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2025年电机调速方法试题及答案

一、选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 以下哪种调速方法属于改变转差率调速？（ ）
A. 变极调速 B. 变频调速 C. 转子串电阻调速 D. 串级调速
答案：C
解析：转子串电阻调速是通过改变转子电路电阻来改变转差率实现调速的；变极调速是改变电机磁极对数调速；变频调速是改变电源频率调速；串级调速是利用一个或几个辅助电机或者电子设备串联在绕线式异步电动机转子回路里，把原来损失在外串电阻的那部分能量加以利用，或者回收到电网里，既能达到调速的目的，又能提高电动机运行效率。
2. 直流电动机调速方法中，能实现无级调速的是（ ）。
A. 电枢回路串电阻调速 B. 弱磁调速 C. 改变电枢电压调速 D. 以上都不是
答案：C
解析：改变电枢电压调速可以在一定范围内连续平滑地调速，实现无级调速；电枢回路串电阻调速是有级调速；弱磁调速调速范围有限。
3. 三相异步电动机采用变频调速时，随着频率降低，电机的最大转矩（ ）。
A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小
答案：B
解析：根据三相异步电动机变频调速的机械特性，随着频率降低，最大转矩减小。
4. 绕线式异步电动机转子串频敏变阻器调速时，频敏变阻器的等效阻抗随转速的上升而（ ）。
A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小
答案：B
解析：频敏变阻器的等效阻抗随转速上升而减小，从而自动改变转子电路电阻实现调速。
5. 一台他励直流电动机拖动恒转矩负载运行，若采用降低电源电压的方法调速，当电枢电压降低 20%时，稳定后电动机的转速（ ）。
A. 降低 20% B. 降低大于 20% C. 降低小于 20% D. 不变
答案：A
解析：他励直流电动机降低电源电压调速时，转速与电枢电压成正比，电枢电压降低 20%，转速也降低 20%。
6. 对于笼型异步电动机，以下调速方法中效率最高的是（ ）。
A. 变极调速 B. 变频调速 C. 转子串电阻调速 D. 调压调速
答案：B
解析：变频调速能保持电动机的效率较高，其他几种调速方法在调速过程中会有一定能量损耗。
7. 直流电动机调速时，若希望调速范围大，平滑性好，可采用（ ）。
A. 电枢回路串电阻调速 B. 弱磁调速 C. 改变电枢电压调速 D. 以上都可以
答案：C
解析：改变电枢电压调速调速范围大、平滑性好；电枢回路串电阻调速平滑性差；弱磁调速调速范围有限。
8. 三相异步电动机变频调速时，基频以下调速应保持（ ）不变。
A. 定子电压 B. 定子电流 C. 气隙磁通 D. 转子电流
答案：C
解析：基频以下调速为恒磁通调速，保持气隙磁通不变。
9. 以下哪种调速方法适用于恒功率负载？（ ）
A. 变极调速 B. 变频调速 C. 转子串电阻调速 D. 调压调速
答案：B
解析：变频调速适用于恒功率负载和恒转矩负载；变极调速一般用于恒转矩负载；转子串电阻调速和调压调速不太适合恒功率负载。
10. 一台 4 极三相异步电动机，采用变极调速，当绕组由 Y 联结变为 YY 联结时，转速（ ）。
A. 升高一倍 B. 降低一倍 C. 不变 D. 升高两倍
答案：A
解析：4 极电机 Y 联结时同步转速为 1500r/min，变为 YY 联结时极对数减半，同步转速升高一倍。

二、填空题（每题 3 分，共 15 分）
1. 直流电动机调速方法主要有改变电枢电压调速、________调速和改变电枢回路电阻调速。
答案：弱磁
解析：直流电动机调速方法有改变电枢电压调速、弱磁调速和改变电枢回路电阻调速。
2. 三相异步电动机变频调速时，基频以上调速应保持________不变。
答案：定子电压
解析：基频以上调速为恒功率调速，保持定子电压不变。
3. 绕线式异步电动机转子串电阻调速属于改变________调速。
答案：转差率
解析：通过改变转子串入的电阻改变转差率来调速。
4. 直流电动机弱磁调速时，电动机转速________，输出功率________。（填“升高”或“降低”）
答案：升高，基本不变
解析：弱磁调速时转速升高，由于负载不变，输出功率基本不变。
5. 三相异步电动机变极调速是通过改变________来实现的。
答案：定子绕组的磁极对数
解析：改变定子绕组的磁极对数可实现变极调速。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述直流电动机改变电枢电压调速的特点。
答案：
- 调速范围宽，可以在一定范围内实现无级调速。
- 调速平滑性好，能连续平滑地调节转速。
- 调速时效率较高，因为调速过程中能量损耗较小。
- 适用于恒转矩负载，能满足不同负载的调速要求。
解析：改变电枢电压调速具有调速范围宽、平滑性好、效率高、适用恒转矩负载等特点，这些特点使其在直流电动机调速中应用广泛。
2. 说明三相异步电动机变频调速的基本原理及基频以下和基频以上调速时的控制方式。
答案：
基本原理：通过改变异步电动机定子电源的频率来改变同步转速，从而实现调速。
基频以下调速：采用恒磁通控制方式，即保持气隙磁通不变，通过改变定子电压来实现调速，此时转速与频率成正比。
基频以上调速：采用恒功率控制方式，保持定子电压不变，降低频率时，气隙磁通减小，电机输出功率基本不变，转速升高。
解析：变频调速基本原理是改变电源频率，基频以下恒磁通控制，基频以上恒功率控制，这样能满足不同工况下的调速需求。
3. 分析绕线式异步电动机转子串频敏变阻器调速的工作原理。
答案：
绕线式异步电动机转子串频敏变阻器调速时，频敏变阻器的等效阻抗随转子转速上升而减小。启动时，转子频率高，频敏变阻器等效阻抗大，限制启动电流，增大启动转矩；随着转速升高，转子频率降低，频敏变阻器等效阻抗减小，转子电路电阻自动减小，实现平滑调速。
解析：利用频敏变阻器等效阻抗随转速变化的特性，在启动和调速过程中起到自动调节电阻的作用，实现绕线式异步电动机的调速。

