機(jī)電傳動與控制

1、習(xí)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(shí)，轉(zhuǎn)矩折算依據(jù)折算前后 功率 不變的原則，轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動系統(tǒng)的動能有關(guān)，可根據(jù)動能守恒原則進(jìn)行折算。2.生產(chǎn)機(jī)械的典型機(jī)械特性可以歸納為以下幾種： 恒轉(zhuǎn)矩 型 、 恒功率 型、離心式通風(fēng)機(jī)型和直線型。3.要有效地縮短機(jī)電傳動系統(tǒng)過渡過程的時(shí)間，應(yīng)設(shè)法減小 轉(zhuǎn)動慣量 和提高 動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。4.機(jī)電傳動系統(tǒng)中，低速軸的轉(zhuǎn)矩大，高速軸的轉(zhuǎn)矩小。5.生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)提出的主要靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)有 調(diào)速范圍 、 靜差度 、和平滑性。 6.直流電動機(jī)通過改變電源的 正負(fù)極性 來改變旋轉(zhuǎn)方向，交流電動機(jī)通過改變 定子三相交流電的通電相序 來改變

2、旋轉(zhuǎn)方向。7.直流電動機(jī)常用的調(diào)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(jī)主磁通F。8. 三異步電動機(jī)主要由 定子 和 轉(zhuǎn)子 構(gòu)成。定子又稱 磁極 ，轉(zhuǎn)子又稱 電樞 。9.一臺三相異步電動機(jī)接入50Hz三相對稱電源，額定運(yùn)行時(shí)S=0.04，則此時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率為 2 Hz。10.三相交流異步電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為繞線式異步電動機(jī)和 鼠籠式 式異步電動機(jī)。11.三相鼠籠式異步電動機(jī)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(jī)無自啟動能力，常采用 電容分相 法和 罩極 法進(jìn)行啟動。13.測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)速信號變換成 電 信號的元

3、件，它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成 正比 。14.同步電動機(jī)常采用 異步啟動 法進(jìn)行啟動。15.晶閘管的導(dǎo)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(dǎo)通轉(zhuǎn)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(diào)速系統(tǒng)可以分為 交交 變頻調(diào)速與 交直交 變頻調(diào)速兩大類。 二、判斷題1.要加快機(jī)電傳動系統(tǒng)的過渡過程，應(yīng)設(shè)法減小飛輪慣量和加大動態(tài)轉(zhuǎn)矩。（）2.位能性恒轉(zhuǎn)矩是一種轉(zhuǎn)矩方向隨轉(zhuǎn)速方向的改變而改變的轉(zhuǎn)矩。 （X ）3.無論直流電機(jī)作電動機(jī)使用還是作發(fā)電機(jī)使用，轉(zhuǎn)矩T和電動勢E所起的作用是一樣的。 （X ）4.位能性恒轉(zhuǎn)矩是一種轉(zhuǎn)矩大小和方向都不改變的轉(zhuǎn)矩。 （）5.直流

4、電動機(jī)不允許直接啟動，是因?yàn)閱与娏骱艽蟆?（）6.直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，若想采用恒功率調(diào)速，則可改變U。 （X ）7.繞線式異步電動機(jī)可以采用轉(zhuǎn)子回路串電阻方法啟動。 （）8.鼠籠式異步電動機(jī)的可以采用轉(zhuǎn)子回路串電阻的方法啟動。 （X ）10.單相異步電動機(jī)可以通過電源線換接的方法實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)變換。 （X ） 11. 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍越大，則靜差率也越大。 （）12. 測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。 （） 13. 直流它勵(lì)電動機(jī)啟動時(shí)，要先加勵(lì)磁電流再接通電樞電源。 （）14. 三相異步電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)斷了一根電源線，仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 （）15.對直流電動機(jī)而言，負(fù)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(jī)沒有啟動能力。 （） 17.三相異步電動機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，則電動機(jī)的電流會減小。（X）18. 直流電動機(jī)不允許直接啟動，是因?yàn)閱愚D(zhuǎn)矩很大。 （X ）19. 串勵(lì)電動機(jī)不允許空載啟動，因?yàn)槔硐肟蛰d轉(zhuǎn)速趨近于無窮大。 （）20. 單相異步電動機(jī)可以通過電源線換接的方法實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)變換。 （X ） 21.能耗制動法可以避免反接制動存在的電動機(jī)反向啟動的危險(xiǎn)。 （）22.直流他勵(lì)電動機(jī)啟動時(shí)，要先加勵(lì)磁電流再接通電樞電源。 （）23.采用積分調(diào)節(jié)器在調(diào)速系統(tǒng)中能夠消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差。 （）24.直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，若想采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，則可改變U

