《電力拖動》試卷

一解答題（本大題共56分，每小題4分）1、在電力拖動系統(tǒng)的分析中，可以將一個復雜的多軸電力拖動系統(tǒng)用一個簡單的單軸系統(tǒng)來等效，并使兩若的動 力學性能保持不變。如圖所示，將一個兩軸電力拖動系統(tǒng)等效成單軸系統(tǒng)，請寫出等效后的單軸系統(tǒng)中J、T的麥 達式。2、請寫出電力拖動系統(tǒng)中運動方程式的一般形式，并說明公式中的各最匸方向如何規(guī)定及其電動機的工作狀態(tài)的判斷方法。答：(1) T-Tz =GD2 dn（2）轉矩T正向取正，反向取負；阻轉矩Tz正向取負，反向取正。（3）T>T“加速；T*,等速；T<九減速.3、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件是什么？下圖中1、2、3分別為3種情況下的電動機機械特性，試說明3種情況下，電動機帶動負載卩時，能否穩(wěn)定運行?答：電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件：電機特性與負載特性存在交點；在交點所對應的轉速之上”九而在這一轉 速之下則要求T>Tz電機工作在Pl、P3不穩(wěn)定，P2穩(wěn)定。4、他勵II流電動機的電氣制動方式有哪幾種？簡述他勵立流電動機不同電氣制動方式下的能量轉換情況。答：他勵直流電動機的電氣制動方式有能耗制動、反接制動和回饋制動三種。能耗制動將系統(tǒng)的動能轉化為電能消 耗在電樞回路；反接制動是將由系統(tǒng)的動能轉化而來的電能和電源的電能一起消耗在電樞回路；回饋制動時將系統(tǒng) 地動能轉化為電能回饋給電網(wǎng).5、電力拖動系統(tǒng)的過渡過程會受哪些慣性的影響？若要加快他勵直流電動機的起動過程，町以采取哪些措施？答:電力拖動系統(tǒng)的過渡過程會受機械慣性、電磁慣性和熱慣性的影響。加快他勵宜流電動機的起動過程，可以采 用：設法減小系統(tǒng)地飛輪慣童以減小機電時間常數(shù)；在設計電力拖動系統(tǒng)時，盡可能設法改善起動過程中電樞 電流的波形。6、拖動反抗性恒轉矩負載運行于正向電動狀態(tài)的三相異步電動機，對調其定子繞組任意兩個出線端后，電動機運行狀態(tài)將會作怎樣的變化?畫出該過程的機械特性圖來說明電動機的運行狀態(tài)變化。答：經(jīng)過反接制動過程，方向起動，最終反向電動運行，如圖所示。7、三相籠型異步電動機的降斥起動的目的是什么？主要冇哪些降壓起動方法？答：三相籠型異步電動機降壓起動的主要目的是限制起動電流，主要的降壓方法有：定子回路串電阻電抗器起動、 星-三角起動、自耦變壓器起動、延邊三角形起動.8、相比于傳統(tǒng)的籠型異步電動機，深槽異步電動機町以改善起動性能，其采用的是什么原理？簡要說明其起動過 程中起動性能如何足怎樣得到改善的？答：深權異步電動機采用的是集膚效應。深權異步電動機由于其槽很深，所以權底會比槽口的漏電抗大。在起動時, 轉子頻率高，漏電抗大，電流被擠到轉子導條的上部，使轉子電阻增大，限制起動電流，增大起動轉矩；當起動過 程結束后，轉子頻率很小，集膚效應基本消失，導條電阻變小.二、計算與分析題（本大題共44分，其中：第1小題12分，第2小題12分，第3小題12分，第4小題8分）1、一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：Pf=75KW, Ul140V, Ir=185A, m=3000r/min，電樞電阻R二0. 0555 Q。如保持 負裁轉矩為額定值不變，試求下列情況下轉速的穩(wěn)定值：（1）電樞回路串入Rc=0.015Q的電陰時：（2）電樞電壓烽 為U二400V時：（3）主磁通減弱為二0.95,時。