机电传动传动控制考试复习和课后习题.doc

机电传动控制1. 机电传动定义：(又称电力传动或电力拖动)就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称2. 几种典型机械特性：恒转矩型机械特性 离心式通风机型机械特性 直线型机械特性 恒功率型机械特性 3. 机械特性：力（力矩）与运动参数（包括位移、速度、加速度）之间的关系。生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性： n=f (T M)4.机电传动系统的稳定运行包含两重含义：系统应能以一定速度匀速运转；系统受某种外部干扰作用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。5. 稳定运行的充要条件是：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点； 在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。6.正确判定稳定平衡点P14的2.11题7. 直流电机的基本结构：定子：主磁极、换向极、机座、轴承、电刷转子：电枢铁心、电枢绕组、轴、换向器8. 直流电机工作原理：发电机：导体在磁场内作切割磁力线运动，导体中便感应出电动势。（电磁感应）电势方程式： 电动机：通电导体在磁场中要受到电磁力（矩）的作用。因此只要电枢绕组里有电流（外电源提供或感应电流），在磁场中就会受到电磁力的作用。转矩方程式： 9.直流发电机和直流电动机电磁转矩的作用不同： 发电机的电磁转矩是阻转矩； 电动机的电磁转矩是驱动转矩。10.直流发电机和直流电动机的电势作用也不同： 直流发电机的电势是有益的； 直流电动机的电势是反电势，他的方向总是与电源的电压方向相反。11.励磁方式：是指励磁绕组如何供电，以产生励磁磁场。12. 直流发电机励磁方法的分类：他励：励磁电流由外电源供电，不受电枢端电压或电流的影响并励：励磁绕组与电枢绕组并联 串励：励磁绕组与电枢绕组串联复励：一部分并联，一部分串联 13.机械特性硬度：1）绝对硬特性 b ,如交流同步电动机的机械特性2）硬特性 b 10，如直流他励电动机的机械特性3）软特性 b 0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td0时，系统减速或反向加速2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）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。2.9 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。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要发生变化？ 答：不能。因为，常数= TL =T=KtIa 。 但Ia并不是始终不变。因U=E+Ia（Ra+Rad ），Rad ， Ia ，T ，n ， Ia ， T ， T=KtIa = TL =常数。 转速n与电动机的电动势都发生改变。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，EUIaRa，当Ia 时， E ，所以：EE13.13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，n0，E0，根据UN=E+IaRa 知，UN全加在电阻Ra上，产生很大的Ia （(1020)IN） ，但因为0，所以 TKtIa并不大，因为TL0，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， TKtIa=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：n0，E0，根据UN=E+IaRa 知，UN全加在电阻Ra上，产生很大的Ia（(1020)IN），但因为0，所以 TKtIa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， TKtNIaN = TLTN，nnN，此时断开励磁， 0，虽然仍有nnN，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 TKtIa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; PN=UNIaN N 2200=110IaN0.8 IaN=25A 额定励磁电流IfN; Uf= RfIfN IfN=110/82.7=1.33A 励磁功率Pf; Pf= UfIfN=146.3W 额定转矩TN; TN=9.55 PN/ nN=14Nm 额定电流时的反电势； EN=UN-INRa=110-0.425=100V 直接启动时的启动电流；Ist=UN/Ra=110/0.4=275A 如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？此时启动转矩又为多少？ 启动电阻 ：2IN= UN/ (Ra+Rst) Rst=1.8 启动转矩：Ke=(UN-INRa)/nN=0.0667 T=KtIa =9.550.066750=31.8Nm3.16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。3.19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：UEIa(Ra+Rad)，Ia=(-U-E)/(Ra+Rad)0，T0，产生制动。当TTL时，还会 反向n E Ia T ，达到TTL，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：5.4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。