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2025年电气传动设计测试题及答案

一、选择题（每题3分，共30分）
1. 以下哪种调速方法属于恒转矩调速方式？（ ）
A. 调压调速
B. 变频调速
C. 变极调速
D. 转子串电阻调速
答案：D
解析：转子串电阻调速属于恒转矩调速方式，在调速过程中，电动机的转矩基本保持不变。调压调速和变频调速属于恒压频比控制方式，近似恒转矩调速；变极调速属于恒功率调速方式。
2. 直流电动机的调速方法中，能实现无级调速的是（ ）。
A. 改变电枢回路电阻
B. 改变励磁磁通
C. 改变电枢电压
D. 以上都不是
答案：C
解析：改变电枢电压可以实现直流电动机的无级调速，通过调节电枢电压的大小来改变电动机的转速。改变电枢回路电阻调速是有级调速；改变励磁磁通调速调速范围有限且不易平滑调节。
3. 异步电动机的转差率s的计算公式为（ ）。
A. s=(n0 - n)/n0
B. s=(n - n0)/n0
C. s=(n0 - n)/n
D. s=(n - n0)/n
答案：A
解析：转差率s是异步电动机的一个重要参数，它反映了电动机转子转速n与同步转速n0之间的差异程度，计算公式为s=(n0 - n)/n0 。
4. 对于绕线式异步电动机，采用转子串电阻调速时，随着转速的降低，转子回路电阻消耗的功率（ ）。
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小
答案：A
解析：绕线式异步电动机转子串电阻调速时，转速降低，转差率增大，转子电流增大，根据P=I²R，转子回路电阻消耗的功率增大。
5. 一台三相异步电动机，额定功率P N = 10kW，额定电压U N = 380V，额定转速n N = 1450r/min，则其额定转差率s N 约为（ ）。
A. 0.03
B. 0.05
C. 0.1
D. 0.2
答案：B
解析：同步转速n0 = 1500r/min，根据转差率公式s=(n0 - n)/n0 ，s N=(1500 - 1450)/1500≈0.05。
6. 直流电动机的电枢电动势Ea的计算公式为（ ）。
A. Ea = C e Φn
B. Ea = C t ΦI a
C. Ea = U - I a R a
D. 以上都不对
答案：A
解析：直流电动机的电枢电动势Ea与磁通Φ、转速n成正比，其计算公式为Ea = C e Φn，其中C e为电动势常数。
7. 三相异步电动机的旋转磁场转速n0与电源频率f、磁极对数p的关系是（ ）。
A. n0 = 60f/p
B. n0 = pf/60
C. n0 = 60p/f
D. n0 = f/60p
答案：A
解析：三相异步电动机旋转磁场转速n0由电源频率f和磁极对数p决定，公式为n0 = 60f/p 。
8. 当异步电动机的负载增加时，其定子电流（ ）。
A. 减小
B. 不变
C. 增大
D. 先减小后增大
答案：C
解析：异步电动机负载增加时，转子转速下降，转差率增大，转子电流增大，根据磁动势平衡关系，定子电流也增大。
9. 一台他励直流电动机，若改变电枢电压的极性，则电动机的（ ）。
A. 转速方向改变
B. 电磁转矩方向改变
C. 转速和电磁转矩方向都改变
D. 转速和电磁转矩方向都不变
答案：A
解析：他励直流电动机改变电枢电压极性，电动机的转速方向改变，而电磁转矩方向与电枢电流和磁通方向有关，磁通方向不变，电枢电流方向改变，电磁转矩方向改变，但转速方向主要由电枢电压极性决定。
10. 对于鼠笼式异步电动机，一般不采用（ ）调速方法。
A. 调压调速
B. 变频调速
C. 变极调速
D. 转子串电阻调速
答案：D
解析：鼠笼式异步电动机转子是短路的，无法通过串电阻调速，通常采用调压调速、变频调速、变极调速等方法。

