《电机与电气控制技术》自测题与答案资料

第1章 自测题 一、填空题

1、变压器运行中，绕组中电流的热效应引起的损耗称为 铜 损耗；交变磁场在铁心中所引起的 磁滞 损耗和 涡流 损耗合称为 铁 损耗。其中 铁 损耗又称为不变损耗；铜损耗称为可变损耗。

2、变压器空载电流的 有功 分量很小， 无功 分量很大，因此空载的变压器，其功率因数 很低 ，而且是 感 性的。

3、电压互感器实质上是一个 降压 变压器，在运行中副边绕组不允许 短路 ；电流互感器是一个 升压 变压器，在运行中副绕组不允许 开路 。从安全使用的角度出发，两种互感器在运行中，其 副边 绕组都应可靠接地。

4、变压器是既能变换 电压 、变换 电流 ，又能变换 阻抗 的电气设备。变压器在运行中，只要 端电压的有效值 和 频率 不变，其工作主磁通Φ将基本维持不变。

5、三相变压器的原边额定电压是指其 原边线电压 值，副边额定电压指 副边线电压 值。

6、变压器空载运行时，其 电流 很小而 铜 耗也很小，所以空载时的总损耗近似等于 变压器的铁 损耗。

7、根据工程上用途的不同，铁磁性材料一般可分为 软磁性 材料； 硬磁性 材料和 矩磁性 材料三大类，其中电机、电器的铁芯通常采用 软 材料制作。

8、自然界的物质根据导磁性能的不同一般可分为 非磁性 物质和 铁磁性物质 两大类。其中 非磁性 物质内部无磁畴结构，而 铁磁性 物质的相对磁导率大大于1。

9、 磁通 经过的路径称为磁路。其单位有 韦伯 和 麦克斯韦 。

10、发电厂向外输送电能时，应通过 升压 变压器将发电机的出口电压进行变换后输送；分配电能时，需通过 降压 变压器将输送的 电能 变换后供应给用户。

二、判断题

1、变压器的损耗越大，其效率就越低。 （对） 2、变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁耗基本不变。 （对） 3、变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。 （错） 4、电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。 （对） 5、防磁手表的外壳是用铁磁性材料制作的。 （对） 6、变压器是只能变换交流电，不能变换直流电。 （对） 7、电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制作。 （对） 8、自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。 （对） 9、无论何种物质，内部都存在磁畴结构。 （错）

1

10、磁场强度H的大小不仅与励磁电流有关，还与介质的磁导率有关。 （错） 三、选择题

1、变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（B）

A、升高； B、降低； C、不变。 2、变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将（C）

A、增大； B、减小； C、基本不变。

3、电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面情况是（A）

A、原方匝数多，导线截面小； B、副方匝数多，导线截面小 。 4、自耦变压器不能作为安全电源变压器的原因是（B）

A、公共部分电流太小； B、原副边有电的联系； C、原副边有磁的联系。 5、决定电流互感器原边电流大小的因素是 （D）

A、副边电流； B、副边所接负载； C、变流比； D、被测电路。 6、若电源电压高于额定电压，则变压器空载电流和铁耗比原来的数值将（B）

A、减少； B、增大； C、不变。 7、（ D ）的说法是错误的。

A、变压器是一种静止的电气设备 B、变压器可用来变换电压 C、变压器可用来变换阻抗 D、变压器可用来变换频率 8、变压器的分接开关是用来（ C ）

A、调节阻抗 B、调节相位 C、调节输出电压 D、调节输出阻抗 9、为了提高铁芯的导磁性能、减少铁损耗，中、小型电力变压器的铁芯都采用（ B ）制成。

A、整块钢材 B、0.35mm厚，彼此绝缘的硅钢片叠装 C、2mm厚，彼此绝缘的硅钢片叠装 D、0.5mm厚，彼此不绝缘的硅钢片叠装 10、单相变压器至少由（ A ）个绕组组成。

A、2个 B、4个 C、6个 D、3个

11、一台三相的联结组别标号为Y、y0，其中Y表示变压器的 （ B ）

A、高压绕组为三角形联结 B、高压绕组为星形联结 C、低压绕组为三角形联结 D、低压绕组为星形联结 12、电压互感器实质上是一个（ B ）

A、电焊变压器 B、降压变压器 C、升压变压器 D、自耦变压器 四、简答题

1、变压器的负载增加时，其原绕组中电流怎样变化？铁芯中工作主磁通怎样变化？输出电压是否一定要降低？

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答：变压器负载增加时，原绕组中的电流将随着负载的增加而增大，铁芯中的工作主磁通基本保持不变，输出电压随着负载的增加而下降。

2、若电源电压低于变压器的额定电压，输出功率应如何适当调整？若负载不变会引起什么后果？

答：若电源电压低于变压器的额定电压，输出功率应向下调整，以适应电源电压的变化。若负载不变，就会引起线路上过流现象，严重时会损坏设备。

3、变压器能否改变直流电压？为什么？

答：变压器是依据互感原理工作的，直流下不会引起互感现象，因此不能改变直流电压。

4、铁磁性材料具有哪些磁性能？

答：铁磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、剩磁性和磁滞性。 5、你能说出硬磁性材料的特点吗？

答：硬磁性材料由于磁滞回线包围的面积宽大，因此剩磁多、矫顽磁力大，不易磁化，一经磁化又不易去磁，一般用来制做各种人造的永久磁体。

6、为什么铁芯不用普通的薄钢片而用硅钢片？制做电机电器的芯子能否用整块铁芯或不用铁心？

答：铁芯不用普通的薄钢片而用硅钢片是为了增强材料的电阻率和提高其导磁率。制做电机电器的芯子是不能用整块铁芯或不用铁芯的。因为，用整块铁芯或不用铁芯造成涡流损耗过大或不能满足电气设备小电流强磁场的要求。选用硅钢片叠压制成铁芯主要是为了小电流获得强磁场的要求，同时最大程度地限制了涡流损耗。

7、具有铁芯的线圈电阻为R，加直流电压U时，线圈中通过的电流I为何值？若铁芯有气隙，当气隙增大时电流和磁通哪个改变？为什么？若线圈加的是交流电压，当气隙增大时，线圈中电流和磁路中磁通又是哪个变化？为什么？

答：具有铁芯的线圈电阻为R，加直流电压U时，线圈中通过的电流I=U/R；若铁芯有气隙，当气隙增大时电流不变，根据磁路欧姆定律可知，磁通减小。若线圈加的是交流电压，当气隙增大时，根据主磁通原理可知，磁路中磁通不发生变化，根据磁路欧姆定律，线圈中电流大大增加。

8、为什么电流互感器在运行时二次绕组不允许开路？而电压互感器在运行时二次绕组不允许短路？

答：电流互感器运行时二次绕组不允许开路。若二次绕组开路，则电流互感器成为空载运行状态，此时一次侧绕组中流过的大电流全部成为励磁电流，铁芯中的磁通密度猛增，磁路产生严重饱和，会因铁芯过热而烧坏绕组绝缘；另一方面，由于二次绕组中因匝数很多，会产生很高的感应电压，也会将绝缘击穿，危及二次绕组中的仪表及操作人员的安全。电压互感器正常工作时降压变压器的空载运行，若运行时二次绕组短路，

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必将在一次侧引起很大的短路电流，致使互感器烧坏，因此绝不允许电压互感器二次绕组短路。

9、电弧焊工艺对焊接变压器有何要求?如何满足这些要求？电焊变压器的结构特点有哪些？

答：电弧焊接工艺对焊接变压器的要求是：①为保证容易起弧，二次侧空载电压在60～75V之间，最高空载电压小于85V；②负载运行时具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，通常在额定运行时输出电压约30V左右；③为了满足不同焊接材料，工件大小和不同规格焊条要求，焊接电流可在一定范围内调节；④短路时的电流不应过大，且焊接电流稳定。

基于上述要求，弧焊变压器的一次、二次绕组分装在两个铁芯柱上，并采用串联可变电抗器改变弧焊电流，以达到起弧和起弧后电压迅速下降，且短路电流与额定电流相差不多，具有陡降外特性的目的。

10、自耦变压器的结构特点是什么? 使用自耦变压器的注意事项有哪些?