四、计算题（每题 10 分，共 15 分）
1. 一台他励直流电动机，额定功率\(P_N = 10kW\)，额定电压\(U_N = 220V\)，额定电流\(I_N = 53.8A\)，额定转速\(n_N = 1500r/min\)，电枢电阻\(R_a = 0.4\Omega\)。若采用改变电枢电压调速，将电枢电压降为\(180V\)，拖动恒转矩负载运行，求稳定后的转速。
答案：
根据他励直流电动机的转速公式\(n = \frac{U - I_aR_a}{C_e\varPhi}\)，恒转矩负载时\(I_a\)不变。
额定运行时\(E = U_N - I_NR_a = 220 - 53.8×0.4 = 198.48V\)，\(C_e\varPhi = \frac{E}{n_N} = \frac{198.48}{1500}\)。
电枢电压降为\(180V\)时，\(I_a = I_N = �3.8A\)，则\(E' = U' - I_aR_a = 180 - 53.8×0.4 = 158.48V\)。
稳定后转速\(n' = \frac{E'}{C_e\varPhi} = \frac{158.48}{\frac{198.48}{1500}} = 1200r/min\)。
解析：先求出额定运行时的电动势和电动势常数，再根据新的电枢电压求出新的电动势，进而求出稳定后的转速。
2. 一台三相异步电动机，额定功率\(P_N = 4kW\)，额定电压\(U_N = 380V\)，额定转速\(n_N = 1440r/min\)，定子绕组\(Y\)联结，\(R_1 = 2.08\Omega\)，\(X_1 = 3.12\Omega\)，\(R_2' = 1.53\Omega\)，\(X_2' = 3.12\Omega\)，\(m = 3\)，\(C_m = 9.55\)。若采用转子串电阻调速，当串入电阻\(R_{add} = 1\Omega\)时，求电动机的转速。
答案：
\(s_N = \frac{n_0 - n_N}{n_0} = \frac{1500 - 1440}{1500} = 0.04\)
\(T_{em} = C_m\frac{U_1^2}{\frac{R_1 + sR_2'}{s} + X_1^2 + X_2'^2}\)
串入电阻\(R_{add}\)后，\(s' = \frac{R_2' + R_{add}}{R_2'}s = \frac{1.53 + 1}{1.53}×0.04 = 0.079\)
\(n' = n_0(1 - s') = 1500×(1 - 0.079) = 1381.5r/min\)
解析：先求出额定转差率，再根据串入电阻后的转差率变化求出新的转速。

五、综合题（20 分）
某生产机械要求电动机的调速范围\(D = 10\)，静差率\(s = 5\%\)，现采用三相异步电动机变极调速和变频调速两种方案。已知电动机的额定转速\(n_N = 1450r/min\)，极对数\(p = 2\)。
1. 计算变极调速时所需的最少极对数和最高转速。
2. 计算变频调速时的最低频率和最高频率。
3. 比较两种调速方案的优缺点。
答案：
1. 变极调速时：
静差率\(s = \frac{n_0 - n}{n_0}\)，\(n_0 = \frac{1500}{p}\)
已知\(s = 5\% = 0.05\)，\(n = n_N = 1450r/min\)
\(0.05 = \frac{\frac{1500}{p} - 1450}{\frac{1500}{p}}\)
解得\(p = 1\)
最高转速\(n_{max} = \frac{1500}{1} = 1500r/min\)
2. 变频调速时：
调速范围\(D = \frac{n_{max}}{n_{min}} = 10\)
\(n_{min} = \frac{n_N}{D} = \frac{1450}{10} = 145r/min\)
\(f_{min} = \frac{p n_{min}}{60} = \frac{2×145}{60} \approx 4.83Hz\)
\(f_{max} = \frac{p n_{max}}{60} = \frac{2×1500}{60} = 50Hz\)
3. 变极调速优点：设备简单，可靠性高，效率高；缺点：调速范围有限，调速级数少，平滑性差。
变频调速优点：调速范围宽，平滑性好，可实现无级调速；缺点：设备成本高，控制系统复杂。
解析：根据静差率公式求出变极调速时的极对数和最高转速；根据调速范围求出变频调速时的最低频率和最高频率；再分别阐述两种调速方案的优缺点。