二、填空题（每题2分，共20分）
1. 直流电动机的调速方法有改变电枢回路电阻调速、改变励磁磁通调速和（ ）调速。
答案：改变电枢电压
解析：这是直流电动机常见的三种调速方法。
2. 异步电动机的调速方法主要有调压调速、变频调速、变极调速和（ ）调速。
答案：转子串电阻（绕线式）
解析：绕线式异步电动机可通过转子串电阻调速，鼠笼式异步电动机一般不采用此方法。
3. 一台三相异步电动机，磁极对数p = 2，电源频率f = 50Hz，则其同步转速n0 =（ ）r/min。
答案：1500
解析：根据公式n0 = 60f/p ，可得n0 = 60×50/2 = 1500r/min。
4. 直流电动机的电磁转矩T与电枢电流I a和磁通Φ的关系是T =（ ）。
答案：C t ΦI a
解析：C t为转矩常数，电磁转矩T由电枢电流I a和磁通Φ共同决定。
5. 异步电动机的转差率s = 0时，电动机处于（ ）状态。
答案：同步运行
解析：转差率s = 0表示转子转速等于同步转速，电动机处于同步运行状态。
6. 他励直流电动机的机械特性是指在（ ）不变的条件下，电动机的转速n与电磁转矩T之间 的关系。
答案：电枢电压、励磁磁通
解析：他励直流电动机机械特性研究的是在电枢电压和励磁磁通不变时转速与电磁转矩的关系。
7. 三相异步电动机的定子绕组有（ ）和双层绕组两种形式。
答案：单层绕组
解析：这是三相异步电动机定子绕组的两种常见形式。
8. 一台直流电动机，若要实现反转，可采用改变（ ）的方法。
答案：电枢电流方向或励磁磁通方向
解析：改变电枢电流方向或励磁磁通方向都可使直流电动机反转。
9. 异步电动机的最大转矩与转子电阻（ ）。
答案：无关
解析：异步电动机的最大转矩只与电源电压、频率和电机参数有关，与转子电阻无关。
10. 直流电动机的调速指标主要有调速范围、调速的平滑性和（ ）。
答案：调速效率
解析：调速效率也是衡量直流电动机调速性能的重要指标之一。

三、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述直流电动机的调速方法及特点。
答案：
- 改变电枢回路电阻调速：
- 特点：调速方法简单，设备成本低。但调速范围有限，属于有级调速，且低速时电能损耗大，效率低。
- 改变励磁磁通调速：
- 特点：调速范围较宽，可实现平滑调速。但励磁电流不能过大，否则会影响电机性能，且调速时电动机机械特性变软。
- 改变电枢电压调速：
- 特点：能实现无级调速，调速范围宽，调速平滑性好，效率高。但需要有专门的调压设备。
解析：分别阐述三种调速方法的具体内容及特点，让学生对直流电动机调速有清晰认识。
2. 说明异步电动机的变极调速原理及特点。
答案：
- 原理：通过改变定子绕组的磁极对数来改变电动机的同步转速，从而实现调速。
- 特点：变极调速是一种有级调速方法，调速平滑性较差。但设备简单，成本低，常用于笼型异步电动机。适用于恒功率负载调速，如机床的主轴传动等。
解析：解释变极调速的原理，再阐述其特点及适用场景。
3. 分析他励直流电动机的机械特性曲线的特点。
答案：
- 他励直流电动机的机械特性曲线是一条向下倾斜的直线。
- 特点：
- 硬度：机械特性较硬，即当负载变化时，转速变化较小。
- 斜率：斜率与电枢电阻等有关，电枢电阻越大，斜率越大，转速随负载变化越明显。初值：当电磁转矩T = 0时，转速为理想空载转速n0。
- 稳定性：电动机在运行过程中具有较好的稳定性，能在一定负载范围内稳定运行。
解析：详细描述他励直流电动机机械特性曲线的形状及各方面特点。

