机电传动与控制复习资料

1、机电传动与控制复习资料一、填空题（20分）1、 凡是自动或手动一电路，以及能实现对 电路或非电对象切换、控制、保护、 检测、变换、和调节目的的电气元件统称为电器。2、 电器按工作电压等级分为低压电器和高压电器。3、电器按用途分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器。4、电器按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。5、常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、窄缝灭弧和栅片灭弧四种。6、常用的开关电器主要有刀开关、转换开关、断路器和漏电保护断路器。7、熔断器的类型主要有：插入式、螺旋式、封闭管式和新型熔断器四种。8、接触器有交流接触器和直流接触器两类。9、三相笼型异步电动机制动方法有机

2、械制动和电气制动两大类。10、PLC的主机是由CPU、存储器、I/O单元和电源单元组成。二、画出低压电器的符号（10分）1、熔断器2、接触器3.按钮4.断路器5.接近开关*74.断路器5.接近开关*7SQ简答题（20分）1、直线电动机较之旋转电动机有哪些优缺点。直线电动机的优点是1直线电动机无需中间传动机构，因而使整个机构得到简化，提 高了精度，减少了振动和噪声.2反应快速.3散热良好，额定值高，电流密度可取大值，对启动的 限制小.4装配灵活，往往可将电动机的定子和动子分别于其他机体合成一体.缺点是存在着效率和功率因数低，电源功率大及低速性能差等.2、通过分析步进电动机的工作原理和通电方式，可

3、得出哪几点结论？步进电动机的位移和输入脉冲数严格成正比，这就不会引起误差的积累.其转速与脉冲 频率和步矩角有关,控制输入脉冲数量，频率即电动机各组的接通次序,可以得到各种需要的 运行特征3、PLC由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什么？PLC由中央处理器CPU,存储器，输入输出接口，编程器组成.中央处理器CPU是核心，它的作用时接受输入的程序并存储程序.扫描现场的输入 状态,执行用户程序，并自诊断.存储器用来存放程序和数据，输入接口采集现场各种开关接点的信号状态，并将其转化成标准的逻辑电平，输出 接口用于输出电信号来控制对象.编程器用于用户程序的编制，编辑，调试，检查和监视.还可以显示PLC

4、的各种状态.4、何谓开循环控制系统？何谓闭循环系统？两者各有什么优缺点？系统只有控制量（输出量）的单向控制作用，而不存在被控制量的影响和联系，这称之为开环 控制系统.优点是结构简单能满足一般的生产需要.缺点是不能满足高要求的生产机械的需 要.负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统，其特点是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，形成一个闭环控制系统或反馈控制系统.缺点是结构 复杂，优点可以实现高要求的生产机械的需要.四、计算题（20分）1、一台他励直流电动机的技术数据如下：Pn=6.5KW,U n=220V, I N=34.4A, n N=l500r/min, %

5、=0.242Q，试计算出此电动机的如下特性：固有机械特性；电枢服加电阻分别为3Q和5Q时的人为机械特性；电枢电压为U n/2时的人为机械特性；磁通 =0.8? N时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。=220*1500/220-34.4*0.242 =1559r/minTN=9.55PN/nN =9.55*6500/1500 =41.38Nmn=U/Ky -(Ra+Rad)T/KeK& 2=U/Ky -(Ra+Rad)T/9.55Ke2? 2当 3Q n=854r/min当 5Q n=311 r/min2、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

6、电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。no=60f/pS=(n0-n)/ n0=60*50/20.02=(1500-n)/1500=1500r/minn=1470r/min电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min,转子电流频率.f2=Sf=0.02*50=1 HZ一、填空题(20分)1、电器按用途分为控制电器、主令电器、保护电器、配仲.电器和执行电器2、电磁式电器分为直流和交流两大类，都是利用电磁铁的原理制成。3、电器的触头主要有桥式触头和指形触头两种结构型式。4、接近开关又称无触点行程开关，是以不直接接触方式进行控制的一种位置开关。5、电气系统图一般有三种：电气原

