機電傳動控制期末考試試卷及答案 3

1、五、計算題（要求寫出主要步驟每題10分）1.有臺直流他勵電動機，其銘牌數(shù)據(jù)為： PN55kW，UN=Uf=220V，nN=1500rmin，=08，Ra02 。試求： 額定轉(zhuǎn)矩TN 額定電樞電流IaN； 額定電樞電流時的反電勢； 直接啟動時的啟動電流； 若使啟動電流為三倍的額定電流，則電樞應(yīng)串人多大的啟動電阻?此時啟動轉(zhuǎn)矩為多少?解：1. TN=9.55PN/nN=9.55*5.5*1000/1500=35 N.m 2. IaN=pN/ (UN)=31.25A 3.E=UN-IaNRa=220-31.25*0.2=213.75V4.Ist=UN/Ra=220/0.2=1100A5.Ist=UN

2、/(Ra+Rad) 3IsN RadUN/3IaN-Ra=220/(3*31.25)-0.2=2.15 Tst=Kt Ist=(9.55E/nN)3IaN=(9.55*213.75/1500)*3*31.25=127.6 N.m 2某一調(diào)速系統(tǒng)在高速時的理想空載轉(zhuǎn)速 no1=1450rmin，低速時的理想空載轉(zhuǎn)速 n02=100rmin，額定負載時的轉(zhuǎn)速降nN=50rmin。 試畫出該系統(tǒng)的靜特性； 求出調(diào)速范圍D和低速時系統(tǒng)的靜差度s2； 在nmax與s2一定時，擴大調(diào)速范圍的方法是什么?調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)采取什么措施保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性?解：1.靜特性 2. D=nmax/nmin=(n01- nN

3、)/ (n02- nN) =(1450-50)/(100-50)=28 S2= nN/n02=0.52.有一臺三相異步電動機，正常運行時為接法，在額定電壓UN下啟動時，其啟動轉(zhuǎn)矩 Tst=1.2TN(TN為額定轉(zhuǎn)矩)，若采用 Y換接啟動，試問當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩TL=35TN時，電動機能否啟動?為什么?TstY=1/3*1.2TN=0.4TN>0.35TN=TL 3.試說明圖中幾種情況下系統(tǒng)的運行狀態(tài)是加速?減速?還是勾速?(圖中箭頭方向為轉(zhuǎn)矩的實際作用方向)一、 分析與簡答題1. 請簡述機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。a) 電動機的機械特性曲線n=f（TM）和生產(chǎn)機械的特性曲線n=f（TL）有交點（

4、即拖動系統(tǒng)的平衡點）；b) 當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TMTL，即若干擾使轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TMTL。而當(dāng)轉(zhuǎn)速小于平衡點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TMTL，即若干擾使轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)干擾消除后應(yīng)有TMTL。2. 請解釋機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義。a) 是系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運轉(zhuǎn)b) 是系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動、負責(zé)轉(zhuǎn)矩波動等）而使運行速度稍有變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運行速度。3. 請簡述并勵發(fā)電機電壓能建立的條件。a) 發(fā)電機的磁極要有剩磁；b) 起始勵磁電流所產(chǎn)生的磁場的方向與剩磁磁場的方向相同；c) 勵磁電阻不能過大。4. 請簡述電動機制動的穩(wěn)定制動和過渡制

5、動狀態(tài)的共同點和不同點。a) 兩種制動狀態(tài)的區(qū)別在于轉(zhuǎn)速是否變化b) 兩種制動狀態(tài)的相同點在于電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反。5. 請簡述直流他勵電動機的三種制動方式的接線方法。a) 反饋制動為正常接法；b) 反接制動：電源倒拉反接改變電樞電壓的極性；倒拉反接制動在電樞電路內(nèi)串入附加電阻；c) 能耗制動將外部電樞電壓降為零，并將電樞串接一個附加電阻短接。6. 為什么直流電動機直接啟動時啟動電流很大？因電樞加上額定電壓，而電樞電阻很小，故很大。7. 對電動機的啟動有哪些主要要求？a) 啟動轉(zhuǎn)矩大，電流小b) 平滑，安全可靠c) 簡單方便，功耗小8. 直流他勵電動機啟動時，若在加上勵磁電流之前就把

