最全的华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析全集.ppt

2 1从运动方程式怎样看出系统是加速的 减速的 稳定的和静止的各种工作状态 答 运动方程式 Td 0时 系统加速 Td 0时 系统稳速 Td 0时 系统减速或反向加速 2 2说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩 静态转矩和动态转矩的概念 答 拖动转矩 电动机产生的转矩Tm或负载转矩TL与转速n相同时 就是拖动转矩 静态转矩 电动机轴上的负载转矩TL 它不随系统加速或减速而变化 动态转矩 系统加速或减速时 存在一个动态转矩Td 它使系统的运动状态发生变化 2 3试列出以下几种情况下系统的运动方程式 并说明系统的运行状态是加速 减速还是匀速 图中箭头方向表示转矩的实际作用方向 答 a匀速 b减速 c减速 d加速 e减速 f匀速 2 4多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统 转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则 转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则 答 在多轴拖动系统情况下 为了列出这个系统运动方程 必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上 由于负载转矩是静态转矩 所以可根据静态时功率守恒原则进行折算 由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关 所以可根据动能守恒原则进行折算 2 5为什么低速轴转矩大 调速轴转矩小 答 忽略磨擦损失的情况下 传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的 即P1 P2 而P1 T1 1 P2 T2 2 所以T1 1 T2 2 当 1 2时 T1 T2 2 6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多 答 因为低速轴的转矩大 所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大 质量也大 所以GD2大 而高速轴正好相反 答 j1 M 1 nM n1 900 300 3 2 7如图所示 电动机轴上的转动惯量JM 2 5kg m2 转速nM 900r mim 中间传动轴的转动惯量J1 2kg m2 转速n1 300r mim 生产机械轴的惯量JL 16kg m2 转速nL 60r mim 试求折算到电动机轴上的等效转动惯量 jL M L nM nL 900 60 15 2 8如图所示 电动机转速nM 950r mim 齿轮减速箱的传动比J1 J2 4 卷筒直径D 0 24m 滑轮的减速比J3 2 起重负荷力F 100N 电动机的飞轮转矩GDM2 1 05N m 齿轮 滑轮和卷筒总的传动效率为0 83 试求提升速度v和折算到电动机轴上的静态转矩TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2 答 TL 9 55Fv 1nM 9 55 100 0 37 0 83 950 0 45N m 2 9一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载 答 恒转矩型 泵类 直线型 恒功率型 2 10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别 各有什么特点 答 反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反 位能性恒转矩负载作用方向恒定 与运动方向无关 2 11如图所示 曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性 试判断哪些是系统的稳定平衡点 哪些不是 答 d 不是稳定运动点 其余都是稳定运行点 3 1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成 