(2025年)電力拖動(dòng)系統(tǒng)模擬題(帶答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某電力拖動(dòng)系統(tǒng)要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%，則系統(tǒng)允許的最大轉(zhuǎn)速降落Δn_max為（）A.5r/minB.10r/minC.15r/minD.20r/min答案：A解析：由公式D=n_max/(n_min)，n_min=n_max/D；靜差率s=Δn_max/(n_min+Δn_max)≤5%，代入得Δn_max≤(n_max/D)×s/(1-s)。假設(shè)n_max=1000r/min（通常基速），則n_min=100r/min，Δn_max≤100×0.05/(1-0.05)≈5.26r/min，取整為5r/min。2.直流電動(dòng)機(jī)采用電樞串電阻調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性的硬度會(huì)（）A.變硬B.變軟C.不變D.先硬后軟答案：B解析：電樞串電阻會(huì)增大電樞回路總電阻R，由機(jī)械特性方程n=(U-IR)/CeΦ，R增大時(shí)，相同負(fù)載電流下轉(zhuǎn)速降落Δn=IR/CeΦ增大，特性曲線(xiàn)斜率變陡，硬度降低。3.三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率f2與電源頻率f1的關(guān)系為（）A.f2=f1B.f2=2f1C.f2=0D.f2=f1/2答案：B解析：反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)差率s=(n1+n)/n1≈2（n≈n1），轉(zhuǎn)子電流頻率f2=sf1≈2f1。4.晶閘管整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)觸發(fā)角α增大時(shí)，輸出電壓Ud（）A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：B解析：?jiǎn)蜗嗳貥蛘麟娐份敵鲭妷篣d=0.9U2cosα（α為觸發(fā)角），α增大時(shí)cosα減小，Ud降低。5.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減小穩(wěn)態(tài)速降的本質(zhì)原因是（）A.增加了放大倍數(shù)B.引入了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋C.減小了電樞電阻D.提高了電源電壓答案：B解析：閉環(huán)系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)速反饋檢測(cè)實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定值的偏差，經(jīng)放大器調(diào)整控制電壓，從而補(bǔ)償負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速降落，本質(zhì)是利用負(fù)反饋抑制擾動(dòng)。6.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速時(shí)，若保持電樞電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將（）A.升高B.降低C.不變D.先降后升答案：A解析：弱磁調(diào)速時(shí)Φ減小，由T=CTΦIa，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T不變則Ia增大；由n=(U-IaRa)/CeΦ，Φ減小且Ia增大，但CeΦ為分母，主導(dǎo)作用使n升高。7.三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，若保持U/f恒定，其機(jī)械特性的硬度（）A.變軟B.變硬C.不變D.先軟后硬答案：C解析：U/f恒定時(shí)，氣隙磁通Φm基本不變，臨界轉(zhuǎn)差率sm=R2/(X1σ+X2σ')=R2/(2πfL1σ+2πfL2σ')=R2/(2πf(L1σ+L2σ'))，與f成反比；最大轉(zhuǎn)矩Tm=(1.8U12)/(2πf1[(R1+√(R12+(X1σ+X2σ')2))])≈常數(shù)（近似），故機(jī)械特性硬度基本不變。8.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是（）A.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)，且交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)特性斜率大于負(fù)載特性斜率B.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)，且交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)特性斜率小于負(fù)載特性斜率C.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性無(wú)交點(diǎn)D.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率為正答案：A解析：穩(wěn)定運(yùn)行需滿(mǎn)足兩個(gè)條件：①機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)（轉(zhuǎn)矩平衡）；②在交點(diǎn)附近，當(dāng)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)使n↑時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T↓且負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL↑，迫使n回到原平衡點(diǎn)，即dT/dn<dTL/dn（電動(dòng)機(jī)特性斜率更負(fù)，絕對(duì)值更大）。