機電傳動與控制

1、習題及答案1、 填空題1.多軸拖動系統(tǒng)折算為單軸系統(tǒng)時，轉矩折算依據(jù)折算前后 功率 不變的原則，轉動慣量和飛輪轉矩與運動系統(tǒng)的動能有關，可根據(jù)動能守恒原則進行折算。2.生產機械的典型機械特性可以歸納為以下幾種： 恒轉矩 型 、 恒功率 型、離心式通風機型和直線型。3.要有效地縮短機電傳動系統(tǒng)過渡過程的時間，應設法減小 轉動慣量 和提高 動態(tài)轉矩 。4.機電傳動系統(tǒng)中，低速軸的轉矩大，高速軸的轉矩小。5.生產機械對電動機調速系統(tǒng)提出的主要靜態(tài)技術指標有 調速范圍 、 靜差度 、和平滑性。 6.直流電動機通過改變電源的 正負極性 來改變旋轉方向，交流電動機通過改變 定子三相交流電的通電相序 來改變

2、旋轉方向。7.直流電動機常用的調速方法有 改變電樞電壓U 、 改變電樞電路外串電阻Rad 和改變電動機主磁通F。8. 三異步電動機主要由 定子 和 轉子 構成。定子又稱 磁極 ，轉子又稱 電樞 。9.一臺三相異步電動機接入50Hz三相對稱電源，額定運行時S=0.04，則此時轉子感應電流的頻率為 2 Hz。10.三相交流異步電動機按照轉子的結構可分為繞線式異步電動機和 鼠籠式 式異步電動機。11.三相鼠籠式異步電動機的制動方法有 回饋制動 、反接制動和 能耗制動 三種。12.單相異步電動機無自啟動能力，常采用 電容分相 法和 罩極 法進行啟動。13.測速發(fā)電機是一種將轉速信號變換成 電 信號的元

3、件，它的輸出電壓與轉速成 正比 。14.同步電動機常采用 異步啟動 法進行啟動。15.晶閘管的導通條件是 陽極加正向電壓 與 控制極加正向電壓，晶閘管由導通轉變?yōu)樽钄嗟臈l件是陽極正向電壓降低到一定值（或斷開或反向） 。16.變頻調速系統(tǒng)可以分為 交交 變頻調速與 交直交 變頻調速兩大類。 二、判斷題1.要加快機電傳動系統(tǒng)的過渡過程，應設法減小飛輪慣量和加大動態(tài)轉矩。（）2.位能性恒轉矩是一種轉矩方向隨轉速方向的改變而改變的轉矩。 （X ）3.無論直流電機作電動機使用還是作發(fā)電機使用，轉矩T和電動勢E所起的作用是一樣的。 （X ）4.位能性恒轉矩是一種轉矩大小和方向都不改變的轉矩。 （）5.直流

4、電動機不允許直接啟動，是因為啟動電流很大。 （）6.直流電動機調速系統(tǒng)，若想采用恒功率調速，則可改變U。 （X ）7.繞線式異步電動機可以采用轉子回路串電阻方法啟動。 （）8.鼠籠式異步電動機的可以采用轉子回路串電阻的方法啟動。 （X ）10.單相異步電動機可以通過電源線換接的方法實現(xiàn)正反轉變換。 （X ） 11. 直流調速系統(tǒng)的調速范圍越大，則靜差率也越大。 （）12. 測速發(fā)電機的輸出電壓與轉速成正比。 （） 13. 直流它勵電動機啟動時，要先加勵磁電流再接通電樞電源。 （）14. 三相異步電動機在運行時斷了一根電源線，仍能繼續(xù)轉動。 （）15.對直流電動機而言，負載增加就是指電樞電流增大

5、。 （）16. 在脈動磁場作用下單相異步電動機沒有啟動能力。 （） 17.三相異步電動機正在運行時，轉子突然被卡住，則電動機的電流會減小。（X）18. 直流電動機不允許直接啟動，是因為啟動轉矩很大。 （X ）19. 串勵電動機不允許空載啟動，因為理想空載轉速趨近于無窮大。 （）20. 單相異步電動機可以通過電源線換接的方法實現(xiàn)正反轉變換。 （X ） 21.能耗制動法可以避免反接制動存在的電動機反向啟動的危險。 （）22.直流他勵電動機啟動時，要先加勵磁電流再接通電樞電源。 （）23.采用積分調節(jié)器在調速系統(tǒng)中能夠消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差。 （）24.直流電動機調速系統(tǒng)，若想采用恒轉矩調速，則可改變U

