《电机及拖动基础》思考题与习题解答

解：在输出功率不变的情况下，改变励磁电流If大小时，会使转子磁场大小变化。为保持定、转子合成磁场不变，定子磁场必定要发生变化，因而会引起定子交流电流的大小和相位发生变化，而相位变化就起调节同步电动机的功率因数的作用。对电网的功率因数会有提高或降低的影响。

6-10 什么叫同步电动机的V形曲线？它有什么用途？

解：三相同步电动机P2一定时，当同步电动机的励磁电流If改变时，定子电流I变化的关系曲线，因曲线形似V形，故称为同步电动机的V形曲线。P2一定时对应的V形曲线最低点是I最小的，对应的励磁电流称正常励磁，在此基础上改变励磁电流，增大称过励，此时对应的定子电流是超前的（容性）；在正常励磁基础上减小励磁电流，称欠励（感性）。由于电网上的负载多为异步电动机等感性负载，因此如果将运行在电网上的同步电动机工作在过励状态下，则除拖动生产机械外，还可用它吸收超前的无功电流（容性）去弥补异步电动机吸收的滞后无功电流，从而可以提高工厂或系统的总功率因数。所以为了改善电网的功率因数，现代同步电动机的额定功率因数一般均设计为1~0.8（超前）。

6-11 同步电动机为什么不能自行起动？一般采用哪些起动方法？ 解：同步电动机的定子绕组接到电网时，定子旋转磁场与转子磁场的电磁吸引力所产生的转矩在一个周期内要改变两次方向，故不能产生平均的同步电磁转矩，转子不能自行起动。 同步电动机的起动有：异步起动法和其它电动机带动法等。

6-12 三相同步电动机采用异步起动法起动时，为什么其励磁绕组要先经过附加电阻短接？

解：三相同步电动机采用异步起动法起动时，因定子旋转磁场切割暂时不动的转子励磁绕组，将会产生很大的感应电动势（相对切割速度快，励磁绕组匝数多），为限制感应电流，励磁回路中应串联起动电阻，即先经过附加电阻短接。

6-13 直线异步电动机与旋转异步电动机的主要差别是什么？直线异步电动机有哪种结构形式？

解：直线异步电动机与旋转异步电动机的工作原理相似，主要差别是在结构形式上，直线异步电动机相当于旋转异步电动机定、转子切开展平，称初级、次极，通入三相交流电产生的是滑行磁场。直线异步电动机有主要结构形式为：平板型、管型、圆盘型。

6-14 单相串励电动机为什么能交流、直流两用？

解：因为单相串励电动机若通入交流电，则励磁电流和电枢电流在正、负半波时，同时反方向，由此产生的电磁转矩方向不变，仍朝固定方向正常旋转。

6-15 开关磁阻电动机有何优点？应用在哪些场合？ 解：开关磁阻电动机以其结构简单、制造工序少、成本低、工作可靠、可制成高速电机、调速性能好、系统控制灵活、有良好的动态特性等优点。应用在服装机械、食品机械、空调生产线等传送机构或流水线上。

6-16 无刷直流电动机有何优点？

解：无刷直流电动机除了具有有刷直流电动机的优点，还改善了有刷的不足。即采用电子换向取消了有刷直流电动机的电刷和换向器的滑动接触，因此具有寿命长，可靠性高，无

电气接触火花，防爆性好，无线电信号干扰小等优点。

6-17 盘式直流电动机与一般径向直流电动机相比有何长处？应用于哪些场合？

解：盘式直流电动机与一般径向直流电动机相比有以下长处：具有超薄型结构，尤其适用于轴向空间紧凑的场合；起动转矩大，机械特性硬，过载能力强，调速范围宽广；控制性能优良；转子可做成无铁心结构，电枢惯量小，电感影响小，控制响应快。因此在电动自行车、机器人、计算机外围设备、办公自动化产品等中得到应用。