答：自耦变压器的结构特点是它不仅一次、二次具有磁耦合关系，而且一次、二次电路也有直接联系，因此自耦变压器不能用作安全变压器使用。

五、计算题

1、一台容量为20kVA的照明变压器，它的电压为6600V/220V，问它能够正常供应220V、40W的白炽灯多少盏？能供给cos??0.6、电压为220V、功率40W的日光灯多少盏？（10分）

解：能够正常供应220V、40W的白炽灯数为：20000÷40=500盏； 能供给cos??0.6、220V、40W的日光灯数为：20000×0.6÷40=300盏

2、已知输出变压器的变比k=10，副边所接负载电阻为8Ω，原边信号源电压为10V，内阻R0=200Ω，求负载上获得的功率。（8分）

解：Z1r=102×8=800 I1=10/(800+200)=0.01A I2=I1×10=0.1A P=0.12×8=0.08W

第2章 自测题

一、填空题

1、根据工作电源的类型，电动机一般可分为 直流 电动机和 交流 电动机两大类；根据工作原理的不同，交流电动机可分为 同步 电动机和 异步 电动机两大类。

2、异步电动机根据转子结构的不同可分为 鼠笼 式和 绕线 式两大类。它们的工作原理 相同 。 异步 式电机调速性能较差， 绕线 式电机调速性能较好。

3、三相异步电动机主要由 定子 和 转子 两大部分组成。电机的铁心是由相互绝缘的 硅钢 片叠压制成。电动机的定子绕组可以联接成 星形 或 三角形 两种方式。

4、分析异步电动机运行性能时，接触到的三个重要转矩分别是 额定电磁 转矩、 最

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大电磁 转矩和 起动电磁 转矩。其中 最大电磁 转矩反映了电动机的过载能力。

5、旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组中三相电流的 相序 有关。异步电动机的转动方向与 定子旋转磁场 的方向相同。旋转磁场的转速决定于电动机的 极对数和电源频率 。

6、转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。转子转速越接近磁场转速，则转差率越 小 。对应于最大转矩处的转差率称为 临界 转差率。

7、若将额定频率为60Hz的三相异步电动机，接在频率为50Hz的电源上使用，电动机的转速将会 大于 额定转速。改变 频率 或 电机极对数 可改变旋转磁场的转速。

8、电动机常用的两种降压起动方法是Y-Δ降压 起动和 自耦补偿降压 起动。 9、三相鼠笼式异步电动机名称中的三相是指电动机的 定子绕组为三相 ，鼠笼式是指电动机的 转子结构是鼠笼型 ，异步指电动机的 转速与旋转磁场转速不同步 。

10、降压起动是指利用起动设备将电压适当降低 后加到电动机的定子绕组上进行起动，待电动机达到一定的转速后，再使其恢复到 额定值 下正常运行。

11、异步电动机的调速可以用改变 极对数 、 电源频率 和 改变转差率 三种方法来实现。其中 变频 调速是发展方向。

12、单相异步电动机的磁场是一个 脉振磁场 ，因此不能 自行起动 ，为获得旋转磁场，单相异步电动机采用了 电容分相 式和 罩极 式。

二、判断题

1、当加在定子绕组上的电压降低时，将引起转速下降，电流减小。 （错） 2、电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比，因此电压越高电磁转矩越大。（错） 3、起动电流会随着转速的升高而逐渐减小，最后达到稳定值。 （对） 4、异步机转子电路的频率随转速而改变，转速越高，则频率越高。 （错） 5、电动机的额定功率指的是电动机轴上输出的机械功率。 （对） 6、电动机的转速与磁极对数有关，磁极对数越多转速越高。 （错） 7、鼠笼式异步机和绕线式异步机的工作原理不同。 （错） 8、三相异步机在空载下启动，启动电流小，在满载下启动，启动电流大。 （对） 9、三相异步电动机在满载和空载下起动时，起动电流是一样的。 （错） 10、单相异步机的磁场是脉振磁场，因此不能自行起动。 （对） 三、选择题

1、电动机三相定子绕组在空间位置上彼此相差（ B ）

A、60°电角度； B、120°电角度； C、180°电角度； D、360°电角度。 2、工作原理不同的两种交流电动机是（ B ）。

A、鼠笼式异步机和绕线式异步机 B、异步电动机和同步电动机 3、 绕线式三相异步机转子上的三个滑环和电刷的功用是（ C ）。

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A、联接三相电源 B、通入励磁电流 C、短接转子绕组或接入起动、调速电阻

4、三相鼠笼式异步机在空载和满载两种情况下的起动电流的关系是（ A ）。 A、满载起动电流较大 B、空载起动电流较大 C、二者相同 5、三相异步电动机的旋转方向与通入三相绕组的三相电流（ C ）有关。 A、大小； B、方向； C、相序； D、频率。 6、三相异步电动机旋转磁场的转速与（ C ）有关。 A、负载大小； B、定子绕组上电压大小； C、电源频率； D、三相转子绕组所串电阻的大小。 7、三相异步电动机的电磁转矩与（ B ） A、电压成正比； B、电压平方成正比； C、电压成反比； D、电压平方成反比。 8、三相异步电动机的起动电流与起动时的（ B ） A、电压成正比； B、电压平方成正比； C、电压成反比； D、电压平方成反比。 9、能耗制动的方法就是在切断三相电源的同时（ D ）

A、给转子绕组中通入交流电； B、给转子绕组中通入直流电； C、给定子绕组中通入交流电； D、给定子绕组中通入直流电。 10、在起重设备中常选用（ B ）异步电动机。 A、鼠笼式 B、绕线式 C、单相 四、简答题

1、三相异步电动机在一定负载下运行，当电源电压因故降低时，电动机的转矩、电流及转速将如何变化？

答：当电源电压因故降低时，T=TL的平衡被打破，转速下降，转差率上升，导致转子电流增大、定子电流增大，增大的结果使电磁转矩重新上升以适应负载阻转矩的需要，重新平衡时，转速将重新稳定，只是转速较前低些。

2、三相异步电动机电磁转矩与哪些因素有关？三相异步电动机带动额定负载工作时，

若电源电压下降过多，往往会使电动机发热，甚至烧毁，试说明原因。

答：三相异步电动机的电磁转矩T＝KTΦI2 cosφ2，由公式可看出，T与每极下工作主

磁通的大小及转子电流的有功分量有关。当三相异步电动机带动额定负载工作时，若电源电压下降过多时，导致电磁转矩严重下降，电动机转速下降甚至停转，从而造成转差率大大上升，其结果使电动机的转子电流、定子电流都大幅增加，造成电动机过热甚至烧毁。

3、有的三相异步电动机有380/220V两种额定电压，定子绕组可以接成星形或者三角形，试问何时采用星形接法？何时采用三角形接法？

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答：三相异步电动机额定电压有380/220V两种时，说明它在380V线电压情况下定子绕组要接成Y形，在220V线电压情况下定子绕组要接成Δ形，即同一台电动机无论在哪种额定电压下，其每相绕组上的额定电压应保持相同。

4、在电源电压不变的情况下，如果将三角形接法的电动机误接成星形，或者将星形接法的电动机误接成三角形，将分别出现什么情况？

答：如果将Δ接的电动机误接成Y形，当电源电压不变时，电动机各相绕组上的电压和各相负载中的电流只有额定值的0.577倍，线电流只有额定值的1/3，电动机将不能正常工作；如果将Y接的电动机误接成Δ形，当电源电压不变时，电动机各相绕组上的电压和各相负载中的电流则是额定值的1.732倍，线电流是额定值的3倍，因此电动机将会因过电流而烧毁。

5、如何改变单相异步电动机的旋转方向？

答：若要改变单相异步电动机的旋转方向，只需将起动绕组和工作绕组的位置变换一下即可。

6、当绕线式异步电动机的转子三相滑环与电刷全部分开时，此时在定子三相绕组上加上额定电压，转子能否转动起来？为什么？

答：当绕线式异步电动机的转子三相滑环与电刷全部分开时，此时在定子三相绕组上加上额定电压，转子也不能转动。因为，此时转子电路处开路状态，不能感应电流，也不能成为载流导体而受力转动。

7、为什么异步电动机工作时转速总是小于同步转速？如何根据转差率来判断异步电机运行状态？

答：异步电动机也称为感应电动机，当它的转子绕组和气隙中的旋转磁场产生切割时，在转子绕组中感应电流，感应电流受旋转磁场作用后产生电磁转矩从而使电动机转动。如果异步电动机工作时的转速达到了同步转速，则没有了相对切割运动，因此就不会在转子绕组中感应电流，也不会产生电磁转矩而转动了。转差率等于0时，电动机处静止状态，转差率等于1时电动机堵转，转差率在0和1之间时，电动机运行。

8、为什么异步电动机空载运行时cosφ2很高?而电机的功率因数cosφ1却很低? 答：异步电动机空载运行时虽然cosφ2很高，但定子电流几乎全部是无功的磁化电流，因此cosφ1很低。

五、计算题

1、已知某三相异步电动机在额定状态下运行，其转速为1430r/min，电源频率为50Hz。

求：电动机的磁极对数p、额定运行时的转差率SN、转子电路频率f2和转差速度Δn。

解：电动机的额定转速总是接近同步转速的，因此判断此电机的n0=1500r/min，所以可求得极对数p=2，额定运行时的转差率SN=(1500-1430)/1500≈0.047，转子电路的频率f2=sf1=0.047×50≈2.33Hz，转差速度Δn=1500-1430=70r/min。