7、理图、电器布置图、电气安装接线图6、PLC按结构形式分为整体式和模块式PC。7、常用的减压起动有定子串电阻、星形-三角形换接、自耦变压器及延边三角形起动。8、三相笼型异步电动机制动方法有机械制动和电气制动两大类9、常用的断路保护元件有熔断器和断路器等。10、PLC的编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图、级式、逻辑图和高级编程语言。二、画出低压电器的符号(10分)1.行程开关2.通电延时时间继电器3.断电延时时间继电器1.行程开关2.通电延时时间继电器3.断电延时时间继电器4.转换开关5.刀开关|,II1卜 :乂3七 七.七辨）或 1 三、简答题（20分）1、何谓“自转”现象？交流伺服电动机时怎

8、样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电，转子继续转动.克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大，使电动机在失去控制信号, 即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm1的地方.当速度n为正时，电磁 转矩T为负，当n为负时,T为正，即去掉控制电压后，单相供电似的电磁转矩的方向总是与 转子转向相反，所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象2、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？电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关.电动机铭牌

9、上的温升值其含义是电动机 绝缘许可的最高温度.电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的 温度与周围介质的温度之差很小，热量的发散是随温度差递增的，少量被发散法到空气 中，大量被空气吸收.，因而温度升高的较快.随着电动机温度逐渐升高，被电动机吸收的 减少，而发散到空气中的热量增加.3、从接触器的结构特征上如何区分交流接触器与直流接触器？为什么？直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小，线圈也比较小,交流电磁铁的 铁心是用硅钢片叠柳而成的线圈做成有支架式，形式较扁.因为直流电磁铁不存在电涡 流的现象4 PLC有哪些主要特点？PLC的主要特点是应用灵活，扩展性好.操作方便标

10、准化的硬件和软件设计，通用性强.完善的监视和诊断功能.可适应恶劣的工业应用环境.控制功能强第三题第5小题第四题第第三题第5小题第四题第1题三、回答题（10小题，每小题4分，共40分）当Tl 一定，三相异步电动机可通过改变Tgx、Sm、f和P参数进行调速。请问通 过什么办法来改变这些参数？请解释晶闸管的额定电流的含义。当异步电动机拖动额定转矩的负载运行在固有机械特性曲线上时，如果把电压降 低为0.8Un，会不会出现危险？为什么？两相交流伺服电动机的结构与单相电容式异步电动机类似。当控制电压Uc=0 时，同单相异步电动机一样，仍会“自转，引起失控。如何消除自转？如图所示，如果他励直流电动机运行在a

11、、b、c、d、e点时，这些点各是什么运 行状态？6 .请解释调速系统中为什么要设电流截止负反 馈？通常用晶闸管整流电路作为直流电动机的电 源。但其电流具有一定的脉动分量，其中含有很多高次 谐波，会引起很多问题。如何解决？三相异步电动机反接制动时为什么电流很大， 应当采取什么措施限制电流过大？9直流他励电动机，改变电枢电路外串电阻 财 调速方式的特点和用途是什么？10.三相异步电动机变频调速时为什么必须同时 改变电压大小，保持U.f=常数？四、计算题（两小题，共15分）有台他励直流电动机如图所示.其铭牌数 据为：P!=5.5kW, 1=）=220； nN=1500r/min, ri=0.8, R

12、a=0.2 Q,R:=110Qe试求： 额定励磁电 流血；励磁功率额定转矩Tw额 定电枢电流IaN: 额定电枢电流时的反电动势； 直接启动时的启动电流:若使启动电流为三 倍的额定电流，则电枢应加多大的启动电阻？ （7 分）有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据 为：P2N=10kVV, nN=1460r./min, UN=380V.f A 接 法,Qn=0.868, cos d）v=0.88. TeTN=l.5, U/Iv=6.5： 试求:定子磁极对数p；额定输入电功率Rn； 额定转差率Sw额定电流In： 输出的额定转矩Tw 采用YA换接启动时的 启动电流和启动转矩：当负载转矩为30N.m时，

13、该电动机能否采用Y换接启动？（8分）五、分析题（两小题，每小 题10分.共20分）电动机为何会发热?如何避免电动机被烧坏？如图所示，试述晶闸 管直流调速原理。第五题第2小题三、回答题（每小题4分.共20分）L答：改变丁睡是通过改电压：改变Sm是通过改变绕线式异步电动机转子电阻： 改变f是通过变频器实现：改变p是通过变极对数电机来实现。答：在环境温度不大于40C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。答：会出现危险。因为当IU-I ,电机从稳定点a过渡到稳定点b运行时， n I s f 一COS。2 ，从 T =Km【2COS1,转子导体切割

14、磁力线的速度很快，电流很大。对鼠笼式电动机常在定子电路中串 接电阻：对绕线式则在转子电路中串接电阻。答：特性较软，稳定度低；轻载时，调速范围不大：实现无级调速困难：电阻消 耗能量大。用途：低速运转时间不长的传动系统，如起重机，卷扬机等。答：由UEI=4.44KfNI0：当时,必须同时I U,即保持U/仁 常数,才能 使不变。2.答:=93,75 AR. + R2.答:=93,75 AR. + R0.2a + R.d60/_ 60 x50 _= z1500(2)pn.v-kW = .52kW 0.868&=宁=*=仞(4)r Uf 220 . c A上=A 2A附叫 noPt = 伽=(220

15、x 2)W = 440Wp A = 31.25AaN M 0 8x220EmUn-、R. =(220 - 31.25 X 0.2)V = 213.75V4 = = A=1100A11 R. 0.2Z = 31 =3x31.25A = 93.75AUn 220V(5)(5)% =应：、=*So.88 = 2 E V vplOx 103Tn = 9.55 d = 9.55 X-一N - m = 65.4N - m/?v1460 V/. 6.5ZS 6.5x20) .4 妇=y = = j A = 43.3 A丁 孔皿5x65.4玲=!r = 7 =；A -nJ = 32.- A -in(7)因Tm

16、,=3N - m30N - ni=TL,故该电动机能采用Y- A法启动匚五、分析题”。分)】一答：电动机在运行时的损耗有不变损耗(铁损、机械损耗)，可变损耗(瓶损)，这些 损耗转变成热能，浅电动机发热，从而使电动机温度增高。如果温度超过电动机绝缘允 许温度，电动机会被烧坏因为电动机的热惯性，电动机的温升不但取决f负载大小，而且还取决：负载持续 时间(运行方式，或工作制:b要避免电动机被烧坏，要从负载大小和负载持续时间上进 行综合考虑U2.答：答题要点：结定电压是可调速：Tl变化时，n自动变化过程；放大器作用：建AU微小变动便得到很大控制，梗Ee#U职即口基本不变匚五、计算题(要求写出主要步骤每

17、题10分)有台直流他励电动机，其铭牌数据为：PN=5. 5kW, UN=Uf=220V, nN=1500r / min,n=0. 8, Ra=0. 2 Q。试求：额定转矩TN额定电枢电流IaN；额定电枢电流时的反电势；直接启动时的启动电流；若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串人多大的启动电阻?此时启动转矩为多 少？解：1. TN=9.55PN/nN=9.55*5.5*1000/1500=35 N.mIaN=pN/ (nUN)=31.25AE=UN-IaNRa=220-31.25*0.2=213.75V4.Ist=UN/Ra=220/0.2=1100A5.Ist=UN/(Ra+Rad) W3

18、IsNRad3UN/3IaN-Ra=220/(3*31.25)-0.2=2.15QTst=Kt(p Ist=(9.55E/nN)3IaN=(9.55*213.75/1500)*3*3125=127.6 N.m 某一调速系统在高速时的理想空载转速no1=1450r / min，低速时的理想空载转速n02=100r / min,额定负载时的转速降 nN=50rmin。试画出该系统的静特性；求出调速范围D和低速时系统的静差度s2；在nmax与s2 一定时，扩大调速范围的方法是什么?调速系统中应采取什么措施保证 转速的稳定性？解：1.静特性D=nmax/nmin=(n01- nN)/ (n02- nN

