第2卷 三相异步电动机的调速与三相异步电动机的制动 江苏省（单独招生）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 单元过关卷

江苏省（单独招生）机电类 《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 三相异步电动机的调速与三相异步电动机的制动 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 三相异步电动机的转速是由电源的频率决定的。（ ） 2. 能耗制动是一种将电动机的动能转化为热能来实现制动的控制方法。（ ） 3. 能耗制动是一种无冲击的制动方式，适用于要求制动平稳的场合。（ ） 4. 能耗制动电枢反接制动应用于频繁正、反转的电力拖动系统倒拉反接制动不能用于停车，只能应用于起动设备以较低的稳定转速下放重物。（ ） 5. 对于负载转矩较为稳定的电动机，能耗制动时宜采用时间控制。（ ） 6. 能耗制动是把原处于电动运行状态的电动机定子绕组从三相交流电源上切除，迅速将其接入直流电源，通入直流电流。（ ） 7. 电枢反接制动有自动反转的可能性。在转速接近0时，不用切断电源。（ ） 8. 电动机单向反接制动控制的主要目的是实现电动机的双向运行。（ ） 9. 电动机采用制动措施的目的是为了停车平稳。（ ） 10. 回馈制动是利用旋转部件产生的电动势进行制动的方法。（ ） 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 三相异步电动机的调速方法中，哪种方法具有调速范围大、调速性能好和控制精度高等优点（ ） A. 变频调速 B. 软启动调速 C. 定子电阻调速 D. 异步发电机调速 12. 绕线型三相异步电动机的调速控制中，调整电机的转速可以通过改变电源的哪个参数来实现（ ） A. 电压 B. 电流 C. 绕组连接方式 D. 频率 13. 三相绕线式感应电动机拖动恒转矩负载运行时，采用转子回路串入电阻调速，运行时在不同转速上时，其转子回路电流的大小（ ） A. 与转差率反比 B. 与转差率正比 C. 与转差率无关 D. 与转差率成某种函数关系 14. 三相异步电动机的调速控制中，以下哪种方法适用于需要快速、精确的转矩控制的情况？（ ） A. 反转控制 B. 频率变换调速 C. 矢量控制调速 D. 直接启动法 15. 三相异步电动机采用变频调速时，若频率降低，电机的（ ） A. 转速降低，转矩增大 B. 转速降低，转矩减小 C. 转速升高，转矩增大 D. 转速升高，转矩减小 16. 对于笼型三相异步电动机，因其转子电路无法串入电阻，电阻只能串在______回路中，因此反接制动不能过于频繁（ ） A. 定子 B. 转子 C. 电阻 D. 电能 17. 在三相异步电动机中，哪种制动方式是通过增加电动机的电磁阻力来实现的（ ） A. 反接制动 B. 能耗制动 C. 机械摩擦制动 D. 再生制动 18. 三相异步电动机的制动过程中，如何减小制动时产生的热量（ ） A. 增加制动电阻 B. 减小制动时间 C. 增加制动时间 D. 减小制动电阻 19. 下列关于三相异步电动机制动的描述中，错误的是（ ） A. 机械制动是通过机械装置实现的 B. 电气制动是通过控制电动机的电流或电压实现的 C. 能耗制动中，制动转矩的大小与制动电阻无关 D. 反接制动时，电动机的旋转方向会改变 20. 以下哪种控制方式适用于需要反复改变运转方向的应用（ ） A. 单向反接制动 B. 可逆运行反接制动 C. 单向运行能耗制动 D. 可逆运行能耗制动 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 由三相异步电动机转速n=60f1（1-s） /p可知，三相异步电动机调速方法有______、______ 和______3种。 22. 为了扩大调速范围，通常把______和______两种调速方法结合起来。 23. 三相异步电动机的制动控制方法包括机械制动、电动制动和______制动。 24. 常用的电气制动有______、______和发电回馈制动。 25. 在三相异步电动机的电气制动中，反接制动是通过改变电动机定子绕组的______来实现制动的。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述三相笼型电动机变极调速控制的工作原理。 27. 简述三相异步电动机变极调速的原理、特点及适用场合。 28. 请简要解释电动机单向反接制动控制、电动机可逆运行反接制动控制和电动机单向运行能耗制动控制的基本原理及适用范围。