6、電樞電壓加上，這時會產(chǎn)生什么后果（從TL=0和TL=TN兩種情況加以說明）？a) TL=0時飛車b) TL=TN時電樞電流很大。9. 有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)的含義是什么？a) 依靠被調(diào)量（如轉(zhuǎn)速）與給定量之間的偏差來進行調(diào)節(jié)，使被調(diào)亮接近不變，但又必須具有偏差（即）的反饋控制系統(tǒng)，即有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器。b) 依靠偏差進行調(diào)節(jié)，使被調(diào)量等于給定量（即）的反饋控制系統(tǒng)，即無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用比例積分調(diào)節(jié)器。10. 什么叫調(diào)速范圍？什么叫靜差度？這兩項靜態(tài)指標之間有何關(guān)系？a) 調(diào)速范圍是指電動機在額定負載下最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比，即；b) 靜差率是指負載由理想空

7、載轉(zhuǎn)速到額定負載所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落于理想空載轉(zhuǎn)速之比，即c) D與S之間是相互關(guān)聯(lián)的，調(diào)速范圍是指在最低轉(zhuǎn)速時還能滿足給定靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍；對靜差率要求越小，允許的調(diào)速范圍也越小。11. 試說明圖中幾種情況下系統(tǒng)的運行狀態(tài)是加速？減速？還是勻速？（圖中箭頭方向為轉(zhuǎn)矩的實際作用方向）a) b)c) d)a）加速 b）減速 c）減速 d）加速12. 在圖中，曲線1和2分別為電動機和負載的機械特性，試判斷哪些是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點？哪些不是？ 1、2、4穩(wěn)定運行，3不穩(wěn)定運行。二、 計算題1. 有一直流電動機脈寬調(diào)速系統(tǒng)（PWM-M）, 若外加電源電壓U(E)=100V，脈沖頻率f=4000HZ，

8、在脈沖周期內(nèi)全導(dǎo)通時的理想空載轉(zhuǎn)速n01=1000r/min，如要求電動機的理想空載轉(zhuǎn)速n02=400r/min，問：此系統(tǒng)在一脈沖周期內(nèi)的導(dǎo)通時間（脈沖寬度）T1應(yīng)是多少？解：2. 一臺三相異步電動機，定子繞組接到頻率為的三相對稱電源上，已知它運行在額定轉(zhuǎn)速。問：（1） 該電動機的極對數(shù)p是多少？（2） 額定轉(zhuǎn)差率SN是多少？（3） 額定轉(zhuǎn)速運行時，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2是多少？解：（1） 已知異步電動機額定轉(zhuǎn)差率較小，現(xiàn)根據(jù)電動機的額定轉(zhuǎn)速，便可判斷出它的同步轉(zhuǎn)速。于是 （2）額定轉(zhuǎn)差率 （3）轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f23. 有一臺三相鼠籠式異步電動機，其額定數(shù)據(jù)為：,，接法，。試求：（1） 定子

9、磁極數(shù)p；（2） 額定輸入電功率PIN，額定電流IN；（3） 采用Y換接啟動時的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。解：（1）現(xiàn)根據(jù)電動機的額定轉(zhuǎn)速，便可判斷出它的同步轉(zhuǎn)速。于是 （2） （3）4. 有一直流調(diào)速系統(tǒng)，試求：系統(tǒng)的調(diào)速范圍和系統(tǒng)允許的靜差度。解：系統(tǒng)的調(diào)速范圍 系統(tǒng)允許的靜差度5. 如圖所示，在單相半波可控整流電路中，設(shè)負載為純電阻，交流電源電壓U2為220V，輸出的直流平均電壓Ud=50V，輸出電流平均值Id=20A。試求：（1） 晶閘管的控制角；（2） 電流有效值。解：（1）根據(jù) 故 （2）單項半波純電阻的電流波形系數(shù)K=2.22，故電流有效值 6. 一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：,，

10、 ，。試求：（1） 額定轉(zhuǎn)矩；（2） 直接啟動時的啟動電流；（3） 如果采用降壓啟動，啟動電流仍限制為額定電流的兩倍，電源電壓應(yīng)為多少？解：（1）額定轉(zhuǎn)矩 （2）直接啟動時的啟動電流（3）降壓啟動時故電源電壓 7. 一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：,， ，。試求：（1） 額定轉(zhuǎn)矩，額定電樞電流；， （2） 直接啟動時的啟動電流；（3） 如果要使啟動電流不超過額定電流的2倍，求啟動電阻為多少歐？ 故，8一臺、八極的三相感應(yīng)電動機，額定轉(zhuǎn)差率，問該機的同步轉(zhuǎn)速是多少？當(dāng)該機運行在時，轉(zhuǎn)差率是多少？當(dāng)該機運行在時，轉(zhuǎn)差率是多少？當(dāng)該機運行在起動時， 轉(zhuǎn)差率是多少？解 同步轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速 當(dāng)時，轉(zhuǎn)差

