是交变的.当交流电流通过零值时，线圈磁通变为零，对衔铁的吸引力也为零，衔铁在复位弹簧作用下将产生释放 趋势，这使动静铁心之间的吸引力随着交流电的变化而变化，从而 产生变化和噪声加速动静铁心接触产生的磨损，引起给合不良，严 重时还会使触点烧蚀。为了消除此弊端，在铁心柱端面的一部分嵌 入一只铜环即短路环，该短路环相当于变压器的副边绕组，在线圈 通入交流电时不仅线圈产生磁通，短路环中的感应电流也产生磁 通，此时短路环相当于纯电感电路。从纯电感电路的相位可知，线 圈电流磁通与短路环感应电流磁通不同时为零，即电源输入的交变 电流通过零值时短路环感应电流不为零，此时它的磁通对衔铁对将 起着吸咐作用，从而克服了衔铁被释放的趋势，使衔铁在通电过程 总是处于吸合状态，明显减少了振动噪声。4. 电动机发出的热量去向是怎样的？电动机按发热的不同情况有 哪三种工作制？ （7分）答：电动机的热源来自电机内部，即电流流过定子绕组时产生的铜 损耗，在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗，轴承摩擦所产生的 机械损耗及附加损耗。电机产生的热量，首先借传导作用传送到电 机的外表面，然后借辐射和对流作用将热量从电机外表面散发到周 围冷却介质中去。电动机按发热的不同情况三种工作制，即连续（长 期）工作制、短时工作制、重复短时工作制。三、计算题（共25分）1.某他励直流电动机的额定数据为：PN=7.5kW，Un=220V，In=41A， nj1500r/min，试绘制：（1）固有机械特性曲线。（2） 电枢电路串电阻R 0.2R时的人为机械特性曲线。（10分）解：（1）固有机械特性估算电枢电阻勺1 (U I - P X103 ) 牝21 ( 220 x 41 - 7.5 x103)412=0.4520C 中=旦=220一41 X回52 = 0.1454急/min)-1 e NnN1500 理想空载转速n0 额定电磁转矩tnUNC中e N2200.1454=1513 ,/minTn= 9.55g Jn = 9.55 x 0.1454 x 41 = 57 N m注：理想空载点（ =1513,/min，T = 0）；额定运行点 （n = nN = 1500r /min，T = 57 N m）；绘出固有机械特性，如图直线1。 （2）电枢电路串电阻R = 0.2R时的人为机械特性。 理想空载转速n0 = 1513r /min T = Tn时电动机的转速%n = n - 7 R T = 1513 -回52 + 暖X 回52 x57 = 1358r/min 通过RN 0 9.55(C J2 n9.55 x 0.14542(n = n = 1513r /min， T = 0)及( =n = 1500r/mn ， T = T = 57N m)两点连一直线，即电枢电路串电阻R = 0.2R时的人为机械特性，如图直线T(N m)0100 200 300 400 500 600 700,0,0,03 o o o 000 0 000M8 6 4 22.某三相四极笼型异步电动机，其定子绕组Y联结，该电动机的 部分技术数据为：Uin= 380V, n1430r/min, %=2.2，用它来拖动T0.9Tn的恒转矩负载运行。求：(1) 电动机的转速。(2) 电源电压降低到0.9Un时电动机的转速。(3) 频率降低到0.8f、保持E/f不变时电动机的转速。(15N11分)解:s =匚=1500 一1430 =0.0467n n 1500 s = SN (七 +J牛-1) = 0.0467(2.2 + J2.221) = 0.1942T ( T l-S = S (max + 寸max J 1) = 0.0467(2.2 + J2.221) = 0.1942(1) 当TZ=0.8TN时，利用实用公式T = &T乙0T _2X2.2Ten s n S 0.1942十n+七 s0.1942 S一得 s = 0.0366(或 s = 1.0318 舍去)则电机转速 n = (1-s )n0 =1445r /min(2) 当 U 1=0.8UN 时，2 X1.408Ts0.1942+ 0.1942 s最大转矩 *x=0.82Tmax=0.64 X 2.2Tn =侦0“0.8TN利用实用公式 得 s = 0.0605(或 s = 0.6232舍去)则电机转速 n =(1-s )n0 =1410 r /min（3）频率降低到0.7fN=35Hz，保持E1/f1不变时，Anm = snn. = C2-1)s = s（乙 + 最大转矩保持不变，则由七于+ 可矢口 An = sn x s n = C即固有特性上运行时的转速降落（同步转速与运行转速之差）与频 率改变后机械特性上运行时的转速降落（频率改变后的同步转速与 运行转速之差）相等。固有机械特性上运行转速降落An = sn0 = n0 n =1500 -1445 = 55,/min频率降低后的同步转速n0 =0.7n0 =1050r /min频率降低后的电机转速n = n0-An = 995 r /min四、下图为三相鼠笼式异步电动机定子串电阻降压启动控制电路， 试分析该电动机启动、停止控制过程，并说明该电路有哪几种保护。（15 分）1-线订装-线订装-线订装-师教考监交并一纸题答与须卷试-线订装-线订装-线订装-了名姓生臼口口口口口口口口口口口 ：号学生学