答 转子在主磁通中旋转 要产生涡流和磁滞损耗 采用硅钢软磁材料 可减少磁滞损耗 而采用 片 叠压成 可减少涡流损耗 3 3一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL 常数 当电枢电压或电枢附加电阻改变时 能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小 为什么 这时拖动系统中哪些量必然要发生变化 答 因为 所以 当改变电枢电压或电枢串电阻时 Ia均不变 由知n会变化 3 4一台他励直流电动机在稳定运行时 电枢反电势E E1 如负载转矩TL 常数 外加电压和电枢电路中的电阻均不变 问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后 电枢反电势将如何变化 是大于 小于还是等于E1 答 因为 当 时 Ia 由U E IaRa E U IaRa 当Ia 时 E 所以 E E1 3 5一台直流发电机 其部分铭牌数据如下 PN 180kW UN 230V nN 1450r min N 89 5 试求 该发电机的额定电流 电流保持为额定值而电压下降为100V时 原动机的输出功率 设此时 N PN UNIN180KW 230 ININ 782 6A该发电机的额定电流为782 6AP IN100 NP 87 4KW 3 6已知他励直流电动机的铭牌数据如下 PN 7 5kW UN 220V nN 1500r min N 88 5 Ra 0 2 试求该电机的额定电流和额定转矩 答 3 8一台他励直流电动机的铭牌数据为 PN 5 5kW UN 110V IN 62A nN 1000r min 试绘出它的固有机械特性曲线 答 3 9一台并励直流电动机的技术数据如下 PN 5 5kW UN 110V IN 61A 额定励磁电流IfN 2A nN 1500r min 电枢电阻Ra 0 2 若忽略机械磨擦和转子的铜耗 铁损 认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩 试绘出它近似的固有机械特性曲线 答 3 10一台他励直流电动机的技术数据如下 PN 6 5kW UN 220V IN 34 4A nN 1500r min Ra 0 242 试计算出此电动机的如下特性 固有机械特性 电枢附加电阻分别为3 和5 时的人为机械特性 电枢电压为UN 2时的人为机械特性 磁通 0 8 N时的人为机械特性 答 3 11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大 答 因为Tst UN Ra Ra很小 所以Tst很大 会产生控制火花 电动应力 机械动态转矩冲击 使电网保护装置动作 切断电源造成事故 或电网电压下降等 故不能直接启动 3 12他励直流电动机启动过程中有哪些要求 如何实现 答 要求电流Ist 1 5 2 IN 可采用降压启动 电枢回路串电阻进行启动 3 13直流他励电动机启动时 为什么一定要先把励磁电流加上 若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通 这时会产生什么现象 试从TL 0和TL TN两种情况加以分析 当电动机运行在额定转速下 若突然将励磁绕组断开 此时又将出现什么情况 答 当TL 0启动时 因为励磁绕组有一定剩磁 使 0 启动时 n 0 E 0 根据UN E IaRa知 UN全加在电阻Ra上 产生很大的Ia 10 20 IN 但因为 0 所以T Kt Ia并不大 因为TL 0 所以动转矩大于0 系统会加速启动 启动后 虽有n 使E变大点 但因为 0 所以E仍不大 UN大部分仍要加在电阻Ra上 产生很大Ia和不大的T 使系统不断加速 当系统达到 飞车 时 在相当大的某一n稳速运行时 T Kt Ia TL 0 所以Ia 0 此时 E相当大 UN几乎和E平衡 当TL TN启动时 n 0 E 0 根据UN E IaRa知 UN全加在电阻Ra上 产生很大的Ia 10 20 IN 但因为 0 所以T Kt Ia并不大 因为TL TN 所以系统无法启动 当电动机运行在额定转速下 T Kt NIaN TL TN n nN 此时断开励磁 0 虽然仍有n nN 但E 0 根据UN E