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 一台三相异步电动机的极对数为2，额定电源频率为50 Hz，额定运行转差率为4%。采用变频调速时，若保持转差率不变。求：（1）额定同步转速；（2）额定转速；（3）若要求电动机转速为960 r/min，所需电源频率。 30. 一台三相异步电动机拖动风机运行，电源频率为50 Hz时，转速为1470 r/min，运行转差率约为2%。现采用变频器将电源频率降为40 Hz，并认为运行转差率仍约为2%。求：（1）50 Hz时同步转速和电动机极对数；（2）40 Hz时同步转速；（3）40 Hz时运行转速。 31. 一台三相异步电动机的极对数为3，接在50 Hz电源上正向运行，反接制动前转速为960 r/min。制动时将任意两相电源线对调，使旋转磁场反向；当电动机仍以正向50 r/min转速转动时切断电源。求：（1）同步转速和制动前转差率；（2）刚反接瞬间的反接转差率；（3）切断电源瞬间的反接转差率，并说明若切断过迟会出现什么情况。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 简述三相异步电动机三种常用制动方式（能耗制动、反接制动、回馈制动）的工作原理及适用场合。 33. 简述三相异步电动机回馈制动的工作原理、适用场合及注意事项。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 江苏省（单独招生）机电类 《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 三相异步电动机的调速与三相异步电动机的制动 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 三相异步电动机的转速是由电源的频率决定的。（ ） 【答案】正确 【解析】三相异步电动机的转速与电源的频率成正比，当电源频率变化时，电机的转速也会相应改变。 2. 能耗制动是一种将电动机的动能转化为热能来实现制动的控制方法。（ ） 【答案】正确 【解析】能耗制动可以将电动机的动能转化为热能来实现制动效果。 3. 能耗制动是一种无冲击的制动方式，适用于要求制动平稳的场合。（ ） 【答案】正确 【解析】能耗制动通过向定子绕组通入直流电产生制动力矩，这种制动方式平稳无冲击，适用于需要平稳制动的场合。 4. 能耗制动电枢反接制动应用于频繁正、反转的电力拖动系统倒拉反接制动不能用于停车，只能应用于起动设备以较低的稳定转速下放重物。（ ） 【答案】错误 【解析】反接制动电枢反接制动应用于频繁正、反转的电力拖动系统倒拉反接制动不能用于停车，只能应用于起动设备以较低的稳定转速下放重物。 5. 对于负载转矩较为稳定的电动机，能耗制动时宜采用时间控制。（ ） 【答案】正确 【解析】能耗制动时，切断三相交流电源后在定子绕组中通入直流电流，产生静止磁场，使转子因切割磁场而产生制动转矩。若负载转矩较为稳定，电动机从制动开始到停止所需时间也较稳定，采用时间继电器按预定时间切断直流电源即可满足停车要求，因此宜采用时间控制。 6. 能耗制动是把原处于电动运行状态的电动机定子绕组从三相交流电源上切除，迅速将其接入直流电源，通入直流电流。（ ） 【答案】正确 【解析】能耗制动的基本过程是：先将正在电动运行的三相异步电动机定子绕组从三相交流电源上切除，再迅速接入直流电源，使定子绕组中通入直流电流并形成静止磁场。转子因惯性继续转动切割该磁场，产生与转动方向相反的电磁转矩，从而实现制动。 7. 电枢反接制动有自动反转的可能性。在转速接近0时，不用切断电源。（ ） 【答案】错误 【解析】电枢反接制动有自动反转的可能性。在转速接近0时，应及时切断电源。 8. 电动机单向反接制动控制的主要目的是实现电动机的双向运行。（ ） 【答案】错误 【解析】电动机单向反接制动控制的目的是实现电动机的制动，不涉及双向运行。 9. 电动机采用制动措施的目的是为了停车平稳。（ ） 【答案】错误 【解析】不是，如果电动机不加制动措施，肯定停车更平稳。加制动是因为特殊需要，比如电动机需要立即停车，超过时间可能造成错误。 10. 回馈制动是利用旋转部件产生的电动势进行制动的方法。（ ） 【答案】正确 【解析】回馈制动利用旋转部件产生的电动势来实现制动。 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 三相异步电动机的调速方法中，哪种方法具有调速范围大、调速性能好和控制精度高等优点（ ） A. 变频调速 B. 