动车组牵引与传动

一、填空题

1．直流电机由 定子 与 转子 两大部分构成，两者之间存在 气隙 。

2． 电枢 是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。

3．单迭绕组的连接规律是，所有相邻的元件依次串联，同时每个元件的出线端依次连接到相邻的 换向片 上，最后形成一个闭合回路。

4. 电枢 磁动势 对励磁磁场的产生的影响称为电枢反应。

5. 表征电动机输出机械性能的主要数据是 转矩 和 转速 。

6．对电动机启动的基本要求是：启动转矩 要大 ，启动电流 要小 ，启动设备简单、经济、 可靠 。

7．容许输出是指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和 功率 。

8．电枢串电阻调速和降压调速方式属于 恒转矩 调速，弱磁调速属于 恒功率 调速方式。

9．直流电动机的制动方式有： 能耗制动 、反接制动、 再生制动 。

10．三相异步电动机转动的一般原理是基于法拉第电磁感应定律和载流导体在磁场中受到 电磁力 的作用这两个基本因素。

二、判断题

1．在实际应用的异步电动机中，是使用一个旋转的永久磁铁来产生旋转磁场的。（×）

2．异步电动机的转速低于旋转磁场的转速（ √ ）

3．从三相异步电动机的工作原理可知，定子三相绕组是建立旋转磁场，进行能量转换的核心部件。（ √）

4．异步电动机通过电磁感应把原边的电功率转换成副边的机械功率。（× ）

5．由于旋转磁场是旋转的，对于转子上的每相绕组的导体来说，旋转磁场的北极和南极都能扫过他们，所以在绕组上产生的感应电动势应当是直流电动

势。（ √ ）

6．随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流减小。（×）

7. 三相异步电动机的效率曲线和功率曲线都是在额定负载附近达到最高，选用电动机容量时，应注意与负载相匹配。（ √ ）

8. 当异步电动机启动时，转子绕组感应电动势最低，因而产生的感应电流也是最小的。（×）

9. 直接启动的优点是操作简单，无需很多的附属设备；主要缺点是启动电流较大。（ √ ）

10. 三相异步电动机的转子回路中并入启动电阻后获得了比较大的启动转矩，但电动机的机械特性也变“软”了。（ √ ）

三、简答题

1、直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？

答：直流电机由定子与转子两大部分构成，两者之间存在气隙。定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主磁极、换向极、机座(磁轭) 、端盖和电刷装置等部件。

转子主要包括电枢铁芯、电枢绕组和换向器等部件，用来产生感应电动势、流通电流、产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。

2、换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势？是什么原因引起的？对换向各有什么影响？

答:电抗电动势re ：它是由于换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。电枢反应电动势ae ：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。

3、造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？

答：直流电机产生换向火花的主要原因是；一、不在中性线上，二是、整流子磨损，云母高于整流子产生火花，三、电枢电流过大，四、励磁过校改善直流电机的换向；主要是将云母控制在规定范围内。二是调好中性，调好电枢电流和励磁电流。

4、比较鼠笼式电动机与绕线型电动机的特点？

答：鼠笼型电机和绕线型电机的区别：

1. 鼠笼式电机：转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。

2. 绕线型电机：转子是铜线绕制的线圈，线圈末端是通过滑环引到启动控制设备上，因此绕线型电机具有启动电流小、并可以控制，启动转矩大等特性。

鼠笼型电机和绕线型电机的优缺点如下：

1. 鼠笼式异步电动机：

优点：结构简单，启动方便，运行可靠，体积小，坚固耐用，便于维护、检修和安装，成本低等。

缺点：启动转矩较小， 功率因数较低，转速不易调节，直接启动时启动电流大。

2. 绕线式异步电动机：

优点：通过在转子回路中串入外加电阻可以改善电动机的启动和调速性能。 缺点：结构复杂，维护较麻烦，运行可靠性较差，价格较贵。

5、三相异步电动机有几种调速方法？

答：异步电动机可以通过3种方式进行调速:改变电动机旋转磁场的磁极对数调速; 改变供电电源的频率调速; 改变转差率调速。

(一) 变极调速

变极调速就是改变电动机旋转磁场的磁极对数户，从而使电动机的同步转速发生变化而实现电动机的调速，通常通过改变电机定子绕组的连接实现，这种方法的优点是操作设备简单(转换开关) 。缺点是只能有极调速，因而调速的级数不可能多，因此只适用于不要求平滑调速的场合。

(二) 变频调速

改变电机供电电源的频率。这是最先进也是最复杂的调速方法，这种调速方法的特点在于可实现频繁的正、反转，起、制动运行，调速范围广，调速精度高。其基本原理就是改变施加到异步电动机上的供电电源的频率，而电网上的工业频率50Hz 是不能改变的，因此需要一套变频装置将工频整流成直流，然后再逆变成所需频率的交流。 这种调速方法叫变频调速。

