《机电传动控制》复习

1、考试题型说明与要求,一、简答题(9题*6分=54分) 答出要点，简要解释，不要求原话 二、计算题(2题*12分=24分) 公式利用正确， 计算精确到小数点后两位 三、分析作图题(2 题*11分=22分) 主电路、控制电路、PLC接线图、梯形图,基本概念,电磁感应定律中产生感应电动势的方法。 线圈中的磁链发生变化可能由两个方面的原因引起的： 1 磁通本身由交流电产生，即磁通本身随着时间在变化。 2 磁通本身虽然不变，由于线圈与间有相对运动使得中的磁链发生改变。 3 切割电动势。 三相交流电机的调速方法 。 三相交流电机的调速方法主要有四种：改变定子电压U1、定子电路串入电阻或电抗、转子电路串入电

2、阻或电抗、定子电源频率f1 等。,直流电机为什么不允许直接启动，有什么危害。 对直流电动机而言，在未启动之前n=0 , E=0, 而Ra一般很小。当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为： 这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（1020）倍。过大的启动电流危害很大. 对电动机本身、机械系统、供电电网造成重要影响，因此，不允许直接启动。,分析判断题,试列出以下几种情况下系统的运动方程式，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）,机电传动系统稳定运行的充分必要条件是什么？下图中，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

3、衡点？哪些不是？,稳定运行的充要条件是： 1）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； 2）在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。,计算题,某台他励直流电动机，额定功率为22kW，额定电压为220V，额定电流为115A，额定转速为1500r/min，电枢回路总电阻为0.1，忽略空载转矩，电动机带额定负载运行时，要求把转速降到1000r/min，计算： （1）采用电枢串电阻调速需串入的电阻值； （2）采用降低电源电压调速需把电源电压降到多少； （3）上述两种调速情况下，电动机的输入功率与输出功率（输入功率不计励磁回路之功率）； （4）若采用弱磁升速调速，要求负载转矩为0.6，转速升到

4、为2000r/min，此时磁通应该降到额定值的多少倍。,三、出题范围,本书全部内容的基础部分 绪论、直流电机、交流电机的机械特性、机电控制方式为重点内容 纯记忆知识点较少，注重对知识的掌握和临场发挥 各章重点如后,第二章 机电传动系统动力学基础,单轴机电传动系统的运动学方程及多轴机电传动系统的参数折算方法 机电传动系统的负载特性 机电传动系统的过渡过程的影响因素 机电传动系统稳定运行的条件,1、下图中，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？,（a)、c）、 (b)、(e)符合条件，为稳定平衡点； （ (d)不符合条件，不是稳定平衡点,2、试列出以下几种

5、情况下系统的运动方程式，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）,习题与思考,2.3 试列出以下几种情况下（见图2.3）系统的运动方程式，并针对各系统说明： T,TL的性质和符号，并带入运动方程。 运动状态是加速，减速还是匀速？,T=TL,TTL,T=TL,TTL,TTL,T,T,T,T,T,T,TL,TL,TL,TL,TL,TL,n,n,n,n,n,n,符号 性质,T + 拖动转矩 TL + 制动转矩 运动方程： 状态：匀速,T - 制动转矩 加速 TL + 拖动转矩 运动方程：,T - 制动转矩 减速 TL + 拖动转矩 运动方程：,第三章、直流电机

6、,直流电机按励磁方式的分类 机械特性的计算与绘制 直流电机为什么不允许直接启动，有什么危害 直流电机的启动与调速方法 直流电机制动的方式,例 3.1 一台Z2系列的他激直流电动机， PN =22KW, UN =220V, IN.=116A nN =1500r/min，试计算并绘制： （1）固有机械特性 （2）电枢回路串Rad =0.4电阻的人为机械特性； （3）电源电压降至为100V时人为特性 （4）弱磁至=0.8 N 时的人为特性,解：（1）固有特性：,（2）串入Rad的人为特性：,在直角坐标系标出理想空载点和额定工作点，连接直线，如图3.8中1所示,其人为特性曲线如图2所示,（3）降低电源