软启动调速 C. 定子电阻调速 D. 异步发电机调速 【答案】A 【解析】在三相异步电动机的调速方法中，变频调速是具有调速范围大、调速性能好和控制精度高等优点的方法。通过改变电源频率，可以实现对电动机转速的精确控制。 12. 绕线型三相异步电动机的调速控制中，调整电机的转速可以通过改变电源的哪个参数来实现（ ） A. 电压 B. 电流 C. 绕组连接方式 D. 频率 【答案】D 【解析】绕线型三相异步电动机可通过改变电源频率、改变转差率等方式调速。 【详解】 绕线式三相异步电动机改变转差率调速可通过在转子回路串联电阻实现，改变电源频率可通过变频器等设备实现。但仅从本题给出的不完整选项无法进行分析。 【点睛】 本题属于中职电气控制与电机拖动部分知识点，考查绕线式三相异步电动机的调速方法。 13. 三相绕线式感应电动机拖动恒转矩负载运行时，采用转子回路串入电阻调速，运行时在不同转速上时，其转子回路电流的大小（ ） A. 与转差率反比 B. 与转差率正比 C. 与转差率无关 D. 与转差率成某种函数关系 【答案】C 【解析】绕线式异步电动机转子回路串入电阻调速时，改变的是转子回路总电阻，使电动机在不同转差率下达到新的稳定转速。对于恒转矩负载，稳定运行时电磁转矩应与负载转矩平衡并基本保持恒定。在电源电压和频率不变、磁通近似不变的条件下，电磁转矩与转子电流的有功分量相对应，恒转矩运行时转子电流大小近似不随转速或转差率变化。因此应选C。 14. 三相异步电动机的调速控制中，以下哪种方法适用于需要快速、精确的转矩控制的情况？（ ） A. 反转控制 B. 频率变换调速 C. 矢量控制调速 D. 直接启动法 【答案】C 【解析】矢量控制调速适用于需要快速、精确的转矩控制的情况，它可以根据电机的实时位置和速度来精确控制电机的转矩输出。 15. 三相异步电动机采用变频调速时，若频率降低，电机的（ ） A. 转速降低，转矩增大 B. 转速降低，转矩减小 C. 转速升高，转矩增大 D. 转速升高，转矩减小 【答案】B 【解析】变频调速遵循 “U/f 恒定” 原则，频率降低时，定子电压 U 同步降低，旋转磁场转速 降低，电机转速 n 降低；同时，电磁转矩与 成正比，U 降低导致转矩减小，A、C、D 错误。 16. 对于笼型三相异步电动机，因其转子电路无法串入电阻，电阻只能串在______回路中，因此反接制动不能过于频繁（ ） A. 定子 B. 转子 C. 电阻 D. 电能 【答案】A 【解析】对于笼型三相异步电动机，因其转子电路无法串入电阻，电阻只能串在 定子回路中，因此反接制动不能过于频繁 17. 在三相异步电动机中，哪种制动方式是通过增加电动机的电磁阻力来实现的（ ） A. 反接制动 B. 能耗制动 C. 机械摩擦制动 D. 再生制动 【答案】A 【解析】反接制动是通过改变电动机电源相序，使电动机产生与旋转方向相反的电磁转矩，从而增加电磁阻力实现制动。 18. 三相异步电动机的制动过程中，如何减小制动时产生的热量（ ） A. 增加制动电阻 B. 减小制动时间 C. 增加制动时间 D. 减小制动电阻 【答案】D 【解析】减小制动电阻可以减小制动时产生的热量，因为制动电流会减小。 19. 下列关于三相异步电动机制动的描述中，错误的是（ ） A. 机械制动是通过机械装置实现的 B. 电气制动是通过控制电动机的电流或电压实现的 C. 能耗制动中，制动转矩的大小与制动电阻无关 D. 反接制动时，电动机的旋转方向会改变 【答案】C 【解析】能耗制动中，制动转矩的大小与制动电阻有关，制动电阻越大，制动转矩越小。 20. 以下哪种控制方式适用于需要反复改变运转方向的应用（ ） A. 单向反接制动 B. 可逆运行反接制动 C. 单向运行能耗制动 D. 可逆运行能耗制动 【答案】B 【解析】以下哪种控制方式适用于需要反复改变运转方向的应用 【点睛】 可逆运行反接制动 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 由三相异步电动机转速n=60f1（1-s） /p可知，三相异步电动机调速方法有______、______ 和______3种。 【答案】① 变极对数 ② 变转差率 ③ 变频调速 【解析】三相异步电动机转速公式为 。由公式可知，影响转速的主要因素有电源频率 、极对数 和转差率 。因此三相异步电动机的调速方法主要包括改变极对数的变极调速、改变转差率的调速以及改变电源频率的变频调速。 22. 为了扩大调速范围，通常把______和______两种调速方法结合起来。 【答案】① 减压 ② 弱磁 【解析】为了扩大调速范围，通常把减压和 弱磁两种调速方法结合起来。 