1、机电传动控制习题及复习大纲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
2、.5 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？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
3、，哪些不是。答：机电传动系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，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。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
4、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。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
5、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
6、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?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
7、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？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
8、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
9、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： 3.10 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
10、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
11、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
12、。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
13、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.
14、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. 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?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：1 定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min2 定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min3 转子旋转磁场对转
15、子的转速； 30 r/min4 转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min5 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？ 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
16、.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/rmin-1 IN/A N100 cosY132S-63 220/380960 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？1 线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法.2 TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8NmTst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 NmTmax/ TN=2.0 Tma
17、x=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)/1000=0.04P=60f/ n0=60*50/1000=33 =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
18、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。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250Nm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，
19、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，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： 12 Nm 符合要求。检验其启动能力， 12 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，
20、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：第二章 机电传动系统的动力学基础一、单轴机电传动系统的运动方程式。二、转矩平衡方程式的意义及表达式。三、拖动转矩和制动转矩、反抗转矩和位能转矩（负载）的基本概念。四、多轴机电传动系统为何折算成单轴系统？折算原则是什么？五、生产机械的负载特性有哪几种？各有什么特点?六、机电传动系统稳定运行的条件是什么？如何分析？七、过渡过程产生的原因八、机电时间常数的意义，加快机电传动系统过渡过程的方法有哪几种？第三章 直流电动机的特性与调速一、直流电动机的基本结构和工作原理二、直流电动机的分类（按励磁方式分类）、三、直流他励电动机的
21、原理电路图、机械特性（固有、人为）。四、直流他励电动机启动过程中存在的问题及采取的措施。五、直流他励电动机调速的目的、方法、原理、优缺点及注意事项。六、直流他励电动机制动的目的、方法、原理、优缺点并能举例说明。第四章 交流电动机的特性与调速一、三相异步交流电动机的工作原理及基本结构二、三相异步电动机旋转磁场的产生。极对数如何分析？三、三相异步电动机的能流图。四、三相异步电动机的机械特性（人为、固有）五、三相异步电动机的启动要求、启动特性（为什么启动电流很大，但启动转矩很小）六、鼠笼式异步电动机的启动方法？适用场合？原理电路图七、线绕式电动机的启动方法八、特殊鼠笼式异步电动机的启动性能如何？原理
22、是什么？九、三相异步电动机的调速方法有哪几种？原理、优缺点？应用场合？十、三相异步电动机的制动方法有哪几种？原理、优缺点？应用场合？并能举例说明。十一、三相异步电动机参数计算、接线方法。第五章 控制电动机一、交流伺服电动机的基本工作原理三、交流伺服电动机是如何消除自转现象的？四、交流伺服电动机有哪几种控制方法？五、步进电动机的工作特点；步进电动机的转速与哪些因素有关？六、力矩电动机最大特点是什么？第六章 机电传动控制系统中电动机的选择一、电动机容量选择的原则是什么？二、电动机发热的热源是什么？影响因素有哪些？三、电动机的最高工作温度是如何确定的？四、各种工作制下电动机容量选择的方法。第七章 继电器接触器控制系统一、常用控制电器的工作原理、作用、表示符号。二、基本控制电路的原理与绘制（如三相交流电动机正反转、Y-启动、起保停电路等）
