电力拖动与控制课后答案 李岚 梅丽凤

第一章 电力拖动系统的动力学基础

1-1 什么是电力拖动系统?它包括那几部分？都起什么作用？举例说明．

答：由原动机带动生产机械运转称为拖动。用各种电动机作为原动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务的拖动方式，称为电力拖动。电力拖动系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源五部分组成。

其中，电动机作为原动机，通过传动机构带动生产机械的工作机构执行某一生产任务；机械传动机构用来传递机械能；控制设备则用来控制电动机的运动；电源的作用是向电动机和其他电气设备供电。

1-2 电力拖动系统运动方式中T，Tn 及n的正方向是如何规定的？如何表示它的实际方向？

答：设转速n对观察者而言逆时针为正，则转矩T与n的正方向相同为正；负载转矩TL与n的正方向相反为正。与正方向相同取正，否则取反。 1-3 试说明GD的概念

２

GD2答：J=即工程中常用表示转动惯量的飞轮惯量。

4g1-4 从运动方程式中如何看出系统是处于加速、减速、稳速或静止等运动状态？

答: 当T?TL时，dndt?0，系统加速；当T?TL时，dndt?0，系统减速。当T?TL 时，dndt?0，转速不变，系统以恒定的转速运行，或者静止不动。

1-5 多轴电力拖动系统为什么要折算为等效单轴系统？

答: 多轴电力拖动系统，不同轴上有不同的转动惯量和转速，也有相应的反映电动机拖动的转矩及反映工作机构工作的阻转矩，这种系统比单轴拖动系统复杂，计算较为困难，为了简化计算，一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算为等小的单轴系统。 1-6 把多轴电力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算？各轴的飞轮力

矩按什么原则折算？

答:功率相等原则;能量守恒原则.

1-7 什么是动态转矩？它与电动机负载转矩有什么区别？

答:动态转矩是指转矩是时间的函数. 而负载转矩通常是转速的函数.

1-8 负载的机械特性有那几种类性？各有什么特点？

答：恒转矩负载特性：与n无关，总是恒值；

1

恒功率负载特性：与n 成反比例变化； 通风机负载特性：与n2成正比例变化。

1-9 某拖动系统如图1-11所示。当系统以1m/s2的加速度提升重物时,试求电动机应产生的电磁转矩。折算到电动机轴上的负载转矩Tmeq =195N·m, 折算到电动机轴上的系统总(包括卷筒)转动惯量J=2kg·m2 ,卷筒直径d=0.4m，减速机的速比j=2.57。计算时忽略电动机的空载转矩。

解：T?Tmeq=J

图1-11 拖动系统传动机构图 图1-12 拖动系统传动机构图

d?，?,?m分别是电机转轴。 dt卷筒的机械角速度

?=j=2.57 ?mR=V ?md?mdv R==1?2=2

dtdtd?d?m?2.57?5?2?25.7 =j?dtdtd??195?2?25.7?246.4N?m T?Tmeq?J?dt???1-10 试求图1-12所示拖动系统提升或下放罐笼时，折算到电动机轴上的等效负载转矩以及折算到电动机轴上的拖动系统升降部分的飞轮力矩。已知罐笼的质量m0=300k，重物的质量m=1000kg，平衡锤的质量mp=600kg，罐笼提升速度vm=1.5m/s，电动机的转速n=980r/min，传动效率η0=0.85。传动机构及卷筒的飞轮力矩略而不计.。 解：（1）系统以1.5m/s提升罐笼时（g=9.81）

Tmeq?????(m0?m)g?Vm?mpg?Vm Tmeq?118.11N?m

1GDeq2?n21122 ()?(m0?m)Vm?mpVm24g60222 2

1GDeq2?n212 ()?(m0?m?mp)Vm24g6022(m0?m?mp)Vm167751?GD??4g??15.9N?m 22?n2(102.6)()602eq2（2）系统以1.5m/s下放罐笼时

[(m0?m)g?Vm?mpg?Vm]?y?Tmeq??