7、电压的人为特性：,其人为特性曲线如图3所示,（4）弱磁时的人为特性：,其人为特性曲线如图4所示,答：在电动机未启动之前n=0，E=0，而Ra很小。所以将电动机直接接 入电网并施加电压启动电流很大，一般达到额定电流的1020倍。这样大的 启动电流使电动机在换向过程中产生危险地火花，烧坏整流子，同时过大的 电枢电流产生过大的电动应力，还可能引起绕组的损坏，而且产生与启动电 流成正比例的启动转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲 击，使机械传动部件损坏。 限制直流电动机的启动电流，一般有两种方法：,直流电动机一般为什么不允许直接启动？如直接启动会发生什么问题？应采用什么方法启动比较好？,

8、一是降压启动，即在启动的瞬间，降低供电电源电压，随着转速n 的升高，反电势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电 动机达到所要求的转速。 二是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受到外加启动电阻Rst的限制，随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。,不能改变,3.3 一台他励电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这时拖动系统中的哪些量必然要发生变化？,3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1

9、,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态值后，电枢反电势将如何变化？是等于，小于还是大于E1？,3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW,UN=220V, n N=1500r/min, N=88.5%，试求该电机的额定电流和额定转矩。,3.8 一台他励直流电动机的名牌数据为：PN=5.5kW,UN=110V, IN=62A nN=1000r/min ，试绘制出它的固有机械特性曲线： 答：,答：,3.10 一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5kW,UN=220V,IN=34.4A， n N=1500r/min, Ra=

10、0.242 ，试计算出此电动机的如下特性： （1） 固有机械特性； （2） 电枢附加电阻分别为3和5时的人为机械特性； （3） 电枢电压为UN/2时的人为机械特性； （4） 磁通=0.8N时的人为机械特性。,第3章 直流电机的工作原理及特性,3.19 有一台他励直流电动机：PN=10kW,UN=220V,IN=53.8A，n N=1500r/min,Ra=0.29 ，试计算： （1） 直接启动瞬间的堵转电流Iu； （2） 若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少？若用降压启动，最低电压应为多少？,习题与思考,3.20有一台他励直流电动机：PN=18kW,U

11、N=220V,IN=94A，n N=1500r/min, 在额定负载下，求： （1）想降至800r/min稳定运行，外串联多大电阻？采用降压方法，电源电压应降至多少伏？ （2）想升速到1100r/min稳定运行，弱磁系数/ N 为多少？,3.22 有一台他励直流电动机：PN=21kW,UN=220V,IN=115A，n N=980r/min, Ra=0.1 ，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从N调到0.8 N，问： （1） 调速瞬间电枢电流是多少？（ TL =TN） （2） 若TL=TN和TL=0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少？,3.22 有一台他励直流电动机：PN=21kW,UN=220

12、V,IN=115A，n N=980r/min, Ra=0.1 ，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从N调到0.8 N，问： （1） 调速瞬间电枢电流是多少？（ TL =TN） （2） 若TL=TN和TL=0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少？,3.24 有一台Z2-52型他励直流电动机： PN=4KW,IN=22.3AUN=220V, n N=1000r/min, Ra=0.91, TN=TL,有为了使电动机停转，采用电源反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为9，求： （1）制动开始时电动机所发出的电磁转矩； （2）制动结束时电动机所发出的电磁转矩； （3）如果是摩擦性负载转矩，在制动到n=0时，

13、不切断电源，电动机能否反转？为什么?,例题(P59),某台他励直流电动机，额定功率 为22kW，额定电压 为220V，额定电流 为115A，额定转速 为1500r/min，电枢回路总电阻 为0.1 ，忽略空载转矩 ，电动机带额定负载运行时，要求把转速降到1000r/min，计算： （1）采用电枢串电阻调速需串入的电阻值； （2）采用降低电源电压调速需把电源电压降到多少； （3）上述两种调速情况下，电动机的输入功率与输出功率（输入功率不计励磁回路之功率）； ( 4）若采用弱磁升速调速，要求负载转矩 为0.6 ，转速升到 为2000r/min，此时磁通 应该降到额定值的多少倍。,35,第四章、交流

14、电机,转差率的定义与计算公式 额定效率的含义与计算公式 转子频率的含义与计算公式 三相异步电机、单相异步电机、同步电机的工作原理的比较 三相异步电机的调速方法 三相电机变频调速的含义与分类,二. 三相异步电动机的工作原理,基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。,定子中通有三相交流电,产生旋转磁场,切割转子绕组,转子绕组产生感应电势,转子中产生感应电流,转子电流与磁场作用,产生电磁转矩,转子旋转（nn0）,转差率, 必须有转速差； 转速差越大，转子电流就越大，电磁转矩也越大。 转子和旋转磁场不同步，故此电动机称为异步电动机。 转子电流的产生、电能从定子到转子的传递都是基于电磁感应现象，因此异步电

