机电传动控制习题及复习大纲

1、对应教材同志学等编机电传动控制国防工业出版社2011.8第2章 机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。 静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。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：为了使运动方程式的列出简化；负载转矩是静态转矩，可根据静态时功率守恒原则进行折算；由于转动惯量与运动系统的动能有关，根据动能守恒原则进行折算。2.5 一般生产机械按其运动

2、受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载.2-6 反抗静态转矩和位能静态转矩有何区别，各有什么特点？答：反抗静态转矩是因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸和扭转等作用所产生的负载转矩；其特点是：转矩方向与运动方向相反，总是阻碍运动的；位能静态转矩是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸和扭转等作用所产生的负载转矩；其特点是：转矩方向恒定，与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向是促进运动。2-7 在题2-7图中，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：机电传动系

3、统稳定运行的必要条件:存在平衡点。即电动机的机械特性与生产机械的机械特性曲线有交点;充分条件:当转速偏离平衡点时，系统存在一个使其趋于平衡点的转矩差，即可以自动回复到平衡点。如图（a,b,c,e）所示，当系统转速偏离交点(>na)时，就存在，使系统减速，直到重新回到交点，又达到平衡；当系统转速<na时， ，使系统加速，直到重新回到交点，又达到平衡。所以交点是系统的稳定平衡点。图（d）中，当系统转速偏离交点(>na)时，就存在，使系统加速，无法重新回到交点，达到平衡。所以交点不是系统的稳定平衡点。题2.11 图onTTL21（c）TM（a）onTTL21TMTM不是是是onTT

4、L21TMTM（b）TL是（d）onTTL21TMTM（e）onTTL21TMTM是2-9 什么叫过渡过程？什么叫稳定运行过程？试举例说明之。答：机电传动系统的过渡过程：当电动机转矩或负载转矩发生变化时，系统的转速、转矩从一个稳定运行状态变化到另一个稳定运行状态，这一变化过程称之为过渡过程。稳定运行过程：机电传动系统动态转矩为0，转速恒定不变，这一运行过程称之为稳定运行过程。切除启动电阻TTLTSTnn0ab1nb直流电动机串电阻启动过程1：由a点到b点，转速由0变为nb，转矩由TST变为TL，即由一个稳态变化到另一个稳定运行状态，属于过渡过程。到达b点后，电机电磁转矩等于负载转矩，系统处于恒

5、速运转状态，始终在这一稳定状态运行，称之为稳定运行过程。2.10研究过渡过程有什么实际意义？试举例说明之。 为了满足启动,制动,反转和调速的要求,必须研究过渡过程的基本规律,研究系统各参数对时间的变化规律,如转速,转矩,电流等对时间的变化规律,才能正确的选择机电传动装置,为电机传动自动控制系统提供控制原则.设计出完善的启动,制动等自动控制线路,以求改善产品质量,提高生产率和减轻劳动强度.这就是研究过渡过程的目的和实际意义.如造纸机要求衡转矩.2.11加快机电传动系统的过渡过程一般采用哪些方法？ 加快机电传动系统的过渡过程一般采用1减少系统GD2.2增加动态转矩Td.2.12 为什么大惯量电动机

6、反而比小惯量电动机更为人们所采用？大惯量电动机电枢作的粗短,GD2较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到10倍,快速性能好,且低速时转矩大,电枢短粗,散热性好过载持续时间可以较长.2.13为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= T,P不变越小T越大，越大T 越小。2.14为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?因为P=T，T=GD2/375. P=GD2/375. ,P不变 转速越小GD2越大，转速越大GD2 越小第3章 直流电动机的特性与调速3-2一台他励直流电动机所拖动的负载为常数，当电枢电压或电枢电路内附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小?为什么?