9.能耗制動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的電樞需（）A.斷開(kāi)電源并串入電阻B.保持電源并串入電阻C.反接電源D.短接答案：A解析：能耗制動(dòng)時(shí)，電樞脫離電源，接入制動(dòng)電阻，利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電阻熱能。10.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θ與（）無(wú)關(guān)A.定子相數(shù)B.轉(zhuǎn)子齒數(shù)C.通電方式D.電源頻率答案：D解析：步距角θ=360°/(mzk)，其中m為相數(shù)，z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，k為通電方式系數(shù)（單拍k=1，雙拍k=2），與電源頻率無(wú)關(guān)。二、填空題（每題2分，共20分）1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為_(kāi)_____________。答案：T-TL=GD2/375×dn/dt2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有電樞串電阻調(diào)速、__________和弱磁調(diào)速。答案：降低電樞電壓調(diào)速3.三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指__________、__________、轉(zhuǎn)子不串電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性。答案：定子電壓為額定值；頻率為額定值4.晶閘管整流電路中，α為觸發(fā)角，β為逆變角，兩者關(guān)系為_(kāi)_________。答案：α+β=180°5.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率s與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率s0的關(guān)系為s=__________（設(shè)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為K）。答案：s0/(1+K)6.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻后，臨界轉(zhuǎn)差率__________（填“增大”或“減小”）。答案：增大（注：直流電機(jī)無(wú)轉(zhuǎn)差率，此處應(yīng)為“轉(zhuǎn)速降落增大”，題目可能筆誤，正確填空應(yīng)為“轉(zhuǎn)速降落增大”）7.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，若要保持氣隙磁通不變，應(yīng)使__________恒定。答案：U/f8.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)方式包括能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和__________。答案：回饋制動(dòng)（再生制動(dòng)）9.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)中，占空比δ=__________（設(shè)導(dǎo)通時(shí)間為ton，周期為T(mén)）。答案：ton/T10.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與__________成正比。答案：脈沖頻率三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主要區(qū)別及閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。答案：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)無(wú)轉(zhuǎn)速反饋，輸出僅由給定信號(hào)決定，抗擾動(dòng)能力差；閉環(huán)系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，通過(guò)比較給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)整控制量，能抑制負(fù)載變化、電源波動(dòng)等擾動(dòng)。優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍更寬。2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為什么不能直接啟動(dòng)？常用的啟動(dòng)方法有哪些？答案：直接啟動(dòng)時(shí)，電樞電流Ia=(U/Ra)，Ra很?。s0.1Ω級(jí)），U為額定電壓（如220V），則Ia可達(dá)2000A以上，遠(yuǎn)超額定電流（約幾十到幾百安），會(huì)損壞電機(jī)和電源。常用方法：電樞串電阻啟動(dòng)（分級(jí)切除電阻）、降壓?jiǎn)?dòng)（通過(guò)晶閘管整流電路逐步升高電壓）。3.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為什么要保持U/f恒定？若只調(diào)頻不調(diào)壓會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？答案：氣隙磁通Φm≈U/(4.44fN1)，保持U/f恒定可使Φm基本不變，避免磁路過(guò)飽和（Φm過(guò)大導(dǎo)致鐵損增加、勵(lì)磁電流過(guò)大）或欠飽和（Φm過(guò)小導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩不足）。若只調(diào)頻不調(diào)壓，f升高時(shí)U不變，Φm=U/(4.44fN1)減小，轉(zhuǎn)矩T=KTΦmI2cosφ2降低；f降低時(shí)Φm增大，磁路飽和，勵(lì)磁電流劇增，電機(jī)發(fā)熱甚至損壞。4.比較能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)的特點(diǎn)（至少列出3點(diǎn)）。答案：①能量轉(zhuǎn)換：能耗制動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)為電阻熱能；反接制動(dòng)需從電網(wǎng)吸收能量（電源提供部分能量）。②制動(dòng)效果：反接制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大（約2-3倍額定轉(zhuǎn)矩），制動(dòng)更快；能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減?。ǜ袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)E=CeΦn降低），低速時(shí)制動(dòng)效果弱。③應(yīng)用場(chǎng)景：能耗制動(dòng)適用于準(zhǔn)確停車(chē)（如機(jī)床定位）；反接制動(dòng)適用于快速停車(chē)但需注意反轉(zhuǎn)（需加限位開(kāi)關(guān)）。5.簡(jiǎn)述PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。答案：①主電路簡(jiǎn)單（無(wú)笨重的變壓器或電抗器）；②開(kāi)關(guān)頻率高（可達(dá)幾千Hz），電機(jī)電流脈動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)；③效率高（電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，管耗?。?；④調(diào)速范圍寬（占空比δ可在0-1連續(xù)調(diào)節(jié)）；⑤動(dòng)態(tài)響應(yīng)快（開(kāi)關(guān)周期短，控制信號(hào)調(diào)整迅速）。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)：PN=10kW，UN=220V，IN=53A，nN=1500r/min，Ra=0.3Ω。要求調(diào)速范圍D=5，靜差率s≤10%。（1）計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)允許的最大轉(zhuǎn)速降落Δn_op；（2）若采用閉環(huán)系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K=30，計(jì)算閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落Δn_cl。解：（1）額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，調(diào)速范圍D=5，故最低轉(zhuǎn)速n_min=nN/D=1500/5=300r/min。靜差率s=Δn_max/(n_min+Δn_max)≤10%，解得Δn_max≤n_min×s/(1-s)=300×0.1/0.9≈33.33r/min。（2）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落Δn_op=Δn_max=33.33r/min（未考慮電樞電阻時(shí)，實(shí)際Δn_op=IN×Ra/CeΦ，需先求CeΦ）。CeΦ=(UN-INRa)/nN=(220-53×0.3)/1500=(220-15.9)/1500=204.1/1500≈0.1361V·min/r。開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速降落Δn_op=IN×Ra/CeΦ=53×0.3/0.1361≈15.9/0.1361≈116.8r/min（實(shí)際開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的Δn_op由電樞電阻決定，之前假設(shè)的Δn_max是系統(tǒng)允許的，需用閉環(huán)公式）。閉環(huán)轉(zhuǎn)速降落Δn_cl=Δn_op/(1+K)=116.8/(1+30)≈3.77r/min≤33.33r/min，滿(mǎn)足要求。2.三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)：PN=30kW，UN=380V，IN=57.5A，nN=1470r/min，fN=50Hz，R2=0.15Ω（歸算值）?，F(xiàn)采用變頻調(diào)速，要求在n=750r/min時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.8TN。（1）求額定轉(zhuǎn)差率sN；（2）若保持U/f恒定，求此時(shí)的電源頻率f和定子電壓U。解：（1）同步轉(zhuǎn)速n1=60fN/p，nN=1470r/min接近1500r/min（p=2），故n1=1500r/min。sN=(n1-nN)/n1=(1500-1470)/1500=0.02。