【浙江】02225电机及拖动基础自学考试大纲

[02225]

电机及拖动基础自学考试大纲

浙江省高等教育自学考试办公室

二OO四年十二月

自学用书：《电机及拖动基础》，邵群涛主编，机械工业出版社，第一版 

• 课程性质及设置目的要求
• 课程性质及内容

《电机及拖动基础》课程是高等教育自学考试自动化专业及电气类等相关专业的一门重要的技术基础课程，是一门必修、必考课程。

《电机及拖动基础》课程内容包括直流电机及其拖动，常用直流控制电机，变压器原理及常用变压器，三相异步电动机及电力拖动，其它异步电机，常用同步电动机及电动机的选择等。

• 课程设置的目的

电机和变压器是电力工业的主要设备之一，电机是与电能的生产、传输和使用有关的最重要的一种能量转换设备。不仅是工业、农业、交通运输业的重要设备，而且在包括各类家用电器在内的日常生活中的重要性也越来越明显。

经过本课程理论及实践的系统学习后，使参加高等教育自学考试的自动化专业及相关专业的学员熟悉交流、直流电动机、变压器和控制电机的基本结构，铭牌数据，运行原理及运行特性；掌握交流、直流电动机的机械特性，调速原理及起动、制动方法；具备选择电力拖动系统中电动机的基本知识。为今后从事交直流电机及变压器的使用操作、安装调试、试验维护及电力拖动系统设计等专业技术工作及技术管理工作打下较坚实的基础，具备有对电机及变压器等应用过程中出现的异常现象进行分析和处理的能力。

• 课程的要求

经过本课程学习后，应熟悉和掌握：（1）直流电动机基本工作原理，基本结构及工作特性。（2）直流电动机拖动系统运动方程式，负载转矩特性，机械特性，起动和制动。（3）常用直流控制电机的结构、特点及应用。（4）变压器原理、结构、单相变压器的空载运行、负载运行及运行特性；（5）常用变压器的结构、原理和工作特点；（6）三相异步电动机基本工作原理、基本结构、基本方程式和工作特性；（7）三相异步电动机电力拖动运行：机械特性、起动、制动及调速；（8）其它异步电动机的工作原理、结构和应用特点；⑼常用同步电动机基本原理、结构、用途。

学员通过学习，具备对各类电动机、变压器的选择、应用、安装调试的基本知识，具有对电动机及拖动系统、变压器及应用过程中的异常现象的分析和处理的基本技能。

• 考核目标和要求

（一） 直流电机

• 学习的目的和要求

通过本章学习要求学员掌握和熟悉直流电动机的基本原理、基本结构；直流电机的励磁和直流电动机基本平衡方程式；直流电动机的工作特性；熟悉直流电动机铭牌数据及电动机和发电机的主要异同点。

了解直流发电机的有关知识。

• 考核知识点
• 按电机的功用分，电机有四种类型：发电机、电动机、变压器、控制电机。（P3）
• 直流电机按应用领域分类。（P5）
• 直流电动机与直流发电机其结构及工作原理的异同。（P7）
• 直流电机的换向。（P8）
• 直流电机的基本结构、定子的组成和作用、转子的组成和作用。（P8-P13）
• 直流电机铭牌数据：额定功率P_N、额定电压U_N、额定电流I_N、额定转速等。（P13-P14）
• 直流电机的能量转换是在气隙磁场中进行的，因此气隙中必须具有一定强度的磁场，而气隙磁场主要是由主磁场（励磁磁场）和电枢磁场合成的。（P15）
• 励磁磁通势、励磁磁场是如何产生的？（P16）
• 直流电机的励磁方式有哪四种。