IaRa知 UN全加在电阻Ra上 产生很大的Ia 但因为 0 所以T Kt Ia并不大 因为TL TN 所以T TL 系统逐渐减速到停车 3 15一台直流他励电动机 其额定数据如下 PN 2 2kW UN Uf 110V nN 1500r min N 0 8 Ra 0 4 Rf 82 7 试求 额定电枢电流IaN 额定励磁电流IfN 励磁功率Pf 额定转矩TN 额定电流时的反电势 直接启动时的启动电流 如果要使启动电流不超过额定电流的2倍 求启动电阻为多少 此时启动转矩又为多少 答 3 16直流电机用电枢电路串电阻的办法启动时 为什么要逐渐切除启动电阻 切除太快 会带来什么后果 答 见书上图3 23 如果只一段启动电阻 当启动后 把电阻一下切除 则电流会超过2IN 冲击大 所以应采用逐级切除电阻办法 切除太快 也会产生电流冲击大 见书上图3 24 3 17转速调节 调速 与固有的速度变化在概念上有什么区别 答 调速 在一定负载条件下 人为地改变电动机的电路参数 以改变电动机的稳定转速 速度变化 由于电动机负载转矩发生变化而引起的电动机转速变化 3 18他励直流电动机有哪些方法进行调速 它们的特点是什么 答 改变电枢电路外串电阻调速 机械特性较软 稳定度低 空载或轻载时 调速范围不大 实现无级调速困难 电阻上消耗电能大 用于起重机 卷扬机等低速运转时间不长的传动系统 改变电动机电枢供电电压调速 电源电压连续变化时 转速可以平滑无级调节 在额定转速以下调 特性与固有特性平行 硬度不变 稳定度高 调速范围大 属恒转矩调速 适合拖动恒转矩负载 可以靠调电枢电压启动电机 不用其它设备 改变电机主磁通调速 可无级调速 额定转速以上调 弱磁升速 特性软 最高转速不得超过额定转速的1 2倍 调速范围不大 属恒功率调速 适合于恒功率负载 往往和调压调速配合使用 3 19直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在 答 电动 电动机发出的转矩T与转速n方向相同 制动 T与n相反 3 20他励直流电动机有哪几种制动方法 它们的机械特性如何 试比较各种制动方法的优缺点 答 反馈制动 运行在二 四象限 转速大于理想空载转速 用于起重机调速下放重物 电网吸收电能 运行经济 电源反接制动 制动迅速 能量靠电阻吸收 但容易反向启动 倒拉反接制动 可得较低下降速度 对TL大小估计不准 本应下降 也许会上升 特性硬度小 稳定性差 电阻消耗全部能量 能耗制动 用于迅速准确停车及恒速下放重物 电阻消耗全部能量 3 21一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构 在电动机拖动重物匀速上升时将电枢电源突然反接 试利用机械特性从机电过程上说明 1 从反接开始到系统达到新的稳定平衡状态之间 电动机经历了几种运行状态 最后在什么状态下建立系统新的稳定平衡点 2 各种状态下转速变化的机电过程怎样 答 1 经历反接制动 反向电动 反向回馈制动 最后在反向回馈制动运行状态下建立系统新的稳定平衡点 2 当电压反向时 n不变 电压平衡方程式 U E Ia Ra Rad Ia U E Ra Rad 0 T 0 产生制动 当T TL时 还会 反向n E Ia T 达到T TL 达到e点 稳速运行 5 1有一台四极三相异步电动机 电源电压的频率为50Hz 满载时电动机的转差率为0 02 求电动机的同步转速 转子转速和转子电流频率 答 5 2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调 此电动机是否会反转 为什么 答 会反转 因为三相绕组中电流的相序发生改变 5 3有一台三相异步电动机 其nN 1470r min 电源频率为50Hz 当在额定负载下运行 试求 1 定子旋转磁场对定子的转速 2 定子旋转磁场对转子的转速 3 转子旋转磁场对转子的转速 4 转子旋转磁场对定子的转速 5 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速 答 5 4当三相异步电动机的负载增加时 为什么定子电流会随转子电流的增加而增加 答 当负载增加时 转子电流增加 因为转子相当于变压器的副边 而定子相当于变压器的原边 所以当转子电流增加时 定子电流也会增加 5 5三相异步电动机带动一定的负载运行时 