23. 三相异步电动机的制动控制方法包括机械制动、电动制动和______制动。 【答案】再生 【解析】制动控制是一种用于控制电动机制动过程的方法，机械制动是通过机械装置来实现制动，电动制动是通过反向供电来实现制动，再生制动则是通过将电能转化为其他形式的能量来实现制动。 24. 常用的电气制动有______、______和发电回馈制动。 【答案】① 能耗制动 ② 反接制动 【解析】三相异步电动机常用的电气制动方式主要有能耗制动、反接制动和发电回馈制动。能耗制动是将机械能转化为电能后消耗在电机或外接电阻中；反接制动是通过改变电源相序或接线使电磁转矩反向；发电回馈制动是在电动机处于发电状态时将能量回馈电网。 25. 在三相异步电动机的电气制动中，反接制动是通过改变电动机定子绕组的______来实现制动的。 【答案】电源相序 【解析】反接制动是通过改变电动机定子绕组的电源相序，使电动机产生与旋转方向相反的制动力矩，从而实现制动。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述三相笼型电动机变极调速控制的工作原理。 【答案】变极调速是通过接触器触头来改变电动机绕组的接线方式，以获得不同的极对数来达到调速目的。变极电动机一般有双速、三速、四速之分，其中双速电动机定子装有一套绕组而三速、四速电动机则为两套绕组。 【解析】三相笼型电动机变极调速控制的工作原理：变极调速是通过接触器触头来改变电动机绕组的接线方式，以获得不同的极对数来达到调速目的。变极电动机一般有双速、三速、四速之分，其中双速电动机定子装有一套绕组而三速、四速电动机则为两套绕组。 27. 简述三相异步电动机变极调速的原理、特点及适用场合。 【答案】（1）工作原理：变极调速基于同步转速公式 p，通过改变定子绕组的接线方式（如星形 / 三角形切换、绕组抽头），调整磁极对数 p（如 2 极→4 极→6 极）：① 当 p 增大时，减小（f=50Hz 时，p=2→min，p=4→min）；② 电机实际转速 n=（1-s），随 同步变化，实现调速。 （2）特点：① 优点：结构简单、成本低、运行可靠，无额外能耗（仅改变接线，不串电阻或调压）；② 缺点：调速范围窄（仅能按固定级数调节，如 2 级→4 级，转速减半），调速平滑性差（转速突变），低速时转矩减小（T∝1/）。 （3）适用场合：适用于对调速平滑性要求低、转速等级固定的场合，如① 机床主轴（高低速切换，如铣削用高速、钻孔用低速）；② 风机、水泵（根据负载需求切换固定转速，如夏季高速送风、冬季低速送风）；③ 破碎机、输送机（根据物料量切换 2~3 级固定转速）。 【解析】围绕 “磁极对数 - 同步转速” 核心关系，结合优缺点与场景适配性。 28. 请简要解释电动机单向反接制动控制、电动机可逆运行反接制动控制和电动机单向运行能耗制动控制的基本原理及适用范围。 【答案】电动机单向反接制动控制基本原理：电动机正常运行时按规定相序单向运转；需要停车制动时，先切除原正转电源，再通过接触器改变任意两相电源相序，使定子旋转磁场反向，电磁转矩与转子惯性转动方向相反，从而迅速制动。当转速接近零时，应由速度继电器或其他检测元件及时切断反接电源，防止电动机反向起动。适用于只要求单向运行、停车要求较快、允许制动冲击较大的设备。 电动机可逆运行反接制动控制基本原理：电动机既可正转也可反转运行，正、反转接触器通过改变相序实现可逆运行。当电动机由某一方向运行需要停车时，控制线路短时接通相反方向电源，使旋转磁场方向与转子原转动方向相反，产生反接制动转矩；当转速接近零时及时断电，避免继续反向起动。适用于需要正反转运行且要求较快停车的机械设备，如小型起重、运输、机床进给等场合。 电动机单向运行能耗制动控制基本原理：电动机正常运行时接三相交流电源单向运转；停车时切断交流电源，并将定子绕组接入直流电源，通入直流电流形成静止磁场。转子因惯性继续旋转切割静止磁场，产生与转动方向相反的制动转矩，使电动机减速停止。制动结束后切断直流电源。适用于只需单向运行、要求制动平稳、反向冲击小、停车较准确的设备。与反接制动相比，能耗制动冲击较小，但需要直流制动电源。 【解析】单向反接制动、可逆运行反接制动和单向运行能耗制动都属于三相异步电动机常用制动控制方式。反接制动的关键是通过改变电源相序使旋转磁场反向，产生与转子转动方向相反的制动转矩，制动强烈但冲击较大，并且必须在转速接近零时及时切断电源，以免电动机反向起动。单向反接制动适合只需一个方向运行的快速停车场合；可逆运行反接制动适合既需正反转又需快速制动的场合。能耗制动则是在切除交流电源后向定子绕组通入直流电，利用静止磁场产生制动转矩，制动较平稳，适合要求冲击小、停车平稳的单向运行设备。