(10) 直流电机的空载磁场。（P16）

(11)  主磁通、漏磁通、感应电动势、电磁转矩、磁通势。（P16）

(12)  直流电机的空载磁化曲线。（P17）

(13)  气隙磁场、气隙磁阻。（P17）

(14)  空载磁场气隙磁密分布。（P16）

(15)  电枢反应及电枢反应对气隙磁场的影响。（P19）

(16)  直流电机的感应电动势：

式中各符号的物理意义及其单位。（P21）

(17) 电磁转矩Tem：

式中的各符号的物理意义及其单位。（P21）

(18) C_T、Ce的物理意义及关系式。（P21）

(19) 直流电动机的基本平衡方程式、电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式。（P22）

(20) 铁损耗P_Fe、机械损耗P_m和附加损耗P_ad。（P23）

(21) 他励直流电动机的工作特性：转速特性、转矩特性、效率特性。（P25-P26）

（二）直流电动机的电力拖动运行

1、学习目的和要求

本章内容在于把电动机运用于由其拖动的控制系统中去，应用基本理论和基本方式解决电力系统的起动、电气制动及电气调速等电力拖动的基本问题。

要求本章学习后，学员们掌握他励直流电动机的机械特性、起动、制动、调速等运行状态。

2、考核知识点

(1) 电力拖动系统的运动方程式：各参数的物理意义并分析其匀转速运动、加速运行、减速运行的条件。（P35）

(2) 运动方程式中不同转矩正负号确定的规则。（P35）

(3) 电力拖动系统的负载、负载转矩特性。（P35）

(4) 负载转矩分类及特点。（P35~P36）

(5) 机械特性、机械特性方程式、机械特性曲线。（P37）

(6) 他励直流电动机的固有机械特性条件、特性方程式及特性曲线。（P38）

(7) 各人为机械特性的定义、条件、特性方程式和特性曲线簇。并说明之。（P38）

(8) 理想空载转速及表达式。（P39）

(9) 机械特性斜率表达式及物理意义。（P39）

(10) 减弱磁通的人为机械特性（P40图2~10 a.b）；的理想空载点、堵转点；堵转电流，堵转转矩，请用其特性方程式（2-11）、（2-12）两式解释之。（P40）

(11) 电力拖动系统稳定运行条件。（P42）

(12) 直流电动机起动时，必须满足两项基本要求是什么？（P43）

(13) 他励直流电动机起动方法：全压起动、减压起动和电枢回路串电阻起动。（P43）

(14) 全压起动（直接起动）的机械特性曲线及优缺点。（P43）

(15) 电机减压起动的起动机械特性、起动的过程及特点。（P44）

(16) 电枢回路串电阻起动的方法、起动特性及起动电流取值。（P44~P45）

(17) 何谓电动运行状态？何谓制动运行状态？（P47）

 (18) 能耗控制动的实现方法及特点。（P47~P49）

(19) 反接制动的实现方法及特点。（P49~P51）

(20) 何谓回馈制动及回馈制动的特点。（P51~P52）

(21) 分析第53页图2-24曲线1、2、3、4、5各处在何种运行状态。（P52~P53）

(22) 他励直流电动机的电气调速方法有哪几种。（P53）

(23) 何谓调速？（P53）

(24) 调速的技术指标有哪些？（P54~P55）

(25) 解释静差率、调速范围、调速的平滑性。（P54-P55）

(26) 何谓允许输出。（P55、P60）

(27) 说明图2-26、图2-30、图2-31三种调速方法。各自的调速性能如何。（P55-P58）

(28) 恒转矩调速用于恒功率负载的配合方式有什么不可取。（P61）

(29) 恒功率调速拖动恒功率负载有何特点。（P61）

（30）恒转矩调速、恒功率调速。（P60）

（三）常用直流控制电机

1、学习本章的目的和要求

控制电动机主要用于自动控制系统作伺服执行和检测运算元件。其工作原理与普通电机基本相同，但对控制电机的高精度的特性和快速响应的能力方面的要求，比普通电机的要求高得多。本章主要介绍在自动控制系统中应用较多的直流伺电动机、力矩电动机和直流测速发电机等的功能、特性、结构及其应用。

要求学员掌握直流伺服电动机功用和要求、机械特性、调节特性；直流力矩电动机功用，性能特点、结构特点、基本工作原理；直流测速发电机理想输出特性、误差及减小方法。

2、考核知识点

• 控制电机主要用途及控制电机的主要性能。（P64）
• 直流伺服电动机的功能及基本要求（P64）
• 无刷直流伺服电动机结构及优点（P66）
• 直流伺服电动机的机械特性和调节特性（P66）
• 直流力矩电动机的功用、性能特点、结构特点（P69、P70）
• 直流力矩电动机的基本原理（P70）
• 直流测速发电机的输出特性（P72）
• 对直流测速发电机输出特性有哪些要求（P73）
• 为减少电枢反应对测速发电机特性线性的影响，通常采取哪些措施（P74）

（四）变压器的基本原理

1、学习的目的和要求

变压器是电力系统中重要的电气设备，变压器的安全可靠的运行，对电力系统具有十分重要的意义。变压器在通讯、广播、电子仪器、控制系统等方面应用也十分广泛。

本章主要讨论单相变压器的理论和运行情况。

2、考核知识点

• 什么是变压器?如果一次侧绕组接直流电源,二次绕组有电压吗?为什么?（P79）
• 为什么远距离传输电能要采用升压变压器？（P79）
• 变压器一、二次绕组电压、电动势的有效值与匝数的关系。（P80）
• 变压器的基本结构。（P80-P82）
• 额定容量、额定电压、额定电流、额定频率f代表的意义和单位。（P82-P83）
• 什么叫变压器的空载运行？空载电流？（P84）
• 如何规定电压、电动势、磁通的正方的？（P84）
• 空载运行的感应电动势与磁通的关系式（P85）
• 空载运行时电动势平衡方程式

得出什么重要结论？（P85）

• 空载电流和空载损耗（P87）
• 空载运行的相量图和等效电路（P87-P88）
• 变压器负载运行时磁平衡方程式。（P89）
• 变压器负载时磁通势平衡方程式。（P89-P90）
• 变压器负载时一、二次绕组电流的关系。（P90）
• 变压器负载时电动势平衡方程式。（P90-P91）
• 变压器负载时，绕组的折算的思路。（P91）
• 变压器负载时，二次侧电压、电动势折算值。（P91）
• 变压器负载时，二次侧电流的折算值。（P91）
• 变压器负载时，二次侧阻抗的折算值。（P91）
• 变压器负载时，折算以后基本方程式和等效电路图。（P92）
• 变压器负载运行时的相量图。（P93）
• 变压器的运行特性：外特性、效率特性。（P99-P101）

（五）常用变压器及其应用

1、学习的目的和要求

本章主要介绍三相变压器、自耦变压器、仪用互感器、旋转变压器和感应同步器等常用变压器及其应用。

重点掌握三相变压器、自耦变压器及仪用互感器的有关知识。

2、考核知识点

• 三相变压器磁路系统（P104）
• 三相变压器的联结组标号（P105）
• 三相变压器的绕组联结时应注意的问题（P108）
• 自耦变压器的结构和性能特点（P117、P119）
• 电流互感器的功用、原理接线、应用时注意事项（P120-P121）
• 电压互感器的功用、应用注意事项（P121、P122）

（六）三相异步电动机的基本原理

1、学习的目的和要求

本章主要讨论各类交流电动机及其拖动系统。异步电动机，特别是笼型异步电动机其结构简单、运行可靠、价格便宜、没有火花和便于维护，电源方便、经济，所以获得越来越广泛的应用。

本章要求熟悉和掌握三相异步电动机的基本工作原理、基本结构、铭牌数据、定子磁场和感应电动势、运行原理、基本方程式和三相异步电动机的工作特性。

2、考核知识点

(1) 交流异步电动机和交流同步电动机主要区别（P133）

(2) 笼型异步电动机有哪些主要优点（P133）

(3) 三相异步电动机基本工作原理（P133）

(4) 何为转差率？电动机额定负载时转差率应为多少？（P134）

(5) 笼型三相异步电动机的基本结构。（P134）

(6) 三相异步电动机的额功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定功率因数的意义和单位。（P137、P138）

• 三相异步电动机定子绕组的旋转磁场是如何形成的（P139-P143）
• 三相异步电动机定子感应电动势（P143-P145）
• 三相异步电动机空载运行电压平衡方程式（P146）
• 三相异步电动机负载运行磁通势平衡方程式和电动势平衡方程式（P146-P148）
• 三相异步电动机的基本公式（P153-P155）
• 三相异步电动机的工作特性（P155-P157）