Tmeq?2700?9.81?1.5?0.85?85.3N?m

102.62 (GDeq)下降?(GDeq)上升?15.9N?m

1-11 一台卷扬机，其传动系统如图1-13所示，其各部分的数据如下：

Z1=20， GD12?1N?m2；

2Z2=100，GD2?6N?m2；

2Z3=30， GD3?3N?m2；

2Z4=124，GD4?10N?m2；

2Z5=25， GD5?8N?m2；

2Z6=92， GD6?14N?m2。

卷筒直径d=0.6m，质量mT=130kg，卷筒回转半径ρ与卷筒半径R之比ρ／R＝0.76，重物质量m=600kg，吊钩和滑轮的质量m0=200kg,，重物提升速度νm=12m/min，每对齿轮的传动效率ηcZ=0.95，滑轮的传动效率ηcn=0.97，卷轴效率ηcT=0.96，略去钢绳的质量。电动机

2的数据为PN=20kW，nN=950r/min，GDR?21N?m2。试求：

（1） 折算到电动机轴上的系统总飞轮力矩；

（2） 以 vm=12m/min提升和放下重物时折算到电动机轴上的负载转矩

解：1、（1）齿轮总飞轮矩

图1-13 卷扬机传动系统图

2222GD2?GD32GD4?GD52GD6?GDJGD?GD??? 2Z2Z42Z2Z4Z62Z2(?)(??)(2)ZZZ1Z3Z5Z1132a21 3

91814?264.9105?1?25?(20.65)2?(75.992)2 ?1?0.36?0.0422?0.0483?1.4505N?m2

GD2J: R?d2?0.3m，??0.76?R?0.76?0.3?0.228m J?m?2?130?0.2282?6.75792Kg?m2

?GD2J?J?4g?6.75792?4?9.8?264.9105N?m2

（2）动滑轮的飞轮矩（包括钩子和重物）

由于动滑轮半径未知，故动滑轮旋转运动的飞轮矩忽略。

GD2GV12H?365?H?(n)2?365(600?200)?9.8?()

15.950?2861600?0.1268N?m222562500

?GD2?GD22GD2总R?GDa?H?21?1.4505?0.1268

?22.5773N?m2

2、（1）提升时

设绳的拉力为F

F绳?V绳?ycn?(600?200)?g?Vm

F800?9.8?Vm800?9.8绳?2V?2?0.97?4041.24N

m??cnTG?R4041.24?0meq?j???.31212.372Z??19.3832N2Z?Z4?Z6?0.953?0.9662.54751Z3Z5（2）下放重物时

???2?1??0.785，F绳?V绳?G?Vm??cn

F.8?Vm?0.97绳?800?92V?3802.4N

mT3802.4?0.33802meq?j????.4?0.3?0.78575.992?11.78N 4

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指的是什么？是根据那几个方程式推倒出来的？

答：n?uR?Rc?aT Ce?Ce?CT?据以下三个方程：u?Ea?Ia(Ra?Rc)

Ea?Ce?n

T?CT?Ia

2-2 他励直流电动机的机械特性的斜率与那些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？

答：?与所串电阻RC及励磁磁场?有关；

?值较小的机械特性称硬特性，反之为软特性

2-3 为什么n0称为理想空载转速？堵转点是否只意味着电动机转速为零？为什么？

答：因为实际中空载转矩T0不可避免，故n0达不到。

堵转就是n=0的点。

2-4 什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串电阻越大，机械特性越软？

答：人为机械特性指通过改变u、?、R参数得到的机械特性。

2-5 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？

答：u与?值无关；因为??1???减小，?增大，特性边软。

2-6 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？

答：系统在某种外界扰动下离开原的平衡状态，在新的条件下获得的新的平衡；或当扰动消失后系统能自动恢复到原来的平衡状态。满足上述条件，系统就是稳定的。

系统稳定运行的充分必要条件是：

1）电机的机械特性与负载转矩特性必须有交点，在交点处T?TL； 2）在交点附近应有

dTdTL?。 dndn5

2-7 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？ 答：Ia由负载TL决定。不能。

2-8 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？

答：起动开始瞬间，由于机械惯性的影响，电动机转速n?0,Ea?0,这时起动电流为

Ist?UNRa，因电枢电阻数值很小，因此，Ist很大，可达额定电流的（10~20）倍。

因此不能直接起动。

直接起动可能产生如下后果：1、大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易损坏绕组；2、使换向困难，主要是在换向器表面产生火花及环火，少坏电刷与换向器；3、过大的起动电流还会产生过大的起动转矩，从而使传动机构受到很大的冲击力，加速过快，易损坏传动变速机构；4、过大的起动电流会引起电网电压的波动，影响电网上其他用户的正常用电。