若电源电压降低了 此时电动机的转矩 电流及转速有无变化 如何变化 TN b a c c点和a点比 因为U 而且s cos 2 根据T Km I2cos 2 TL 常数 知 I2 答 原来运行在a点 当电压减小时 运行在b点 因为n不变 s不变 所以cos 2不变因为U E1 4 44Kf1N1 所以当U I2 时 根据T Km I2cos 2知 T 此后 n s I2 T 直到c点 5 6有一台三相异步电动机 其技术数据如下表所示 试求 1 线电压为380V时 三相定子绕组应如何接法 2 求n0 p SN TN Tst Tmax Ist 3 额定负载时电动机的输入功率是多少 答 1 Y接法 5 7三相异步电动机正在运行时 转子突然被卡住 这时电动机的电流如何变化 对电动机有何影响 答 电动机电流增大 烧坏电机 5 8三相异步电动机断了一根电源线后 为什么不能启动 而在运行时断了一线 为什么仍能继续转动 这两种情况对电动机将产生什么影响 答 断了一根电源线后 变成单相异步电动机 没有旋转磁场 所以不能启动 但仍能继续运转 启动时 脉动磁场使转子产生交变电流 发热 运转时 因为断了一相 变成单相 而单相产生的脉动磁场 分解成两个转向相反的旋转磁场后 存在 Bm1 Bm2 Bm 2与转子旋转方向相同的旋转磁场的 比三相运转时的 要小 所以I2增大 另外 与转子旋转方向相反的旋转磁场的 使T减小 所以 断了一根电源线后 如果较大的TL还不变 当稳定运行时 不但n下降 面且I2相当大 会烧坏电机 如果电流 iA Imcos t 则电流 iB Imcos t 180 即iB为流出 与iA相位相反 5 9三相异步电动机在相同电源电压下 满载和空载启动时 启动电流是否相同 启动转矩是否相同 答 启动电流一样 启动转矩相同 5 10三相异步电机为什么不运行在Tmax或接近Tmax的情况下 答 一般Tmax是TN的2 2 5倍 在Tmax或接近Tmax运行时 I2大很多 电机会被烧坏 5 11有一台三相异步电动机 其铭牌数据如下 当负载转矩为250N m时 试问在U UN和U1 0 8UN两种情况下电动机能否启动 欲采用Y 换接启动 问当负载转矩为0 45TN和0 35TN两种情况下 电动机能否启动 若采用自耦变压器降压启动 设降压比为0 64 求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动转矩 答 答 5 13线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时 所串电阻愈大 启动转矩是否也愈大 答 不是 串电阻大到一定程度后 启动转矩会变小 因为虽然cos 2增大 但I2减小太多 5 14为什么线绕式异步电动机在转子串电阻启动时 启动电流减少而启动转矩反而增大 答 因为适当串入电阻后 虽然I2减少 但cos 2增大很多 所以启动转矩增加 5 15异步电动机有哪几种调速方法 各种调速方法有何优缺点 答 调压调速 可无级调速 但减小U时 T按U2减少 所以调速范围不大 转子电路串电阻调速 只适于线绕式 启动电阻可兼作调速电阻 简单 可靠 但属有级调速 随转速降低 特性变软 低速损耗大 用在重复短期运转的机械 如起重机 变极对数调速 多速电动机 体积大 价贵 有级调速 结构简单 效率高 调速附加设备少 用于机电联合调速 变频调速 用于一般鼠笼式异步电动机 采用晶闸管变频装置 5 16什么叫恒功率调速 什么叫恒转矩调速 答 在调速过程中 无论速度高低 当电动机电流保持不变时 电磁转矩也不变 这种调速叫恒转矩调速 在调速过程中 无论速度高低 当电动机电流保持不变时 功率也不变 叫恒功率调速 5 17异步电动机变极调速的可能性和原理是什么 其接线图是怎样的 答 使每相定子绕组中一半绕组内的电流改变方向 即可改变极对数 也就改变了转速 接线图如书上图5 40 5 18异步电动机有哪几种制动状态 各有何特点 答 反馈制动 用于起重机高速下放重物 反馈制动时 动能变为电能回馈给电网 较经济 只能在高于同步转速下使用 反接制动 电源反接时 制动电流大 定子或转子需串接电阻 制动速度快容易造成反转 准确停车有一定困难 电能损耗大 当倒拉制动时 用于低速下放重物 机械功率 电功率都消耗在电阻上 能耗制动 比较常用的准确停车方法 制动效果比反接制动差 5 19试说明鼠笼式异步电动机定子极对数突然增加时 电动机的降速过程 答 见书上图5 42 原来运行在a点 当p突然 时 n n02 所以T 0 和TL一起使n s绝对值 I2 T 当n n02时 I2 0 T 0 当n n02时 I2反向 I2 0 T 0 变为电动转矩 但T TL 所以 n s I2 T 直到T TL 系统稳定运行在c点 5 20试说明异步电动机定子相序突然改变时 电动机的降速过程 答 见书上图5 43 原来运行在a点 当相序改变时 旋转磁场旋转方向改变 因为惯性 n不能立即改变 所以运行于b点 因为旋转磁场方向变了 所以I2 0 T 0 为制动转矩 在T和TL作用下 n 此时 s 1 当n 时 s cos 2 T n 更快 5 21如图5 51所示 为什么改变QB的接通方向即可改变单相异步电动机的旋转方向 答 QB改变时 就可使电容分别拉入A相可B相绕组 接C的绕组电流在相位上会超前于另一相绕组90度时间电角度 面旋转磁场的旋转方向是由电流的超前相向电流的落后相 所以改变QB接法 就可改变n0的方向 5 23同步电动机的工作原理与异步电动机的有何不同 答 定子绕组通三相交流电后 产生旋转磁场 而转子绕组通直流电 产生固定的磁场 极对数和旋转磁场极对数一样 旋转磁极与转子磁极异性相吸 所以转子转动 而异步电动机的旋转磁场被转子导体切割 转子产生感应电动势和感应电流 电流在磁场中产生电磁力和电磁转矩 由此产生转速 5 24一般情况下 同步电动机为什么要采用异步启动法 答 定子通三相电后 立即产生n0 很快 而转子n 0 有惯性 当S0吸引N N0吸引S时 转子有转动趋势 但还没等转起来 S0对S N0对N又排斥 这样一吸一斥 转子始终转不起来 所以要用异步启动法 5 25为什么可以利用同步电动机来提高电网的功率因数 过励时 直流励磁过剩 不需交流供给励磁电流 而且还向电网发出电感性电流与电感性无功功率 正好补偿电网附近电感性负载需要 使整个电网的功率因数提高 6 2何谓 自转 现象 交流伺服电动机是怎样克服这一现象 使其当控制信号消失时 能迅速停止 答 工作原理同单相异步电动机 WC上加Uc WF上加Uf时 两相绕组便产生旋转磁场 使转子旋转 当WC上的Uc去掉后 转子仍转 叫自转 消除自转的措施 使转子导条有较大电阻 出现Sm 1 此时 交流伺服电动机当Uc 0时 T总是制动性的 这样便消除自转且能迅速停止 6 3有一台直流伺服电动机 电枢控制电压和励磁电压均保持不变 当负载增加时 电动机的控制电流 电磁转矩和转速如何变化 答 当TL T 由T Kt Ia知 Ia 由n f T 方程知 n 6 4有一台直流伺服电动机 当电枢控制电压Uc 110V时 电枢电流Ia1 0 05A 转速n1 3000r min 加负载后 电枢电流Ia2 1A 转速n2 1500r min 试作出其机械特性n f T 答 6 5若直流伺服电动励磁电压一定 当电枢控制电压Uc 100V时 理想空载转速n0 3000r min 当Uc 50V时 n0等于多少 答 6 11交流测速发电机在理想情况为什么转子不动时没有输出电压 转子转动后 为什么输出电压与转子转速成正比 答 当n 0时 f1的Uf加在WF上 f1的 f f fmsin t 方向同WF轴线 f在转子 涡流 磁通 阻止 f变化 与 f合成 1 1轴线同WF轴 与WC轴线垂直 所以不在WC上产生感应电动势 Uc 0 当n 0时 转子切割 1 e2p i2pE2p 1mn 而当Uf一定时 1m基本不变 Uf 4 44f1N1 1m E2p n E2p i2p 脉动磁通 2 正好和CW轴线重合 CW上e0 E0 2 E2p n E0 n或U0 E0 Kn 7 1电动机的温升与哪些因素有关 电动机铭牌上的温升值其含义是什么 电动机的温升 温度以及环境温度三者之间有什么关系 答 温升与负载大小 负载持续时间 即运行方式 有关 铭牌上的温升值 指电动机允许的温度与周围介质温度 40 之差 电动机温升 电动机温度 环境温度 7 2电动机在运行中 其电压 电流 功率 温升能否超过额定值 是何原因 答 电压 温升不许超过额定值 否则烧坏电机 电流 功率可短时超过额定值 因为热惯性 电动机在短时温升不能超过允许值 7 3电动机的选择包括哪些具体内容 答 容量 种类 电压 转速 结构形式 7 