6-18 锥形异步电动机为什么会产生轴向移动？为什么能自刹车？

解：因为锥形异步电动机的定子内腔和转子表面制成圆锥的一部分。通电后，垂直于转子表面的力分解成径向分力和轴向分力。与普通异步电动机一样，气隙均匀、磁路对称，则径向分力互相抵消为零。但锥形异步电动机轴向分力使转子产生沿圆锥台大的一端轴向运动，使得风扇制动轮与静止环松开，同时压紧了轴上的弹簧，这时转子电流与气隙旋转磁场作用产生切向电磁力，产生电磁转矩，促使电动机旋转。当断电时，电动机的垂直于表面的力消失，轴向分力也消失，转子在弹簧的作用下，向圆锥台小的一端轴向退回，使得风扇制动轮向后端盖上的静止环压紧，在两个摩擦块的作用下，转子立即停转，这就是断电时的自刹车。

第七章 控制电机

7-1 直流伺服电动机常用什么控制方式？为什么

解：直流伺服电动机常用电枢控制方式，因为电枢控制的特性好（相当于普通他励直流电动机的电枢电压调节），且回路电感小，响应快，所以在自动控制系统中多采用电枢控制。

7-2 交流伺服电动机的“自转”现象指什么？采用什么办法消除“自转”现象？ 解：交流伺服电动机的“自转”现象是指控制信号消失时，在励磁绕组单相励磁的情况

,,

下仍在旋转，则系统失控。采用制造时加大转子电阻（r2>X1+X2）的方法，使控制信号消失，只有单相励磁的情况下，电动机的合成转矩为制动性质的，转子迅速停转。

7-3 交流伺服电动机的控制方式有哪些？各有什么特点？

解：交流伺服电动机的控制方式有：幅值控制、相位控制和幅-相控制。幅值控制的控制绕组和励磁绕组的两相电压相位差保持90°，控制电压的幅值改变；相位控制是控制电压的幅值不变，相位改变。幅-相控制是控制电压的幅值和相位都会改变。幅—相控制的机械特性和调节特性不如幅值控制和相位控制时的线性度好。但由于幅—相控制方式的设备简单，不用移相器，并有较大的输出功率，实际应用最广泛。

7-4 为什么直流测速发电机的使用转速不宜超过规定的最高转速？为什么所接负载电阻数值不宜低于规定值？

解：由于直流测速发电机高速时,输出特性变成非线性，一是因为速度高，感应的电动势高，电枢电流大，电枢反应的去磁作用大，磁通不再是常数，输出特性的非线性度加大。因此，为了保证直流测速发电机的输出特性的线性度好，必然削弱电枢反应的去磁作用。直流测速发电机的使用转速不宜超过规定的最高转速（感应电动势限定在一定范围内），另外，电枢所接负载电阻RL数值不宜低于规定值，这样在同样的电枢电动势下，电枢电流就限制在一定范围内，电枢反应的去磁作用就小了。

7-5 交流测速发电机励磁绕组与输出绕组在空间互相垂直，没有磁路的耦合作用，为什么励磁绕组接交流电源，发电机旋转时，输出绕组有输出电压？若把输出绕组移到与励磁绕组同一位置上，发电机工作时，输出绕组输出电压与转速是否有关？

解：交流测速发电机励磁绕组与输出绕组在空间互相垂直，的确没有磁路的耦合作用。但由于励磁绕组接交流电源，产生直轴脉振磁场，在交流测速发电机的转子旋转时，因杯形转子中会切割直轴磁通产生旋转电动势，此电动势产生的电流再产生的磁通是交轴磁通，与输出绕组轴线重合，所以会在输出绕组中感应出电动势，会有输出电压。若把输出绕组移到与励磁绕组同一位置上，发电机工作时，输出绕组输出电压与转速无关。

7-6 步进电动机的转速与哪些因素有关？如何改变其转向？

解：步进电动机的转速与电源频率成正比，与转子齿数、运行拍数成反比；改变步进电动机控制绕组的通电脉冲相序就可改变其转向。

7-7 步距角为1.5°/0.75°的磁阻式三相六极步进电动机的转子有多少个齿？若运行频率为2000Hz，求电动机运行的转速是多少？

解：步距角为1.5°时，N=3，则转子齿数：

Zr?360?/(?sN)?360/(1.5?3)?80

运行频率为2000Hz，步距电动机转速n：

三拍：n?60f/(NZr)?60?2000/(3?80)?500r/min 六拍：n?60f/(NZr)?60?2000/(6?80)?250r/min

7-8 力矩式自整角机和控制式自整角机工作原理上各有何特点？各适用于怎样的随动系统？

解：力矩式自整角机是力矩式发送机转过一个角度，力矩式接收机转子转过一相同的角度。控制式自整角机是控制式发送机转过一个角度，控制式接收机（变压器）感应电动势，送至放大器，放大的信号驱动伺服电动机转动，同时也带动了控制式接收机（变压器）转子转过相同的角度。这就使力矩式自整角机适用轻负载的指针式的远距离随动系统。而要驱动较大负载（由控制式变压器的输出电压放大后控制伺服电动机带动较大负载随动）或提高角位移的精度（是一闭环系统），则要用控制式自整角机。

7-9 旋转变压器是怎样的一种控制电机，常应用于什么控制系统？ 解：旋转变压器是一种输出电压与转子转角呈某一函数关系的控制电机，如正余弦旋转变压器、线性旋转变压器；常应用于解算装置、伺服系统及数据传输等控制系统中。

第八章 电动机容量的选择

8-1 电力拖动系统中电动机的选择包含哪些具体内容？

解：电力拖动系统中电动机的选择包含：电动机的种类、结构型式、额定电压、额定转速和容量（功率）的选择。

8-2 确定电动机额定容量时主要考虑哪些因素？ 解：确定电动机额定容量时主要分析和校验电动机在运行中的发热和温升，并校核短时过载能力及起动能力等。

8-3 两台同样的电动机，如果通风冷却条件不同，则它们的发热情况是否一样？为什

么？

解：两台同样的电动机，通风冷却条件不同，它们的发热情况是不一样的。其中，起始温升是一样的，但稳态温升：通风冷却条件好的稳定温升小于通风冷却条件差的稳定温升。

8-4 对于短时工作的负载，可以选用为连续工作方式设计的电动机吗？怎样确定电动机的容量？当负载变化时，怎样校核电动机的温升和过载能力？

解：对于短时工作的负载，可以选用为连续工作方式设计的电动机。用有关公式把短时负载（功率，工作时间）代入，进行对比。先从发热角度：把短时工作的负载折算成连续工

作下负载功率，若折算值大于电动机的额定值，则发热（温升）通不过。反之，发热通过，再校核过载能力，实际过载系数应大于给定的过载系数。

8-5 连续工作制下电动机容量选择的一般步骤是怎样的？

解：先是通过计算得到PL，选择电动机的PN大于PL，再考虑电动机的过载能力，通过了，对笼型电动机还要考虑起动能力是否可行。

8-6 电动机运行时温升按什么规律变化？两台同样的电动机，在下列条件下拖动负载运行时，它们的起始温升、稳定温升是否相同？

1）相同的负载，但一台环境温度为一般室温，另一台为高温环境。

2）相同的负载，相同的环境，一台原来没有运行，另一台是运行刚停下后又接着运行。 3）同一环境下，一台半载，另一台满载。

4）同一个房间内，一台自然冷却，另一台用冷风吹，都是满载运行。

解：电动机运行时温升按指数规律变化。设第一台电动机的起始温升、稳定温升分别为τ01和τw1，第二台电动机的起始温升、稳定温升分别为τ02和τw2。

1）τ01=τ02、τw1=τw2； 2）τ01<τ02、τw1=τw2； 3）τ01=τ02、τw1<τw2； 4）τ01=τ02、τw1>τw2。

8-7 同一台电动机，如果不考虑机械强度或换向问题等，在下列条件下拖动负载运行时，为充分利用电动机，它的输出功率是否一样，是大还是小？ 1）自然冷却，环境温度为40℃。 2）强迫通风，环境温度为40℃。

3）自然冷却，高温环境。

解：输出功率是不一样的，强迫通风，环境温度为40℃时，输出功率最大；自然冷却，高温环境时，输出功率最小。

8-8 电动机周期性地工作15min、休息85min，其负载持续率FC%=15%对吗？它应属于哪一种工作方式？

解：断续周期性工作制是指电动机工作与停歇周期性交替，但时间都较短。工作与停歇的周期小于10min。工作时，温升达不到稳定态；停歇时，温升降不到零。经过若干个周期后，温升在最高温升和最低温升之间波动。所以“电动机周期性地工作15min、休息85min”不是断续周期性工作方式，谈不上负载持续率FC%=15%。它应属于短时工作方式。