(2025年)机电传动控制复习题B(附答案)

(2025年)机电传动控制复习题B(附答案)一、选择题（每题2分，共20分）1.他励直流电动机电枢回路串入电阻调速时，若负载转矩不变，调速后的电枢电流与原电流相比（）。A.增大B.减小C.不变D.无法确定答案：C（他励直流电机电枢电流由负载转矩决定，T=KtΦIa，Φ不变时Ia与T成正比，负载转矩不变则Ia不变）2.三相异步电动机采用变极调速时，其调速性质为（）。A.恒功率B.恒转矩C.既非恒功率也非恒转矩D.视极对数变化而定答案：A（变极调速时，同步转速n0=60f/p，极对数p变化会导致n0变化，输出功率P=TΩ，当p增大时n0降低，若保持T不变则P降低，但实际变极调速多通过改变绕组接法实现恒功率调速）3.电力拖动系统稳定运行的条件是（）。A.电动机机械特性与负载特性有交点，且交点处电动机机械特性斜率大于负载特性斜率B.电动机机械特性与负载特性有交点，且交点处电动机机械特性斜率小于负载特性斜率C.电动机机械特性与负载特性无交点D.电动机机械特性斜率为正答案：B（稳定运行需满足两个条件：存在交点；在交点附近，当转速偏离平衡值时，系统能自动恢复，即电动机机械特性斜率（dT/dn）小于负载特性斜率（dTL/dn），通常负载特性斜率为正，故电动机特性应更“软”）4.步进电动机的步距角θ与（）无关。A.定子相数mB.转子齿数zC.通电方式kD.电源频率f答案：D（步距角公式θ=360°/(mzk)，其中k为拍数与相数的比值，与电源频率无关，频率影响转速）5.双闭环直流调速系统中，电流环的主要作用是（）。A.抑制电网电压波动B.消除静差C.限制最大电流D.提高系统动态响应答案：A（电流环作为内环，主要作用是快速跟随电流给定，抑制电网电压波动对电流的影响；速度环作为外环，主要消除静差，保证稳态精度）6.三相异步电动机能耗制动时，需向定子绕组通入（）。A.三相交流电B.单相交流电C.直流电流D.脉冲电流答案：C（能耗制动原理是切断交流电源后，向定子绕组通入直流电流，产生静止磁场，转子切割磁场产生制动转矩，将动能转化为电能消耗在转子回路）7.交流伺服电动机的控制方式不包括（）。A.幅值控制B.相位控制C.频率控制D.幅相控制答案：C（交流伺服电动机常用控制方式为幅值控制、相位控制和幅相控制，通过改变控制电压的幅值或相位实现转速调节，频率控制一般用于变频调速系统）8.PLC的扫描周期主要由（）决定。A.输入点数B.用户程序长度C.输出点数D.CPU主频答案：B（PLC扫描周期包括输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，其中用户程序执行时间与程序长度（指令数量）直接相关，是扫描周期的主要部分）9.他励直流电动机的机械特性曲线是一条（）。A.直线B.抛物线C.双曲线D.指数曲线答案：A（他励直流电机机械特性方程n=(U-IRa)/(KeΦ)，当U、Φ恒定时，n与T成线性关系，故机械特性为直线）10.异步电动机转子电流的频率f2与转差率s的关系为（）。A.f2=sf1B.f2=f1/sC.f2=(1-s)f1D.f2=f1答案：A（转子电流频率f2=sf1，其中f1为定子电源频率，s为转差率，当电机静止时s=1，f2=f1；额定运行时s≈0.02~0.06，f2≈1~3Hz）二、填空题（每空1分，共20分）1.机电传动系统的动力学方程为__________，其中J为__________，dn/dt为__________。答案：T-TL=J(dn/dt)；转动惯量；转速变化率2.直流电动机的调速方法有__________、__________和__________。答案：改变电枢电压；改变电枢回路电阻；改变励磁磁通3.三相异步电动机的同步转速n0=__________，额定转差率sN一般为__________。答案：60f1/p；0.02~0.064.步进电动机的转速n=__________（单位：r/min），其中θ为步距角，f为脉冲频率。答案：60fθ/360=θf/6（或简化为n=60f/(mzk)，因θ=360/(mzk)）5.双闭环调速系统中，转速调节器（ASR）通常采用__________调节器，电流调节器（ACR）通常采用__________调节器。答案：PI（比例积分）；PI（比例积分）6.异步电动机变频调速时，为保持气隙磁通恒定，应采用__________控制方式，其电压与频率的关系为__________。答案：恒压频比（U/f恒定）；U1/f1=常数7.PLC的工作方式是__________，其输入输出采用__________处理方式。答案：循环扫描；集中采样、集中输出8.他励直流电动机电枢反应的影响是__________和__________。答案：气隙磁场畸变；去磁作用9.交流伺服电动机的主要特点是__________和__________。答案：调速范围宽；响应速度快（或无自转现象、控制特性线性度好）10.电力拖动系统的过渡过程中，机电时间常数τm=__________，其物理意义是__________。答案：(GD²R)/(375KeKtΦ²)；系统转速变化到最终值的63.2%所需的时间三、简答题（每题6分，共30分）1.简述直流电动机与交流电动机调速性能的主要差异。答案：直流电动机调速性能优异，可实现宽范围平滑调速（尤其是低转速段），机械特性硬，动态响应快，控制简单（通过调节电枢电压或励磁电流）；但存在电刷和换向器，维护复杂，成本高，不适用于易燃易爆环境。