2-9 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？(1)空载起动；(2)负载起动，TL＝TN。 答：（1）电机飞车，转速太高，容易造成事故。

（2）电机电枢中电流很大，却很可能起动不了，由于T?CT?IC， 此时磁场只有点剩磁很小。

2-10 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？

答：电机所发出的电磁转矩与转速方向相同，即为电动状态。

若电磁转矩与转动方向相反，则为制动状态。

2-11 电动机在电动状态和制动状态下运行时机械特性位于哪个象限？

答：电动状态机械特性位于一、三象限； 制动状态机械特性位于二、四象限。

2-12 能耗制动过程和能耗制动运行有何异同点？

答：相同点：两种状态下，电磁转矩都与电机转向相反。

不同点：能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向；

而能耗运行中负载转矩与电磁转矩反向。

2-13 电压反接制动与电动势反接制动有何异同点？

答：相同点：两种状态都是制动状态，即电磁转矩都与转向相反。

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不同点：电压反接制动中，电流方向发生改变；

而电动势方向制动中电流流向不变。

2-14 什么叫电力拖动系统的过渡过程？在过渡过程中为什么电动机的转速不能突变？

答： 指系统从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定运行状态。

由于机械惯性时间远大于电磁惯性时间，在过渡过程中可以把电磁量任务是突变的，而机械量不能。

2-15什么是机械过渡过程？推导他励直流电动机拖动系统机械过渡过程解析式时作了哪些

假定？

答：指机械量如转速的变化过程（从一个稳态到另一个稳态）

假设：1）电源电压u恒定不变

2）磁通?恒定不变

3）负载转矩TL保持常数不变

2-16什么是他励直流电动机拖动系统机械过渡过程的三要素？机电时间常数的大小与哪些

量有关？

答：三要素指：初始值、稳态值、机电时间常数。

机电时间常数与系统的转动惯量、所串电阻、及励磁磁场有关。

2-17 他励直流电动机有那几种调速方法？各有什么特点？

答：1）电枢串电阻调速

特点：优点：设备简单、初投资少；

缺点：1、有级调速，级数有限，平滑性差

2、轻载时，调速范围小 3、低速时，?低，电能损耗大 4、低速运行，转速稳定性差 适用于调速性能要求不高的场合。

2）降低电压调速

特点：优点：1、电源电压能连续调节，调速的平滑性好，可达到无级调速；

2、无论是高速或低速，机械特性硬度不变，低速时稳定性好； 3、低速时电能损耗小，效率高。 缺点：设备的初投资大。

适用于对调速性能要求较高的设备上。

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3）减弱励磁磁通调速

特点：优点：1、电流较小的励磁电路中进行调节、控制方便，功率损耗小

2、用于调速的变阻器功率小，可较平滑调速，实现无级调速。 缺点：调速范围较小。

2-18 静差率与机械特性的硬度有何区别？

答：??n0?n，机械特性越硬，?越小。 n0可以利用?来衡量机械特性的硬度。

2-19 调速范围与静差率有什么关系？为什么要同时提出才有意义？

答：调速范围D?nmax，其中nmin受到调速相对稳定性限制，而稳定性则通过?（静nmin差率）反映，故同时考察D与?对调速系统才有意义。

2-20什么叫恒转矩调速方式和恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各属于哪

种调速方式？

答： 恒转矩调速方式：当采用电枢串电阻调速和降低电枢电压调速时，则电动机容许输出的转矩为Tcy?CT?NIN?TN?常数。由此可见，???N,Ia?IN，

这两种调速方法在整个调速范围内，不论转速等于多少，电动机容许输出的转矩都为一恒值，因此称为恒转矩调速方式。