(三) 变转差调速

可以看出，若保持转矩不变，当分别改变电源电压U ₁和转子回路电阻R ₂时，转差率S 将改变，转差率的改变引起电动机转速的改变。所以通过改变转差率达到调速的目的。

1. 调压调速

其调速范围很小，所以这种调速方法的调速范围是有限的，而且容易使电机过电流。

2. 转子电路串电阻调速

这种方法只适用于绕线式异步电动机。对于恒转矩负载，当改变转子电阻时，可以调节电动机的转速。当转子电阻R ₂增大时，电动机的转速降低。最大转矩T

max 不变，特性变" 软" ，而且这种方法转子回路消耗功率较大，对节能不利。由于变频器装置的广泛应用，以上两种调速方法将逐渐被淘汰。恒转矩调速当电源电压一定时，如果降低频率，则主磁通要增大。电机的主磁路一般设计时基频下略主磁通增加势必使主磁路过饱和，使励磁电流猛增，这是不允许的。为此调频时一定要调压。有两种方法。一种是保持常数，恒磁通控制方式。

6、三相异步电动机的制动有几种方法，各具有什么特点？

答：三相异步电动机的制动有几种方法有电源反接制动和能耗制动。

电源反接制动：若异步电动机正在稳定运行时，将其连至定子电源线中的任意两相反接，电动机三相电源的相序突然改变，旋转磁场也立即随之反向，转子由于惯性的原因仍在原来方向上旋转，此时旋转磁场转动的方向同转子转动的方向刚好相反。转子导条切割旋转磁场的方向也同原来相反，所以产生的感应电流的方向也相反，由感应电流产生的电磁转矩也同转子的转向相反，对转子产生强烈制动作用，电动机转速迅速下降为零，使被拖动的负载快速刹车。这时，须及时切断电源，否则电动机将反向启动旋转。

这种制动的特点是制动时在转子回路产生很大的冲击电流从而也对电源产生冲击。为了限制电流，在制动时，常在鼠笼式电动机定子电路串接电阻限流。在电源反接制动下，电动机不仅从电源吸取能量，而且还从机械轴上吸收机械能(由机械系统降速时释放的动能转换而来) 并转换为电能，这两部分能量都消耗在转子电阻上。这种制动

方法的优点是制动强度大，制动速度快。缺点是能量损耗大，对电机和电源产生的冲击大，也不易实现准确停车。

能耗制动：使用异步电动机电源反接制动的方法来准确停车有一定困难，因为它容易造成反转，能耗制动则能较好地解决这个问题。能耗制动方法就是在电动机切断三相电源同时，将一直流电源接到电动机三相绕组中的任意两相上使电动机内产生一恒定磁场。由于异步电动机及所带负载有一定的转动惯量，电动机仍在旋转，转子导条切割恒定磁场产生感应电动势和电流。

四、计算题

1. 有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。

功率

45kW 转速 1480r/min 电压 380V 效率 92.3% 功率因数 0.88 I st /I N T st /T N T max /T N 7.0 1.9 2.2

试求：(1)额定电流；(2)额定转差率sN ；(3)额定转矩TN 、最大转矩

Tmax 、起动转矩Tst 。

解：

（1）4~100kW的电动机通常都是，△形联结。

IN=（P2×1000）/（√3Ucosψη）=[（45×1000）/√3×380×0.88×0.923）]A=84.2A

(2)由已知n=1480r/min可知，电动机是四级的，即p=2，

n0=1500r/min。所以SN=(n0-n)/n0=(1500-1480)/1500=0.013

(3)TN=9550P2/n=(9500×45/1480)N.m =290.4N.m

Tmax=(Tmax/TN)=2.2×290.4N.m=638.9N.m

Tst=(Tst/TN)TN=1.9×290.4N.m=551.8N.m

答：(1)额定电流IN 为84.2A 。(2)额定转差率sN 为0.013 。(3)额定转矩TN 为290.4N.m ，最大转矩Tmax 为638.9N.m ，起动转矩Tst 为551.8N.m 。

2. 一台并励直流发电机，励磁回路电阻

回路电阻R a =0. 25Ω，端电压U=220V。

试求：（1）励磁电流I f R f =44Ω, 负载电阻R L =4Ω，电枢和负载电流I ；

（2）电枢电流I a 和电动势E a （忽略电刷电阻压降）；

（3）输出功率P 2和电磁功率P em 。

解：（1）励磁电流 If=Un/Rf=220V/44Ω=5A

负载电流I=U/R=220V/4Ω=55A

（2）电枢电流 Ia=IL+If=Un/RL+If=220V/4Ω+5A=60A

电枢电势 Ea=Un+Ia*Ra=220V+60A*0.25Ω=235V

（3）输出功率 P2=Un*IL=220V*55A=12.1kW

电磁功率 Pem=P2+Pcu=Un*IL+Ia^2*Ra=220V*55A+60A^2*0.25Ω=13.0kW答：（1）励磁电流I f 和负载电流分别为5A ，55A ；（2）电枢电流I a 和电动势E a 分别为60A ，235V ；（3）输出功率P 2和电磁功率分别为12.1kW ，13.0kW 。