6、。 （） 25. 三相鼠籠式異步電動機在相同的電源電壓下，空載啟動比滿載啟動的啟動轉矩小。 （X ） 26. 反饋制動用于下放重物時，串接的附加電阻越大，轉速越高。 （）27. 機電傳動系統(tǒng)中低速軸的轉矩小，高速軸的轉矩大。 （X ）28.開環(huán)調速系統(tǒng)的精度比閉環(huán)調速系統(tǒng)的精度大。 （X ） 29.同步電動機必須采用異步啟動法啟動。 （）30.反饋制動法是比較常用的準確停車的方法。 （X ） 三、分析題1. 在下圖中，曲線1和2分別為電動機與生產機械的機械特性曲線，試采用力矩平衡方程分析系統(tǒng)工作點A點是否為穩(wěn)定平衡點。要求說明原因。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTT

7、T21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT答：由動力學方程： ，可知：21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTTA圖：當n,nA時，TMTL；n,TL，所以A點是穩(wěn)定平衡點。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT B圖：當n,nA時，TMTL；n,TL，所以A點是穩(wěn)定平衡點。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT C圖：當n,nA時，TMTL；n,TL，所以A點是穩(wěn)定平衡點。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTTD圖：當n,nA時，TMTL；n,nA時，TMn0時電動機處

8、于發(fā)電狀態(tài)，這時電樞切割磁場的方向與電動狀態(tài)時的方向相反，電流改變了方向，電磁轉矩也隨之改變方向?；仞侂娔芙o電網(wǎng)。 反接制動：電源反接制動，改變電動機的電源極性，電流改變了方向，電磁轉矩也由正變到負，這種方法容易造成反轉，制動轉矩較大，常用于快速正反轉的場合。倒拉反接制動出現(xiàn)在位能負載轉矩超過電磁轉矩時候，例如起重機放下重物時。能耗制動：首先將電源斷開，接著立即將一個大電阻串入電樞繞組，加快能量的消耗。所以電動機轉速迅速下降，此時運動系統(tǒng)儲存的機械能被消耗在轉子電路的電阻中。機械特性曲線過原點，轉速為0時，轉矩也為0，制動準確，耗能，常用于準確停車。5. 三相鼠籠式異步電動機的制動方法有哪些？

9、各有何特點？答：異步電動機有三種制動方式：反饋制動，反接制動和能耗制動。反饋制動：當電動機的運行速度高于它的同步轉速，即n1.n0時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，感生電流方向改變，電磁轉矩也隨之改變方向，形成制動。特點：轉速較高，回饋電能給電網(wǎng)。反接制動：電源反接制動，改變定子三相電流的相序，就改變了旋轉磁場的方向，電磁轉矩由正變到負。特點：制動轉矩大，可快速制動，但容易造成反轉，常用于快速正反轉的場合。倒拉反接制動出現(xiàn)在位能負載轉矩超過電磁轉矩時，特點：可以不同的速度下放重物，但對負載估計不足可使位能負載上升，速度穩(wěn)定性差。能耗制動：首先將三相交流電源斷開，接著將一個低壓直流電源通入定子繞組，在電動

10、機內部建立了一個固定的磁場，旋轉的轉子導體內產生的感應電流與恒定磁場相互作用，產生作用方向與轉子實際旋轉方向相反的轉矩，形成制動。特點：速度穩(wěn)定性好，制動準確，常用于準確停車，但耗能。 6. 請問直流他勵電動機的人為機械特性有哪幾種？請說明每種人為機械特性的特點。答：由電動機的機械特性方程 ： 知：可通過改變電樞電壓， 改變勵磁磁通，改變電樞電路串電阻三種方法來獲得人為機械特性。(1) 改變電樞外加電壓 理想空載轉速n0隨著電壓的降低而降低。機械特性曲線與固有特性相互平行，機械特性硬度不變，是一組平行線。 (2) 改變勵磁磁通 理想空載轉速n0隨著主磁通的降低而增加，調速特性較軟。 (3) 電

11、樞電路串電阻 理想空載轉速n0不變，機械特性硬度變軟，是一組射線，在一定負載轉矩下，串接不同的電阻可以得到不同的轉速，機械特性較軟，電阻越大則特性越軟，穩(wěn)定性越低。7. 結合交流異步電動機的機械特性曲線分析，在負載轉矩不變的情況下，若電源電壓降低了，此時電動機穩(wěn)定運行時的轉矩、電流及轉速如何變化？ 答：當電源電壓降低時，電動機機械特性曲線如圖所示，此時電壓U降低，轉速下降，但在穩(wěn)態(tài)時，因負載轉矩TL不變，所以電磁轉矩TN =TL不變；因n降低，s增加，所以電流I增加。當電源電壓U下降較多時，機械特性曲線與負載特性曲線無交點，此時，電動機將無法拖動負載，電機轉速下降直至停車，造成堵轉，電流很大，