2、某4.5kW三相异步电动机的额定电压为380V，额定转速为950r/min，过载系数

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为1.6。求（1）TN、TM；（2）当电压下降至300V时，能否带额定负载运行？

解：（1）TN=9550×4.5/950≈45.2N·m TM= TNλ=45.2×1.6≈72.4 N·m （2）当电压下降至300V时，300/380=78.9%UN，电机的电磁转矩与电压的平方成正比，此时电动机产生的最大电磁转矩TM=72.4×0.7892≈45.1N·m

3、一台三相异步电动机，铭牌数据为：Y联接，PN=2.2kW，UN=380V，nN=2970r/min，ηN=82%，cosφN=0.83。试求此电动机的额定电流、额定输入功率和额定转矩。

解：额定输入功率：P1N?PN?N?2.2?2.68KW 0.82 额定电流： IN?PN3UNcos?N2.2?103??4.03A 1.732?380?0.83 额定转矩： TN?9550PN2.2?9550?7.07N?m nN29704、已知一台三相异步电动机的型号为Y132M-4，UN=380V，PN=7.5kW，cosφN=0.85，nN=1440r/min。试求额定电流、该电动机的极对数和额定转差率。

解：额定电流： PN7.5?103IN???13.4A 3UNcos?N1.732?380?0.85 由型号可以看出，该电动机为4极，即极对数p＝2 额定转差率：SN=(1500-1440)/1500≈0.04

5、—台三相八极异步电动机的额定数据：PN=260kW，UN=380r／min，f1=50HZ，nN=727r/min，过载能力λT =2.13，求：（1）产生最大转矩Tm时的转差率sm；（2）当s=0.02时的电磁转矩。

解：（1）额定转差率SN=(750-727)/750≈0.03 sm?sN(???2?1)?0.12 （2）TN=9550×260/727≈3415N·m Tm= TNλ=3415×2.13≈7273 N·m

Tem?2Tm2?7273??2359N?m s/sm?sm/s0.02/0.12?0.12/0.02?N=87.5％，nN=1450r／min，Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，λT =2，试求：

(1)电机轴上输出的额定转矩TN。

(2)若要能满载起动，电网电压不能低于多少伏? (3)若采用Y/D起动，Tst等于多少?

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6、一台三相鼠笼式异步电动机，已知UN=380V，IN=20A，D接法，cosφN =0.87，

解：（1）额定转矩：T?9550PN?95501.732?0.38?20?0.87?0.875?66N?m NnN1450（2）满载起动时，电动机起动转矩应等于Tst=66×1.4=92.4Nm 因Tst正比与电源电压的平方，所以电网电压不得低于

1450?92.4U1??532V 9550?1.732?20?0.87?0.875 （3）若采用Y/D起动，Tst?1/3?92.4?30.8N?m

第3章 自测题 一、填空题

1、直流电动机主要由 定子 和 转子 两大部分构成。 定子 是直流电机的静止部分，主要由 机座 、 主磁极 、 换向极 和 电刷装置 四部分组成；旋转部分则由 转轴 、 电枢铁心 、 电枢绕组 和 换向器 四部分组成。

2、直流电动机按照励磁方式的不同可分为 并励 电动机、 他励 电动机、 串励 电动机和 复励 电动机四种类型。

3、 并励 电动机和 他励 电动机的机械特性较硬； 串励 电动机的机械特性较软； 复励 电动机的机械特性介于上述两种电动机之间。

4、直流电动机的额定数据通常包括额定 电压 、额定 电流 、额定 功率 、额定 转速 和额定 工作方式 等。

5、直流电动机的机械特性是指电动机的 转速 与 电磁转矩 之间的关系。 6、直流电动机的起动方法有 直接 起动、 电枢回路串电阻 起动和 降压 起动三种。直流电动机要求起动电流为额定电流的 1.5～2.5 倍。

7、直流电机通常采用改变 电枢电流 的方向来达到电动机反转的目的。

8、直流电动机的调速方法一般有 变电压 调速、 变励磁 调速和 电枢绕组串电阻 调速，这几种方法都可以达到 平滑的无级 调速性能。

9、用 机械制动 或 电气制动 的方法使直流电机迅速停车的方法称为 制动 。 10、直流电机常见的故障有 换向 故障和 环火 故障。

11、 伺服 电动机的作用是将电信号转换成轴上的角位移或角速度。 12、直流伺服电机可分为 永磁 式和 电磁 式两种类型。 二、判断题

1、不论直流发电机还是直流电动机，其换向极绕组都应与主磁极绕组串联。（ 错 ） 2、直流电动机中换向器的作用是构成电枢回路的通路。 （ 错 ） 3、并励机和他励机的机械特性都属于硬特性。 （ 对 ）

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4、直流电动机的调速性能较交流电动机的调速性能平滑。 （ 对 ） 5、直流电动机的直接起动电流和交流电动机一样，都是额定值的4～7倍。 （ 错 ） 6、直流电机的电气制动包括能耗制动、反接制动和回馈制动三种方法。 （ 对 ） 7、串励机和并励机一样，可以空载起动或轻载起动。 （ 错 ） 8、直流电机绕组过热的主要原因是通风散热不良、过载或匝间短路。 （ 对 ） 9、一般中、小型直流电动机都可以采用直接起动方法。 （ 错 ） 10、调速就是使电动机的速度发生变化，因此调速和速度改变概念相同。 （ 错 ） 三、选择题

1、按励磁方式分类，直流电动机可分为（ C ）种。 A、2 B、3 C、4 D、5 2、直流电机主磁极的作用是（ B ）。

A、产生换向磁场 B、产生主磁场 C、削弱主磁场 D、削弱电枢磁场 3、测速发电机在自动控制系统和计算装置中，常作为（ A ）元件使用。 A、校正 B、控制 C、放大 D、电源

4、按定子磁极的励磁方式来分，直流测速发电机可分为（ C ）两大类。 A、有槽电枢和无槽电枢 B、同步和异步 C、永磁式和电磁式 D、空心杯形转子和同步 5、直流伺服电动机实质上就是一台（ A ）直流电动机。

A、他励式 B、串励式 C、并励式 D、复励式 6、直流伺服电动机的结构原理与一般（ B ）基本相同。 A、直流发电机 B、直流电动机 C、同步电动机 D、异步电动机 7、直流电动机中机械特性较软的是（ B ） A、并励直流电动机 B、串励直流电动机 C、他励直流电动机 D、复励直流电动机 8、使用中不能空载或轻载的电动机是（ B ） A、并励直流电动机 B、串励直流电动机 C、他励直流电动机 D、复励直流电动机 9、起重机制动的方法是（ C ）

A、能耗制动 B、反接制动 C、回馈制动 10、不属于直流电动机定子部分的器件是（ C ）。

A、机座 B、主磁极 C、换向器 D、电刷装置 四、简答题

1、直流电动机中换向器的作用是什么？将换向器改成滑环后，电动机还能旋转吗？

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答：直流电动机中换向器的作用是把通入电枢绕组的直流电变换成交流电，如果将换向器改成滑环后，直流电不再能转换成交流电，致使两磁极处导体受力方向频频改变，电动机无法正常旋转。

2、试述如何改变直流并励电动机的旋转方向？

答：要改变并励电动机的旋转方向，必须改变电磁转矩的方向，由T?CT?Ia可知，

电磁转矩的方向由主磁通和电枢电流共同决定，只要其中任意一项改变方向，都能使电磁转矩反向，电动机反转。但是由于并励电动机的励磁绕组电感较大，换接时会产生很高的自感电压，造成操作的极不安全。因此在实际使用中通常采用的方法是改变电枢电流达到反转目的。

3、他励直流电动机，在负载转矩和外加电压不变的情况下若减小励磁电流，电枢电流将如何变化？

答：他励直流电动机，在负载转矩和外加电压不变的情况下若减小励磁电流，则磁场削弱，造成电枢所受电磁力减小，由此电枢转速下降，转速下降电枢导体切割磁场速度下降，电枢内反电动势减小，则致使转子电流上升。

4、试述换向产生火花的原因有几类？

答：换向产生火花的原因通常可分为三类：电磁原因、机械原因和负载与环境原因。 五、计算题

1、一台Z373直流电动机，已知其铭牌数据为：PN=17kW，UN=440V，IN=46A，nN=1000r/min。试求额定状态下该直流电机的额定输入电功率P1N、额定效率ηN和额定电磁转矩TN。

解：额定输入电功率： P1N?UNIN?440?46?20.24KW 额定效率： ?N?PNP1N?1720.24?0.84 额定电磁转矩： TN?9550PN17?9550?162N?m nN10002、一台并励直流电动机，已知其铭牌数据为：PN=40kW，UN=220V，IN=208A，nN=1500r/min，Ra=0.1Ω，Rf=25Ω。试求额定状态下该直流电机的额定效率ηN，总损耗P0，反电动势Ea。

解：额定输入电功率： P1N?UNIN?220?208?45.76KW 额定效率： ?N?PNP1N?4045.76?0.87 总损耗： P0?P1N?PN?45.76?40?5.76KW

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If?UNRf?22025?8.8A 反电动势： Ia?IN?If?208?8.8?199.2AEa?UN?IaRa?220?199.2?0.1?200V3、一台并励直流电动机，已知其铭牌数据为：PN=7.5kW，UN=220V，nN=1000r/min，IN=41.3A，Ra=0.15Ω，Rf=42Ω。保持额定电压和额定转矩不变，试求：

①电枢回路串入R=0.4Ω的电阻时，电动机的转速和电枢电流。 ②励磁回路串入R=10Ω的电阻时，电动机的转速和电枢电流。 解：①电枢回路串入0.4Ω电阻时：

电枢电流：

If?UNRf?22042?5.24A Ia?IN?If?41.3?5.24?36.06A电枢反电动势：

EaN?UN?IaRa?220?36.06?0.15?215VEa?UN?IaRa?220?36.06?(0.15?0.4)?200V

电动机常数： Ce??电动机转速： n?