4选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素 答 发热 应有 max a过载能力 启动能力 TL stTN 7 3电动机的选择包括哪些具体内容 答 容量 种类 电压 转速 结构形式 7 4选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素 答 发热 应有 max a过载能力 启动能力 TL stTN 7 5电动机有哪几种工作方式 当电动机的实际工作方式与铭牌上标注的工作方式不一致时 应注意哪些问题 答 连续工作制 短时工作制 重复短时工作制 应采用等效功率法进行计算 7 6一台室外工作的电动机 在春 夏 秋 冬四季其实际允许的使用容量是否相同 为什么 答 容量可以不相同 因为在不同的季节里 环境温度不同 如在冬季 电动机的温升可以较大 也不会超过允许的温度 所以容量可以大一些 而在很热的夏季 如果温度很高 超过40度时 电动机的容量必须降低使用 7 7有一抽水站的水泵向高度H 10m处送水 排水量Q 500m3 h 水泵的效率 1 0 9 传动装置的效率 2 0 78 水的重度 1000kg m3 试选择一台电动机拖动水泵 答 7 8有一生产机械的实际负载转矩曲线如题7 8图所示 生产机械要求的转速nN 1450r min 试选一台容量合适的交流电动机来拖动此生产机械 答 7 9一生产机械需要直流电动机拖动 负载曲线如题7 9图所示 试选择电动机的容量 答 7 10有台35KW 工作时间30min的短时工作电动机 欲用一台Th 90min的长期工作制电动机代替 若不考虑其它问题 如过载能力等 试问长期工作制电动机的容量应选多大 答 7 11暂载率 表示什么 当 15 时 能否让电动机工作15min 休息85min 为什么 试比较 15 30KW和 40 20KW两个重复短时工作制的电动机 哪一台容量大一些 答 换算 按 SN折合 7 12有一台生产机械的功率为10KW 其工作时间tP 0 72min t0 2 28min 试选择所用电动机的容量 答 10 1晶闸管的导通条件是什么 导通后流过晶闸管的电流决定于什么 晶闸管由导通转变为阻断的条件是什么 阻断后它所承受的电压大小决定于什么 答 导通条件 阳极 控制极同时加控制电压 导通后 电流决定于主电压和负载 阻断 阳极电压变0或变负 阻断后 承受电压大小决定于主电压 10 2晶闸管能否和晶体管一样构成放大器 为什么 答 不能 当加上控制电流Ig后 晶闸管有强烈正反馈 立即导通 导通后阳极电流I 由主电压和负载决定 和Ig无关 10 3试画出图中负载电阻R上的电压波形和晶闸管上的电压波形 10 4如题10 4图所示 试问 1 在开关S闭合前灯泡亮不亮 为什么 2 在开关S闭合后灯泡亮不亮 为什么 3 再把开关S断开后灯泡亮不亮 为什么 答 1 不亮 因为控制极没加正向电压 2 亮 因为控制极加正向电压 当阳极也加正向电压时 晶闸管导通 3 再把S断开 不亮 因为U2为交流 当S断开 且U2为负时 晶闸管关断 此后 没有Ug 不会再导通 10 5如题10 5图所示 若在t1时刻合上开关S t2时刻断开S 试画出负载电阻R上的电压波形和晶闸管上的电压波形 答 10 6晶闸管的主要参数有哪些 答 UDRM为断态重复峰值电压 在控制极断路时 可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压 其数值规定比正向转折电压小100V URRM为反向重复峰值电压 在控制极断路时 可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压 其数值规定比反向击穿电压小100V IT为额定通态平均电流 额定正向平均电流 在环境温度不大于40 和标准散热及全导通条件下 晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流 在一个周期内 的平均值 简称额定电流 IH为维持电流 在规定的环境温度和控制极断路时 维持元件继续导通的最小电流 10 7如何用万用表粗测晶闸管的好坏 答 见书上表10 1 10 8晶闸管的控制角和导通角是何含义 答 控制角 晶闸管元件承受正向电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电角度 