11、率 當(dāng)時，轉(zhuǎn)差率 當(dāng)電動機起動時，轉(zhuǎn)差率 9. 一臺三相四極感應(yīng)電動機，定子接法。已知額定運行時，輸出轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩的，。試計算額定運行時的電磁功率、輸入功率和功率因數(shù)。解 轉(zhuǎn)差率 輸出轉(zhuǎn)矩 電磁功率 轉(zhuǎn)子銅耗 定子銅耗 輸入功率 功率因數(shù) 10. 有一電阻性負載，需要直流電壓Ud=70V、電流Id=30A供電，若采用單相半波可控整流電路，直接接在220V的交流電網(wǎng)上，試計算晶閘管的導(dǎo)通角。解： 晶閘管的導(dǎo)通角 =180-65.5=114.5°四、計算題：（選做一道題，要求寫出主要計算步驟及結(jié)果，共15分）1、一臺并勵電動機，額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，最大勵磁功率。試求

12、：（1）最大勵磁電流； （2）額定運行時的電樞電流；（3）額定轉(zhuǎn)矩； （4）額定運行時的效率。2、有一臺三相鼠籠式異步電動機，其額定數(shù)據(jù)為：，接法，。試求：（1）額定輸入功率； （2）額定轉(zhuǎn)差率； （3）額定電流； （4）輸出的額定轉(zhuǎn)矩； （5）采用換接啟動時的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。四、計算題：（選做一道題，要求寫出主要計算步驟及結(jié)果，共15分）1答案：（1）最大勵磁電流 （2）額定運行時的電樞電流 （3）額定轉(zhuǎn)矩 （4）額定運行時的效率2答案：（1）（2）（3）（4）（5）四、計算題1. 有一臺他勵直流電動機，采用降低電源電壓及弱磁調(diào)速，要求最低理想空載轉(zhuǎn)速，最高理想空載轉(zhuǎn)速，試求：（1）時的

13、最低轉(zhuǎn)速及此時的靜差率。（2）拖動恒功率負載時的最高轉(zhuǎn)速。（3）調(diào)速范圍。解：采用降低電源電壓調(diào)速時對應(yīng)于基速以下，基速以上采用弱磁調(diào)速。（1），。（2）拖動恒功率負載時應(yīng)采用弱磁調(diào)速。，。（3）調(diào)速范圍應(yīng)將兩種方法合并考慮。2.三相異步電動機=28kW，=380V，=950r/min，=0.88，=50Hz,額定運行時，=1.1kW，忽略。試求(1)額定轉(zhuǎn)差率；(2)總機械功率、電磁功率和轉(zhuǎn)子銅損耗；(3)輸入功率及效率；(4)定子額定電流。解： （1） （2） =1.53kW(3) A 3.5 一臺直流發(fā)電機，其部分銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=180kW, U N=230V,n N=1450r/m

14、in,N=89.5%，試求： 該發(fā)電機的額定電流；電流保持為額定值而電壓下降為100V時，原動機的輸出功率（設(shè)此時=N） PN=UNIN 180KW=230*IN IN=782.6A該發(fā)電機的額定電流為782.6AP= IN100/N P=87.4KW3.6 已知某他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, N=88.5%, 試求該電機的額定電流和轉(zhuǎn)矩。PN=UNINN 7500W=220V*IN*0.885 IN=38.5A TN=9.55PN/nN =47.75Nm 3.7一臺他勵直流電動機：PN=15KW, U N=220V, I

15、N=63.5A, n N=2850r/min,Ra =0.25，其空載特性為：U 0/ V115 184 230 253 265 I f/A0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在額定電流下得到150V 和220 V的端電壓，問其勵磁電流分別應(yīng)為多少？由空載特性其空載特性曲線. 當(dāng)U=150V時 If=0.71A當(dāng)U=220V時 If=1.08A3.8 一臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為：PN=5.5KW, U N=110V, I N=62A, n N=1000r/min,試繪出它的固有機械特性曲線。 Ra=(0.500.75)(1-PN/UNIN)UN/IN =0.6(1-55

