华侨大学08-09学年第二学期期末考试《电力拖动》试卷（A ）班级 姓名 学号 得分一 解答题（本大题共56分，每小题4分）1、在电力拖动系统的分析中，可以将一个复杂的多轴电力拖动系统用一个简单的单轴系统来等效，并使两者的动力学性能保持不变。

如图所示，将一个两轴电力拖动系统等效成单轴系统，请写出等效后的单轴系统中J 、T L 的表达式。

答： L L LT T ωω'=2L e L ()J J J ωω=+2、请写出电力拖动系统中运动方程式的一般形式，并说明公式中的各量正方向如何规定及其电动机的工作状态的判断方法。

答：（1）2375Z GD dnT T dt-=（2）转矩T 正向取正，反向取负；阻转矩T Z 正向取负，反向取正。

（3）T>T Z ,加速；T=T Z ,等速；T<T Z ,减速。

3、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？下图中1、2、3分别为3种情况下的电动机机械特性，试说明3种情况下，电动机带动负载T L时，能否稳定运行？答：电力拖动系统稳定运行条件：①电机特性与负载特性存在交点；②在交点所对应的转速之上T<T Z,而在这一转速之下则要求T>T Z电机工作在P1、P3不稳定，P2稳定。

4、他励直流电动机的电气制动方式有哪几种？简述他励直流电动机不同电气制动方式下的能量转换情况。

答：他励直流电动机的电气制动方式有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。

能耗制动将系统的动能转化为电能消耗在电枢回路；反接制动是将由系统的动能转化而来的电能和电源的电能一起消耗在电枢回路；回馈制动时将系统地动能转化为电能回馈给电网。

5、电力拖动系统的过渡过程会受哪些惯性的影响？若要加快他励直流电动机的起动过程，可以采取哪些措施？答:电力拖动系统的过渡过程会受机械惯性、电磁惯性和热惯性的影响。

加快他励直流电动机的起动过程，可以采用：①设法减小系统地飞轮惯量以减小机电时间常数；②在设计电力拖动系统时，尽可能设法改善起动过程中电枢电流的波形。

6、拖动反抗性恒转矩负载运行于正向电动状态的三相异步电动机，对调其定子绕组任意两个出线端后，电动机运行状态将会作怎样的变化？画出该过程的机械特性图来说明电动机的运行状态变化。

答：经过反接制动过程，方向起动，最终反向电动运行，如图所示。

7、三相笼型异步电动机的降压起动的目的是什么？主要有哪些降压起动方法？答：三相笼型异步电动机降压起动的主要目的是限制起动电流，主要的降压方法有：定子回路串电阻电抗器起动、星-三角起动、自耦变压器起动、延边三角形起动。

8、相比于传统的笼型异步电动机，深槽异步电动机可以改善起动性能，其采用的是什么原理？简要说明其起动过程中起动性能如何是怎样得到改善的？答：深槽异步电动机采用的是集肤效应。

深槽异步电动机由于其槽很深，所以槽底会比槽口的漏电抗大。

在起动时，转子频率高，漏电抗大，电流被挤到转子导条的上部，使转子电阻增大，限制起动电流，增大起动转矩；当起动过程结束后，转子频率很小，集肤效应基本消失，导条电阻变小。

二、计算与分析题（本大题共44分，其中：第1小题12分，第2小题12分，第3小题12分，第4小题8分）1、一台他励直流电动机额定数据为：P N =75KW ，U N =440V ，I N =185A ，n N =3000r/min ，电枢电阻R a =0.0555Ω。

如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入R c =0.015Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=400V 时；（3）主磁通减弱为Φ=0.95ΦN 时。

(9分) 解：0.1432N N ae N NU I R C n -Φ==（1）1()N e N N a c U C n I R R =Φ++14400.1432185(0.05550.015)n =⋅+⨯+12981.5/min n r =（2）2e N N a U C n I R =Φ+24000.14321850.0555n =⋅+⨯22721.6/min n r =（3）30.950.95NN e N a I U C n R =⋅Φ⋅+31854400.14320.950.05550.95n =⨯⨯+⨯33154.9/min n r =2、某台他励直流电动机，P N =5.6KW ，U N =220V ，I N =31A ，n N =1000r/min ，R a =0.4Ω。