导通角 晶闸管在一周期内导通的电角度 10 9有一单相半波可控整流电路 其交流电源电压U2 220V 负载电阻RL 10 试求输出电压平均值Ud的调节范围 当 3时 输出电压平均值Ud 电流平均值Id为多少 并选择晶闸管 答 输出电压平均值 负载电流平均值 当 0时 Ud 99V 当 时 Ud 0V 所以Ud的调节范围是0 99V 当 3时 Ud 74 25V 当 3时 Id 7 425A 考虑晶闸管的安全系数 一般取1 5 2 所以 IT 1 5 2 8 89 13 335 17 78 A 晶闸管最大反向电压 考虑安全系数为2 3 故断态和反向重复峰值电压为 UDRM 2 3 311V 622 933 V 根据以上IT和UDRM的值查有关资料 选取合适的晶闸管 10 10续流二极管有何作用 为什么 若不注意把它的极性接反了会产生什么后果 答 当电源电压变负时 V导通 负载上由电感维持的电流流经二极管 VS关断 电源负电压不加于负载上 作用 可提高大电感负载时的单相半波可控整流电路整流输出平均电压 极性若接反 造成短路 答 见图10 10 图10 11 图10 12 10 11试画出单相半波可控整流电路带不同性质负荷时 晶闸管的电流波形与电压波形 77 75 导通角 180 77 75 102 25 10 12 有一电阻性负载 需要直流电压Ud 60V 电流Id 30A供电 若采用单相半波可控整流电路 直接接在220V的交流电网上 试计算晶闸管的导通角 10 13有一电阻负载 需要可调直流电压Ud 0V 60V 电流Id 0A 10A 现选用一单相半控桥式可控整流电路 试求变压器副边的电压和晶闸管与二极管的额定电压和电流 当 0 时 电压应达最大 即为60V 所以变压器副边电压 元件承受的最大正反向电压为 考虑安全系数为2 3 故断态和反向重复峰值电压 额定电压 为 UDRM 2 3 94 281V 188 563 282 844 V 额定电流 因 0 所以IT 1 5 2 10 15 20 A 10 14三相半波可控整流电路 如在自然相点之前加入触发脉冲会出现什么现象 画出这时负载侧的电压波形图 答 10 15三相半波电阻负载的可控整电路 如果由于控制系统故障 A相的触发脉冲丢失 试画出控制角 0时整流电压波形 答 10 16三相桥式全控整流电路带电阻性负载 如果有一只晶闸管击穿 其它晶闸管会受什么影响 答 见图10 29 如VS1被击穿 则VS3 VS5会短路 因为UBA UCA不会加于负载 VS4用不着导通 10 17晶闸管对触发电路有哪些要求 触发电路主要有哪三个环节 每个环节的功能是什么 对晶闸管触发脉冲的要求主要有 和 足够大的触发电压和电流 有一定的脉宽度 不触发时的输出电压小最好为负 前沿要陡 与主电路同步 主要有三个环节 同步波形产生 移相控制 脉冲形成三个环节组成 同步波形产生 产生与主电路电压同步的电压波形 使对应每一主电压波形的控制角 都一样 移相控制 为了改变输出主电压平均值 需要对同步波形移相 以改变控制角 大小 脉冲形成 把产生的具有一定控制角且可人为改变控制角的同步波形变成触发脉冲输出 10 18单结晶体管自振荡电路的振荡频率是由什么决定的 为获得较高的振荡频率 减小充电电阻R与减小电容C效果是否一样 R大小受哪些因素限制 为什么 答 振荡频率是由充电常数 RC 决定 为了获得较高的振荡频率 减小充电电阻R与减小电容C效果是一样的 R受以下因素的限制 10 19为什么晶闸管的触发脉冲必须与主电路电压同步 答 如果不同步 由于每个正半周的控制角不同 输出电压就会忽大忽小的波动 所以要求在晶闸管承受正向电压的半周内 控制极获得第一个正向触发脉冲的时刻都相同 10 20在单节晶体管触发电路中 改变电阻R为什么能实现移相 移相的目的是什么 答 改变R就改变了电容的充电时间常数 RC 也就改变了电容充电的快慢 也就改变了第一个正向触发脉冲的时刻 即实现移相 移相的目的是 改变整流电路输出直流电压平均值大小 图10 31 b 为 2 3的情况 在 t1触发VS1 ud uA 且在1 2区间 ud 0 由式 到2 3区间 ud 0 但Ud更负 由上式 id L 交流电网吸收能量 电动机输出能量 id 即eL极性为左正右负 L储能 交流电网 电动机输出能量 10 21试简述有源逆变器的工作原理 逆变的条件和特点是什么 