19、) =(1450-50)/(100-50)=28S2= nN/n02=0.5有一台三相异步电动机，正常运行时为接法，在额定电压UN下启动时，其启动转矩 Tst=1.2TN（TN为额定转矩），若采用YA换接启动，试问当负载转矩TL=35%TN时，电 动机能否启动?为什么？TstY=1/3*1.2TN=0.4TN0.35TN=TL试说明图中几种情况下系统的运行状态是加速?减速?还是勾速?（图中箭头方向为转矩的实 际作用方向）一、分析与简答题请简述机电传动系统稳定运行的条件。a）电动机的机械特性曲线n寸（Tm）和生产机械的特性曲线n寸（Tl）有交点（即拖 动系统的平衡点）；b）当转速大于平衡点所对应

20、的转速时，TmVTl，即若干扰使转速上升，当干扰消除 后应有tm-tltl,即若干扰使 转速下降，当干扰消除后应有tm-tl0o请解释机电传动系统稳定运行的含义。a）是系统应能以一定速度匀速运转b）是系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负责转矩波动等）而使运行速度稍有变 化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。请简述并励发电机电压能建立的条件。a）发电机的磁极要有剩磁；b）起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁磁场的方向相同；c）励磁电阻不能过大。请简述电动机制动的稳定制动和过渡制动状态的共同点和不同点。a）两种制动状态的区别在于转速是否变化b）两种制动状态的相同点在于电动机发出的转

21、矩与转速方向相反。请简述直流他励电动机的三种制动方式的接线方法。a）反馈制动为正常接法；b）反接制动：电源倒拉反接改变电枢电压的极性；倒拉反接制动在电枢电路内串入附 加电阻；c）能耗制动将外部电枢电压降为零，并将电枢串接一个附加电阻短接。UNRaUNRa很大。IST 因电枢加上额定电压，而电枢电阻很小，故对电动机的启动有哪些主要要求？a）启动转矩大，电流小b）平滑，安全可靠c）简单方便，功耗小直流他励电动机启动时，若在加上励磁电流之前就把电枢电压加上，这时会产生什么后果（从tl=0和tl=tn两种情况加以说明）？a）Tl=0时飞车b）Tl=Tn时电枢电流很大。有静差调节系统和无静差调节系统的含

22、义是什么？a）依靠被调量（如转速）与给定量之间的偏差来进行调节，使被调亮接近不变，但又 必须具有偏差（即AU0）的反馈控制系统，即有静差调节系统。该系统中采用比例调节器。b）依靠偏差进行调节，使被调量等于给定量（即U = 0）的反馈控制系统，即无静差调节系统。该系统中采用比例积分调节器。什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项静态指标之间有何关系?a）调速范围是指电动机在额定负载下最高转速和最低转速之比，即D = max / min ；b）静差率是指负载由理想空载转速到额定负载所对应的转速降落于理想空载转速之S = An / n比，即0c）D与S之间是相互关联的，调速范围是指在最低转速时还能满足给

23、定静差率要求的 转速可调范围；对静差率要求越小，允许的调速范围也越小。试说明图中几种情况下系统的运行状态是加速？减速？还是匀速？（图中箭头方向为转 矩的实际作用方向）a)b)c）a）加速 b）a)b)c）a）加速 b）减速 c）减速d）d）加速在图中，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？1、2、4稳定运行，3不稳定运行。二、计算题有一直流电动机脉宽调速系统(PWM-M),若外加电源电压U(E)=100V，脉冲频率 斤4000HZ，在脉冲周期内全导通时的理想空载转速=1000r/min，如要求电动机的理想 空载转速=400r/min，问：此系统在一脉冲

24、周期内的导通时间(脉冲宽度)孔应是多 少？11 一因 T = =s = 0.25msf 4000故 J+ %)= .25(1000 + 400) ms = 0.175ms解. 12n012 x 1000一台三相异步电动机，定子绕组接到频率为匕=50位的三相对称电源上，已知它运行在额定转速广960min。问：该电动机的极对数p是多少？额定转差率SN是多少？额定转速运行时，转子电动势的频率f2是多少？解：(1)已知异步电动机额定转差率较小，现根据电动机的额定转速n = 960r/min，便可判断出它的同步转速o T000r/min。于是p = 60L 60 x50 =3n010003.（2）额定转

25、差率1000 - 960 八函 =0.041000（3）转子电动势的频率3.（2）额定转差率1000 - 960 八函 =0.041000（3）转子电动势的频率f2=SNf = 0.04 x 50Hz = 2 Hz有一台相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：n = 1460r /minUn = 380V A 接法 门 n = 0.868 cos中、=0.88T / Tn = 1.5I / In = 6.5试求:（1）定子磁极数p；（2）额定输入电功率PIN，额定电流IN；（3）采用Y A换接启动时的启动电流和启动转矩。便可判断出它的同步转速解：（1）现根据电动机的额定转速nN = 1460r/mi

26、n便可判断出它的同步转速= 1500r= 1500r / min。于是60f _ 60 x50 n 1500 -P = p = -l KW = 11.52 KW(2)1n (2)NI =A = 20 AN3U cos中 UN- Rst / Ia故 2 2 N110 - 0.4)Q = 1.8Q 2x 25)8.一台50Hz、八极的三相感应电动机，额定转差率% = 0.04，问该机的同步转速是多少？当该机运行在700r /min时，转差率是多少？当该机运行在800r /min时，转差率是多少？当该机运行在起动时，转差率是多少?n同步转速604 = 60X50 r/min = 750r/min p

27、 4额定转速 n =(1 -s )n = (1 -0.04)x750r/min = 720r/min当 n = 700r /min时，转差率s = 4 = 750 一 700 = 0.067n1750当 n = 800r /min时，转差率s =匚=750- 800=-0.0 6 7n17 5 0当电动机起动时，n=0，转差率=n - n = 7 5 0= 1 s = 1n1 7?0=9.一台三相四极50Hz感应电动机，PN=75kW，y1450r/min，U n = 380Vn = 160A，定子Y接法。已知额定运行时，输出转矩为电磁转矩的90%PFe = 2.1kW。试计算额定运行时的电磁

28、功率、输入功率和功率因数。输出转矩电磁功率转子铜耗定子铜耗输入功率功率因数1500 -1450s = 0.0333转差率1500T = 9.55 P = 9.55 2P输出转矩电磁功率转子铜耗定子铜耗输入功率功率因数1500 -1450s = 0.0333转差率1500T = 9.55 P = 9.55 2Pn = 494.2N - m nNPem=Tem %PCu 2。=些 x 2*1500 kW = 86.21kW0.9 10.960=sP = 0.0333 x 86210W = 2870WPC1 = pc 2 = 2870WP = (p + p ) + P = (2870 + 2100

29、+ 86210)W = 91180W1Cu 1 Fe emcos中1P = 八 =0 867 的U I 一 3 x 380 x 160 .N N91180需要直流电压Ud=70V、电流Id=30A供电，若采用单相半波可控整流a = 65.510.有一电阻性负载，电路，直接接在220V的交流电网上，试计算晶闸管的导通角0。（1 + cos a ）U d = 0.45U 2晶闸管的导通角0 =180-65.5=114.5四、计算题：（选做一道题，要求写出主要计算步骤及结果，共15分）1、台并励电动机，额定功率PN = 2.2，额定电压UN = 220V，额定电流JN = 122气额定转速七=3000 /min，最大励磁功率% = 682W试求：（1）最大励磁电流、（2）额定运行时的电枢电流LN ；T（3）额定转矩N ；（4）额定运行时的效率门N。2、有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为:Pn = 10kW nN = 1460r /minTT / T = 1.5 I /1 = 6.5 寸st N， s