电拖-自08-期末B(2011-1)附答案

中南民族大学 2010 — 2011 学年第 1 学期

期末考试参考答案与评分标准

试卷名称：电机及拖动基础 B 卷 共 9 页 使用范围：计算机科学学院 2008年级 自动化专业 本科

（电拖答案 自08）B －1 共 9 页

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题号 一 二 三 四 五 总分 题分 20 20 15 15 30 得分

评卷人

一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，将其代号写在各题前的括弧内。答案选错或未选者，该题不得分。

每小题2分，共20分）

（ ）1．对于适合做变压器的铁心材料，其剩磁B r 和矫顽力H c ：

A ．均较大

B ．均较小

C ．B r 大H c 小

D ．B r 小H c 大

（ ）2．电机和变压器铁心采用矽钢片叠压制成的主要原因是：

A ．涡流损耗小

B ．磁滞损耗小

C ．重量轻

D ．绝缘好

（ ）3．直流发电机中实现整流过程的部件是：

A ．电枢

B ．电刷

C ．换向器

D ．电刷和换向器

（ ）4．大电流、低电压直流电机，其电枢绕组形式是：

A ．叠形绕组

B ．波形绕组

C ．复杂绕组

D ．混合绕组

（ ）5．直流电机励磁方式中电枢绕组和励磁绕组无连接关系的是：

A ．并励

B ．串励

C ．他励

D ．复励

（ ）6．右图中能稳定运行的工作点是：

A ．①、③

B ．①、②

得分

T em

T L1 T L2 n

T em

O

① ② ③

C．②、③D．①、②、③

（）7．对恒功率负载调速应选择恒

功率速方式，例如：

A．电枢串电阻或减弱磁通B．降低电源电压或减弱磁通

C．电枢串电阻或降低电源电压D．减弱磁通

（）8．他励直流电动机几种制动方式中，制动最迅速的方式是：A．能耗制动B．转速反向的反接制动

C．电枢反接的反接制动D．回馈制动

（）9．下列因素中不影响变压器电压变化率的是：

A．负载大小B．负载性质C．励磁阻抗D．短路阻抗

（）10．在使用过程中，电压互感器二次侧必须：

A．一端接地B．不可短路C．不可开路D．一端接地且不可短路

得分

二、填空题（将准确的文字填入各题的空格上。答案填错或未填者，

该空格处不得分。每空1分，共20分）

1．由于性，常将变压器铁心工作点磁通密度选在附近。2．直流电机相当于一蓄电池，电势大小取决于和的大小。当它作运行时，相当于蓄电池放电状态。

3．直流电动机额定功率P N是指其额定运行时功率。

若额定电压和电流分别为U N和I N，则其效率为η = 。4．直流电动机实验，起动前须将电枢回路串联电阻调至位置，励磁回路串联电阻调至位置。

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5．对于发电机，电枢反应的去磁作用会引起输出电压；对于电动机，电枢反应的去磁作用会引起转速。

6．变压器试验需使用电压表、电流表等，为提高测量精度，接线顺序有讲究。短路试验应使靠近绕组，而空载试验应使靠近绕组。7．单相绕组通以单相交流电所产生的磁动势是，三相绕组通以三相对称交流电所产生的磁动势是。8．三相异步电动机转速n与同步转速n1的关系：电动运行状态时，发电运行状态时，同步运行状态时。

9．Y/△降压起动，起动电流I stY = I st△，起动转矩T stY = T st△。

得分

三、判断改错题（判断下列各题的正误，对正确的在其题号前括弧

内打“√”；错误的打“×”，指出错误之处并改正。每小题3分，共15分）

（）1．直流电动机起动时，应该首先加上适当电压的电枢电源，然后再加上额定电压的励磁电源。

（）2．对于恒转矩负载而言，只要低转速时满足静差率的要求，高转速时的静差率自然满足要求。

（）3．串励直流电动机转速随负载增大而迅速减小，和他励直流电动机一样，串励直流电动机可在空载下运行。

（）4．变压器的磁通分为主磁通和漏磁通，其中主磁通占绝大部分，两种磁通均参与了能量的传递。

（）5．对于三相交流笼型异步电动机，其在大负载下运行和轻负载下运

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行相比较：转差率加大、效率降低。 四、问答题（对以下各题按要求回答要点，并简明扼要作解释。每小题5分，共15分） 1．右图所示为三相变压器联结图，请绘制向量图，确定它的联结组标号。 得分

A B C a b c

2．考虑直流电动机的机械特性，当电机从第一象限运行到第四象限时，电机的旋转方向改变，此时电磁转矩方向是否改变？为什么？

3．异步电机定子绕组采用分布绕组形式，相对于集中绕组，这样做有什么好处？为什么？

得分

五、分析计算题（对以下各题按要求计算结果，并给出简要分析。

每小题10分，共30分）

1．一台他励直流电动机的额定数据为：P N=10kW，U N=220V，I N=50A，n N=1250r/min，包括电刷接触电阻在内的电枢回路总电阻为R a=0.4Ω。保持负载转矩0.8T N不变，不计电感的影响与电枢反应。

（1）若电枢回路突然串入RΩ=1.6Ω的电阻，计算电阻接入瞬间的电枢

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电流（假定转子与负载的惯量足够大）以及进入新稳态后的电枢电流与转速； （2）若仅在励磁回路中串电阻，使磁通减少20%，计算磁通突然减少时瞬间的电枢电流以及进入新稳态后的电枢电流与转速。 2．某他励直流电动机：P N =24kW ，U N =220V ，I N =125A ，n N =1950r/min ，R a =0.2Ω，电动机拖动0.8T N 位能性恒转矩负载运行在固有机械特性上。 （1）采用反接制动停车，起始制动转矩2T N ，求电枢需串入的电阻值；

（2）反接制动到转速为0.4n N 时，改换成能耗制动，起始制动转矩仍为2T N ，求电枢需串入的电阻值； （3）绘制上述制动停车过程的机械特性，并标示走势。

3．一台三相异步电动机的额定数据为P N=7.5kW，U N=380V，f N=50Hz，n N=1440r/min，定子绕组为Y接法，cosφN=0.827，p Cu1=560W，p Fe=264W，p mec=60W，p△=120W。试求额定负载运行时的：（1）转差率；（2）转子电流频率；（3）转子铜耗；（4）效率；（5）定子电流。

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一、单项选择题（答案选错或未选者，该题不得分。每小题2分，共20分）

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 选项 B A D A C B D C C D

二、填空题（答案填错或未填者，该空格处不得分。每空1分，共20分）

1．磁饱和，膝（饱和）点

2．转速，磁通，制动

3．电机轴上输出的机械功率，P N/(U N I N) 4．最大，最小

5．降低，升高6．电压表，电流表

7．脉振磁动势，圆形旋转磁动势8．n < n1，n > n1，n = n1

9．1/3，1/3

三、判断改错题（判断正确得1分或3分，指出错误位置正确得1分，修改正确得1分。每小题3分，共15分）

题号对错错处改正

1 ×…电枢，…额定电压的励磁…励磁，…适当电压的电枢

2 √

3 ×一样，可在空载下运行不一样，不可在空载下运行

4 ×两种磁通均参与了能量的传递漏磁通不参与能量的传递

5 ×效率降低效率提高

四、问答题（每小题5分，共15分）

1．相量图略，联结组号为Yd5。

2．电机从第一象限运行到第四象限，电机旋转方向改变，电磁转矩方向没有改变。（1）从第一到第四象限过程中，转速逐渐下降直至停止后反向运动，根据E=C eΦn，如果Φ方向不变，感应电动势将随着下降直至反向与外加电源同向。（2）上述过程中，电枢电流并不改变方向且不断加大，根据T em=C TΦI a，电磁转矩也并不改变方向且不断增大。

3．由基波、谐波电动势公式EΦ1=4.44f1Nk y1k q1Φ1、EΦν=4.44fνNk yνk qνΦν，以及基波、谐波磁动势公式FΦ1=0.9Nk y1k q1I/p、FΦν=0.9Nk yνk qνI/pν（式中分布系数k q1=sin(qα/2)/q sin(α/2)、k qν=sin(νqα/2)/q sin(να/2)），由于k qν随着谐波次数的增大而大大减小，可知：采用分布绕组能够较好的保留基波，同时大大削弱高次谐波，使得其电动势和磁动势近似于正弦波，能改善电动势和磁动势的波形。

五、分析计算题（缺少分析解释，适当扣分。每小题10分，共30分）

1．（1）稳定运行时，负载T = 0.8T N，则电枢电流I a = 0.8I N = 0.8×50= 40（A）。当电枢回路中突然接入电阻，转速来不及变化，主磁通也保持不变，由E a=C eΦn，此时电枢电动势E a = U N-I a R a = 220–40 × 0.4 = 204（V），电枢电流瞬时值为

I a1 = (U N-E a) / (R a + RΩ) = (220–204) / (0.4 + 1.6) = 8（A）（2分）稳态后，负载转矩不变，额定励磁不变，由T em=C TΦI a，可知电枢电流为

I a2 = I a = 40A （1分）此时的电枢电动势为：E a1 = U N–I a2(R a + RΩ) = 220–40 × (0.4 + 1.6) = 140（V）

又可知额定运行时的电枢电动势：E aN = U N-I N R a = 220–50 × 0.4 = 200（V）

新的稳态运行转速为：n1 = (E a1/E aN) n N= (140/200) × 1250 = 875（r/min）（2分）（2）由上分析知，弱磁之前E a = 204V。当励磁回路中突然接入电阻，转速来不及变

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（电拖答案 自08）B －9 共 9 页

化，由E a =C e Φn ，可知此时电枢电动势将随磁通正比减少，即：

E a 2 = (Φ’ / ΦN ) E a = (1 - 0.2) E a = 0.8 × 204 = 163.2（V ）

此时的电枢电流为：I a 3 = (U N – E a 2) / R a = (220–163.2) / 0.4 = 142（A ） （2分） 稳态后，负载转矩保持不变，由T em =C T ΦI a ，可知新的稳态电流为

I a 4 = (ΦN / Φ’) I a = 1 / (1 - 0.2) × 40 = 50（A ） （1分）

稳态电动势为 E a 3 = U N – I a 4 R a = 220–50 × 0.4 = 200（V ）

稳态转速为 n 2 = (E a 3 /E aN )(ΦN /Φ’)n N = (200/200)×1/(1-0.2)×1250 = 1562.5（r/min ） （2分）

2．（1）计算反接制动电阻 制动前电枢电流为 I a 1 = 0.8I N = 0.8 × 125 = 100（A ）

制动前电枢电动势为

E a 1 = U N - I a 1 R a = 220–100 × 0.2 = 200（V ）

制动开始时的电枢电流为 I a 2 = -2I N = -2 × 125 = -250（A ）

制动电阻为 R B = (-U N - E a 1) / I a 2 - R a = (-220–200) / (-250) –0.2 = 1.48（Ω） （3分） （2）计算能耗制动电阻 额定电枢电动势为 E a N = U N –I N R a = 220–125 × 0.2 = 195（V ） 制动前电枢电动势 E a 2 = 0.4E aN = 0.4 × 195 = 78（V ）

制动电阻为

R ’B = (0- E a 2) / I a 2 -R a = -78 / (-250)–0.2 = 0.112（Ω）（3分） （3）首先计算关键点转速，然后绘制机械特性曲线

C e ΦN = E a N / n N = 195 / 1950 = 0.1

反接制动开始时的转速为 n 1 = (U N - I a 1R a ) / C e ΦN = (220-100×0.2) / 0.1 = 2000（r/min ） 反接制动最后的稳态转速为

n 2 = [-U N - I a 1(R a +R B )] / C e ΦN = [-220-100×(0.2+1.48)] / 0.1 = -3880（r/min ）

根据(-2T N ，n 1)和(0.8T N ，n 2)绘制反接制动机械特性曲线（图略）。 （2分） 根据(-2T N ，0.4n N )和(0，0)绘制能耗制动机械特性曲线（图略）。 （1分） 标示制动过程在机械特性曲线上的走势（图略）。 （1分）

3．（每步骤2分，共10分）

（1）三相异步电动机的额定转速接近同步转速，同步转速n 1 = 60f 1 / p = 3000 / p ，不外乎3000、1500、1000、750r/min 等。题中电机额定转速为1440r/min ，可知同步转速为 n 1 = 1500r/min ，所以转差率s = (n 1– n N ) / n 1 = (1500 - 1440) / 1500 = 0.04 （2）转子电流频率f 2 = s f 1 = 0.04×50 = 2（Hz ）

（3）总机械功率P mech = P N + p △ + p mec = 7500+120+60 = 7680（W ）

转子绕组铜耗p Cu2 = s / (1 - s ) P mech = 0.04 / (1-0.04) ×7680 = 320（W ） （4）输入功率P 1 = P mech +p Cu1+p Fe +p Cu2=7680+560+264+320=8824（W ）

效率η = P N /P 1 = 7500/8824 = 85%

（5）定子电流11N 1/(3cos )8824/(1.7323800.827)16.2(A )I P U ?==??=