交流电动机（尤其是异步电动机）结构简单、维护方便、可靠性高，但传统调速方法（如变极、转子串电阻）调速范围窄、效率低；变频调速技术发展后，交流调速性能接近直流，但控制复杂（需变频器），低速段转矩特性略差。2.分析三相异步电动机变频调速时，低频段需要适当提高电压的原因。答案：异步电动机定子每相电动势E1=4.44f1N1Φm，当频率f1降低时，若保持U1/f1恒定，U1≈E1，Φm基本不变。但低频时定子绕组电阻压降IR1不可忽略（U1=E1+IR1），若仍按U1/f1=常数调节，E1会减小，导致Φm下降（Φm=E1/(4.44f1N1)），电磁转矩T=KtΦmI2cosφ2降低。因此，低频段需适当提高电压（即增大U1/f1比值），补偿定子电阻压降，维持Φm基本恒定，保证足够的转矩输出。3.说明步进电动机的“失步”现象及产生原因。答案：失步指步进电动机实际步数与输入脉冲数不一致的现象，分为丢步和越步。丢步是转子未到达预定位置，越步是转子超过预定位置。原因包括：负载转矩超过最大静转矩（启动时）；脉冲频率过高（转子惯性大，无法及时响应）；电源电压波动导致转矩不足；绕组电流上升时间过长（驱动电路性能差）；电磁干扰引起脉冲丢失。4.简述PLC在机电传动控制中的应用优势。答案：PLC优势包括：①可靠性高，抗干扰能力强（采用光电隔离、冗余设计等）；②编程简单（梯形图语言接近继电器控制电路，易掌握）；③灵活性好（模块化设计，可扩展输入输出点数）；④维护方便（故障自诊断，模块更换快捷）；⑤适应工业环境（耐温、防潮、抗振动）；⑥可与上位机通信，实现远程监控和网络化控制。5.比较异步电动机能耗制动与反接制动的特点。答案：能耗制动：切断交流电源，通入直流电流产生静止磁场，转子感应电流与磁场作用产生制动转矩，制动平稳，能量消耗在转子回路（低速时制动力矩小），适用于要求准确停车的场合；反接制动：改变定子绕组电源相序（或转子串电阻），使旋转磁场反向，转子受到与转向相反的转矩，制动转矩大、时间短，但能量消耗大（电源和转子共同提供能量），需在转速接近零时切断电源（否则会反向启动），适用于快速停车或反向的场合。四、计算题（共30分）1.一台他励直流电动机，额定数据为：PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=85%，Ra=0.5Ω。求：（1）额定电流IN；（2）额定运行时的电枢电动势EN；（3）理想空载转速n0。（8分）答案：（1）额定输入功率P1=PN/ηN=10/0.85≈11.765kW额定电流IN=P1/(UN)=11765/220≈53.48A（或直接用PN=UNINηN，IN=PN/(UNηN)=10000/(220×0.85)≈53.48A）（2）电枢电动势EN=UN-INRa=220-53.48×0.5≈220-26.74=193.26V（3）KeΦ=EN/nN=193.26/1500≈0.1288V·min/r理想空载转速n0=UN/(KeΦ)=220/0.1288≈1708r/min2.一台三相四极异步电动机，额定频率f1=50Hz，额定转速nN=1440r/min，转子电阻R2=0.02Ω，转子漏抗X20=0.08Ω（归算后）。求：（1）额定转差率sN；（2）额定转矩TN；（3）最大转矩Tmax及对应的转差率sm。（10分）答案：（1）同步转速n0=60f1/p=60×50/2=1500r/min额定转差率sN=(n0-nN)/n0=(1500-1440)/1500=0.04（2）额定转矩TN=9550PN/nN（需假设PN，若题目未给，可用T=9.55×(P2)/nN，P2=√3UNINηcosφ，但此处缺数据，改用电磁转矩公式T=K×(sR2)/(R2²+(sX20)²)，但更简单的方法是TN=9550×(P2)/nN，若假设P2=PN=10kW（题目未明确，可能需调整），则TN=9550×10/1440≈66.32N·m（3）最大转矩转差率sm=R2/X20=0.02/0.08=0.25最大转矩Tmax=(3pU1²)/(2πf1[R2+√(R2²+X20²)])（或用简化公式Tmax=λmTN，λm为过载倍数，通常异步电机λm=1.8~2.5，但需精确计算）归算后，Tmax=(3U1²)/(2πf1)×1/(2[R2+√(R2²+X20²)])（假设U1=UN，忽略定子阻抗）代入数据：Tmax=(3×(220/√3)²)/(2×π×50)×1/(2×0.02+2×√(0.02²+0.08²))≈(3×(48400/3))/(314)×1/(0.04+2×0.0825)≈(48400)/314×1/(0.205)≈154.14×4.878≈751N·m（注：此计算假设定子电压为相电压，实际需根据题目条件调整，可能更简单的方式是用Tmax=(K×Φm²)/(2sm)，但需结合具体公式）3.某步进电动机为三相六拍通电方式，转子齿数z=40，脉冲频率f=1000Hz。求：（1）步距角θ；（2）转速n；（3）若改为三相双三拍通电，步距角变为多少？（6分）答案：（1）三相六拍时，拍数N=6，相数m=3，k=N/m=2（k为拍数与相数的比值）步距角θ=360°/(mzk)=360/(3×40×2)=360/240=1.5°（2）转速n=60fθ/360=60×1000×1.5/360=60×1000×0.004167≈250r/min（或n=60f/(mzk)=60×1000/(3×40×2)=60000/240=250r/min）（3）三相双三拍时，拍数