12、會燒壞電機。8. 一般同步電動機為什么要采用異步啟動法？答：同步電動機的轉子加以直流勵磁，產生固定磁場；當定子接上三相交流電，產生了旋轉磁場，并以同步轉速轉動。電動機開始啟動時，兩者相吸，定子旋轉磁場欲吸著轉子轉動，但由于轉子的慣性，它還沒有來得及轉動時旋轉磁場卻已轉到了極性相反的方向，兩者又相斥，所以平均轉矩為零，同步電動機不能啟動，所以同步電動機要采用異步啟動法來啟動。9. 晶閘管的導通與關斷的條件是什么？答：若晶閘管的控制極（門極）不加電壓，則晶閘管的陽極無論加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導通。晶閘管陽極和控制極同時加正向電壓，才能導通。晶閘管導通以后，控制極就失去控制作用，當陽極正

13、向電壓降低到一定值（或斷開或反向），晶閘管關斷。10. 三相異步電動機斷了一根電源線后，為什么不能啟動？而在運行時斷了一線，為什么仍能繼續(xù)轉動？這兩種情況會對電動機產生什么影響？答：三相異步電動機斷了一根電源線后，相當于接了一個單相電源，此時電動機定子繞組產生的磁場為脈動磁場。脈動磁場可以分解為兩個旋轉方向相反，大小相等的旋轉磁場，兩個旋轉磁場分別作用于轉子而產生兩個方向相反的電磁轉矩。在電動機轉速為0時，方向相反的兩個轉矩大小相等，合轉矩為零，因而轉子不能自行啟動。而在運行時斷了一線，電機已偏離啟動點，合轉矩不為零，在合轉矩作用下，電機能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，所以電機仍能繼續(xù)轉動，這兩種情

14、況都會使電動機的電流增加。11. 三相鼠籠式異步電動機的啟動方法有哪些？答：三相鼠籠型異步電動機的啟動方式主要有兩種： (1)全壓直接啟動即將電動機的定子繞組通過閘刀開關直接接入電源，在額定電壓下進行啟動。該法適用于中、小容量的異步電動機啟動。 (2)降壓啟動啟動時先降低電壓，當轉速接近額定值時，再恢復到額定電壓。適用于啟動時負載轉矩不大的情況，如輕載或空載。常用的降壓啟動方式有：定子串電阻或電抗器降壓啟動；Y 降壓啟動；自耦變壓器降壓啟動。 12. 一臺電扇通電后不能啟動，但經外力撥動下可以正常運轉，你認為可能是什么故障，為什么？答：電扇中的電動機為單相異步電動機，單相異步電動機接單相電源后

15、產生的磁場為脈動磁場，可以分解為兩個旋轉方向相反的旋轉磁場，兩個旋轉磁場分別作用于轉子而產生兩個方向相反的轉矩，而且轉矩大小相等。故其作用相互抵消，合轉矩為零，因而單相異步電動機沒有啟動能力，轉子不能自行啟動，必須采用電容分相或罩極等方法啟動，但單相電動機一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)。該風扇不能啟動是因為啟動電容發(fā)生故障，無法啟動，但經外力撥動下可以正常運轉，是因為外力的作用使電動機偏離啟動點，電動機在磁場的作用下可以自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)。5、 計算題1.一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：PN =5.5KW，UN =220V，IN =31.25A，Ra=0.4，nN =1000r/

16、min，如果這臺電動機在額定負載下運行，試求：（1）電動機的固有機械特性；（2）當電動機電樞電壓降為110V時，電動機的轉速是多少？ 解： TL = TN =52.525, 當U=UN/2=110時2.一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：，, 如果這臺電動機在額定轉矩下運行，試求：（1）電動機的電樞電壓降至180V時，電動機的轉速是多少？（2）電樞回路串入附加電阻時，電動機的轉速是多少？解： （1）此時 則 故 （2）電樞回路總電阻而 則 故 3.有一臺三相鼠籠式異步電動機，其額定數(shù)據(jù)為：PN =10KW，nN =1450r/min，UN=380V，接法，N=0.875，cos=0.87，Tst /TN=1.4，I st /IN=7。試求：（1）輸出的額定轉矩TN ； （2）當負載轉矩為40N.m時，該電動機能否采用Y-換接啟動，為什么？。解