到3点 ud Ud id达最大值 过3点后 ud比Ud更负 id eL左负右正 L 电动机输出能量 交流侧电流由高电位流向低电位 吸收能量 L释放能量 维持VS1导通直到触发VS2导通为止 ud波形负面积 正面积 故Ud 0 一周期中变流器总的是吸收能量 直流电动机电枢电流由低电位到高电位是输出能量 特点 直流电变成交流电回送到电网 电动机工作于发电 制动 状态 有源逆变条件 Ud及E的极性与整流状态相反 且 逆变角 对三相半波逆变电路 有Ud 1 17U2Pcos 当 0 Ud Udmax 当 2 Ud 0 为使逆变电路工作可靠 一般 min 6 故逆变电路 6 2 11 1何谓开环控制系统 何谓闭环控制系统 两者各具有什么优缺点 答 只有控制量 输入量 对被控制量 输出量 的单向控制作用 而不存在被控制量对控制量的影响和联系 这样的控制系统称为开环控制系统 开环控制系统不能满足高要求的生产机械的需要 调速范围小 输入量与输出量之间既有正向的控制作用 又有反向的反馈控制作用 形成一个闭环 即闭环控制系统 闭环控制系统调速范围大 11 2什么叫调速范围 静差度 它们之间有什么关系 怎样才能扩大调速范围 答 电动机在额定负载下所允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比叫调速范围 电动机由理想空载到额定负载时的转速降与理想空载转速之比叫静差度 在一个调速系统中 转速降一定时 在不同的静差度下就有不同的调速范围 静差度越大 调速范围也越大 保证在一定静差度的前提下 扩大系统调速范围的方法是提高电动机机械特性的硬度 以减小转速降 11 3生产机械对调速系统提出的静态 动态技术指标主要有哪些 为什么要提出这些指标 答 静态指标 静差度S 调速范围D 调速的平滑性 动态指标 过渡过程时间 最大超调量 振荡次数 静态指标 静差度S TL变化时 应使n变化维持在一定范围 静差度S表示n稳定的程度 即S应小于一定值 一般S 50 普通车床S 30 龙门刨床S 5 冷轧机S 2 热连轧机S 0 2 0 5 造纸机S 0 1 由式 机械特性愈硬 S愈小 n相对稳定性愈高 在一个调速系统中 如果在nmin运行能满足S要求 则在其他转速必能满足要求 调速范围D 如式 不同生产机械要求D不相同 如S一定 车床D 20 120 龙门刨床D 20 40 钻床D 2 12 铣床D 20 30 轧钢机D 3 15 造纸机D 10 20 机床进给机构D 5 30000 机械 电气联合调速时 设D 生产机械调速范围 Dm 机械调速范围 De 电气调速范围 则De D Dm 调速的平滑性 两个相邻调速级转速差 在一定调速范围 n级数越多 平滑性就越高 若级数 无穷大 即n连续可调 为无级调速 动态指标 调速过程中 从一种稳定速度 另一稳定速度 电磁惯性 机械惯性 要经过一段过渡过程或动态过程 生产机械对动态指标要求 过渡过程时间 最大超调量 振荡次数 如图11 5 系统从n1过渡到n2时 最大超调量 MP太大 达不到生产工艺要求 MP太小 过渡过程过于缓慢 生产率 一般MP 10 35 过渡过程时间T 从输入控制开始到被调量n进入 0 05 0 02 n2区间为止的一段时间 在T内 n在其稳定值上下摆动的次数 图11 5中为1次 振荡次数 图11 6 系统1 T太长 系统2 被调量虽变化很快 但不能及时停住 要几次振荡才能停在新的稳定值上 系统3 动态性能较理想 龙门刨床 轧钢机允许一次振荡 而造纸机不许有振荡 11 4为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应 两者如何配合才能算相适应 答 电动机在调速过程中 在不同的转速下运行时 实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其允许长期输出的最大转矩和最大功率 并不取决于电动机本身 而取决于生产机械在调速过程中负载转矩TL及负载功率PL的大小和变化规律 所以 为了使电动机的负载能力得到最充分的利用 在选择调速方案时 必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要配合恰当 恒转矩型负载应选用恒转矩性质调速方式 且电动机的TN应等于或略大于TL 恒功率型负载应选用恒功率性质调速方式