機電與控制技術(shù)答案

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1、第四章 4.1 有一臺四極三相異步電動機，電源電壓的頻率為50HZ，滿載時電動機的轉(zhuǎn)差率為0.02求電動機的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流頻率。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 電動機的同步轉(zhuǎn)速1500r/min. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1470 r/min, 轉(zhuǎn)子電流頻率.f2=Sf1=0.02*50=1 HZ 4.2 將三相異步電動機接三相電

2、源的三根引線中的兩根對調(diào)，此電動機是否會反轉(zhuǎn)？為什么？ 如果將定子繞組接至電源的三相導(dǎo)線中的任意兩根線對調(diào),例如將B,C兩根線對調(diào),即使B相遇C相繞組中電流的相位對調(diào),此時A相繞組內(nèi)的電流導(dǎo)前于C相繞組的電流2π/3因此旋轉(zhuǎn)方向也將變?yōu)锳-C-B向逆時針方向旋轉(zhuǎn),與未對調(diào)的旋轉(zhuǎn)方向相反. 4.3 有一臺三相異步電動機，其nN=1470r/min,電源頻率為50HZ。設(shè)在額定負載下運行，試求： ① 定子旋轉(zhuǎn)磁場對定子的轉(zhuǎn)速； 1500 r/min ② 定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； 30 r/min ③ 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速； 30 r/min

3、④ 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場對定子的轉(zhuǎn)速； 1500 r/min ⑤ 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場對定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。 0 r/min 4.4 當(dāng)三相異步電動機的負載增加時，為什么定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的增加而增加？ 因為負載增加n減小,轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速( n0-n)增加,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁感線切割的速度提高,于是轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動勢增加,轉(zhuǎn)子電流特增加,.定子的感應(yīng)電動使因為轉(zhuǎn)子的電流增加而變大,所以定子的電流也隨之提高. 4.5 三相異步電動機帶動一定的負載運行時，若電源電壓降低了，此時電動機的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？如何變化？ 若電源電壓降低, 降低瞬間電動機的轉(zhuǎn)

4、矩減小, 電流也減小. 轉(zhuǎn)速不變. 4.6 有一臺三相異步電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示。 型號 PN/kW UN/V 滿載時 Ist/IN Tst/TN Tmax/TN nN/rmin-1 IN/A ηN100 cosφ Y132S-6 3 220/380 960 12.8/7.2 83 0.75 6.5 2.0 2.0 試求：①線電壓為380V時，三相定子繞組應(yīng)如何接法？ ②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist； ③額定負載時電動機的輸入功率是多少？ ① 線電壓為

5、380V時，三相定子繞組應(yīng)為Y型接法. ② TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm Tmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 Nm Ist/IN=6.5 Ist=46.8A 一般nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/min SN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n0=60*50/1000=3 ③ η=PN/P輸入 P輸入=3/0.83=3.61 4.7

6、 三相異步電動機正在運行時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，這時電動機的電流會如何變化？對電動機有何影響？ 電動機的電流會迅速增加,如果時間稍長電機有可能會燒毀. 4.8 三相異步電動機斷了一根電源線后，為什么不能啟動？而在運行時斷了一線，為什么仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動？這兩種情況對電動機將產(chǎn)生什么影響？ 三相異步電動機斷了一根電源線后，轉(zhuǎn)子的兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別作用于轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個方向相反的轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)矩大小相等。故其作用相互抵消，合轉(zhuǎn)矩為零，因而轉(zhuǎn)子不能自行啟動，而在運行時斷了一線，仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)矩大于反向轉(zhuǎn)矩，這兩種情況都會使電動機的電流增加。 4.9 三相異步電動機在相同

7、電源電壓下，滿載和空載啟動時，啟動電流是否相同？啟動轉(zhuǎn)矩是否相同？ 三相異步電動機在相同電源電壓下，滿載和空載啟動時，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩都相同。Tst=KR2u2/(R22+X220) I=4.44f1N2/R 與U，R2，X20有關(guān) 4.10 三相異步電動機為什么不運行在Tmax或接近Tmax的情況下? 根據(jù)異步電動機的固有機械特性在Tmax或接近Tmax的情況下運行是非常不穩(wěn)定的，有可能造成電動機的停轉(zhuǎn)。 4.11有一臺三相異步電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下： PN/kW nN/rmin-1 UN/V ηN100 c

8、osφN Ist/IN Tst/TN Tmax/TN 接法 40 1470 380 90 0.9 6.5 1.2 2.0 △ ① 當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩為250Nm時，試問在U=UN和U`=0.8UN兩種情況下電動機能否啟動？ TN=9.55 PN/ nN =9.55*40000/1470 =260Nm Tst/TN=1.2 Tst=312Nm Tst=KR2U2/（R22+X202） =312 Nm 312 Nm>250 Nm 所以U=UN時 電動機能啟動。 當(dāng)U=0.8U時

9、 Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202） =0.64*312 =199 Nm Tst

10、轉(zhuǎn)矩。 IN= PN/ UNηN cosφN√3 =40000/1.732*380*0.9*0.9 =75A Ist/IN=6.5 Ist=487.5A 降壓比為0.64時電流=K2 Ist =0.642*487.5=200A 電動機的啟動轉(zhuǎn)矩T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm 4.12 雙鼠籠式、深槽式異步電動機為什么可以改善啟動性能？高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機又是如何改善啟動性能的？ 因為雙鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子有兩個鼠籠繞組，外層繞組的電阻系數(shù)大于內(nèi)層繞組系數(shù)，在啟動時S=1，f2=f，轉(zhuǎn)子

11、內(nèi)外兩層繞組的電抗都大大超過他們的電阻，因此，這時轉(zhuǎn)子電流主要決定于轉(zhuǎn)子電抗，此外外層的繞組的漏電抗小于內(nèi)層繞組的漏電抗，因此外籠產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩大，內(nèi)層的啟動轉(zhuǎn)矩小，啟動時起主要作用的是外籠。 深槽式異步電動機的啟動性能得以改善的原理。是基于電流的集膚效應(yīng)。處于深溝槽中得導(dǎo)體，可以認為是沿其高度分成很多層。各層所交鏈漏磁通的數(shù)量不同，底層一層最多而頂上一層最少，因此，與漏磁通相應(yīng)的漏磁抗，也是底層最大 而上面最小，所以相當(dāng)于導(dǎo)體有效接面積減小，轉(zhuǎn)子有效電阻增加 ，使啟動轉(zhuǎn)矩增加。 高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻增大，即可以限制啟動電流，又可以增大啟動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子

12、的電阻率高，使轉(zhuǎn)子繞組電阻加大。 4.13 線繞式異步電動機采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉(zhuǎn)矩是否也愈大？ 線繞式異步電動機采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉(zhuǎn)矩愈大 4.14 為什么線繞式異步電動機在轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，啟動電流減小而啟動轉(zhuǎn)矩反而增大？ Tst=KR2U2/（R22+X202） 當(dāng)轉(zhuǎn)子的電阻適當(dāng)增加時，啟動轉(zhuǎn)聚會增加。 4.15 異步電動機有哪幾種調(diào)速方法？各種調(diào)速方法有何優(yōu)缺點？ ① 調(diào)壓調(diào)速 這種辦法能夠無級調(diào)速，但調(diào)速范圍不大 ② 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速 這種方法簡單可靠，但它是有機調(diào)速，隨著轉(zhuǎn)速降低特性變軟，轉(zhuǎn)子電

13、路電阻損耗與轉(zhuǎn)差率成正比，低速時損耗大。 ③ 改變極對數(shù)調(diào)速 這種方法可以獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，雖然體積稍大，價格稍高，只能有機調(diào)速，但是結(jié)構(gòu)簡單，效率高特性高，且調(diào)速時所需附加設(shè)備少。 ④ 變頻調(diào)速 可以實現(xiàn)連續(xù)的改變電動機的轉(zhuǎn)矩，是一種很好的調(diào)速方法。 4.16 什么叫恒功率調(diào)速？什么叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速？ 恒功率調(diào)速是人為機械特性改變的條件下，功率不變。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是人為機械特性改變的條件下轉(zhuǎn)矩不變。 4.17 異步電動機變極調(diào)速的可能性和原理是什么？其接線圖是怎樣的？ 假設(shè)將一個線圈組集中起來用一個線圈表示，但繞組雙速電動機的定子每組繞組由兩各項等閑圈的

14、半繞組組成。半繞組串聯(lián)電流相同，當(dāng)兩個半繞組并聯(lián)時電流相反。他們分別代表兩中極對數(shù)。可見改變極對數(shù)的關(guān)鍵在于 使每相定子繞組中一般繞組內(nèi)的電流改變方向。即改變定子繞組的接線方式來實現(xiàn)。 A X A X 改變即對數(shù)調(diào)速的原理 4.18 異步電動機有哪幾種制動狀態(tài)？各有何特點？ 異步電動機有三種反饋制動,反接制動和能耗制動 . 反饋制動當(dāng)電動機的

15、運行速度高于它的同步轉(zhuǎn)速,即n1.>n0時一部電動機處于發(fā)電狀態(tài).這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機狀態(tài)時的方向相反.電流改變了方向,電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向.. 反接制動 電源反接改變電動機的三相電源的相序,這就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向,電磁轉(zhuǎn)矩由正變到負,這種方法容易造成反轉(zhuǎn)..倒拉制動出現(xiàn)在位能負載轉(zhuǎn)矩超過電磁轉(zhuǎn)矩時候,例如起重機放下重物時,機械特性曲線如下圖,特性曲線由a到b,在降速最后電動機反轉(zhuǎn)當(dāng)?shù)竭_d時,T=TL系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài), b a d

16、 能耗制動 首先將三項交流電源斷開,接著立即將一個低壓直流電圓通入定子繞組.直流通過定子繞組后,在電動機內(nèi)部建立了一個固定的磁場,由于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流,該電流域恒定磁場相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實際旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩,所以電動機轉(zhuǎn)速迅速下降,此時運動系統(tǒng)儲存的機械能被電動機轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中. 4.19 試說明鼠籠式異步電動機定子極對數(shù)突然增加時，電動機的降速過程。 N0=60f/p p增加定子的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速降低,定子的轉(zhuǎn)速特隨之降低. 4.20 試說明異步電動機定子相序突然改變時，電動機的降速過程。

17、 b a 1 2 c 異步電動機定子相序突然改變,就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向,電動機狀態(tài)

18、下的機械特性曲線就由第一象限的曲線1變成了第三象限的曲線2但由于機械慣性的原因,轉(zhuǎn)速不能突變,系統(tǒng)運行點a只能平移到曲線2的b點,電磁轉(zhuǎn)矩由正變到負,則轉(zhuǎn)子將在電瓷轉(zhuǎn)矩和服在轉(zhuǎn)矩的共同作用下迅速減速,在從點b到點c的整個第二相限內(nèi),電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 方向相反,. 4.21 如圖5.51所示：為什么改變QB的接通方向即可改變單相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向？ 定子上有兩個繞組AX,BY,一個是啟動繞組,另一個是運行繞組, BY上串有電容.他們都鑲嵌在定子鐵心中,兩個繞組的軸線在空間上垂直,繞組BY電路中串接有電容C,當(dāng)選擇合適的參數(shù)使該繞組中的電流iA在相位上超前或滯后iB,從而改變QB的接

19、通方向即可改變單相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向 4.22 單相罩極式異步電動機是否可以用調(diào)換電源的兩根線端來使電動機反轉(zhuǎn)？為什么？ 不能,因為必須調(diào)換電容器C的串聯(lián)位置來實現(xiàn),即改變QB的接通位置,就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向,從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn),. 4.23 同步電動機的工作原理與異步電機的有何不同？ 異步電動機的轉(zhuǎn)子沒有直流電流勵磁,它所需要的全部磁動勢均由定子電流產(chǎn)生,所以一部電動機必須從三相交流電源吸取滯后電流來建立電動機運行時所需要的旋轉(zhuǎn)磁場,它的功率因數(shù)總是小于1的,同步電動機所需要的磁動勢由定子和轉(zhuǎn)子共同產(chǎn)生的當(dāng)外加三相交流電源的電壓一定時總的磁通不變,在轉(zhuǎn)

20、子勵磁繞組中通以直流電流后,同一空氣隙中,又出現(xiàn)一個大小和極性固定,極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同的直流勵磁磁場,這兩個磁場的相互作用,使轉(zhuǎn)子北電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖動著一同步轉(zhuǎn)速一起轉(zhuǎn)動. 4.24 一般情況下，同步電動機為什么要采用異步啟動法？ 因為轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時,加以直流勵磁,產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場,并以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,兩者相吸,定子旋轉(zhuǎn)磁場欲吸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,但由于轉(zhuǎn)子的慣性,它還沒有來得及轉(zhuǎn)動時旋轉(zhuǎn)又到了極性相反的方向,兩者又相斥,所以平均轉(zhuǎn)矩為零,不能啟動，要采用異步啟動法。 4.25 為什么可以利用同步電動機來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)？ 當(dāng)直流勵磁電流大于正常勵磁電流時,電流勵磁過剩,在交流

21、方面不僅無需電源供電,而且還可以向電網(wǎng)發(fā)出點感性電流與電感性無功功率,正好補償了電網(wǎng)附近電感性負載,的需要.使整個電網(wǎng)的功率因數(shù)提高. 7.1 電動機的溫升與哪些因素有關(guān)？電動機銘牌上的溫升值其含義是什么？電動機的溫升、溫度以及環(huán)境溫度三者之間有什么關(guān)系？ 電動機的溫升與銅耗,鐵耗和機械損耗有關(guān). 電動機銘牌上的溫升值其含義是電動機絕緣許可的最高溫度.電動機的溫升、溫度以及環(huán)境溫度三者之間是剛工作時電動機的溫度與周圍介質(zhì)的溫度之差很小,熱量的發(fā)散是隨溫度差遞增的,少量被發(fā)散法到空氣中,大量被空氣吸收.,因而溫度升高的較快.隨著電動機溫度逐漸升高,被電動機吸收的減少,而發(fā)

22、散到空氣中的熱量增加.. 7.2 電動機在運行中其電壓、電流、功率、溫升能否超過額定值？是何原因？ 電動機在運行中其電壓、電流、功率、溫升能超過額定值因為保證電動機長期安全運行的必要條件是按發(fā)熱條件選擇電動機功率的,只要保證θmax≤θa 7.3 電動機的選擇包括哪些內(nèi)容？ 電動機的選擇包括:1 電動機容量.2 電動機電壓等級,3 電動額定轉(zhuǎn)速.4 電動機結(jié)構(gòu)型式.5電動機的種類 7.4 選擇電動機的容量時主要應(yīng)考慮哪些因素？ 選擇電動機容量應(yīng)根據(jù)三相基本原則進行:1發(fā)熱:電動機在運行的實際最高工作溫度等于或小于電動機的最高工作溫度,2過載能力 :

23、短時間內(nèi)承受高于額定功率的負載功率時保證θmax≤θa.當(dāng)決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力,即所選電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax或最大電流Imax必須大于運行過程中可能出現(xiàn)的最大負載電流ILmax和最大負載轉(zhuǎn)矩Tlmax.3啟動能力 必須使電動機能可靠啟動TL<λstTN 7.5 電動機有哪幾種工作方式？當(dāng)電動機的實際工作方式與銘牌上標注的工作方式不一致時，應(yīng)注意哪些問題？ 電動機有連續(xù)工作制,短時工作制,重復(fù)短時工作之三種方式. 當(dāng)電動機的實際工作方式與銘牌上標注的工作方式不一致時, 應(yīng)注意最高工作溫度是否小于電動機的最高許可工作溫度,啟動轉(zhuǎn)矩是否大于負載

24、轉(zhuǎn)矩. 7.6 一臺室外工作的電動機，在春、夏、秋、冬四季其實際允許的使用容量是否相同？為什么？ 實際允許的使用容量不相同,周圍空氣的溫度發(fā)生了變化,對電動機的散熱快慢有很大影響. 7.7 有一抽水站的水泵向高度H=10m處送水，排水量Q=500m3/h，水泵的效率η1=0.9，傳動裝置的效率η2=0.78，水的重度r=1000kg/m3，試選擇一臺電動機拖動水泵。 PL=QγH/102η1η2 =10*1000*500/102*0.9*0.78*3600 =19.4KW 查手冊選擇Y200L2-6,額定功率22KW滿載轉(zhuǎn)速是970r

25、/min,最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=1.8 7.8 有一生產(chǎn)機械的實際負載轉(zhuǎn)矩曲線如題7.8圖所示，生產(chǎn)機械要求的轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，試選一臺容量合適的交流電動機來拖動次生產(chǎn)機械。 用等効轉(zhuǎn)矩法,先求初等効轉(zhuǎn)矩 T=√(4**20+92*10+42*40+72*40+122*6)/116 =6.3Nm 等效功率是PL=Tdn/9550 =6.3*1450/9550 =0.96KW 查手冊選擇Y90S-4電動機 ,額定功率是1.1KW.滿

26、載轉(zhuǎn)速1400r/min,最大主轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2.2 所選電動機的額定轉(zhuǎn)矩為TN=9550PN/nN =9550*1.1/1400 =7.5 Nm 電動機的最大轉(zhuǎn)矩是Tmax=2.2 TN=16.5 Nm>6.3 Nm 所選電動機符合要求. 7.9 一生產(chǎn)機械需要直流電動機拖動，負載曲線如題7.9圖所示,試選擇電動機的容量。 電動機的等效功率Pd=√(P12t1+P22t2+P32t3)/( t1+ t2+ t3)

27、 =√(52*2+32*3+42*5)/10 =4KW 電動機的容量為4KW 7.10 有臺35Kw，工作時間30min的短時工作電動機，欲用一臺Th=90min的長期工作制電動機代替。若不考慮其他問題（如過載能力等），試問長期工作制電動機的容量應(yīng)選多大？ 等效功率法 Ps2ts=Pp2tp 352*30= Pp2*90 Pp=20.2 Kw 長期工作制電動機的容量應(yīng)選20.2 K

28、w 7.11 暫載率ε表示什么？當(dāng)ε=15%時，能否讓電動機工作15min,休息85min?為什么？試比較ε=15%，30kW和ε=40%，20kW兩個重復(fù)短時工作制的電動機，哪一臺容量大些？ 暫載率ε表示重復(fù)短時工作制的工作情況, 即ε=工作時間/(工作時間+停車時間) =tp/(tp+t0) 當(dāng)ε=15%時，不能讓電動機工作15min,休息85min,因為規(guī)定一個周期的總時間tp+t0不能超過十分鐘. 把20KW電動機換算成ε=15%的,相對應(yīng)的等效負載功率為 Ps=P√ε/εS

29、n =20*√0.4/0.15 =32.7KW 所以ε=40%，20Kw的短時工作制電動機容量大些. 7.12 有一生產(chǎn)機械的功率為10kW，其工作時間tp=0.72min, t0=2.28min,試選擇所用電動機的容量。 ε= tp/(tp+t0) =0.72/(2.28+0.72) =0.24 換算成額定負載暫載率εsN=25%時,其所需要的相對應(yīng)的等效負載功率為 Ps=P√ε/εsN =10*√24%/15% =12.65kw 所用電動機的容量為12.65kw