EaNnN?215?0.215 1000Ea200??930r/min Ce?0.215 ②励磁回路串入R=10Ω的电阻时， 电枢电流：

If?UNRf?220(42?10)?4.23A Ia?IN?If?41.3?4.23?37.07A电枢反电动势： Ea?UN?IaRa?220?37.07?0.15?214V 电动机转速： n?Ea214??995r/min Ce?0.2154、一台并励直流电动机，已知其铭牌数据为：PN=10kW，UN=220V，IN=50A，nN=1500r/min，Ra=0.25Ω。在负载转矩不变的条件下，如果用降压调速的方法将转速下降20%，电枢电压应降到多少？

解：下降后的转速为： n?1500?0.2?1200r/min 负载转矩不变，意味着电磁转矩不能变，因此，

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TN?9550PN10?9550?63.7N?m nN1500此时电路输出功率： P2?TN?n9550?63.7?1200/9550?8KW 负载不变，轴上输入电流应不变，因此电源电压为：

U?P2/IN?8000/50?160V

第4章 自测题

一、填空题

1、控制用特种电机的主要功能是实现控制信号的 转换 和 传输 ，在自动系统中作为执行元件或检测元件。

2、伺服电动机用于将输入的 控制电压 转换成电机转轴的 角位移 输出。伺服电动机的转速和转向随着 控制电压 的大小和哨兵改变而改变。

3、 40齿的三相步进电动机在单三拍工作方式下步距角为3，在六拍工作方式下步距角为 1.5 。

4、步进电动机每输入一个 脉冲 ，电动机就转动一个 角度 或前进一步，转速与 脉冲 频率成正比。

5、步进电动机是一种把 脉冲 信号转换成角位移或直线位移的执行元件，伺服电动机的作用是将输入 电压 信号转换为轴上的角位移或角速度输出。

6、交流异步测速发电机在结构上分有 笼型转子 和 杯型转子 两种类型。为了提高系统的快速性和灵敏度，减小转动惯量， 杯形转子 异步测速发电机的应用最为广泛。

7、电磁式直流伺服电动机一般采用 他励 结构，磁极由励磁绕组构成，通过单独的励磁电源供电。

8、为了减小交流伺服电动机的转动惯量，转子结构采用 非磁性空心杯形 ，通常采用 高电阻率的硅锰青铜或锡锌青铜 材料制成。 9、步进电动机是用 脉冲电 信号进行控制的，其转速大小取决于控制绕组的脉冲频率、 转子齿数 和 拍数 ，而与 电压 、 负载 、 温度 等因素无关，其旋转方向取决于 控制绕组的 轮流通电的顺序。 二、判断题

1、对于交流伺服电动机，改变控制电压大小就可以改变其转速和转向。 （ 错 ） 2、当交流伺服电动机取消控制电压时就不能自转。 （ 对 ） 3、步进电动机的转速与电脉冲的频率成正比。 （ 对 ）

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4、单拍控制的步进电机控制过程简单，应多采用单相通电的单拍制。 （ 错 ） 5、改变步进电机的定子绕组通电顺序，不能控制电机的正反转。 （ 错 ） 6、控制电机在自动控制系统中的主要任务是完成能量转换、控制信号的传递和转换。 （ 错 ）

7、控制电机在自动控制系统中的主要任务是完成能量转换、控制信号的传递和转换。 （ 对 ）

8、测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，否则线性误差加大。 （ 对 ） 9、测速发电机在控制系统中，输出绕组所接的负载可以近似作开路处理。如果实际连接的负载不大则应考虑其对输出特性的影响。 （ 对 ）

10、步进电动机的转速与电脉冲的频率没有任何关系。 （ 错 ） 三、选择题

1、直流控制电机中，作为执行元件使用的是（ B ）。

A、测速发电机 B、伺服电动机 C、步进电机 D、自整角机 2、直流伺服电动机在没有控制信号时，定子内（ C ）。

A、没有磁场 B、只有旋转磁场 C、只有恒定磁场 D、只有脉动磁场 3、直流伺服电动机的机械特性曲线是（ C ）。

A、双曲线 B、抛物线 C、线性的 D、圆弧线

4、测速发电机是一种将旋转机械的转速变换成（ B ）输出的小型发电机。 A、电流信号 B、电压信号 C、功率信号 D、频率信号

5、直流测速发电机在负载电阻较小、转速较高时，输出电压随转速升高而（ C ）。 A、增大 B、减小 C、线性上升 D、不变 6、若被测机械的转向改变，则交流测速发电机输出电压的（ D ）。 A、频率改变 B、大小改变 C、相位改变90° D、相位改变180°

7、在步进电动机驱动电路中，脉冲信号经（ C ）放大器后控制步进电动机励磁绕组。

A、电流 B、电压 C、功率 D、直流

8、步进电机是利用电磁原理将电脉冲信号转换成（ C ）信号。 A、电流 B、电压 C、位移 D、功率 9、步进电机的步距角是由（ C ）决定的。

A、转子齿数 B、脉冲频率 C、转子齿数和运行拍数 D. 运行拍数 10、在使用同步电机时，如果负载转矩（ B ）最大同步转矩，将出现“失步”现象。

A、等于 B、大于 C、小于 D、以上都有可能

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四、简答题

1、为什么交流伺服电动机的转子转速总是比磁铁转速低？

答：因为交流伺服电动机轴上总带有机械负载，即使在空载下，电机本身也会存在阻转矩。为了克服机械负载的阻力矩，转子绕组中必须要有一定大小的电流以产生足够的电磁转矩，而转子绕组中的电流是由旋转磁场切割转子导体产生的，因此要产生一定数量的电流，转子转速必须要低于旋转磁场的转速。

2、简述直流测速发电机的输出特性；负载增大时输出特性如何变化？ 答:当负载增大时，输出特性上励磁电流减小，磁通减小，输出电压降低。 3、直流伺服电动机调节特性死区大小与哪些因素有关？在不带负载时，其调节特性有无死区？

答：与负载转矩有关，负载转矩越大，死区越大。不带负载时，其调节特性存在死区，原因是直流伺服电动机本身存在机械阻力。

4、直流测速发电机的电枢反应对其输出特性有何影响？在使用过程中如何保证电枢反应产生的线性误差在限定的范围内？

答：测速发电机运行时，其电枢绕组的电流产生电枢磁场，对激磁绕组磁场有去磁效应。而且负载电阻越小或是转速越高，负载电流就越大，去磁作用就越明显，造成输出特性曲线非线性误差增加。在使用过程中，为减小电枢反应对输出特性的影响，在直流测速发电机的技术条件中标有最大转速和最小负载电阻值。在使用时，转速不得超过最大转速，所接负载电阻不得小于给定的电阻值，以保证非线性误差较小。

五、计算题

1、已知一台交流伺服电动机的技术数据上标明空载转速是1000 r/min，电源频率为50Hz，请问这是几极电机？空载转差率是多少？

解：空载情况下，n0=n=1000r/min，由nN=60f/p 可得p=60f/n0=60×50/1000=3 ∴2p=6，由此得该电机是六级电机；

在理想情况下，空载转差率s=(n0-n)/n0=(1000-1000)/1000=0 在非理想情况下，由n=5/6n0，得s=(n0-n)/n0=(n0-5/6n0)/n0=1/6

第5章 自测题

一、填空题

1、 刀 开关、 组合 开关和 自动空气 开关都是低压开关电器。

2、交流接触器中包含 电磁 系统和 触头 系统两大部分。它不仅可以控制电动机电路的通断，还可以起 欠压 和 失压 保护作用；交流接触器在控制线路中的文字符号是 KM 。

3、在小型电动机电路中起过载保护的低压电器设备是 热继电器 。其串联在电

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动机主电路中的是它的 发热 元件；串接在控制电路中的部分是其 常闭触点 。

4、控制按钮在电路图中的文字符号是 SB ；行程开关在电气控制图中的文字符号是 SQ ；时间继电器在电气控制图中的文字符号是 KT 。

5、熔断器在电路中起 短路 保护作用。熔断器在电气图中的文字符号是 FU 。 6、低压断路器在电路中有多种保护功能，除 短路 保护和 过载 保护外，还具有 欠压 及 失压 保护作用，有的还具有 漏电 保护作用。

7、低压电器按照职能的不同可分为控制电器和保护电器两类。其中交流接触器属于 控制 类电器，熔断器属于 保护 类电器。

8、可以用中间继电器来 增加 控制回路的数目。中间继电器是把一个输入信号变成为 多个输出信号 的继电器。

9、JW2型行程开关是一种具有 双断口 快速动作的 微动 开关。

10、空气阻尼式时间继电器如果要调整其延时时间，可改变 进气口 的大小，进气快则 延时时间短 ，反之则 延时时间长 。

11、20A以上的交流接触器通常装有灭弧罩，用灭弧罩来迅速熄灭 主触头断开 时所产生的 电弧 ，以防止 触头烧坏 ，并使接触器的分断时间 缩短 。

12、组合开关多用于机床电气控制系统中作 电源 开关用，通常是不带负载操作的，但也能用来 接通 和 分断 小电流的电路。

二、判断下列说法的正确与错误

1、速度继电器的笼型空心杯是由非磁性材料制作的，转子是永磁体。 （ 错 ） 2、只要外加电压不变化，交流电磁铁的吸力在吸合前、后是不变的。 （ 错 ） 3、一定规格的热继电器，所安装的热元件规格可能是不同的。 （ 对 ） 4、一台额定电压为220V的交流接触器在直流220V的电源上也可使用。 （ 错 ） 5、主令控制器是用来频繁切换复杂多回路控制电路的主令电器。 （ 对 ） 6、低压断路器不仅具有短路保护、过载保护功能，还具有失压保护功能。 （ 对 ） 7、交流接触器的辅助常开触点应连接于小电流的控制电路中。 （ 对 ） 8、热继电器在电路中起的作用是短路保护。 （ 错 ） 9、行程开关、限位开关、终端开关是同一种开关。 （ 对 ） 10、电压继电器和电流继电器相比，其线圈匝数多、导线粗。 （ 错 ） 三、选择题

1、刀开关的文字符号是（ B ） A、SB B、QS C、FU 2、自动空气开关的热脱扣器用作（ A ）

A、过载保护； B、断路保护； C、短路保护； D、失压保护。

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3、交流接触器线圈电压过低将导致（ B ）

A、线圈电流显著增大； B、线圈电流显著减小； C、铁心涡流显著增大； D、铁心涡流显著减小。 4、热继电器作电动机的保护时，适用于（ D ）

A、重载起动间断工作时的过载保护； B、轻载起动连续工作时的过载保护； C、频繁起动时的过载保护； D、任何负载和工作制的过载保护。 5、行程开关的常开触点和常闭触点的文字符号是（ B ）。 A、QS B、SQ C、KT

6、电压继电器的线圈与电流继电器的线圈相比，特点是（ B ）。 A、电压继电器的线圈与被测电路串联 B、电压继电器的线圈匝数多、导线细、电阻大 C、电压继电器的线圈匝数少、导线粗、电阻小 D、电压继电器的线圈匝数少、导线粗、电阻大 7、复合按钮在按下时其触头动作情况是（ B ）。 A、常开触头先接通，常闭触头后断开 B、常闭触头先断开，常开触头后接通 C、常开触头接通与常闭触头断开同时进行 D、无法判断

8、下列电器不能用来通断主电路的是（ D ）。

A、接触器 B、自动空气开关 C、刀开关 D、热继电器 9、下面关于继电器叙述正确的是（ C ）。 A、继电器实质上是一种传递信号的电器 B、继电器是能量转换电器 C、继电器是电路保护电器

D、继电器是一种开关电器

10、时间继电器具有的控制功能是（ A ）。

A、定时 B、定位 C、速度或温度 D、温度 11、低压电器按其在电源线路中的地位和作用，可分为（ A ）两大类。 A、开关电器和保护电器 B、操作电器和保护电器 C、配电电器和操作电器 D、控制电器和配电电器 12、小容量交流接触器一般采用（ A ）灭弧装置。 A、电动力 B、磁吹式 C、栅片式 D、窄缝式 13、熔断器的额定电流是指（ A ）。 A、熔管额定值 B、熔体额定值

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C、被保护电气设备的额定值 D、其本身截流部分和接触部分发热允许值 14、主令电器的任务是（ D ）。

A、切换主电路 B、切换信号电路 C、切换测量电路 D、切换控制电路 15、下列电器属于主令电器的是（ D ）。

A、断路器 B、接触器 C、电磁铁 D、行程开关 16、速度继电器的构造主要由（ B ）组成。

A、定子、转子、端盖和机座 B、定子、转子、端盖可动支架、触头系统等 C、电磁装置和触头装置 D、电磁机构和灭弧装置 四、简答题

1、熔断器主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。熔体是熔断器的主要部分，起短路保护作用。常做成丝状或片状。在小电流电路中，常用铅锡合金和锌等低熔点金属做成圆截面熔丝；在大电流电路中则用银、铜等较高熔点的金属作成薄片，便于灭弧。熔管是保护熔体的外壳，用耐热绝缘材料制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔座是熔断器的底座，作用是固定熔管和外接引线。

2、如何正确选用按钮？

答：按钮的选用主要根据以下方面：

（1） 根据使用场合，选择按钮的型号和型式。

（2）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。 （3）按控制回路的需要，确定按钮的触点形式和触点的组数。

（4）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。

（5）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。

3、交流接触器主要由哪几部分组成？ 答：交流接触器由以下四部分组成：

（1）电磁系统 用来操作触头闭合与分断。它包括静铁芯、吸引线圈、动铁芯（衔铁）。铁芯用硅钢片叠成，以减少铁芯中的铁损耗，在铁芯端部极面上装有短路环，其作用是消除交流电磁铁在吸合时产生的振动和噪音。

（2）触点系统 起着接通和分断电路的作用。它包括主触点和辅助触点。通常主触点用于通断电流较大的主电路，辅助触点用于通断小电流的控制电路。

（3）灭弧装置 起着熄灭电弧的作用。

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（4）其他部件 主要包括恢复弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。 4、热继电器能否作短路保护？为什么？

答：热继电器不能作短路保护。因为热继电器主双金属片受热膨胀的热惯性及操作机构传递信号的惰性原因，使热继电器从过载开始到触头动作需要一定的时间，也就是说，即使电动机严重过载甚至短路，热继电器也不会瞬时动作，因此热继电器不能用作短路保护。

5、低压电器是如何划分的？

答：电器在实际电路中的工作电压有高低之分，工作于不同电压下的电器可分为高压电器和低压电器两大类，凡工作在交流电压1200V及以下，或直流电压1500V及以下电路中的电器称为低压电器。

6、什么是接近开关？与行程开关相比，有何特点？

答：接近开关又称无触点位置开关，是一种与运动部件无机械接触而能操作的位置开关。当运动的物体靠近开关到一定位置时，开关发出信号，达到行程控制、计数及自动控制的作用。

与行程开关相比，接近开关具有定位精度高、工作可靠、寿命长、操作频率高以及能适应恶劣工作环境等优点。但接近开关在使用时，一般需要有触点继电器作为输出器。

第6章 自测题

一、填空题

1、电气控制电路中，过载保护通常采用 热 继电器，它的 发热元件 串接在电动机主电路中；其 常闭触点 串接在控制回路中。

2、电气控制电路中，交流接触器的主触头连接在电动机 主 电路上；辅助常开触头和辅助常闭触头通常连接在电动机 控制 回路中。

3、依靠接触器自身辅助触头保持接触器线圈通电的现象称为 自锁 ，电动机正、反转控制电路中，依靠正转、反转接触器辅助常闭触点串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制称为 互锁 。

4、10kW及其以以容量的三相异步电动机通常采用 全压 起动，当电动机的容量超过10kW时，因 起动 电流和线路 压降 大，会影响到同一电网上的其他电气设备的正常运行，因此需采用 降压 起动。

5、依靠接触器的辅助 常闭 触头形成的互锁机制称为 电气 互锁，依靠控制按钮的常闭触头串接在对方接触器线圈电路中的互锁机制称为 机械 互锁。

6、多地控制线路的特点是：起动按钮应 并接 在一起，停止按钮应 串接 在一起。

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7、按下控制按钮，交流接触器线圈得电，电动机运转；松开控制按钮，交流接触器线圈失电，电动机停转的控制方法称为 点动 控制

8、按时间原则控制的Y－Δ降压起动方法，由Y形 星形 起动转为 三角形 全压运行，是依靠 时间 继电器实现的。

9、按 速度 原则控制的反接制动过程中，利用 速度 继电器在电动机转速下降至接近零时，其串接在接触器线圈电路中的KS动合触点打开，使电动机迅速停转。

10、交流异步电动机的降压起动自动控制通常是按 时间 原则来控制；交流异步电动机的能耗制动、反接制动的自动控制通常按 速度 原则来控制。

二、判断下列说法的正确与错误

1、控制按钮可以用来控制继电器接触器控制电路中的主电路的通、断。 （ 错 ） 2、大电流的主回路需要短路保护，小电流的控制回路不需要短路保护。 （ 错 ） 3、依靠接触器的辅助常闭触头实现的互锁机制称为机械互锁。 （ 错 ） 4、绕线式异步电动机的起动、调速电阻是串接在定子绕组回路中的。 （ 错 ） 5、高压隔离开关和断路器一样，也是用来切断和接通高压电路工作电流的。 （ 错 ） 6、速度继电器是用来测量异步电动机工作时运转速度的电器设备。 （ 错 ） 7、交流接触器的辅助常开触点在电动机控制电路中主要起自锁作用。 （ 对 ） 8、热继电器的发热元件上通过的电流是电动机的工作电流。 （ 对 ） 9、同一电机多地控制时，各地起动按钮应按照并联原则来连接。 （ 对 ） 10、任意对调电动机两相定子绕组与电源相连的顺序，即可实现反转。 （ 对 ） 三、选择题

1、电气接线图中，一般需要提供项目的相对位置、项目代号、端子号和（ A ）

A、导线号 B、元器件号 C、单元号 D、接线图号 2、对于电动机的多地控制，须将多个起动按钮并联，多个停止按钮（ B ），才能达到控制要求。

A、并联 B、串联 C、混联 D、自锁 3、自动往返行程控制电路属于对电动机实现自动转换的（ D ）控制。

A、自锁 B、点动 C、联锁 D、正反转 4、电动机控制电路中的欠压、失压保护环节是依靠（ C ）的作用实现的。

A、热继电器 B、时间继电器 C、接触器 D、熔断器 5、多台电动机可从（ B ）实现顺序控制。

A、主电路 B、控制电路 C、信号电路 D、主电路和控制电路共同 6、电气控制电路中自锁环节的功能是保证电动机控制系统（ C ）。

A、有点动功能 B、有定时控制功能

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C、起动后连续运行功能 D、自动降压起动功能

7、电气控制电路中的自锁环节是将接触器的（ A ）触头并联于起动按钮两端。

A、辅助常开 B、辅助常闭 C、主触头 D、线圈 8、当两个接触器形成互锁时，应将其中一个接触器的（ B ）触头串进另一个接触器的控制回路中。

A、辅助常开 B、辅助常闭 C、主 D、辅助常开或辅助常闭 9、三相异步电动机正反转控制电路在实际工作中最常用最可靠的是（ D ）。

A、倒顺开关 B、接触器联锁

C、按钮联锁 D、按钮与接触器双重联锁 10、时间继电器在电气控制系统中的控制功能是（ A ）。

A、定时 B、定位 C、速度 D、温度 四、简答题

1、三相异步电动机的点动控制与连续运转控制关键区别点在哪里？

答：三相异步电动机的点动控制与连续运转控制的关键区别点在于起动按钮两端有没有自锁环节，点动控制没有自锁环节，所以松开起动按钮，电动机停转；连接运转控制加设了自锁环节，松开起动按钮，但接触器辅助常开触头使起动按钮两端仍然是闭合的，因此电动机仍能连续运转。

2、三相异步电动机正反转控制电路常用的方法有哪几种？

答：三相异步电动机正反转控制电路常用的方法有依靠接触器辅助触头自锁、互锁的电气联锁控制方法，还有利用控制按钮的常闭触点进行机械联锁的控制方法。

3、三相异步电动机的变极调速为什么只适用于鼠笼型异步电动机？

答：变极调速是通过接触器触头来改变电动机定子绕组的接线方式，以获得不同的极对数来达到调速目的的一种调速方法，因此只适用于鼠笼型异步电动机。

4、失压保护和欠电压保护有何不同？在电气控制系统中它们是如何实现的？ 答：电动机正常工作时突然断电，再来电时不能自行起动的保护称为失压保护；电动机工作过程中，当电动机定子绕组所加电压低于额定值达一定程度时，电动机就会停转，必须重新起动电路才能继续起动的保护称为欠电压保护。这两种保护在电气控制系统中均由接触器来实现。

5、双速电动机高速运行时通常须先低速起动而后转入高速运行，这是为什么？ 答：因为高速时通入电动机定子绕组中的电流要比低速时通过电动机定子绕组中的电流大很多倍，如果由高速往低速切换，切换电流将是由低速往高速切换的很多倍，易烧坏保险。所以双速电动机高速运行时必先低速起动而后转入高速。

五、分析与设计题

1、图6.26所示各控制电路中存在哪些错误？会造成什么后果？试分析并改正。

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解：图6.26（a）图为电动机主电路，接触器主触头串在主电路是正确的，但起动按钮和接触器线圈应连接在电动机控制回路中，如果按图示接法，只要按下起动按钮，接触器线圈中就会通过电动机中的工作大电流，将超过其额定值很多倍致使KM线圈烧毁。（b）图中的KM辅助常开是起自锁作用的，应并联在起动按钮两端，如果并接在如图所示的位置，则电动机将无法用停止按钮控制电动机的停转。

SB

KM KM

KM

SB1 SB2 KM （a）

（b）

图6.26 分析与设计题五.1电路图

2、试设计两台电动机顺序控制电路：M1起动后M2才能起动；M2停转后M1才能停转。

L1 L2 L3 QF FR KM1 SB3 KM2 KM1 KM2 FR SB4 SB1 KM1 KM2 SB2 KM2 KM2 M1 ~3 M2 ~3 解：两台电动机的顺序控制电路设计思路：M1起动后M2才能起动，需在M2的起动控制环节上加上一个互锁装置；M2停转后M1才能停转，需在M1的停止控制环节上加一个互锁装置，所以此电路如下：

3、试分析图6.27所示电动机顺序起动控制电路是否合理？如不合理，请改正。

解：此控制电路中，时间继电器KT通电瞬时打开、断电延时闭合的延时常闭触点连接位置不合理。因为只要按下起动按钮SB2，KM1和KT线圈就会同

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图6.27 检测题五.3图

时得电，KT通电瞬时打开、断电延时闭合的延时常闭触点瞬时打开，使得KM1和KT线圈马上又失电，电路无法正常工作，应修改如下：

4、试设计一个电动机控制电路，要求既能实现点动控制，也能实现连续运转控制。 解：下图所示电路就是既可实现点动控制，又可实现连续运转的控制电路。点动控制原理：按下SB3的常开起动按钮，其串接在自锁环节中的SB3常闭即刻断开，致使自锁环节不能起作用，从而实现了点动控制。 连续运转控制过程自己尝试叙述。

5、电路如图6.28所示，分析并回答下列问题。 ①试分析其工作原理。

②若要使时间继电器的线圈KT 在KM2 得电后自动断电而又不影响其正常工作，对线路应作怎样的改动？

图6.28 自测题五.5控制电路图

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解：①按下起动按钮SB1，线圈KM1得电，KM1辅助常开触头自锁，时间继电器线圈得电，延时一定时间后KT触头闭合，KM2线圈得电。

②若要使时间继电器的线圈KT 在KM2 得电后自动断电而又不影响其正常工作，可在KT线圈支路中串联KM2的辅助常闭即可。

5、图6.29所示控制电路能否实现既能点动、又能连续运行?如果不能，请修改电路。

图6.29 自测题五.6电路图

解：不能点动。如果把SB3的常闭触头换成SB1的常开触头，就可实现依靠SB1常闭开触头的点动控制。

第7章 自测题

一、填空题

1. 金属切削机床的机械运动可分为__旋转__运动和 直线 运动两大类，分别为 主 运动、 进给 运动和 辅助 运动。

2. Z3050摇臂钻床由于摇臂升降电动机M2采用的是 短时 工作制，因此不需要用热继电器进行过载保护；Z3050摇臂钻床的冷却泵电动机M4则是因其 功率很小 不会过载而不采用热继电器进行过载保护。

3. M7130型平面磨床电气原理图中控制电路中的电阻 R2 的作用是限制退磁电流，电阻 R3 的作用是对电磁吸盘线圈进行过电压保护，电阻 R1 的作用是对整流器进行过电压保护。

4. X62W型万能铣床的主轴电动机采用的是 电磁离合器 制动，T68卧式镗床的主轴电动机采用的是 反接 制动。

5. X62W型万能铣床工作台的进给运动包括 常速 进给和 快速 进给两种形式，其中 常速 进给必须在主轴电动机M1起动运行后才能进行。

6. C650-2型卧式车床的主运动是 主轴通过卡盘带动工件的旋转 运动，进给运动是 溜板带动刀架的纵向和横向直线 运动，辅助运动包括刀架的快速移动、工件的夹紧与松开等。

7. M7130型平面磨床的电气控制线路中有三个电阻R1、R2和R3，其中R1在控制

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电路中的作用是 整流器 的过电压保护，R2的作用是 电磁吸盘线圈 的过电压保护，R3的作用是 退磁回路 的过流保护。