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 一台三相异步电动机的极对数为2，额定电源频率为50 Hz，额定运行转差率为4%。采用变频调速时，若保持转差率不变。求：（1）额定同步转速；（2）额定转速；（3）若要求电动机转速为960 r/min，所需电源频率。 【答案】（1）额定同步转速为1500 r/min。 （2）额定转速为1440 r/min。 （3）所需电源频率约为33.33 Hz。 【解析】（1）由 ，代入频率50 Hz、极对数2，得同步转速1500 r/min。 （2）由 ，代入转差率4%，得额定转速1440 r/min。 （3）由 ，代入转速960 r/min，得频率约33.33 Hz。 30. 一台三相异步电动机拖动风机运行，电源频率为50 Hz时，转速为1470 r/min，运行转差率约为2%。现采用变频器将电源频率降为40 Hz，并认为运行转差率仍约为2%。求：（1）50 Hz时同步转速和电动机极对数；（2）40 Hz时同步转速；（3）40 Hz时运行转速。 【答案】（1）50 Hz时同步转速为1500 r/min，电动机极对数为2。 （2）40 Hz时同步转速为1200 r/min。 （3）40 Hz时运行转速约为1176 r/min。 【解析】（1）由 ，得同步转速1500 r/min；再由 ，得极对数2。 （2）频率降为40 Hz且极对数不变，由同步转速公式得1200 r/min。 （3）由 ，代入转差率2%，得运行转速1176 r/min。 31. 一台三相异步电动机的极对数为3，接在50 Hz电源上正向运行，反接制动前转速为960 r/min。制动时将任意两相电源线对调，使旋转磁场反向；当电动机仍以正向50 r/min转速转动时切断电源。求：（1）同步转速和制动前转差率；（2）刚反接瞬间的反接转差率；（3）切断电源瞬间的反接转差率，并说明若切断过迟会出现什么情况。 【答案】（1）同步转速为1000 r/min，制动前转差率为4%。 （2）刚反接瞬间的反接转差率为1.96。 （3）切断电源瞬间的反接转差率为1.05；若切断过迟，电动机会反向起动。 【解析】（1）由 得1000 r/min；由 得转差率4%。 （2）反接制动时磁场反向，相对转速增大，由 得1.96。 （3）切断时仍为正向50 r/min，代入反接转差率公式得1.05；过零未切断会进入反向电动运行。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 简述三相异步电动机三种常用制动方式（能耗制动、反接制动、回馈制动）的工作原理及适用场合。 【答案】（1）能耗制动：① 原理：切断定子电源，将电枢接入制动电阻，电机靠惯性旋转，转子切割剩磁产生感应电流，在磁场中受制动转矩，动能转化为热能消耗；② 适用场合：中小型电机低速制动，制动平稳但能耗大，不适用于高速大惯量负载。 （2）反接制动：① 原理：改变定子绕组电源相序，使旋转磁场反向，电磁转矩与转速方向相反，产生制动转矩；需串制动电阻限制电流；② 适用场合：重载快速制动，制动转矩大但有冲击，需注意停车时切断电源。 （3）回馈制动：① 原理：电机转速 n > 旋转磁场转速 ，转子感应电流反向，转矩变为制动转矩，电机发电回馈电网；② 适用场合：高速大惯量负载的制动，节能效果好，无需额外能耗，但需满足 n>的条件。 【解析】按 “原理 - 场合” 分类，突出各制动方式的核心差异（能耗 / 冲击 / 节能）。 33. 简述三相异步电动机回馈制动的工作原理、适用场合及注意事项。 【答案】（1）工作原理：回馈制动（发电制动）需满足电机实际转速 n > 同步转速 （如起重机下放重物、电梯下行）：① 此时转子切割定子磁场的方向与电动运行时相反，转子感应电动势 增大且方向反向；② 转子电流 方向反向，使电磁转矩 T 与转速 n 方向相反；③ 电机相当于发电机，将机械能转化为电能回馈电网，实现制动。 （2）适用场合：① 高速大惯量负载的减速制动；② 重物下放类负载，利用负载重力带动电机超速，实现节能制动。 （3）注意事项：① 需确保 n>，否则无法产生制动转矩；② 回馈电能需电网吸收，禁止在单独变频器供电的小系统中长时间使用；③ 制动过程中需监控电机电流，避免过流；④ 无法用于低速制动（n 接近 时制动转矩过小），需配合其他制动方式。 【解析】围绕 “超速 - 反向感应 - 发电回馈” 核心逻辑，结合场景与安全要求。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $