机械11考卷、答案及本次考试有关信息.pdf

1 北京林业大学北京林业大学 2013 2014 学年第一学期考试试卷学年第一学期考试试卷 课程名称 机电传动控制机电传动控制 A 课程所在学院 工学院工学院 考试班级 机械 11 学号 姓名 成绩 试卷说明 1 本次考试为闭卷考试 本试卷共计 3 页 共 五 大部分 请勿漏答 2 考试时间为 120 分钟 请掌握好答题时间 3 答题之前 请将试卷和答题纸上的考试班级 学号 姓名填写清楚 4 本试卷第一题和第二题答案写在本试卷上 其它试题答案写在答题纸上 5 答题完毕 请将试卷和答题纸正面向外对叠交回 不得带出考场 6 考试中心提示 请你遵守考场纪律 诚信考试 公平竞争 一 选择题一 选择题 8 小题 每小题小题 每小题 1 分 共分 共 8 分分 1 加快机电传动系统的过渡过程 可以减少 GD2 n TM 答 2 如图 1 所示 电机拖动系统给出了四种运行情况 箭头方向为转矩的实际作用方 向 试说明四种运行情况中 哪一种是加速 答 3 他励直流电动机的固有机械特性曲线是倾斜的 其根本原因是 电枢绕组具有电阻 Ra 负载转矩 TL 反电动势 E 答 4 多轴拖动系统要折算成单轴拖动系统 需要进行 电流和转速折算 负载转矩和飞轮矩折算 电压和电动势折算 答 5 三相鼠笼式异步电动机带动一定负载运行时 若降低电源电压并过渡到稳定运行 此时电动机 转速增加 电流减少 转速减少 电流增加 转速和电流都不变 答 6 电动机的效率 超载时最大 在轻载时最大 在额定功率时接近最大 图图 1 1 电机拖动系统的四种运行情况电机拖动系统的四种运行情况 2 答 7 无静差直流调速系统可采用 比例调节器 比例积分调节器 积分调节器 答 8 在要求静差度 S 一定的前提下 要增大调速系统的调速范围 D 应 加大转速降 n 减小转速降 n 减小最低转速 nmin 答 二 填空题二 填空题 5 小题 每小题小题 每小题 2 分 共分 共 10 分分 1 生产机械的机械特性是指 与 之间的函数 关系 2 直流电动机常用的调速方法有 和 3 三相鼠笼式异步电动机常用的调速方法有 和 4 生产机械对电动机调速系统提出的主要静态指标有 和 5 电流截止负反馈是指 在正常工作时 电流负反馈 当负载较大引起电流超过额定电流过多时 电流负反 馈 三 回答题三 回答题 10 小题 共小题 共 34 分分 1 解释 电动机的机械特性 2 分 2 直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在 4 分 3 直流电动机在运行时 如果负载TL变化 电磁转矩T为什么会自动适应负载变化 4 分 4 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 4 分 5 异步电动机能否直接启动 应当考虑的因素有哪些 4 分 6 一般情况下 同步电动机为什么要采用异步启动法 3 分 7 电动机的温升取决于什么因素 3 分 8 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 4 分 9 请解释晶闸管额定电流的含义 2 分 10 电流正反馈在调速系统中起什么作用 如果反馈强度调得不适当会产生什么后 果 4 分 四 计算题 四 计算题 3 小题 小题 每小题每小题 8 分 分 共共 24 分 分 1 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 IN 额定电磁转矩 TN 额定输出转矩 T2N 空载转矩 T0 8 分 分 2 一台三相异步电动机 m 2 2 nN 1450r min 求 T 0 8TN时电动机转速 8 分 分 3 3 某一有静差调速系统的速度调节范围为 75r min 1500r min 要求静差度 S 2 该系统允许的静态速降是多少 如果开环系统的静态速降是 100r min 则闭环系统的开 环放大倍数应有多大 8 分 分 五 分析题 两小题五 分析题 两小题 每小题 每小题 12 