15、动机也称为感应电动机。 额定负载时，转差率s很小（0.0150.060）,三相异步电动机有哪些调速方法？,（2）改变旋转磁场 同步转速调速,三相异步电动机的调速方法很多，大致可以分成以下几种类型：,串级调速,调压调速,转子回路串电阻,电磁转差离合器调速,（1）改变转差率s调速,改变定子绕组极对数,改变供电电源频率,变频调速,点击原理,改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁场的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。交流调速技术已成为当前机电传动系统研究的主要内容之一。,1. 变压变频调速,为避免电机磁路过饱和，在降低电源频率时，必须同时

16、降低电源电压。降低电源电压U1有两种控制的方法。, 保持 =常数 ： （这种方法为恒磁通控制方式）, 最大转矩为常数，属于恒转矩调速方式 机械特性硬度，调速范围宽，稳定性好。可以连续调节，平滑性好。 转差功率较小，效率较高。,特点：,变频调速,1. 变压变频调速, 保持 =常数,随着f1的降低，Tm 减小。近似为恒转矩调速方式。,特点：,变频调速,1. 变压变频调速,2. 恒压弱磁调速,升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为UN 不变，频率越高，磁通m 越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。,频率越高时， 越小， 也减小。,近似为恒功率调速方式

17、。,特点：,第五章、控制电机,交流伺服电机为什么会产生自转现象，怎么克服 步进电机的通电方式、步距角的计算和转速的计算,交流伺服电机的是如何工作的？,三. 交流伺服电动机的自转现象及解决办法,措施就是使转子导条具有很大的电阻。,伺服电动机基本要求是，控制电压一旦消失，电机必须立即停止,伺服电动机是如何解决这种自转现象的呢？,（单相交流异步电动机，只要转动起来，一相电压足以使其持续稳定运转）,有控制信号时，伺服电机按两相特性运行；控制信号消失后，伺服电机按单相特性运行。,在单相特性曲线上，转矩与转速方向始终相反，也就是电磁转矩始终为制动转矩。这就是说，当伺服电机的控制信号消失后，电磁转矩马上变为

18、制动转矩，使其迅速停转，即消除“自转”。,步进电机工作原理是什么？,步进电机分定子和转子两部分。,一、步进电动机的结构,二、步进电动机的工作原理,定子上装一定相数的控制绕组，产生励磁。转子用硅钢片或用软磁性材料做成凸极结构。实际的定子和转子上均匀分布着很多小齿，定子齿几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。,以三相反应式为例介绍步进电机转子旋转原理,三相三拍工作方式：,三相六拍工作方式：,相数：产生不同磁极的励磁线圈对数称为相数,步进电动机的转速,拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或通电状态，或电机转子转过一个齿距角所需脉冲数称为拍数。,三相三拍：,三相六拍,步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转

19、过的角位移,步进电机转速,第六章、继电器-接触器控制,空气开关的基本工作原理与作用 接触器结构上的组成 基本的控制电路(点动与长动、长动、正反转控制) 基本电路流程的分析,自动空气断路器（自动开关、低压断路器 ）,作用：可实现短路、过载、失压保护。,工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。,传感部分：线圈静铁心；,释放弹簧,触头系统,线圈得电，衔铁吸合触点动作:,常开触点合 / 常闭触点断,线圈失电，衔铁释放触点复位:,常开触点断 / 常闭触点合,接触器的结构接触器工作原理,执行部分：触头。,主、辅触点内部结构不一样，主触点连接到主电路中，能通以大电流；辅触点则用在控制回路中。主触点设有专门的灭弧装置。,触头按通过的电流的大小分主触头和辅助触头两种。,触头按状态的不同分动断（常闭）触头和动合（常开）触头两种。,动铁心（衔铁）,静铁心,线圈,接触器,常见的电气控制线路,1. 点动自动控制线路,点动与连续运行分别用2个按钮实现,工作状态,连续工作启动,停止,点动,常见的电气控制线路,2. 起动及保护电路,熔断器,常见的电气控制线路,2. 起动及保护电路,工作状态,启动,正常