恒功率调速方式：当采用弱磁调速时，磁通?是变化的，因此容许输出转矩Tcy与转速n成反比。而输出功率P?Tcy??调速方式。

串电阻调速和降电压调速属于恒转矩调速方式，弱磁调速属于恒功率调速。

2-21 电动机的调速方式为什么要与负载性质匹配？不匹配时有什么问题？

答：电动机的容许输出转矩和容许输出功率，仅仅表示电动机的利用限度，并不代表电 动机的实际输出，电动机的实际输出是由负载的需要来决定的。负载有三种类型：恒转矩负载、恒功率负载、通风机型负载。每种类型的负载，在不同转速下所需要的转矩和电流是不同的。所以要根据电动机所拖动负载的性质来选择调速方式，达到合理使用电动机的目的。

2-22是否可以说他励直流电动机拖动的负载只要转矩不超过额定值，不论采用哪一种调速

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c2?n??k，即为一恒定值。故称为恒功率n60方法，电动机都可以长期运行而不致过热损坏？

答：不可以。串电阻调速和降压调速可以这样认为，但弱磁调速时TL?TN时，绕组

Ia?IN，故不能长时间运行。

2-23 一台他励直流电动机，铭牌数据为PN=60kW，UN=220V，IN=305A，nN=1000r/min，

试求：

（1） 固有机械特性并画在坐标纸上。 （2） T=0.75TN时的转速。

（3） 转速n=1100r/min时的电枢电流。

解：（1）Ra?1uNI2(N?PNI2)?1(220?305?60000?305)?0.038?， N2305CUN?INRa220?305?0.038e?N?n??0.208Vr?min N1000nN0?UC??220?1058rmin eN0.208TN?9.55Ce?NIN?9.55?0.208?305?605.8N?m

?通过（1058，0）及（1000，605.8）可以作出固有机械特性

（2）n?UNC?RaTNC?T?0.75TN时 e?Ne?NCT?Nn?2200.208?0.038?0.75?605.89.55?0.208?0.208?1016rmin （3）n=1100r/min

n?UNC?RaCIN e?Ne?N?IUNN?(C?n)Ce?NR?(1058?1100)0.208??229.9A e?Na0.0382-24 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0.5RN时的人为机械特性。

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（2） 电枢回路总电阻为2RN的人为机械特性。

（3） 电源电压为0.5UN，电枢回路不串电阻时的人为机械特性。 （4） 电源电压为UN，电枢不串电阻，ф=0.5фN时的人为机械特性。

注：RN=UN/IN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。 解：（1）RN?UN220??0.721? IN305当外串后总电阻为0.5Rn时：

n?UN0.5Rn??T?1058?0.874T Ce?NCe?NCT?N（2）当电枢总电阻为2Rn?1.442?时：

n?UN2Rn??T?1058?3.49T Ce?NCe?NCT?N（3）U?0.5UN

n?0.5UNRa?T?529?0.092T Ce?NCeCT(?N)2（4）??0.5?N

n?UNRa?T?2116?0.368T

0.5Ce?N0.25CeCT(?N)22-25 Z2—71型他励直流电动机,PN=7.5kW， UN=110V， IN=85.2A， nN=750r/min，Ra=0.129Ω。采用电枢串电阻分三级起动,最大起动电流为2ln，试计算各级起动电阻值。 解：选I1?2IN，Rm?UN110??0.646? I12?85.2??3Rm30.646??1.711 Ra0.129?R1?Ra??1.711?0.129?0.221? R2?R1??0.221?1.711?0.378?

?Rst1?R1?Ra?0.221?0.129?0.092?

10

Rst2?R2?R1?0.378?0.221?0.157? Rst3?R3?R2?0.646?0.378?0.268?

2-26 一台他励直流电动机，PN=7.5kW，UN=220V， IN=41A， nN=1500r/min，Ra=0.376Ω，拖动恒转矩负载运行，T=TN。当把电源电压降到U=180V时，问：

（1） 降低电源电压瞬间电动机的电枢电流及电磁转矩是多少？ （2） 稳定运行时转速是多少？

解：Ce?N?UN?INRa220?41?0.376??0.316Vr?min?1

nN1500UNRa??T 2Ce?NCeCT(?N)?机械特性 n?（1）当在额定点运行时 EN?Ce?N?nN?0.136?1500?204V

?降压瞬间 180?204?Ia?Ra Ia?180?204??63.8A

0.376T?CT?NIa?9.55?0.136?(?63.8)??82.9N?m

(2) n?1800.376??41?1324?113?1211rmin 0.1360.1362-27上题中的电动机拖动恒转矩负载运行，T=TN ，若把磁通减小到φ=0.8φN,。计算稳定

运行时电动机的转速是多少?电动机能否长期运行?为什么? 解: n?220Ra?T Ce?NCe?NCT?N当T=TN,??0.8?N时

n?2200.376??9.55?0.136?41

0.8?0.1360.8?0.136?0.8?0.136?9.550.376?41?2022??1845rmin

0.64?0.136Ia?TNC??I5?TNN?IN?51.25A

CT?N?0.80.8CT?N4?Ia?IN ?电机不能长期运行

2-28 他励直流电动机的数据为PN=13kW，UN=220V， IN=68.7A， nN=1500r/min，Ra=0.224Ω。采用电枢串电阻调速，要求δ

max

=30%，求：

11

（1） 电动机拖动额定负载时最低转速。 （2） 调速范围。

（3） 电枢需串入的电阻值。

（4） 拖动额定负载在最低转速下运行时电动机电枢回路输入的功率，输出功率（忽略T0）

及外串电阻上的消耗的功率。 解: (1)??n0?n?0.3 ?n?0.7n0?nmin?0.7n0 n0UN?INRa220?68.7?0.224??0.136Vmin?1?r

nN1500Ce?N?n0?2201618rmin ?nmin?0.7?1618?1133rmin Ce?Nnmax1500??1.324 nmin11332200.224?Rn??68.7 0.1360.136(2) D?(3) 1133??解得Rn?0.736?

(4) P1?UNIN?220?68.7?15.1kW

P2?9.55?0.136?68.7?2?3.14?1133?10.6kW

602PRn?INRn?68.72?0.736?3474W

2-29 上题中的电动机，如果采用降低电源电压调速，要求δ

（1） 电动机拖动额定负载运行时的最低转速。 （2） 调速范围。

（3） 电源电压需调到的最低数值。

max

=30%，求：

（4） 电动机拖动额定负载运行在最低转速时，从电源输入的功率及输出功率（不计T0）。

解: (1) ?nN?n0?nN?1618?1500?118rmin

??0.3?118?nN?393rmin?0.3 ?n0min? 0.3n0?nmin?n0min??nN?393?118?275rmin

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(2) D?nmax1500??5.5 nmin275Umin?Umin?53.4V Ce?N(3) n0min?(4) PW 1?UminIN?53.4?68.7?3672P2?TN???9.55?0.136?68.7?6.28?275?2568W

602-30 他励直流电动机PN=29kW，UN=440V，IN=76A， nN=1000r/min，Ra=0.376Ω，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速n0min=250r/min，最高理想空载转速

n0max=1500r/min，试求：

（1） T=TN时的最低转速及此时的静差率。 （2） 拖动恒功率负载P2=PN时的最高转速。 （3） 调速范围。

解: Ce?N?UN?INRa440?76?0.376??0.411Vr?min?1

nN1000n0?440?1071rmin ?nN?1071?1000?71rmin 0.411(1) nmin?n0min??nN?250?71?179rmin

??n0min?nminn0min?250?179?0.284

250(2) n0max?440?1500(设x为弱磁系数)

x?0.4111071x??0.714

1500?n?1500?RaT

0.714Ce?N?0.714CT?N当P2?PN时,设电机转速为nx,转矩为Tx

?Tx?22?nx60PN?PN ? Tx? 代入机械特性n中,整理有 602?nxnx?1500nx?126675.9?0

解得 nx?1410rmin或90rmin

13

?拖动恒功率P2?PN时最高转速为1410rmin.

(3) 弱磁时拖动T?TN恒转矩负载的转速

n?1500?0.376?76?1364rmin

0.714?0.411?0.714?D?1364?7.62 1792-31 一台他励直流电动机PN=3KW，UN=110V，IN=35.2A，nN=750r/min，Ra=0.35Ω。电动机原工作在额定电动状态下，已知最大允许电枢电流为Iamax=2IN，试问：

（1） 采用能耗制动停车，电枢中应串入多大电阻？ （2） 采用电压反接制动停车，电枢中应串入多大电阻？ （3） 两种制动方法在制动到n=0时，电磁转矩各是多大？

（4） 要使电动机以-500r/min的转速下放位能负载，TL=TN，采用能耗制动运行时电枢应

串入多大电阻？ 解: Ce?N?UN?INRa?0.1304Vr?min?1

nN（1）EN?Ce?NnN?0.13024?750?97.68V

能耗制动：0?EN?Ia(Ra?Rn) 代入数据，可解得 Rn?1.0375?

（2）?UN?EN?Ia(Ra?Rn) ?Rn?2.6? （3）能耗制动时：n=0 则T=0；

反接制动时：n?UCe?N?Ra?Rn?T

Ce?NCT?N将U=?110V，R?2.6?代入： 得T??46.3N?m （4）n??2Rn?T ?Rn?1.5?

Ce?NCT?N2-32 一台他励直流电动机，PN=13KW，UN=220V，IN=68.7A，nN=1500r/min，Ra=0.195Ω，拖动一台起重机的提升机构。已知重物的负载转矩TL=TN，为了不用机械闸而由电动机的电磁转矩把重物吊在空中不动，问此时电枢回路中应串入多大电阻？

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解：Ce?N?UN?INRa220?68.7?0.195??0.138Vr?min?1

nN1500n0?UN220??1594rmin Ce?N0.138Ra?T

Ce?NCT?N固有机械特性n?1594?若使重物吊在空中不动，即n?0时T?TN

?n?1594?Ra?Rn0.195?Rn?TN?1594??68.7

Ce?NCT?N0.138解得 Rn?3?

2-33 他励直流电动机的技术数据为PN=29KW，UN=440V，IN=76A，nN=1000r/min，Ra=0.377Ω，Iamax=1.8IN，TL=TN。问电动机拖动位能负载以-500r/min的转速下放重物时可能工作在什么状态？每种运行状态电枢回路中应串入多大电阻（不计传动机构中的损耗转矩和电动机的空载转矩）？要求画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500r/min速度下放重物的转换过程。

解：若只可进行一次变换则有可能的工作状态：

能耗制动，转速反向的反接制动。 i） 能耗制动

EN?UN?INRa

Ce?N?ENR?Rc?0.4113 ?n??a?Ia nNCe?NRa?Rc?IN

Ce?N若-500下放，则?500??则Ra?Rc?2.706?，Rc?2.706?0.377?2.33? 此时校核制动瞬间的电流

1000??2.706Ia ?Ia??152A

0.4113

Iamax?1.8IN?136.8A

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n?n1(1?sx)?1100 ?n1?f1?

1100?1138rmin

1?0.03350?113838?38Hz,u1??380?289V

150050第五章 电力拖动系统电动机的选择

5-1 电力拖动系统中电动机的选择主要包括哪些内容？

答：内容：电机额定功率选择、电机种类、额定电压、额定转速及外部结构形式。 5-2 确定电动机额定功率时主要应考虑哪些因素？

答：主要考虑负载情况和进行发热校验。

5-3 电动机的额定功率选得过大和不足时会引起什么后果？

答：如果额定功率选小了，电动机经常在过载状态下运行，会使它过热而过早的损坏，还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。

如果额定功率过大，此时不仅增加了设备投资，而且由于电动机经常在欠载运行，其效率及功率因数等性能指标变差，浪费了电能，增加了供电设备的容量，使综合效益下降。

5-4 电动机的温度、温升、及环境温度三者之间有什么关系？

答：电动机温度比周围环境温度高出的值称为温升。当电动机的温度高于周围环境温度时，电动机就要向周围散热；温升越高，散热越快。当单位时间内产生的热量与单位时间内散发到周围介质中的热量相等时，电动机的温度不再升高，达到了所谓的热稳定状态，此时的温升为稳定温升?w，其大小决定于电动机的负载。

5-5 电机的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？发热时间常数是否相同？

（l）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，一台原来没运行，一台是运行刚停下后又接着运行； （3）同一个环境下，一台半载，另一台满载；

（4）同一个房间内，一台自然冷却，一台用冷风吹，都是满载运行。

答：规律：发热过程开始时，由于温升小，散发出去的热量少，大部分热量被电动机所吸收，所以温升上升较快。其后随着温升的升高，散发的热量逐渐增加，电动机吸收的

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热量则逐渐减少，使温升的变化缓慢了。当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高，达到一稳定值?w。

（1） 起始温升不同，稳态温升和时间常数相同 （2） 起始温升和稳态温升不同，时间常数相同。 （3） 起始温升相同，稳态温升和时间常数不同。 （4） 起始温升相同，稳态温升不同，时间常数相同。

5-6 电动机有几种工作制？是怎样划分的？其发热的特点是什么？

答：一、连续工作制。电动机连续工作时间很长，可达几小时，甚至几昼夜，在工作时间内，电动机的温升可以达到稳定值。

二、短时工作制。电动机工作时间较短，在工作时间内，电动机的温升达不到稳定值。而停歇时间长，电动机的温升可以降到零。

三、断续工作制。电动机的工作时间与停歇时间轮流交替。

5-7 同一台电动机，如果不考虑机械强度问题或换向问题等，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？哪个大？哪个小？

（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。 答：不一样（2）大（3）小

5-8 为什么说电动机运行时的稳定温升取决于负载的大小？

答：电动机的稳定温升?w?Q，由于Q与电动机的损耗功率?p成正比，当电动机的A负载增大时，?p随之增大，因而Q增加。若散热系数A不变，则?w将随负载的增加而升高。如果电动机的负载恒定，那么，?p及Q都是常数，这时?w与A成反比关系，设法改善散热条件，使A增大，即可降低?w。

5-9 连续工作变化负载下，电动机容量选择的一般步骤是什么？

解：（1）初选电动机容易

（2）校验电动机容易

5-10用平均损耗法校验电动机发热的依据是什么？请指出等效电流法、等效转矩法、等效功率法及平均损耗法的共同点和不同点，以及它们各自的适用条件？

答： 依据：电动机发热是由其内部损耗决定，所以电动机损耗的大小直接反映了电动机的温升情况。

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相同点：几种方法实质上都是温升的校验。 不同点：每种方法判断的依据不同

5-11 什么是负载持续率？ 试比较普通三相鼠笼式异步电动机ZC%=15%、PN=30kW与ZC%=40%、PN=20kW的电动机，哪一台实际功率大？

答：在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率。

c%?40%,PN?20kW的电动机实际功率大。

5-12 电动机若周期性地工作15min、停歇85min，则应选择什么工作方式？

答：短时工作方式。

5-13 一台35kW、工作时限为30min的短时工作电机突然发生故障。现有一台20kW连续工作制电机，已知其发热时间常数TH=90min，不变损耗与额定可变损耗比k=0.7，短时过载能力?=2。这台电机能否临时代用？

1?eg解：PN?Pg?t1?Reg?tTT

tg?30min，T?90min，R?0.7?，Pg?35kW

1?e?13?13?PN?30PgPN?30?0.189?5.66kW

1?0.7e????35kW?6.184???2

5.66kWPg?17.5kW

不通过过载能力，此时应选择：PN??而PN?20kW?17.5kW，所以可以代替。

5-14 需要一台电动机来拖动工作时间tg?5min的短时工作负载，负载功率PL=18kW，空载起动。现有两台笼型异步电动机可供选用，它们是：

（1）PN?10kW，nN?1460r/min，?m?2.1，起动转矩倍数kT?1.2； （2）PN?14kW，nN?1460r/min，?m?1.8，起动转矩倍数kT?1.2； 如果温升都无问题，试校验起动能力和过载能力，以确定哪一台电动机可以使用。（校验时考虑到电网电压可能降低10%）