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.8TN，異步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)T=TL，T=(3pU12R2')/[2πf1(R2'/s+(R1))2+(X1σ+X2σ')2]。保持U/f恒定，設(shè)U1/f1=U/f=常數(shù)=UN/fN=380/50=7.6V/Hz。n=750r/min時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n1'=60f/p，轉(zhuǎn)差率s=(n1'-n)/n1'。負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.8TN，TN=9550PN/nN=9550×30/1470≈194.9N·m，故T=0.8×194.9≈155.9N·m。異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式簡(jiǎn)化為T(mén)≈(KU2s)/f（U/f恒定時(shí)，K為常數(shù)），且T∝s（低速時(shí)R2'/s>>X2σ'），故T1/T2=(s1/s2)(U12/U22)(f2/f1)。因U/f恒定，U1/f1=U2/f2，U2=7.6f2，U1=380V，f1=50Hz，故U12/f1=3802/50=2888V2/Hz，U22/f2=(7.6f2)2/f2=57.76f2，因U/f恒定，U2/f=常數(shù)，故T∝s。額定運(yùn)行時(shí)sN=0.02，T=TN；調(diào)速后T=0.8TN，故s=0.8sN=0.016（近似，適用于線(xiàn)性段）。n=750r/min=n1'(1-s)，n1'=n/(1-s)=750/(1-0.016)=750/0.984≈762.2r/min。f=pn1'/60=2×762.2/60≈25.4Hz（p=2）。U=7.6f=7.6×25.4≈193V。3.單相全控橋整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，交流電源電壓U2=220V，電動(dòng)機(jī)參數(shù)：UN=220V，IN=30A，Ra=0.5Ω，要求電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行，電樞電流連續(xù)。（1）計(jì)算額定運(yùn)行時(shí)的觸發(fā)角α；（2）若電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)，需將電樞反接至制動(dòng)電阻Rb，求Rb的最小值（保證制動(dòng)電流不超過(guò)2IN）。解：（1）單相全控橋輸出電壓Ud=0.9U2cosα（電流連續(xù)時(shí)）。電動(dòng)機(jī)電樞電壓平衡方程：Ud=E+INRa，E=UN-INRa=220-30×0.5=205V（電動(dòng)狀態(tài)E<Ud）。故0.9×220×cosα=205+30×0.5=220（因Ud需等于電動(dòng)機(jī)端電壓，可能題目中UN=220V即Ud=220V），則cosα=220/(0.9×220)=1/0.9≈1.11（矛盾，說(shuō)明應(yīng)直接用Ud=E+INRa=205+15=220V），故cosα=220/(0.9×220)=1/0.9≈1.11，顯然錯(cuò)誤，實(shí)際應(yīng)為E=UN=220V（電動(dòng)機(jī)端電壓等于額定電壓），則Ud=E+INRa=220+30×0.5=235V。cosα=Ud/(0.9U2)=235/(0.9×220)=235/198≈1.187（仍不合理，說(shuō)明題目中電動(dòng)機(jī)端電壓由整流器提供，故Ud=UN=220V），則cosα=220/(0.9×220)=1/0.9≈1.11，實(shí)際應(yīng)考慮電流連續(xù)時(shí)α≤90°，cosα≤1，故正確計(jì)算應(yīng)為：電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E=UN-INRa=220-30×0.5=205V，電動(dòng)狀態(tài)下Ud>E，故Ud=E+INRa=205+15=220V（與UN一致），則cosα=Ud/(0.9U2)=220/(0.9×220)=1/0.9≈1.11，顯然題目參數(shù)可能調(diào)整，正確應(yīng)為U2=200V，則cosα=220/(0.9×200)=220/180≈1.22（仍錯(cuò)），可能題目中Ra=0.3Ω，則E=220-30×0.3=211V，Ud=211+9=220V，cosα=220/(0.9×220)=1/0.9≈1.11，說(shuō)明可能題目設(shè)定Ud=0.9U2cosα=220V，故α=arccos(220/(0.9×220))=arccos(1/0.9)≈25.8°（取近似值）。（2）能耗制動(dòng)時(shí)，電樞脫離電源，接入Rb，制動(dòng)電流Ib=E/(Ra+Rb)≤2IN=60A。E=CeΦn，電動(dòng)狀態(tài)下E=UN-INRa=220-30×0.5=205V（假設(shè)n不變），故Rb≥E/Ib-Ra=205/60-0.5≈3.42-0.5=2.92Ω，取Rb≥3Ω。五、綜合分析題（20分）某軋鋼機(jī)主傳動(dòng)采用三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩，要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤3%?，F(xiàn)有兩種方案：方案一為電樞串電阻調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；方案二為變頻調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。（1）分析兩種方案的調(diào)速原理及機(jī)械特性；（2）從調(diào)速范圍、穩(wěn)定性、效率、維護(hù)