6、。 （） 25. 三相鼠籠式異步電動機(jī)在相同的電源電壓下，空載啟動比滿載啟動的啟動轉(zhuǎn)矩小。 （X ） 26. 反饋制動用于下放重物時(shí)，串接的附加電阻越大，轉(zhuǎn)速越高。 （）27. 機(jī)電傳動系統(tǒng)中低速軸的轉(zhuǎn)矩小，高速軸的轉(zhuǎn)矩大。 （X ）28.開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的精度比閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的精度大。 （X ） 29.同步電動機(jī)必須采用異步啟動法啟動。 （）30.反饋制動法是比較常用的準(zhǔn)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(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線，試采用力矩平衡方程分析系統(tǒng)工作點(diǎn)A點(diǎn)是否為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。要求說明原因。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTT

7、T21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT答：由動力學(xué)方程： ，可知：21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTTA圖：當(dāng)n,nA時(shí)，TMTL；n,TL，所以A點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT B圖：當(dāng)n,nA時(shí)，TMTL；n,TL，所以A點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTT C圖：當(dāng)n,nA時(shí)，TMTL；n,TL，所以A點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。21212112（A）（B）（C）（D）AAAAnTnnnTTTD圖：當(dāng)n,nA時(shí)，TMTL；n,nA時(shí)，TMn0時(shí)電動機(jī)處

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

9、各有何特點(diǎn)？答：異步電動機(jī)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(dāng)電動機(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步轉(zhuǎn)速，即n1.n0時(shí)，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，感生電流方向改變，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向，形成制動。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場的方向，電磁轉(zhuǎn)矩由正變到負(fù)。特點(diǎn)：制動轉(zhuǎn)矩大，可快速制動，但容易造成反轉(zhuǎn)，常用于快速正反轉(zhuǎn)的場合。倒拉反接制動出現(xiàn)在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，特點(diǎn)：可以不同的速度下放重物，但對負(fù)載估計(jì)不足可使位能負(fù)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(gè)低壓直流電源通入定子繞組，在電動

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

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

12、會燒壞電機(jī)。8. 一般同步電動機(jī)為什么要采用異步啟動法？答：同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子加以直流勵(lì)磁，產(chǎn)生固定磁場；當(dāng)定子接上三相交流電，產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，并以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。電動機(jī)開始啟動時(shí)，兩者相吸，定子旋轉(zhuǎn)磁場欲吸著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，它還沒有來得及轉(zhuǎn)動時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場卻已轉(zhuǎn)到了極性相反的方向，兩者又相斥，所以平均轉(zhuǎn)矩為零，同步電動機(jī)不能啟動，所以同步電動機(jī)要采用異步啟動法來啟動。9. 晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)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(dǎo)通。晶閘管陽極和控制極同時(shí)加正向電壓，才能導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通以后，控制極就失去控制作用，當(dāng)陽極正

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

14、況都會使電動機(jī)的電流增加。11. 三相鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法有哪些？答：三相鼠籠型異步電動機(jī)的啟動方式主要有兩種： (1)全壓直接啟動即將電動機(jī)的定子繞組通過閘刀開關(guān)直接接入電源，在額定電壓下進(jìn)行啟動。該法適用于中、小容量的異步電動機(jī)啟動。 (2)降壓啟動啟動時(shí)先降低電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，再恢復(fù)到額定電壓。適用于啟動時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)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(jīng)外力撥動下可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，你認(rèn)為可能是什么故障，為什么？答：電扇中的電動機(jī)為單相異步電動機(jī)，單相異步電動機(jī)接單相電源后

15、產(chǎn)生的磁場為脈動磁場，可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場分別作用于轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)矩大小相等。故其作用相互抵消，合轉(zhuǎn)矩為零，因而單相異步電動機(jī)沒有啟動能力，轉(zhuǎn)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(jī)一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。該風(fēng)扇不能啟動是因?yàn)閱与娙莅l(fā)生故障，無法啟動，但經(jīng)外力撥動下可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是因?yàn)橥饬Φ淖饔檬闺妱訖C(jī)偏離啟動點(diǎn)，電動機(jī)在磁場的作用下可以自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。5、 計(jì)算題1.一臺直流他勵(lì)電動機(jī)，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(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行，試求：（1）電動機(jī)的固有機(jī)械特性；（2）當(dāng)電動機(jī)電樞電壓降為110V時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？ 解： TL = TN =52.525, 當(dāng)U=UN/2=110時(shí)2.一臺直流他勵(lì)電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：，, 如果這臺電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行，試求：（1）電動機(jī)的電樞電壓降至180V時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？（2）電樞回路串入附加電阻時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？解： （1）此時(shí) 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(jī)，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(zhuǎn)矩TN ； （2）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為40N.m時(shí)，該電動機(jī)能否采用Y-換接啟動，為什么？。解