解：考虑电网电压u?0.9uN

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???m?0.92?0.81?m ?PN???mPg?m?10.58kW

第一台 PN?10kW?10.58kW 故不取 第二台 PN?14kW?12.35kW 故可以取用 又因为是空载起动，故选用第二台。

第六章 常用低压电器

6-1 电弧是怎样产生的？怎样灭弧？

答：电弧实际上是触点间气体在强电场作用下产生的放电现象，所谓气体放电，就是 触点间隙中的气体被游离产生大量的电子和离子，在强电场作用下，大量的带电粒子 定向运动，于是绝缘的气体就变成了导体。电路通过这个游离区时所消耗的电能转换为 热能和光能，发出光和热的效应，产生高温并发出强光，使触点烧坏，并使电路的切 断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故。

6-2 交流接触器和直流接触器在结构上有何区别？为什么？

答：交流接触器：铁心用钢片叠成，有短路环。

直流接触器：铁心用整块软钢，无短路环，多用指形触点，在动铁与静铁之间加一

个非磁性垫片。

原因：铁心用叠片构成可以减少涡流，短路环用来消除交流电过零点影响。

6-3 继电器和接触器比较，区别在哪里？

答：继电器用于通、断小电流的控制电路和保护电路，其触点的额定电流较小，所以在结构上不需加灭弧装置；而接触器用于通、断电动机及电热器等大电流的负载电路，其触点的额定电流较大，所以在结构上有时需加灭弧装置。另外，继电器可以对各种输入量作出反应，而接触器只能在一定的电压信号下工作。

6-4 交流接触器在运行中，有时在线圈断电后衔铁仍掉不下来，试分析故障原因。

答：1）释放弹簧损坏或反作用力太小；

2）触点弹簧损坏； 3）衔铁自重量太大； 4）铁芯剩磁太大；

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5）铁芯端面有油污。

6-5 试述继电器的种类及其用途。

答：电压继电器：作电压保护和控制用

中间继电器：远距离传输或转换控制信号 电流继电器：作起动控制和电流保护 时间继电器：用作电机延时起动等

热继电器：用于电动机过载保护、断相及电流不平衡运行 温度继电器：用于电动机过载、堵转等过热保护 速度继电器：用于反接制动控制中。

6-6 热继电器进行过载保护时，如果热继电器不动作而将电动机烧坏，试分析故障原因。

答：电机绕组过热而烧坏也有可能是由于1）电网电压或频率升高2）周围介质温度

过高3）通风不良。

6-7 熔断器用于保护电动机时，若电动机过载电流为两倍额定电流，熔断器能否起过载保护作用？为什么？

答：不能。过载保护实际上是热保护，熔断器不能检测电动机的绕组过热，根据熔断器安秒特性，当通过熔断器的电流为两倍额定电流时，熔断时间会很长。 6-8 低压断路器有哪些基本组成部分？在电路中的作用时什么？

答：一般由触点系统、灭弧系统、各种脱扣器及开关机构组成。

作用：对配电电器、电动机或其他用电设备实行不频繁地通断操作、线路转换、当 电路内出现过载、短路或欠电压等情况时，能自动分断电路。 6-9 单相交流电磁机构中，短路环的作用是什么？

答：单相交流电磁机构中，电磁吸力与磁通的平方成正比，当磁通过零时，吸力也为零，这时衔铁在弹簧反力作用下被拉开，之后又被吸合，造成触点的振动，为了消除衔铁的这种震动，可以在铁心上安装短路环。

6-10 磁阻尼式时间继电器的工作原理是什么？如何调节延时的长短？

答：工作原理：利用装在铁心上的短路线圈，在衔铁打开时，延迟铁心中的磁场到达

?F的时间，以达到延时打开的目的。

通过调整反作用弹簧的松紧和非磁性垫片的厚度，可以调整延时时间。 6-11 带断相保护和不带断相保护的三相热继电器各用于什么场合？

答：不带断相保护的热继电器适用于三相同时出现过载电流的场合。

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