7、这时机电传动系统中哪些量必然发生变化?答：不能改变；当负载不变，则在稳定运行状态下，TM不变，由可知，电枢电流不变。转速n和E必然发生变化。3-3 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？答：电动机启动前，n=0，E=0(=Ken)，由于很小，所以在加电瞬间，启动电流很大，可达到额定电流的1020倍。3-4 直流电动机在电枢电路串电阻启动时，在启动过程中为什么必须将启动电阻分级切除？若把启动电阻留在电枢电路中，对电机运行有什么影响？nn0TTLab答： 启动时在电枢回路中串入外接电阻，使启动电流得到限制，随着转速n升高，反电动势E增大，由公式可知，此时再逐步切除外加电阻，电枢电流不会太大。 若

8、把启动电阻留在电枢电路中，由机械特性曲线可知，系统转速无法达到正常值；另外，由于启动电阻一般功率较小，长期留在电路中会被烧毁。3-5 直流他励电动机起动时，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：直流他励电动机起动时，一定要先把励磁电流加上，是为了产生励磁磁场；若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通，那么（磁极仅有剩磁），若电动机空载（TL=0），很大（超过机械强度允许值），造成飞车；若TL=TN ，则电磁转矩很小无

9、法启动，而将剧增使电动机过载烧毁。当电动机运行在额定转速下，突然将励磁绕组断开，太小，则电磁转矩很小可能造成停车；而将剧增可能使电动机过载烧毁。3-7 一台直流并励直流电动机，额定功率,额定电压,额定效率，额定转速,，。试计算： 额定电枢电流 额定励磁电流 励磁功率 额定转矩 额定电流时的反电势 直接启动时的启动电流 如果限制启动电流不得超过额定值的2倍，应在电枢回路串入多大电阻？对应的启动转矩是多少？解： 额定电枢电流：由得： 额定励磁电流 励磁功率 额定转矩： 额定电流时的反电势： 直接启动时的启动电流： 如果限制启动电流不得超过额定值的2倍启动电阻：由得： 启动转矩：由可知此时： 3.1

10、0 他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？ 他励电动机的调速方法： 第一改变电枢电路外串接电阻Rad 特点在一定负载转矩下，串接不同的电阻可以得到不同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性与如软，稳定型越低，载空或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。 第二改变电动机电枢供电电压 特点 当电压连续变化时转速可以平滑无级调速，一般只能自在额定转速以下调节，调速特性与固有特性相互平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒转矩调速，适应于对恒转矩型负载。可以靠调节电枢电压来启动电机，不用其它启动设备， 第三改变电

11、动机主磁通 特点可以平滑无级调速，但只能弱词调速，即在额定转速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，属恒功率调速。3-14 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： 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？ 各种状态下转速变化的机电过程怎样？答： 从反接开始到系统达到新的稳定平衡状态之间，电动机经历了电源反接制动状态（减速上升）、电动状态（未超过理想空载转速前的加速下降）、反馈制动状态（超过理想空

12、载转速后的加速下降）等3种运行状态；最后在反馈制动状态下建立系统新的稳定平衡点。 电源反接制动状态下转速变化的机电过程是：由反接开始时的转速，减速上升，直至停止；电动状态下转速变化的机电过程是：由停止状态开始，加速下降，直至达到理想空载转速；反馈制动状态下转速变化的机电过程是：超过理想空载转速后继续加速下降，直至达到新的稳定平衡状态。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。1反馈制动机械特性表达式:n=U/Ke-(Ra+Rad)T/keKt2T为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是第一象限电动状态下的机械特性第二象限内的延伸.反馈制动状态下附加

13、电阻越大电动机转速越高.为使重物降速度不至于过高,串接的附加电阻不宜过大.但即使不串任何电阻,重物下放过程中电机的转速仍过高.如果放下的件较重.则采用这种制动方式运行不太安全.2反接制动 电源反接制动 电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速停车和向的场合以及要求经常正反转的机械上.倒拉反接制动倒拉反接制动状态下的机械特性曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现在第四象限中的延伸,若电动反向转在电动状态,则倒拉反接制动状态下的机械特性曲就是第三象限中电动状态下的机械特性曲线在第二象限延伸.它可以积低的下降速度,保证生产的安全,缺点是若转矩大小估计不准,则本应下降的重物可能向上升,机械特硬

14、度小,速度稳定性差.3 能耗制动 机械特性曲线是通过原点,且位于第二象限和第四象限的一条直线,优点是不会出现像倒拉制动那样因为对TL的大小估计错误而引起重物上升的事故.运动速度也较反接制动时稳定.3.16他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何实现？ 他励直流电动机直接启动过程中的要求是1 启动电流不要过大,2不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一 是降压启动 .二是在电枢回路内串接外加电阻启动.反馈制动正常上升电源反接制动non0T-n0TLabc电动de 第4章 交流电动机的特性与调速4-2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?