16、00/110*62)*110/62 1131 =0.206 n0=nNUN/(UN-INRa) =1131r/min TN=9.55*5500/1000 =52.525Nm 52.525 3.9 一臺并勵直流電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN=5.5KW,U N=110V, I N=61A,額定勵磁電流I fn=2A, n N=1500r/min,電樞電阻Ra =0.2,若忽略機械磨損和轉(zhuǎn)子的銅耗，鐵損，認為額定運行狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于額定輸出轉(zhuǎn)矩，試繪出它近似的固有機械特性曲線。n0=UNnN/(UN-INRa) TN=9.55PN/nN =110*1500/(110-61*0.2) =9.55

17、*5500/1500 =1687 r/min =35Nm 16873.10一臺他勵直流電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN=6.5KW,U N=220V, I N=34.4A, n N=1500r/min, Ra =0.242,試計算出此電動機的如下特性： 固有機械特性；電樞服加電阻分別為3和5時的人為機械特性；電樞電壓為U N/2時的人為機械特性； 磁通=0.8N時的人為機械特性；并繪出上述特性的圖形。 n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm 1559 41.38

18、 n=U/Ke-(Ra+Rad)T/KeKt2 = U/Ke-(Ra+Rad)T/9.55Ke22當(dāng)3 n=854r/min當(dāng)5 n=311 r/min n= U/Ke-RaT/9.55Ke22當(dāng)UN=0.5UN時 n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780 r/minn0 n= U/0.8Ke-RaT/9.55Ke220.82 當(dāng)=0.8時n=1517 r/min n0=UNnN/0.8Ke =1964 r/min 3.15 一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min, N=0.8,Ra=0.4, Rf=8

19、2.7 。試求： 額定電樞電流IAn; 額定勵磁電流IfN; 勵磁功率Pf; 額定轉(zhuǎn)矩TN; 額定電流時的反電勢； 直接啟動時的啟動電流； 如果要是啟動電流不超過額定電流的2倍，求啟動電阻為多少歐？此時啟動轉(zhuǎn)矩又為多少？ PN=UNIaNN2200=110*IaN*0.8 IaN=25A Uf= RfIfN IfN=110/82.7 =1.33A Pf= UfIfN =146.3W額定轉(zhuǎn)矩TN=9.55 PN/ nN =14Nm 額定電流時的反電勢EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V 直接啟動時的啟動電流Ist=UN/Ra =110/0.4 =275A 啟動電阻 2IN>

20、; UN/ (Ra+Rst) Rst>1.68 啟動轉(zhuǎn)矩 Ke=(UN-INRa)/nN =0.066Ia= UN/ (Ra+Rst) T=KtIa =52.9A =9.55*0.066*52.9 =33.34Nm. 2.8 如圖2.3（b）所示，電動機轉(zhuǎn)速nM=950 r/min，齒輪減速箱的傳動比J1= J2=4，卷筒直徑D=0.24m,滑輪的減速比J3=2，起重負荷力 F=100N,電動機的費輪轉(zhuǎn)距GD2M=1.05N m2, 齒輪，滑輪和卷筒總的傳動效率為0.83。試球體勝速度v和折算到電動機軸上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T L 以及折算到電動機軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GD2z.。 M=3.1

21、4*2n/60=99.43 rad/s.提升重物的軸上的角速度=M/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/sv=D/2=0.24/2*3.11=0.373m/sTL=9.55FV/CnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGD2Z=GDM2+ GDL2/jL2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM25.1 有一臺四極三相異步電動機，電源電壓的頻率為50HZ，滿載時電動機的轉(zhuǎn)差率為0.02求電動機的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流頻率。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1

22、500 =1500r/min n=1470r/min 電動機的同步轉(zhuǎn)速1500r/min. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1470 r/min, 轉(zhuǎn)子電流頻率.f2=Sf1=0.02*50=1 HZ5.6 有一臺三相異步電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示。型號PN/kWUN/V滿載時Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r·min-1 IN/A N×100 cosY132S-63 220/380960 12.8/7.2 83 0.756.52.02.0 試求：線電壓為380V時，三相定子繞組應(yīng)如何接法？ 求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist； 額定負載時電動機的輸入功率是多少？ 線電

23、壓為380V時，三相定子繞組應(yīng)為Y型接法. TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8NmTst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 NmTmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 NmIst/IN=6.5 Ist=46.8A 一般nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/minSN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04P=60f/ n0=60*50/1000=3 =PN/P輸入 P輸入=3/0.83=3.615.11有一臺三相異步電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下：PN/kWnN/r·min-1UN/VN×100cosNIst/INTst/TNTmax/TN接法401470380900.96.51.22.0 當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩為250N·m時，試問在U=UN和U=0.8UN兩種情況下電動機能否啟動？ TN=9.55