分分 共 共 24 分 分 1 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的瞬间 I2 cos 2 T 如何变化 此后 n 和 T 如何变化 当过渡到新的 稳定运行点时 I2引起的 I1大于 IN还是小于 IN 会发生什么危险 12 分分 2 如图 2 所示为晶闸管直流调速原理 试说明 1 各部分组成和功能 2 分析当 TL变化时 系统是如何稳定转速 n 的 3 分析说明放大器的作用 12 分分 图图 2 2 晶闸管直流调速原理晶闸管直流调速原理 4 北京林业大学北京林业大学 2013 2014 学年第一学期考试试卷学年第一学期考试试卷 答案 答案 课程名称 机电传动控制机电传动控制 A 课程所在学院 工学院工学院 考试班级 机械 11 一 选择题一 选择题 8 小题 每小题小题 每小题 1 分 共分 共 8 分分 答 1 2 3 4 5 6 7 8 二 填空题二 填空题 5 小题 每小题小题 每小题 2 分 共分 共 10 分分 1 答 生产机械的机械特性是指 负载转矩 TL 与 转速 n 之间的函数关 系 2 答 直流电动机常用的调速方法有 改变电枢电路外串电阻 改变 电枢电压 和 改变主磁通 3 答 三相鼠笼式异步电动机常用的调速方法有 变极 和 变频 4 答 生产机械对电动机调速系统提出的主要静态指标有 调速范围 静 差度 和 平滑度 5 答 电流截止负反馈 在正常工作时 电流负反馈不起作用 使系统得到较硬的 静特性 当负载较大引起电流超过额定电流过多时 电流负反馈起作用 造成电动机转 速降低甚至堵转 以保护电动机 三 回答题三 回答题 10 小题 共小题 共 34 分分 1 答 电动机的机械特性是指电动机电磁转矩 T 与转速 n 之间的函数关系 2 分 2 答 电动 电动机从电刷吸收电能 从转轴输出机械能 电磁转矩 T 与转速 n 方 向相同 制动 电动机从转轴吸收机械能 发电 回馈给电源或消耗在电阻上 电磁转 矩 T 与转速 n 方向相反 4 分 3 答 当 TL变化时 T 与 TL之差即动转矩发生了变化 于是电动机的转速 n 会变化 电动势 E 电枢电流 Ia会跟着变化 所以 T 也随着发生变化 直到 T TL T0为止 4 分 4 答 反接制动时 旋转磁场突然反向旋转 而转子转速不能立即发生变化 此时 S 1 转子导体切割磁力线的速度很快 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 4 分 5 答 电动机的容量 供电变压器的容量 是否与照明混合 电动机启动频繁程度 4 分 6 答 定子通三相电后 立即产生转速为 n0的旋转的磁场 转速很快 设其磁极为 N0和 S0 设转子的磁极为 N 和 S 启动时转子 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 旋转磁极 S0对 S 旋转磁极 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 3 分 7 答 因为电动机的热惯性 所以电动机的温升不但取决于负载大小 而且还取 决于负载持续时间 运行方式 或工作制 3 分 8 答 使转子导条具有较大电阻 鼠笼导条用黄铜 青铜 杯形转子用 0 2 0 8mm 薄壁 使异步电动机转子电阻 r2增大到机械特性曲线的 sm 1 当 UC 0 时 使 T 和 n 5 反向 总是制动转矩 4 分 9 答 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 2 分 10 答 电流正反馈可补偿 IaRa引起的速降 电流正反馈强度和电压负反馈强度比例 恰当 则综合反馈便具有转速反馈性质 如果电流正反馈强度调得不适当 则达不到转 速负反馈性质 4 分 四 计算题 四 计算题 3 小题 小题 每小题每小题 8 分 分 共共 24 分 分 1 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 IN 额定电磁转矩 TN 额定输出转矩 T2N 空载转矩 T0 8 分 分 解 NN 1NNN NNN PP7 5 1000 PI UI38 52 A U220 0 885 NNa eN N UI R K n NNa NeNNN N UI R T9 55KI9 55I n 电磁转矩 2 2 03 8 5 20 2 9 5 53 8 5 25 2 0 6 Nm 1500 N 2N N P7 5 T9550955047 75 N m n1550 输出转矩 0N2N TTT52 0647 754 31 N m 空载转矩 2 一台三相异步电动机 m 2 2 nN 1450r min 求 T 0 8TN时电动机转速 8 分 分 解 0N N0N 0 nn n1450r min n1500r minS0 0333 n mNm maxNmNNm mmN SSSS T2TT2TS0 03332 2 SSSS 根据得 代入 和得 m m1m2max m SS S0 139 S0 008 TT2T SS 舍去 又根据得 m1 NmNm1m m1 SS 0 8T2T S0 1392 2 SS 代入 和得 6 12 S0 026S0 738 舍去 00 0 nnn1500 Sn1462 r min n1S1 0 026 由 得 3 某一有静差调速系统的速度调节范围为 75r min 1500r min 要求静差度 S 2 该系统允许的静态速降是多少 如果开环系统的静态速降是 100r min 则闭环系统 的开环放大倍数应有多大 8 分 分 解 max f min n1500 D20 n75 计算 由 max2 f Nf2 nS D n 1S 得 max2 Nf f2 nS1500 2 n1 53 r min D 1S 20 12 N Nf n n 1K N Nf n100 K11 64 4 n1 53 五 分析题 两小题五 分析题 两小题 每小题 每小题 12 分分 共 共 24 分 分 1 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 如果把电压突 然降低为 0 8UN的瞬间 I2 cos 2 T 如何变化 此后 n 和 T 如何变化 当过渡到 新的稳定运行点时 I2引起的 I1大于 IN还是小于 IN 会发生什么危险 12 分分 答 当 U 的瞬间 I2 而 n 没变 cos 2也没变 从 T Km I2cos 2可知 T 动转矩 T TL 0 n T 电机从原来的稳定点过渡到转速较低的稳定点运行 这时 且因为 n S cos 2 从 T Km I2cos 2 TN TL 常数 可知 当 U UN 时 I1会是额定值 而当 U 时 I2要增大 由 I2引起的 I1大于其额定值 IN 电机发 热 烧坏 2 如图 2 所示为晶闸管直流调速原理 试说明 1 各部分组成和功能 2 分析当 TL变化时 如何稳定转速 n 3 分析说明放大器的作用 12 分分 答 该系统属于具有速度负反馈的调速系统 1 各部分组成与作用 给定环节给定电压 Ug 也就是给定电动机速度大小 放大 图图 2 2 晶闸管直流调速原理晶闸管直流调速原理 7 器为比例调节器 根据给定信号和反馈信号实现有静差调节 触发器 为整流器提供带 有控制角 的触发脉冲 晶闸管可控整流器 根据触发脉冲 把交流电变为直流电 为 直流电动机供电 平波电抗器 L 平滑电流 电动机 把电能转变为机械能输出 测速 发电机 TG 检测电动机速度 把速度大小变为电压信号 Uf反馈到输入端 系统是靠给定电压 Ug和反馈电压 Uf的偏差电压 U Ug Uf维持系统电压 Ud的 所 以 U 不能为 0 给定电压 Ug用于给定速度值 2 当 TL增大时 n 和 Uf变小 而 Ug一定 所以 U 变大 脉冲 角变小 Ud变大 从而使 n 变大 3 如果放大器的放大倍数较大 则可使 U 微小变化就能得到 Ud较大的变化 使 U 增量很少 大约为常量 即 Uf Ug U 常数 而 Uf n 说明 n 常量 可得到较 硬的特性 8 本次考试 各