15、答：反转；因为对调三根引线中的两根，可以使定子绕组中的三相电流的相序相反，从而导致旋转磁场转向相反，根据安培定律，转子受到的电磁力也与原来方向相反，所以转子转向与原来相反。4.3 有一台三相异步电动机，其nN=1470r/min,电源频率为50HZ。设在额定负载下运行，试求： 定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min 定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min 转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min 转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min4.4 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？

16、因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高.4.5 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？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变.4.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。型号PN/kWUN/V满载时Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r·min-1 IN/A N×100 cosY132S-63 220/3

17、80960 12.8/7.2 83 0.756.52.02.0 试求：线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ 求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist； 额定负载时电动机的输入功率是多少？ 线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法. TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8NmTst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 NmTmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 NmIst/IN=6.5 Ist=46.8A 一般nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/minSN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/

18、1000=0.04P=60f/ n0=60*50/1000=3 =PN/P输入 P输入=3/0.83=3.614-7三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？答：转子突然被卡住，转子的转速差达到最大，切割磁力线速度也达到最大，转子电流最大，根据变压器原理，定子电流增大到最大；造成电动机急剧发热，甚至烧坏。4-8 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：三相异步电动机断了一根电源线后，相当于变成了单相电源，产生的是脉动磁场，无法使转子转动。故不能启动。而在运行时断了

19、一线，虽然也变成了单相电源，相当于正在运行的单相电机，其合成的转矩不为0，所以仍能继续转动。但电机电流剧增而造成过载，使电机过热，甚至烧坏。AYCXBZABC图5.8 定子三相绕组(a) 星形接法AYCXBZABC(b) 形接法4-9 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：相同。4-11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如题4-11所列。 当负载转矩为250N·m时，在U=UN和U0.8UN两种情况下电动机能否启 动? 欲采用Y-换接启动，当负载转矩为0.45TN和0.35TN两种情况时，电动机能 否启动? 若采用自耦变压器降压启动，

20、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。解： 时： > 可以启动；时： < 不能启动；Y形接法时：由此可知，负载转矩为时，电机无法启动；负载转矩为时，电机可以启动；由得降压比为0.64，则4-15 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：三相异步电动机的调速方法，有调压调速、改变极对数p（变极调速）、改变频率f1（变频调速）调速三种。另外，对于线绕式异步电动机，还可以通过在转子电路中串电阻调速，或者在转子电路中串入一个与定子电源频率相同而相位相同或相反的附加电动势实现串级调速。还有一种是通过改变s（改变转差率调速）滑差电动机。 调压调速：优

21、点可实现无级调速；缺点调速范围不大 变极调速: 优点结构简单，效率高，特性好，调速所需附加设备少；缺点体积大，价格高，只能有级调速；只能用于笼型异步电动机。 变频调速: 优点变频调速的调速性能最好；缺点目前装置价格较高，只能用于笼型异步电动机。 转子电路中串电阻调速: 优点简单可靠，操作方便，启动电阻可兼做调速电阻（但须考虑发热）；属于有级调速；缺点适用于线绕式异步电动机；转速减低时特性变软；低速时，电阻较大，能量损耗增大。 串级调速: 优点调速效率高，平滑性好，设备比变频调速简单，特别当调速范围较小时更为经济；缺点功率因数较低. 改变转差率调速滑差电动机: 转差离合器调速系统的优点是：结构简

22、单、运行可靠、维护方便、能平滑调速；但调速损耗大，效率低。4-23 异步电动机有哪几种制动状态? 各有何特点?答：异步电动机的制动分为三类四种：反馈制动、反接制动（电源反接制动和倒拉制动）、能耗制动。反馈制动：当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。其特点是：运行转速较高能耗制动：在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。其特点是：能准确停车；电动