8. 桥式起重机在起重量上， 主 钩起重量大于 副 钩起重量，在提升高度方面，桥式起重机的 副 钩提升高度大于 主 钩提升高度。

9．为适应提升机构由上升变为下降、消除因机械传动间隙对机构的冲击而设置的下降档称为 预备 档，由于该档电动机处于 堵转 状态，因此为防止时间过长而烧毁电机，此档 不能停顿 。

10．桥式起重机电路具有 欠压 、 零压 、 零位 、 过流 、 行程终端限位保护 和 安全保护 共六种保护功能 二、判断下列说法的正确与错误

1. 磨床的电磁吸盘可以使用直流电，也可以使用交流电。 （ 错 ） 2. 在切削加工过程中，铣床的主轴电动机可以正转或反转。 （ 错 ） 3. T68镗床主回路中串电阻器，目的是限制起、制动电流和减小机械冲击。（ 对 ） 4. X62W万能铣床主轴电动机的制动采用的是反接制动。 （ 错 ） 5. 机床照明控制电路中的照明变压器通常要求其二次侧可靠接地。 （ 对 ） 6. M7130平面磨床的主运动是主轴电机带动卡盘和工件的旋转运动。 （ 错 ） 7. 速度继电器是用来测量异步电动机工作时运转速度的电器设备。 （ 错 ） 8. M7130平面磨床的电磁吸盘中通入的是脉动直流电。 （ 对 ） 9．Z3050摇臂钻床的四台拖动电动机均采用直接起动方式。 （ 对 ） 10．C650普通卧式车床的主运动是工件的直线运动。 （ 错 ） 11. 桥式起重机中的过载保护设备与机床电路一样，采用热继电器。 （ 错 ） 12. 桥式起重机下放的1、2、3档，电动机的电磁转矩是驱动转矩。 （ 错 ） 13. 桥式起重机在倒拉下放档时，电动机的电磁转矩是制动转矩。 （ 对 ） 14. 桥式起重机的制动方式均采用电气制动。 （ 错 ） 15. 桥式起重机的零位保护是由行程开关控制来实现的。 （ 错 ） 三、选择题

1. M7130型平面磨床电磁吸盘线圈的电流是（ C ）。

A、交流 B、直流 C、单向脉动直流 D、锯齿形电流 2. Z3050型摇臂钻床的摇臂回转，是靠（ B ）实现的。 A、电动机拖动 B、人工推转

C、机械传动 D、摇臂松开-人工推转-摇臂夹紧的自动控制 3. 主轴电动机只做旋转主运动而没有直线进给运动的机床是（ B ）。

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A、T68卧式镗床 B、X62W型万能铣床 C、Z3050摇臂钻床 D、不存在

4. M7130平面磨床控制电路中，对整流器起过电压保护的是（ A ）。 A、电阻R1 B、电阻R2 C、电阻R3 D、不存在 5. 机床控制电路中，在反接制动过程中的控制继电器是（ C ）。 A、电流继电器 B、电压继电器 C、速度继电器 D、交流接触器

6. X62W万能铣床控制电路中，控制常速进给的电磁离合器是（ B ）。

A、YC1 B、YC2 C、YC3 D、不存在

7. T68卧式镗床的主轴电动机M1在低速时的定子绕组连接方式为（ B ） A、星形 B、三角形 C、双星形 D、双三角形 8. 若X62W万能铣床的主轴未起动，则工作台（ C ） A、不能有任何进给 B、可以常速进给 C、可以快速进给 D、常速加快速进给

9. Z3050摇臂钻床的驱动电动机中，电动机设置过载保护的是（ B ） A、主轴电动机M1 B、摇臂升降电动机M2 C、液压油泵电动机M3 D、M1和M2两台电动机 10、C650型卧式车床的主轴电动机停车时采用 （ C ）

A、能耗制动 B、机械制动 C、反接制动 D、自由停车 11. 桥式起重机的控制电路中，起过载保护的电器是 （ A ）

A、过流继电器 B、热继电器 C、熔断器 D、主令控制器 12. 用凸轮控制器控制小车或大车的移行，从第一档至第五档，电机转速（ A ） A、逐渐升高 B、逐渐降低 C、不变 D、不确定

13. 桥式起重机在下放过程中，电动机的电磁转矩为驱动转矩时处于（ C ）。 A、倒拉反接制动下放 B、再生发电制动下放 C、强迫下放 D、能耗制动下放

四、简答题

1. 在各种机床控制电路中，为什么冷却泵电动机一般都受主电动机的联锁控制，在主轴电动机起动后才能起动，一旦主轴电动机停转，冷却泵电动机也同步停转？

答：机床控制电路中，加工过程中刀具与被加工工件的吃刀部位温度较高，要求能够及时得到冷却，以防止由于温度过高而引起的故障。由于冷却泵电动机本身的作用是

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对刀具和被加工部位进行冷却，当主电动机没有加工或加工部位不需冷却时，冷却泵电动机不应起动，所以应在主轴电动机起动后，根据加工实际情况，需要起动才起动；当主轴电动机停止时，刀具和被加工工件不再继续发热，所以冷却泵也应同步停转。

2. C650-2型车床主轴电动机的控制特点是什么？控制电路中时间继电器KT的作用是什么？

答：C650-2型车床主轴电动机采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能，主轴电动机由于加工时转动惯量较大，为了能够快速停车，采用了速度继电器控制的电源反接制动。控制电路中时间继电器KT的作用是保护串联在电动机主回路中用来监视主回路电流情况的电流表不受冲击电流的影响而造成的损害。（在主轴电动机的动力回路上经电流互感器接有一只电流表，以监视电动机绕组工作时电流的变化及负载情况。为防止电流表在电动机起动、点动和停车时受到冲击电流的影响而造成损坏，将时间继电器KT的延时动断触点与电流表相并联，起动时，KT线圈通电，KT的延时动断触点不能立即动作，因此电流表处于短接状态而不会受起动冲击电流的影响，起动后，延时触点断开，电流表接入电流互感器二次侧对主回路的电流进行监视。）

3、磨床采用电磁吸盘来夹持工件有什么好处？M7130型平面磨床的控制电路具有哪些保护环节？

答：磨床采用电磁吸盘来夹持工件，与机械夹具相比较操作简单且不损伤工件，特别适应于同时加工多个小工件，而且工件在磨削时由于发热能够自由伸缩，因此不至于变形。M7130型平面磨床的控制电路具有的保护环节除了常有的短路保护、过载保护外，还具有电磁吸盘的弱磁保护和过电压保护、整流器的过电压保护。

4、X62W型万能铣床进给变速能否在运动中进行？为什么？

答：当主轴电动机进给变速时，是通过与主轴手柄有关的行程开关SQ1进行控制的，需要变速时，变速手柄拉出，转动变速盘至所需转速，然后再将手柄复位。在手柄复位过程中，瞬间压动行程开关SQ1，使其动断触点打开先断开其他支路，然后动合触点闭合使M1产生瞬间冲动，以利于变速时齿轮的顺利啮合，手柄复位后，SQ1随之复位。显然，X62W型万能铣床进给变速可以在运转中进行。

5、T68镗床与X62W万能铣床的变速冲动有什么不同？T68镗床在进给时能否变速？

答：T68镗床的主轴电动机M1，其转速在速度继电器KV的复位值和动作值之间反复升降而形成的变速冲动，可使变速时齿轮顺利啮合；X62W型万能铣床的变速冲动，则是通过手柄复位时瞬间压动行程开关，造成主轴电动机M1的微小转动，从而达到齿轮顺利啮合的目的。T68镗床同样可以在进给时进行变速。

6. 桥式起重机的结构主要由哪几部分组成？桥式起重机有哪几种运动形式？

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答：桥式起重机的结构主要由桥架、大车移行机构、小车、提升机构及操纵室等组成。桥式起重机的运行形式分有沿大车轨道的纵向直线运行、沿桥架横向的左右运行及沿垂直方向的上升和下降运动。

7、桥式起重机电力拖动系统由哪几台电动机组成？

答：桥式起重机电力拖动通常由大车驱动电动机、小车驱动电动机及提升电动机组成。其中大车及提升电动机可用一台或两台进行驱动控制。

8、起重电动机的运行工作有什么特点？对起重电动机的拖动和控制有什么要求？ 答：起重电动机不但工作条件较差，且采用的是重复短时工作制，由于上述特点，对起重电动机的拖动和控制具有以下要求：①驱动电动机具有较强的过载能力，②起动转矩大、起动电流小，③能在运行过程中进行电气调速，④能适应较恶劣的工作环境和机械冲击。