（七）三相异步电动机电力拖动运行

1、学习的目的和要求

本章主要讲解三相异步电动机的机械特性、起动、制动和三相异步电动机的调速等。

要求学员掌握三相异步电动机的的机械特性、起动和制动等主要内容。

2、考核知识点

(1) 分析异步电动机机械特性参数表达式及Tem-S关系曲线的特点。（P160-162）

(2) 异步电动机固有机械特性（P164）

(3) 异步电动机人为机械特性（P164-166）

(4) 三相笼型异步电动机的起动（P166-170）

(5) 三相异步电动机制动（P172）

(6) 三相异步电动机调速（P179）

⑺ 三相异步电动机起动性能的主要指标及要求是什么？（P166）

（八）其它异步电机

• 学习的目的和要求

本章介绍了几种最常用单相异步电动机，两相交流伺服电动机和异步测速发电机。要求学员熟悉和掌握三种异步电机的有关内容。

• 考核知识点

(1) 单相异步电动机的结构、运行特点（P194、P197）

(2) 单相异步电动机的分类（P199）

(3) 两相交流伺服电动机的基本结构（P203）

(4) 两相交流伺服电动机的控制方式（P204）

(5) 交流测速发电机有哪几种主要应用（P211）

（九）常用同步电动机

• 学习的目的和要求

同步电动机与异步电动机一样，都属于交流电动机，同步电动机是常用的三大类电动机中的又一类重要的电动机。由于同步电动机的转速不随负载转矩变化，并且与定子电流的频率有严格的比例关系，因此它在电力拖动系统中占有越来越重要的地位。随着大功率电力电子器件和微机的迅速发展，三相永磁同步电动机、步进电动机和磁阻电动机等已成为高精度位置伺服系统等自动控制系统中的主要驱动元件之一。

2、考核知识点

• 同步电动机有什么重要优点（P214）
• 三相异步电动机的同步运行及三相同步电动机的工作原理（P214-P215）
• 三相永磁同步电动机的基本结构（P219）
• 三相永磁同步电动机的特点（P230）
• 磁阻电动机的转子与其它种类电动机有何不同（P231）
• 步进电动机的用途，对步进电动机有何基本要求（P234）

三、考核要求

1、考试题型

• 选择填空题
• 判断题
• 名词解释题
• 简答题
• 分析及计算题

2、考核命题范围

考核命题范围一般不超出考核知识点的要求。

(1) 考核知识点中，涉及工作原理及公式等方面的考核知识，原则上以判断题、或选择填空题或简答题型式命题。

(2) 考核知识点中有关基本概念、定义、功能、作用、特点、基本结构等考核知识，原则上以简答、名词解释、判断、选择填空题型命题。

(3) 简答题型多采用考核知识点中的原理特点、应用特点、性能特点、结构特点、各类特性等内容。

(4) 分析题型，以考核知识中所涉及的基本原理、各类特性、特性方程、特性曲线、公式等内容为基本要求；计算题的参考题型：例1-1、例1-3及习题17、20、21、22

                  例2-1及习题15、16、17

                  例4-1、例4-2、例4-3及习题15、16、17、18

                  例6-1、例6-3

                  例7-1、例7-2、例7-3

四、题型举例

㈠ 选择填空

1、直流电动机的用途是将（    ）能转换为（    ）能，直流发电机的用途是将（    ）能转换为（      ）能。

（答案选择：A、机械能    B、电能）

（该题选自考核知识点中㈠、⑵）

2、直流电机的定子是由（    ）、（    ）和机座等部件组成。

（答案选择：A、主磁极  B、电枢铁心  C、电枢绕组  D、换向器  E、换向极）

（该题选自考核知识点中㈠、⑸）

3、直流电动机的额定功率，指电动机在额定运行时的输出功率，单位为（    ）或（    ）。

（答案选择：A、W    B、KW    C、VA    D、KVA    E、Var    F、KVar）

（该题选自考核知识点中㈠、⑹）

㈡ 判断对错题

1、直流电机的气隙磁场是由主磁场和电枢磁场合成的。（      ）

（该题选自考核知识点㈠、⑺）

2、直流电动机的转子有两个主要作用，一是建立主磁场，二是起整个电机的固定和支撑作用。（      ）

（该题选自考核知识点㈠、⑸）

3、磁阻电动机的转子是由永磁体或电磁铁组成的。（      ）

（该题选自考核知识点㈨、⑸）

㈢ 名词解释

• 电枢反应

（该题选自考核知识点㈠、⒂）

• 铁损耗

（该题选自考核知识点㈠、⒇）

• 磁化特性曲线

（该题选自考核知识点㈠、⒄）

㈣ 简答

1.根据直流力矩电动机的电磁转矩公式

   回答为什么直流力矩电动机的⑴电磁转矩大  ⑵转速低。

（已知式中：N为电枢总导体数、为导体有效长度、为气隙平均磁密、为支路对数、为电枢总电流，D为铁心直径。）

（该题选自考核知识点㈢、⑹）

2、简要回答对伺服电动机的基本要求

（该题选自考核知识点㈢、⑵）

3、何谓直流电动机的理想空载转速？

㈤ 分析计算题（略）