四、计算题（每题10分，共20分）
1. 一台他励直流电动机，额定功率P N = 22kW，额定电压U N = 220V，额定电流I N = 115A，额定转速n N = 1500r/min，电枢回路电阻R a = 0.1Ω。求：
- 电动机的额定电磁转矩T N ；
- 电动机的理想空载转速n0 ；
- 当电枢电压降低10%时的转速n。
答案：
- 额定电磁转矩T N：
- 先求额定输出转矩T 2N = 9550P N /n N = 9550×22/1500≈139.73N·m
- 电磁转矩T N = T 2N = 139.73N·m
- 理想空载转速n0：
- EaN = U N - I N R a = 220 - 115×0.1 = 208.5V
- C e Φ = EaN /n N = 208.5/1500 = 0.139
- n0 = U N /C e Φ = 220/0.139≈1582.73r/min
- 当电枢电压降低10%时：
- U = 0.9U N = 0.9×220 = 198V
- I a = (U - EaN )/R a = (198 - 208.5)/0.1 = - 105A（负号表示与原来电流方向相反）
- Ea = U - I a R a = 198 - (- 105)×0.1 = 208.5V
- n = Ea /C e Φ = 208.5/0.139≈1582.73r/min
解析：根据已知条件，利用相关公式逐步计算出各问题答案。
2. 一台三相异步电动机，额定功率P N = 15kW，额定电压U N = 380V，额定转速n N = 1460r/min，功率因数cosφ N = 0.85，效率η N = 0.88。求：
- 电动机的额定电流I N ；
- 电动机的额定输入功率P 1N ；
- 电动机的额定转矩T N 。
答案：
- 额定电流I N：
- P 1N = P N /η N = 15/0.88≈17.05kW
- I N = P 1N /(√3U N cosφ N ) = 17050/(√3×380×0.85)≈30.4A
- 额定输入功率P 1N：已求出P 1N≈17.05kW
- 额定转矩T N：
- T N = 9550P N /n N = 9550×15/1460≈98.26N·m
解析：依据给定公式和条件，计算出电动机的额定电流、额定输入功率和额定转矩。

五、综合题（20分）
设计一个基于PLC的三相异步电动机正反转控制电路，要求具有过载保护和短路保护功能。请画出主电路和控制电路原理图，并简述工作过程。
答案：
主电路原理图：
- 三相电源L1、L2、L3经断路器QF后连接到交流接触器KM1和KM2的主触点，KM1和KM2的主触点分别连接电动机的三相绕组U、V、W。
- 热继电器FR的发热元件串联在主电路中，常闭触点串联在控制电路中用于过载保护。
- 熔断器FU用于短路保护，接在断路器QF之后。

控制电路原理图：
- 输入部分：启动按钮SB1、停止按钮SB2、热继电器常闭触点FR、正转按钮SB3、反转按钮SB4。
- 输出部分：交流接触器KM1（正转）、KM2（反转）。
- PLC的输入端子X0接启动按钮SB1，X1接停止按钮SB2，X2接热继电器常闭触点FR，X3接正转按钮SB3，X4接反转按钮SB4。
- PLC的输出端子Y0接交流接触器KM1，Y1接交流接触器KM2。

工作过程：
- 按下启动按钮SB1，PLC的X0输入为高电平，程序开始运行。
- 按下正转按钮SB3，PLC的X3输入为高电平，程序控制Y0输出为高电平，交流接触器KM1吸合，电动机正转。
- 按下反转按钮SB4，PLC的X4输入为高电平，程序控制Y1输出为高电平，交流接触器KM2吸合，电动机反转。
- 当电动机过载时，热继电器FR动作，其常闭触点断开，PLC的X2输入为低电平，程序控制Y0和Y1输出为低电平，交流接触器KM1和KM2释放，电动机停止运行。
- 当电路发生短路时，熔断器FU熔断，切断主电路电源，起到短路保护作用。
解析：画出主电路和控制电路原理图，并清晰阐述工作过程，使学生对基于PLC的三相异步电动机正反转控制有全面理解。