（9分）解：=0.1432 UN = CNnl + IN（Ra + R ）440 = 0.1432 耳 +185 x （0.0555 +0.015）叫=2981.5r/min（2）U = QOy/i, + INRa400 = 0.1432"+ 185x0.0555仏3=27216/mm(3)V = C -0.95Ov /l + -/?(n N 3 0.95 a1 Q-i440 = 0.1432x0.95xn, + x 0.05550.95n3 = 3154.9/nmi2、某臺他勵直流電動機.Pi=5. 6KW, U尸220V, LF31A, nF=1000r/nin, Ra=O. 4 Q o如果系統(tǒng)地總輪轉矩GD二98Nm：T】二49Nm,若電動機原運行與正向電動狀態(tài)，現(xiàn)要求進行能耗制動停車，試人制動電流為21。試就反抗性恒轉矩 負載.計算：(1) 電動運行時的轉速：(2) 能耗制動時所需的制動電阻的人??；(3) 能耗制動過程中n=f(t)及T=f(t)的表達式;(4) 制動過程所盅的時間。解：(1) CrOv = 67 y- -> (l = 0.2087(r/nnn)9.55CO=24.67AUn-ZCQn=1010/-/nnn圖2能耗制動過程曲線(2) 能耗制動過程開始時,CcNnA = UN -lA Ra = 220 - 24.67 * 0.4 = 210.1V0 = C.W +(-2/片)(心 + 心)RQl = 2.99Q(3)過渡過程起始時:/irr = n4 = 1010r/nun T5t=TB = C7Ov(-21N) = -12iN - m該過渡過程對應的A""宀 CeCr 71 = -402r 皿卩廠49N 加機電時間常數(shù)過渡過程中n=f(t)及T二f (t)的表達式為n = nz + (nsl 一 nz)e, TM = -402+1412C-4 *7Gr/min)T =乙 + (幾Tz)e = 49-172" (r/min)(4) 制動停車的時間= 0.2141111010-(-402)0-(一402)=0.2753、某起幣:機吊鉤市一臺繞線式三相異步電動機拖動，電動機的額定數(shù)據(jù)為：Pr=40KW, n>=1464r/min, Ki=2. 2,心二1, Ra二0. 06Q。電動機的負我轉矩T的情況為：提升重物時，Ti=Tf.卜放車物時，h二0. 8T,。(1) 提升重物時，要求有低速、高速兩檔，且高速時轉速m為工作在固有機械特性上的轉速，低速時轉速m=0. 25m， 工作于轉子回路串電阻的特性上。求兩檔轉速及轉子回路應串入的電阻值。(2) 下放巫物時，要求刈低速、高速兩檔，II高速時轉速nC為工作在負序電源的固燈機械特性上的轉速，低速吋 轉速m二f，仍然工作于轉子回路串電阻的特性上。求兩檔轉速及轉子應串入的電阻值。說明電動機運行在哪種狀 態(tài)。解：r=卅皿Tv = 9550= 9550凹_ = 26N mnN1464(1)將異步電動機的機械特性近似看做宜線：丁 =芻旦$。提升重物時,2TB 點：Tn = Sb所以=_ & +_ Sr幾 R SN0.06+ 心 _ 0.7560.06 0.024(2)所以C點:心= 183G將異步電動機的機械特性近似看做直線：T =下放重物時D 點：0.87； =理7+ R,D =R2 Q.Ssn1.2440.06+ Rn0.060.8*0.024RsD = 3.8275G_2To.8rv = 5Csc = -08斥=0.0192 nc = (-/J(l-5 ) = -1500*(1+ 0.0192) = -1529r/ininC點為回饋制動狀態(tài)；D點為反接制動狀態(tài)4、三相異步電動機空載過渡過程中的能量損耗町以表示成丿(1 + 8)(_),其中s,表示過渡過程2R、開始時的轉差率.s表示過渡過程結束時的轉差率，試推導該結論(推導過程中忽略勵磁電流I。的影響)。推導 過程中可能利用到公式T = (3/；2 )/0$。