a5.5 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？cb 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UE1=4.44Kf1N1 ，所以当U I2 时，根据T=KmI2cos2知：T ，此后： n s I2 T 直到c点。TNc点和a点比，因为U ，而且s cos2 ,根据T=KmI2cos2TL常数，知：I2 5.11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：PN/kWnN/rmin-1UN/VN100cosNIst/INTst/TNTmax/TN接法401470380900.96.51.22.0当负载转矩为250Nm时，试问在U=UN和U=0.8UN两种情况下电动机能否启动？TN=9.55 PN/ nN=9.5540000/1470=260NmTst/TN=1.2 Tst=TN1.2=312Nm312 Nm250Nm， 所以U=UN时 电动机能启动。当U=0.8U时，由于TU2， 所以 Tst=0.82Tst=0.64312=199 Nm，Tst 1，此时，交流伺服电动机当Uc0时，T总是制动性的。这样便消除自转且能迅速停止。8.12时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思？8.16 要求三台电动机1M、2M、3M按一定顺序启动：即1M启动后，2M才能启动；2M启动后3M才能启动；停车时则同时停。试设计此控制线路。8.25 试设计一条自动运输线，有两台电动机， 1M拖动运输机2M拖动卸料。要求：1M先启动后，才允许2M启动；2M先停止，经一段时间后1M才自动停止，且2M可以单独停止；两台电动机均有短路、长期过载保护。 8.26 如图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其中接触器KM为润滑油泵电动机启停用接触器（主电路未画出），控制线路可使润滑有规律地间歇工作。试分析此线路的工作原理，并说明开关S和按钮SB的作用。 1.开关S实现自动的间歇润滑，关闭后KM 得电，电动机工作，1KT得电，经过一段时间后，动合触点闭合，K得电，同时KM失电，电动机停止工作，2KT得电一段时间后，动断触点断开，K的常闭点闭合，电动机重新工作。 2.SB按钮为人 工的点动控制.8.27 试设计1M和2M两台电动机顺序启，停的控制线路。要求：（1）1M启动后，2M立即自动启动；（2）1M停止后，延时一段时间，2M才自动停止；（3）2M能点动调整工作；（4）两台电动机均有短路，长期过载保护。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。10.5 如题10.5图所示，若在t1时刻合上开关S，在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。 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. 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。10.20 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，输出电压平均值 Ud和电流平均值Id 为多少？ Ud=1/22U2sin(wt)d(wt)=0.45U2(1+cos)/2 的变化范围：0， =0时，Ud=0.45220(1+1)/2=99V =时，Ud=0.45220(1-1)/2=0V 所以，输出电压平均值Ud的调节范围0-99V 当=/3时 Ud= 0.45U2(1+cos)/2 =0.45220（1+0.5）/2 =74.25V 输出电压平均值 Ud=74.25V 电流平均值Id= Ud/Rl74.25/10=7.425A10.22 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。10.23 有一电阻型负载，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 Ud=0.45U2(1+cos)/2 60=0.45220（1+ cos）/2 =77.8 += =-=102.211.2什么叫调速范围、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、动态技术的指标有哪些？为什么要提出这些技术指标？ 生产机械对调速系统提出的静态技术指标有：静差度,调速范围,调速的平滑性. 动态技术指标：最大超调量,过渡过程时间,振荡次数. 因为机电传动控制系统调速方案的选择,主要是根据生产机械对调速系统提出的调速指标来决定的.11.5 有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480r/min,低速时的理想空载转速n02=157/min,额定负载时的转矩降nN=10 r/min,试画出该系统的静特性.求调速范围和静差度。 调速范围D = nmax/nmin =（n01-nN）/ （n02-nN） =（1480-10）/（157-10）=10 静差度 S=S2=（n02-nNmin）/ n02=10/157=0.06411.15在无静差调速系统中，为什么要引入PI调节器？比例积分两部分各起什么作用？答：PI调节器是一个无差元件，无静差调速系统出现偏差时PI动作以削除偏差，当偏差为零时停止动作。开始和中间阶段，比例调节起主要作用，它首先阻止n的继续，而后使n迅速，在末期，n很小，比例调节作用不明显，而积分调节作用就上升到主要地位，它最后消除n，使n回升到n1。 13.5 一台五相反应式步进电动机，采用五相十拍运行方式时，步距角为1.5o，若脉冲电源的频率为3000Hz，试问转速是多少？ n=f60/360=1.5300060/360=750r/min 转速是750r/min13.7 步进电动机的步距角之含义是什么？一台步进电动机可以有两个步距角，例如，3o/1.5o，这是什么意思？什么是单三拍、单双六拍和双三拍？ 每当输入一个电脉冲时,电动机转过的一个固定的角度,这个角度称之为步矩角. 一台步进电动机有两个步矩角,说明它通电方式不同。 3o是单拍或双拍时的步矩角； 1.5o是单双拍时的步矩角. 单三拍:每次只有一相绕阻通电,而每个循环有三次通电 单双六拍:第一次通电有一相绕阻通电,然后下一次又两相通电,这样交替循环运行,而每次循环有六次通电. 双三拍:每次又两相绕阻通电,每个循环有六次通电.第一章机电传动(又称电力传动或电力拖动)就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称晶闸管、晶体管控制： 控制特性好，反应快，寿命 长，可靠性高，维护容易，体积小，重量轻。接触器继电器控制: 控制速度慢，控制精度差。 第三章1. 机电传动定义：(又称电力传动或电力拖动)就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称2. 几种典型机械特性：恒转矩型机械特性 离心式通风机型机械特性 直线型机械特性 恒功率型机械特性 3. 机械特性：力（力矩）与运动参数（包括位移、速度、加速度）之间的关系。生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性： n=f (T M)4.机电传动系统的稳定运行包含两重含义：系统应能以一定速度匀速运转；系统受某种外部干扰作用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。5. 稳定运行的充要条件是：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点； 在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。6.正确判定稳定平衡点P14的2.11题7. 直流电机的基本结构：定子：主磁极、换向极、机座、轴承、电刷转子：电枢铁心、电枢绕组、轴、换向器8. 直流电机工作原理：发电机：导体在磁场内作切割磁力线运动，导体中便感应出电动势。（电磁感应）电动机：通电导体在磁场中要受到电磁力（矩）的作用。因此只要电枢绕组里有电流（外电源提供或感应电流），在磁场中就会受到电磁力的作用。 转矩方程式： 电势方程式：9.直流发电机和直流电动机电磁转矩的作用不同： 发电机的电磁转矩是阻转矩；电动机的电磁转矩是驱动转矩。10.直流发电机和直流电动机的电势作用也不同：直流发电机的电势是有益的；直流电动机的电势是反电势，他的方向总是与电源的电压方向相反。11.励磁方式：是指励磁绕组如何供电，以产生励磁磁场。12. 直流发电机励磁方法的分类：他励：励磁电流由外电源供电，不受电枢端电压或电流的影响并励：励磁绕组与电枢绕组并联串励：励磁绕组与电枢绕组串联复励：一部分并联，一部分串联 13.机械特性硬度：1）绝对硬特性 b ,如交流同步电动机的机械特性2）硬特性 b 10，如直流他励电动机的机械特性3）软特性 b n0；2、机械特性硬度不变；3、回馈电能。1.电源反接制动：将变为，使变为制动力矩。2. 倒拉反接制动：将n变为n，使变为制动力矩电源反接特点：1）制动转矩大；2）耗能；3）常用于迅速减速、快速停车和经常正反转的场合。如:牛头刨床。倒拉反接特点：1.可得到不同的下降速度；2.可以以较小的速度下放重物。3.对TL估计不准，本应下放可能上升.特性软，速度波动大；4.耗能。能耗制动特点：1）对于反抗性负载，可以迅速停车，不会反向启动。 2）对于位能性负载，下放速度较稳定。3）应用于要求迅速准确停车和重物恒速下放的场合。4）耗能三种制动对比反馈制动:节能；下放速度高于理想空载转速 。电源反接制动：制动转矩大，可快速制动；易反向启动。倒拉反接制动：可以不同的速度下放，对负载估计不足可使位能负载上升，速度稳定性差。能耗制动：速度稳定性好，可准确停车，耗能。第五章TST TL，且启动转矩越大越好；启动电流 IST 越小越好，三、鼠笼型异步电动机的启动方式： (1)全压直接启动(2)降压启动适用于启动时负载转矩不大的情况，如轻载或空载。常用的降压启动方式有：定子串电阻或电抗器降压启动.Y 降压启动.自耦变压器降压启动.软启动器鼠笼式异步电动机：启动转矩小，启动电流大，不能满足某些生产机械需要高启动转矩.低启动电流的要求。线绕式异步电动机：能在转子电路中串电阻，具有较大启动转矩和较小的启动电流，启动特性较好。应用场合：大功率电机的启动。实现方法： 逐级切除启动电阻法.频敏变阻器启动三种调速方法：变极调速、变频调速、转差率调速 （调压调速、转子串电阻调速、串级调速、电磁转差离合器调速）第六章交流伺服电动机与普通电动机相比具有如下特点：(1) 调速范围宽，伺服电动机的转速随着控制电压改变，能在宽的范围内连续调节；(2) 转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转；(3) 控制功率小，过载能力强，可靠性好；(4) 可控。 控制特性及应用：利用控制电压UC的有无来进行启、停控制；改变电压UC大小来调节转速的高低；改变UC的极性来改变电动机转向。第八章电器按其用途又可分为三类：控制电器、保护电器、执行电器接触器：它是利用电磁力来使开关打开或闭合的电器。适用于额繁操作绘制原理图的基本规则 ：7点 1）为了区别主电路与控制电路，在绘线路图时主电路用粗线表示，而控制电路用细线表示。通常习惯将主电路放在线路图的左边而将控制电路放在右边(或下部)。 2) 在原理图中，控制线路中的电源线分列两边，各控制回路基本上按照各电器元件的动作顺序由上而下平行绘制。3)在原理图中各个电器并不按照它实际的布置情况绘在线路上而是采用同一电器的各部件分别绘在它们完成作用的地方。(4)为区别控制线路中各电器的类型和作用，每个电器及它们的部件