23、机停止后，必须切断直流电，否则会烧坏定子绕组的；转速较低时，则制动效果差。电源反接制动：停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。其特点是：反接制动期间，电路中必须串接限流电阻；须及时切除电源。倒拉制动：重物匀速上升时，在转子电路中串接电阻，使电磁转矩小于负载转矩，重物先减速上升，后加速下降（进入倒拉反接制动状态），直到达到新平衡点，开始匀速下降。其特点是：转子电路上的电阻损耗机械功率和电功率；串接电阻需准确估计，否则，重物不会下降。 第五章 控制电动机5-3 何谓“自转现象”？交流伺服电动机

24、是怎样克服这一现象的，使其当控制信号消失时能迅速停止？答：自转现象：单相交流异步电动机，只要转动起来，一相电压足以使其持续稳定运转，即控制电压消失后伺服电动机持续稳定运转的这种现象。措施：使转子导条具有很大的电阻。在控制电压消失后，伺服电动机变成了单相电机，由于转子电阻很大，所以其机械特性变成图5.6中曲线T所示。 交流伺服电机正常运行（有控制电压）时，伺服电机按曲线1运行；控制信号消失后，伺服电机按曲线2运行。即，转矩与转速方向始终相反，也就是电磁转矩始终为制动转矩。这就是说，当伺服电机的控制信号消失后，电磁转矩马上变为制动转矩，使其迅速停转，即消除“自转”现象。大电阻转子的交流伺服电动机n

25、=f(T)曲线TonS单相运行特性两相运行特性5-6 步进电动机布距角的含义是什么？ 一台步进电动机可以有两个步距角，如 3°/1.5°，这是什么意思？什么是单三拍、单双六拍和双三拍？答：步进电动机每改变一次通电状态，转子就转过相应的一个角位移，这个角位移称为步距角；一台步进电动机可以有两个步距角，如 3°/1.5°，这意味着此电动机可以有两种不同的拍数，如单三拍和单双六拍；这样电动机在相数相同的情况下，也可以得到两个步距角；所谓单三拍指每次通电仅有一相绕组通电，每个通电周期共有三种通电状态（拍数）；所谓单双六拍指每次通电可以是一相绕组通电，也可以是两项

26、绕组通电，每个通电周期共有六种通电状态（拍数）；所谓双三拍指每次通电有两相绕组通电，每个通电周期共有三种通电状态（拍数）。第6章 机电传动控制系统中电动机的选择6-1 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：温升的影响因素 电机的热惯性。电机的热惯性比较大，所以运行23小时，才可能达到热平衡； 散热条件； 负载的大小； 负载的持续时间。即电动机运行方式（工作制）。我国分为连续工作制，短时工作制、重复短时（断续）工作制。电动机铭牌上的温升值=电动机绝缘材料的允许温度-标准环境温度；电动机的温升、温度以及环境温度三者之间关

27、系:电动机的温升=电动机温度-环境温度。6-4 选择电动机容量时主要应考虑哪些因素？答： 发热：运行时电机的实际最高工作温度电机绝缘的允许最高工作温度。 过载能力； 启动能力。6-9 有一生产机械的实际负载转矩曲线如题6-9图所示，生产机械要求的转速,试选一台容量合适的交流电动机来拖动此生产机械。解：用等效转矩法，等效转矩为题14.8图t/S020T/NmT1T2T3T4T5479121040406其等效功率为可从产品目录中选取的电机，型号为Y90S-4，其他参数如下：，接法检验其过载能力。所选电动机的额定转矩为故，电动机的最大转矩为> 12 Nm 符合要求。检验其启动能力，>12

28、 Nm 符合要求。第7章 继电器接触器控制系统7-2电动机控制接线中，主电路中装有熔断器，为什么还要加装热继电器？能否互相代替？而在电热及照明线路中，为什么只装熔断器而不装热继电器？答：主电路中既装有熔断器，又加装热继电器，是因为二者的功能不同，熔断器起短路保护作用，而热继电器起过载保护作用；二者不能互相代替；在电热及照明线路中，其负载不是电动机，不存在过载问题，所以只装熔断器而不装热继电器。7-9下面的图中有哪些缺点或问题？如何改正？答：SBSBKMKMKMSBSBKMKMKM个接触器的线圈不能串联个接触器的线圈改为并联 无法启动； 接触器线圈长期通电SBSBKMKMSBSBSBSBKMKMSBSB正确线路停止开关接法错正确线路KMSBSBKMKMKMSB