S解： W = J；+ 31； Rd(1)忽略I。影響時，< =/2<2)D由于貝iJ3/；2/?；=TQ55(3)5"(3) 式代人(2)式，可得: W=G(1 +烏血(4)Jo R、又 T = J嗥,Q = Q3(l-5),有 Tdt = JQsds (5)at將(5)式代入(4)式人 “-山；(1+ 善)曲=+ JQ (1 + 脣)(s： 一 $；)B卷一解答題(本大題共56分，每小題4分)1、電力拖動系統(tǒng)中已知電動機的轉速為1000r/min,工作機構的轉速為lOOr/min,傳動效率為0. 9,工作機構未折算 的實際轉矩為120Nm,電動機的電磁轉矩為20Nm,忽略電動機空載轉矩，則該系統(tǒng)處于加速過程、恒速、減速 過程中的哪種運行狀態(tài)？并說明為什么處于此狀態(tài)。答：因為工作結構折算到電動機上的轉矩為 貶叮加x 嗔皿=羋并加小于電動機電磁轉矩，故電力拖0.91000r/nnn3動系統(tǒng)處于加速運行過程.2、對于帶有直線運動的工作機構，如下圖所示的提升機構。在分析這些電力拖動系統(tǒng)時，需要進行折算，假設提 升或卜放的重物質最為m,速度為v,電動機的轉速為n,寫出重物折算到電動機軸上的飛輪慣量GD?的表達式。F 亠 姑vz答：由J7 = ,nZ22把 Jz = GD；/4g , 0 = 2和/60,加z = Gz/g代入上式得:GD； = 365-n3、電樞反應對他勵直流電動機的機械特性會產(chǎn)生影響，其影響如圖所示，簡要說明原內。在考慮電樞反應影響的情況卜，在恒轉矩負我1下，此時的電力拖動系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，請說明原囚。答：不能穩(wěn)定。B點不滿足電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件。4、某起重機由一臺他勵百流電動機拖動，如果制動電阻和負我轉矩相同，采用何種制動方式卜放重物時轉速最低? 為什么？答：采用反接制動方式時轉速最低，具體轉速之間的關系可以用下圖說明.5、在他勵直流電動機電力拖動系統(tǒng)的過渡過程中，電動機的能量損耗和哪些因素有關？如何減小他勵直流電動機 過渡過程中的能量損耗？答：（1在他勵直流電動機電力拖動系統(tǒng)的過渡過程中，電動機的能量損耗和系統(tǒng)的動能存儲量以及過渡過程的起、 制動方式有關。（2）可以采取的方法有：減小系統(tǒng)的飛輪慣量GD,可以采用雙機拖動或將電樞設計成細長的形狀；采用逐 級加速方式和能耗制動方式6、畫出異步電動機能耗制動時的電路圖，說明能耗制動的基本原理。答：異步電動機能耗制動的電路圖如下圖所示。在能耗制動時，將KM1斷開，而將KM2閉合，使直流電流流入定子繞組。KM15 = 0叭耳+人（& +心）220 =0.136-耳 + 41.4x(1.20+ 0.4)直流電流流入定子繞組后，將會在空間形成靜止的定子磁場，與旋轉的轉子之間會有電磁力的作用，而且為 制動力，將最終使異步電動機減速并停止。7、畫出三相籠型異步電動機采用軟起動器時的主電路圖，說明其基本原理。C o-答：軟起動器實際上時一個晶閘管交流調壓電路。它把三個雙向晶閘管模塊串接在三相電路中，在電動機的起動過程中，通過控制晶閘管導通角的變化,改變加在電動機定子繞組上的端電壓的大小，使電動機起動電流按所設的規(guī)律變化.8、相比于傳統(tǒng)的籠型異步電動機，雙籠型異步電動機可以改善起動性能，其采用的是什么原理？簡要說明其起動 過程中起動性能如何是怎樣得到改善的？答：雙籠型異步電動機采用的是集膚效應。雙籠型異步電動機其上籠電阻較大，下籠電阻較小。起動時，由于轉子 頻率高，肌膚效應明細，電流主要從上籠流過，造成轉子電阻較大，限制起動電流、增大起動轉矩起動結束后, 轉子頻率很小，電流主要從下籠流過，肌膚效應消失。