9、起重电动机为什么要采用电气和机械双重制动？

答：因为起重电动机的负载特点是位能性反抗力矩，所以当负载重量不同时，要求具有不同的下降速度。为确保安全，同时为减轻机械抱闸的负担，要求起重电动机在机械制动具有的情况下，还要具有反接制动、再生发电制动等电气制动。为防止因突然断电而使重物自由下降而造成的事故，要求起重电动机在具有电气制动的情况下，必须兼有机械制动。

10、凸轮控制器控制电路的零位保护与零压保护有何不同？

答：凸轮控制器控制电路的零位保护是当凸轮控制器在每次重新起动时，必须旋回中间零位而实现的；而零压保护则是靠按钮和接触器的联锁作用来实现的。

检测题（时间110分钟）

一、填空题：（每空0.5分，共20分）

1、变压器是一种静止的电气设备，改变变压器的变比k，可实现变换 电压 、变换 电流 和变换 阻抗 的作用。 电流 互感器是升压变压器， 电压 互感器是降压变压器， 自耦 变压器不能用作安全变压器使用， 电焊 变压器具有陡降的外特性。

2、三相异步电动机按转子结构的不同可分为 鼠笼 式和 绕线 式两大类。在机床控制电路中通常采用 鼠笼 式异步电动机作为动力拖动，而在起重机构或卷扬机构中通常采用 绕线 式异步电动机作为动力拖动。

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3、 电枢 是直流电机的核心，由铁心和绕组共同组成。电能到机械能以及机械能到电能之间的转换，就是在 电枢 中进行的。

4、直流电动机的调速方法有： 电枢串电阻 调速、 降压 调速和 弱磁 调速。 5、一台三相异步电动机的型号为Y132M-6，在工频50Hz下工作，已知该电动机的额定转速n=975r/min。则电动机的极对数p= 3 ，旋转磁场的转速为 1000 r/min，转差率s = 0.025 。

6、特种电机分有 驱动 用和 控制 用两大类，其中 控制 用特种电机又分为测量元件和执行元件。执行元件主要有交、直流 伺服 电动机、 步进 电动机等。

7、测速发电机可以将机械转速转换为相应的 电压 信号，在自动控制系统中常用作测量 转速 的信号元件。

8、电动机控制电路中，起短路保护的低压电器是 熔断器 ，起过载保护的器件是 热继电器 ，起失压和欠压保护的器件是 接触器 。上述三种保护均具有的器件是 自动空气开关 。

9、电气控制图主要有 电气原理图 、 电器布置图 和 电气接线图 。 10、在电动机控制电路中，接触器的三对主触点是串接在电动机的 主 回路中，当串接在 控制 回路中的接触器线圈得电和失电时，三对主触点闭合和断开，起到控制电路的通、断的作用。接触器的辅助常开触点通常在电路中起 自锁 作用，辅助常闭触点在电路中起 互锁 作用。

11、时间继电器的文字符号是 KT ，位置开关的文字符号是 SQ ，中间继电器、电流继电器的文字符号是 KA 。 二、判断题：（每小题1分，共10分）

1、当加在定子绕组上的电压降低时，将引起转速下降，定子电流减小。 （错） 2、转子绕组串频敏变阻器起动过程中，频敏变阻器的阻值是由小变大的。 （错） 3、能耗制动比反接制动所消耗的能量小，制动平稳。 （对） 4、异步电动机转子电路的频率随转速而改变，转速越高，则频率越高。 （错） 5、机床控制电路中，照明变压器二次线圈有一头必须妥善接地。 （对） 6、热继电器和过电流继电器在起过载保护作用时可相互替代。 （错） 7、单相电机一般需借用电容分相方能起动。起动后电容可要可不要。 （对） 8、当电网或电动机发生负荷过载或短路时，熔断器能够自动切断电路。 （错） 9、中间继电器主要用于信号传递和放大及多路同时控制时的中间转换作用。 （对）

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10、交流接触器通电后如果铁心吸合受阻，将导致线圈烧毁。 （对） 三、选择题：（每题2分，共20分）

1、电刷装置的作用是通过电刷和旋转的（ C ）表面的滑动接触，把转动的电枢绕组和外电路连接起来。

A、电枢 B、电枢绕组 C、换向器 D、 换向极 2、三相异步电动机起动瞬间的转差率是（ A ）。

A、1 B、0.02 C、大于1 D、小于1

3、测速发电机可以将机械转速转换为相应的电压信号，在自动控制系统中常用作测量转速的（B）。

A、功率元件 B、信号元件 C、执行元件 D、解算元件 4、下列电器中不能实现短路保护的是（A）。

A、热继电器 B、熔断器 C、空气开关 D、过流继电器 5、变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（B） A、升高 B、降低 C、基本不变 D、无法确定

6、X62W万能铣床主轴的正反转，用组合开关控制而不用接触器控制，是因为（A）

A、改变转向不频繁 B、节省接触器 C、操作方便 D、习惯 7、自耦变压器不能作为安全电源变压器的原因是（B）

A、公共部分电流太小 B、原副边有电的联系 C、原副边有磁的联系 D、公共部分电流太大 8、决定电流互感器原边电流大小的因素是 （D）

A、副边电流 B、副边所接负载 C、变流比 D、被测电路 9、桥式起重机多采用（B）拖动。

A、同步电动机 B、异步电动机 C、直流电动机 D、单相电动机 10、变压器铁心采用0.35～0.5mm厚的硅钢片叠压制造，主要目的是为了降低（D）。 A、铜损耗 B、磁滞损耗 C、涡流损耗 D、磁滞和涡流损耗

四、简答题：（每小题3分，共12分）

1、三相异步电动机在一定负载下运行，当电源电压因故降低时，电动机的转矩、电流及转速将如何变化？

答：当电源电压因故降低时，T=TL的平衡被打破，转速下降，转差率上升，导致转

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子电流增大、定子电流增大，增大的结果使电磁转矩重新上升以适应负载阻转矩的需要，重新平衡时，转速将重新稳定，只是转速较前低些。

2、电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？为什么？ 答：不会动作。因为热继电器具有反时限保护特性，电动机起动时间又很短，在这个时间内，热继电器的双金属片弯曲的程度不能使触点动作。

3、普通笼型感应电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大，而起动转矩并不大？

答：异步电动机在启动瞬间，定子绕组已接通电源，但转子的惯性转速从零开始增加的瞬间转差率s＝1，转子绕组中感应电流很大，使定子绕组中流过的启动电流大，但功率因数很低，所以转矩并不大。

4、步进电机采用三相六拍方式供电与采用三相三拍方式相比，有什么优缺点？ 答：三相六拍供电时步距角小，运行平稳，起动转矩大，经济性较好，但是驱动电路较三拍时复杂。 五、计算题（20分）

1、一台容量为20kV-A的照明变压器，它的电压为6600V/220V，问它能够正常供应220V、40W的白炽灯多少盏？能供给cos??0.6、电压为220V、功率40W的日光灯多少盏？（4分）

解：能够正常供应220V、40W的白炽灯数为：20000÷40=500盏； 能供给cos??0.6、220V、40W的日光灯数为：20000×0.6÷40=300盏

2、一台三相异步电动机，铭牌数据为：Y联接，PN=2.2kW，UN=380V，nN=2970r/min，ηN=82%，cosφN=0.83。试求此电动机的额定电流、额定输入功率和额定转矩。（8分）

解：额定输入功率：P1N?PN?N?2.2?2.68kW 0.82PN2.2?103??4.03A 1.732?380?0.83 额定电流：

IN?3UNcos?N 额定转矩： TN?9550PN2.2?9550?7.07N?m nN29703、一台Z373直流电动机，已知其铭牌数据为：PN=17kW，UN=440V，IN=46A，nN=1000r/min。试求额定状态下该直流电机的额定输入电功率P1N、额定效率ηN和额定电磁转矩TN。（8分）

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解：额定输入电功率：

P1N?UNIN?440?46?20.24KW

额定效率：

?N?PNP?1720.24?0.84 1NPN17?9550?162N?m 额定电磁转矩： TN?9550nN1000六、设计题：（8分）

1. 设计一台电机控制电路，要求：该电机能单向连续运行，并且能实现两地控制。有过载、短路保护。

解：设计如图所示。KM为控制电动机通、断的交流接触器，其三对主触头串接在电动机主回路中，其常开触头并联在起动按钮两端起自锁作用。SB1、SB2为甲地停止按钮和起动按钮；SB3、SB4是乙地起动按钮和停止按钮。FU为电路的短路保护熔断器；FR为过载保护的热继电器。

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