如果系统地飞轮转矩GD 2=9.8N ·m 2，T L =49N ·m ，若电动机原运行与正向电动状态，现要求进行能耗制动停车，最大制动电流为2I N 。

试就反抗性恒转矩负载，计算： （1）电动运行时的转速；（2）能耗制动时所需的制动电阻的大小； （3）能耗制动过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式； （4）制动过程所需的时间。

解：（1）0.208V/(r/min)N N ae N NU I R C n -Φ==24.67A 9.55LA e T I C ==ΦN e N A A a U C n I R =Φ+⋅ 1010/min N A aA e NU I R n r C -⋅==Φ图2 能耗制动过程曲线（2）能耗制动过程开始时，22024.67*0.4210.1e N A N A a C n U I R V Φ=-⋅=-= 10(2)()e N A N a C n I R R Ω=Φ+-⋅+ 1 2.99R Ω=Ω（3）过渡过程起始时：1010/min st A n n r == (2)123st B T N N T T C I N m ==Φ-=-⋅该过渡过程对应的 12402/min Z c L e T Ra R n n T r C C Ω+==-=-Φ49Z L T T N m ==⋅ 机电时间常数 212()0.214375a tM e T GD R R T s C C Ω⋅+==Φ过渡过程中n=f(t)及T=f(t)的表达式为/()tM t T Z st Z n n n n e -=+-=-402+1412e -4.67t (r/min) /()tM t T Z st Z T T T T e -=+-=49-172e -4.67t (r/min)(4)制动停车的时间 1010(402)ln 0.214ln 0.270(402)st Z x tM x Z n n t T s n n ---==⋅=---3、某起重机吊钩由一台绕线式三相异步电动机拖动，电动机的额定数据为：P N =40KW ，n N =1464r/min ，K T =2.2，K st =1，R a =0.06Ω。

电动机的负载转矩T L 的情况为：提升重物时，T L =T N ，下放重物时，T L =0.8T N 。

（1）提升重物时，要求有低速、高速两档，且高速时转速n A 为工作在固有机械特性上的转速，低速时转速n B =0.25n A ，工作于转子回路串电阻的特性上。

求两档转速及转子回路应串入的电阻值。

（2）下放重物时，要求有低速、高速两档，且高速时转速nC 为工作在负序电源的固有机械特性上的转速，低速时转速n D =-n B ，仍然工作于转子回路串电阻的特性上。

求两档转速及转子应串入的电阻值。

说明电动机运行在哪种状态。

解： 150014640.0241500s N N s n n s n --=== 40955095502611464N N N P T N m n ===⋅ （1）将异步电动机的机械特性近似看做直线：max2mT T s s =。

提升重物时， A 点：max 2N N m T T s s =B 点：max '2mN B TT s s = 所以'22msB BmNs R R s s R s +==0.060.7560.060.024sB R += 1.83sB R =Ω（2）将异步电动机的机械特性近似看做直线：max2mT T s s =。

下放重物时 A 点：max 2N N m T T s s =D 点：max '20.8m N D TT s s = 所以'220.8msD D mNs R R ss R s +==0.06 1.2440.060.8*0.024sD R += 3.8275sD R =ΩC 点：max20.8N C mT T s s -=0.80.0192C N s s =-=-()(1)1500*(10.0192)1529/min C s c n n s r =--=-+=-C 点为回馈制动状态；D 点为反接制动状态4、三相异步电动机空载过渡过程中的能量损耗可以表示成2221'21(1)()2s st x R W J s s R ∆=Ω+-，其中s st 表示过渡过程开始时的转差率，s x 表示过渡过程结束时的转差率，试推导该结论（推导过程中，忽略励磁电流I 0的影响）。

推导过程中可能利用到公式''222(3)/s R T I s=Ω。

解： 2'2'1122033ttW IR dt I R dt ∆=+⎰⎰ （1）忽略I 0影响时，'12I I = （2） 由于''222(3)/s R T I s=Ω，则'2'223s I R T s =Ω （3） （3）式代人（2）式，可得： '021(1)ts R W sTdt R ∆=Ω+⎰（4） 又 d T JdtΩ=，(1)s s Ω=Ω-，有 Tdt J sds =Ω （5） 将（5）式代入（4）式222211''221(1)(1)()2xstt s s st x t R R W J sds J s s R R ∆=-Ω+=Ω+-⎰。