9、異步電動機在采用變極調速時，怎樣才能保持調速前后的轉向相同？答：在變極后，需要將定子繞組出線端的任意兩相調換.10、變頻調速既可以從基頻向下調，又町以從基頻向上調，試比較這兩種情況下的控制方式。答:基頻以下調速時，要求保持壓頻比恒定，此時變頻調速屬于恒轉矩性質；在基頻以上時，保持電壓不變，此時 屬于恒功率性質。二、計算與分析題（本大題共2分，其中第1題12分，第2題12分，第3題12分，第4題8分）1、一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：Ui=220V, "41. 4A, m=1500r/min,電樞電阻R=0. 4 Q。如保持負載轉矩為 額定值不變，試求下列情況下轉速的穩(wěn)定值：（1）電樞回路串入Ru=1.2Q的電阻時；（2）電樞電壓降為U二160V時:（3）主磁通減弱為0=0.950.時。解：COV =一 / % = 0.136V/(r/n)in)5 = 0叭耳+人（& +心）220 =0.136-耳 + 41.4x(1.20+ 0.4)q = 1130.59廣 / 】nm<2) U =+ INRa160=0.136 n,-41.4x0.4n品""SACQn=1020r / Dull= 1054.71r/nun220 = 0.136 x 0.95x 心一 x 0.43 0.95<3) L = C,.O95宀-丄" N 3 0.95 "n3 = 1567.87r/nuu 2、某臺他勵直流電動機，Pi=5. 6KW, U盧220V, Ii=31A, n>=1000r/nin, R>=0. 4 Q o 如果系統(tǒng)地 E輪轉矩 GD反接制動過程開始時，C Ov/?4 = UN -IA Ra = 220-19.63*0.4 = 212-220 = C.nA + (-2人)(心 + 心)心=6.57Q 過渡過程起始時：nst = nA = 1020r/nun Tst=TB = C7<X)jV(-2/v) = -123A-m該過渡過程對應的巧=“=二丄_出+T? = h= 39NniC.<D CeCTz l機電時間常數(shù)T,m =篤5腺算=0.426$T-/過渡過程屮 n=f (t)及 T=f (t)的表達式為n = -b (心一 nz)eT = TZ+ (Txl - Tz )eIl n(4) 制動停車的時間tx = TiM ln-心一 "z=9. 8N m, T訐39Nm,若電動機原運行與正向電動狀態(tài)，現(xiàn)要求進行反接制動停車，最大制動電流為21.試就反抗性恒轉矩負如計算： (1) 電動運行時的轉速：(2) 反接制動時所需的制動電阻的人?。?3) 反接制動過程中n二f(t)及T二f(t)的表達式;(4) 制動過程所需的時間。f J R解：(1) C 亠 N- N a = 0 208V/(i7】)m)5反抗性恒轉矩負載反接制動過程曲線3、某繞線式異步電動機的銘牌參數(shù)如下：Pp75KW IuF144A, Uo=380V nr=1460r/min, Ki=6. 8, RfO. 06Q o（1）當負載Tz二0.75T”要求轉速m=600r/min時，轉子每相應串入多大的電阻?（2）從電動狀態(tài)m二m切換到反接制動狀態(tài)，如果要求開始的制動轉矩等I* 1. 5T,（圖中的C點），則轉子回路應串 入多大電阻？（3）如果該電機帶位能性負載，負載轉矩Tz二0.75T”要求穩(wěn)定的卜放速度n,=-400r/min.求轉子每相的串接電阻 值。解:1500-14601500=0.02672T（1）將異步電動機的機械特性近似看做直線：T = sA 點：Tn =B點:0.757；,=車0.60.06 + 心 _0.060.75x0.0267/?/fl = 1.74Q(2) A 點:0.06+心.1.267(3) A 點:0.060.75x0.0267R1C = 3.740