《機電傳動與控制》習題

1、機電傳動與控制習題集4. 分析三相異步電動機能耗制動控制電路的控制過程。5.機電傳動的基本概念以及機電傳動發(fā)展的三個階段。所謂機電傳動，是指以電動機為原動機驅動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)的總稱，它的目的是將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止以及速度調(diào)節(jié)，完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進行。機電傳動的發(fā)展概況（3個階段）成組拖動單電機拖動多電機拖動6.分析三相異步電動機反接制動控制電路的控制過程。7.計算題 8機電傳動的發(fā)展大體經(jīng)歷了成組拖動、單電機拖動和多電機拖動三個階段。機電傳動系統(tǒng)實質上是一個機電統(tǒng)一的運動系統(tǒng)。9三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場。10旋轉變

2、壓器是自動裝置中的一類精密控制微電動機，它將轉子轉角變換成與之成某一函數(shù)關系的電信號。11對機電一體化的系統(tǒng)最起碼的要求是能穩(wěn)定平衡地運行。12常用的交流電動機有異步電動機（或稱感應電動機）和同步電動機兩類。13.計算題： 一臺他勵直流電動機的技術數(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。解： n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1

3、500/220-34.4*0.242= 1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38N 1559 41.38 n=U/Ke-(Ra+Rad)T/KeKt2 = U/Ke-(Ra+Rad)T/9.55Ke22當3 n=854r/min；當5 n=311 r/min n= U/Ke-RaT/9.55Ke22當UN=0.5UN時 n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780 r/min n= U/0.8Ke-RaT/9.55Ke220.82 當=0.8時n=1517 r/min；n0=UNnN/0.8Ke=1964 r/min n01

4、4. 一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E= E1，如負載轉矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化? 是大于，小于還是等于E1？答：T=IaKt, 減弱,T是常數(shù),Ia增大.根據(jù)EN=UN-IaRa ,所以EN減小.,小于E1.15.根據(jù)轉差率的大小和正負，三相異步電動機有幾種運行狀態(tài)？16.簡述三相異步電動機的制動方法？17.電容分相式的單相異步電動機的工作原理？單相異步電動機主要應用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電風扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉子一般用鼠籠式。 特點在于定子繞組通入的

5、是單相交流電，所產(chǎn)生的是一個位置固定不變，而大小和方向隨時間作正弦變化的脈動磁場。若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉矩。必須再加一個與此脈動磁場頻率相同、相位不同、在空間相差一個角度的另一脈動磁場與其合成。電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組 AA'，另一個是起動繞組BB' ,兩個繞組在空間相隔90º。起動時，BB'繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90º，即可獲得所需的旋轉磁場。電容分相式的單相異步電動機的原理如圖所示：18步進電動機是一種將電脈沖信號 變換成相應的角位移或直線位移 的機電執(zhí)行元件。步進電動機每步轉過

6、的角度稱為 步距角 。三相單三拍通電方式的通電順序為 ABC ，三相六拍通電方式的通電順序為 AABBBCCCA 。19勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電的電動機叫做他勵直流電動機。 20當電動機產(chǎn)生的拖動轉矩T負載轉矩Tz時，電動機處于加速工作狀態(tài)。21有一臺三相四極的異步電動機，Y連接，其額定技術數(shù)據(jù)為：，電源頻率，額定轉差率，定子每相繞組匝數(shù)，轉子每相繞組匝數(shù)，旋轉磁場的每極磁通，試求：（1）定子每相繞組感應電動勢；（2）轉子每相繞組開路電壓；（3）額定轉速時轉子每相繞組感應電動勢。解：（1）（2） 轉子繞組開路時，轉子電路電流，轉子轉速，轉子繞組電動勢頻率，故開路電壓： （3） 22

7、. 他勵直流電動機有哪些方法進行調(diào)速？它們的特點是什么？ 他勵電動機的調(diào)速方法： 第一改變電樞電路外串接電阻Rad 特點在一定負載轉矩下，串接不同的電阻可以得到不同的轉速，機械特性較軟，電阻越大則特性與如軟，穩(wěn)定型越低，載空或輕載時，調(diào)速范圍不大，實現(xiàn)無級調(diào)速困難，在調(diào)速電阻上消耗大量電量。 第二改變電動機電樞供電電壓 特點 當電壓連續(xù)變化時轉速可以平滑無級調(diào)速，一般只能自在額定轉速以下調(diào)節(jié)，調(diào)速特性與固有特性相互平行，機械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大，調(diào)速時因電樞電流與電壓無關，屬于恒轉矩調(diào)速，適應于對恒轉矩型負載?？梢钥空{(diào)節(jié)電樞電壓來啟動電機，不用其它啟動設備， 第三改變電

8、動機主磁通 特點可以平滑無級調(diào)速，但只能弱詞調(diào)速，即在額定轉速以上調(diào)節(jié)，調(diào)速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制，調(diào)速范圍不大，調(diào)速時維持電樞電壓和電流步變，屬恒功率調(diào)速。23.異步電動機有哪幾種調(diào)速方法？各種調(diào)速方法有何優(yōu)缺點？ 調(diào)壓調(diào)速 這種辦法能夠無級調(diào)速，但調(diào)速范圍不大 轉子電路串電阻調(diào)速 這種方法簡單可靠，但它是有機調(diào)速，隨著轉速降低特性變軟，轉子電路電阻損耗與轉差率成正比，低速時損耗大。 改變極對數(shù)調(diào)速 這種方法可以獲得較大的啟動轉矩，雖然體積稍大，價格稍高，只能有機調(diào)速，但是結構簡單，效率高特性高，且調(diào)速時所需附加設備少。 變頻調(diào)速 可以實現(xiàn)連續(xù)的改變電動機的轉矩，是一種很好的調(diào)

9、速方法。24.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）額定轉差率； （3）額定電流；（4）輸出的額定轉矩； （5）采用換接啟動時的啟動電流和啟動轉矩。解：（1）（2）（3）（4）（5）25. 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 當負載轉矩為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 PN/ nN=9.55*40000/1470=2

10、60Nm Tst/TN=1.2 Tst=312Nm Tst=KR2U2/（R22+X202）=312 Nm 312 Nm>250 Nm 所以U=UN時 電動機能啟動。當U=0.8U時 Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202） =0.64*312 =199 NmTst<TL所以電動機不能啟動。 欲采用Y-換接啟動,當負載轉矩為0.45 TN和0.35 TN兩種情況下, 電動機能否啟動？ TstY=Tst/3=1.2* TN /3=0.4 TN當負載轉矩為0.45 TN時電動機不能啟動當負載轉矩為0.35 TN時電動機能啟動 若采用自耦變壓器降壓啟動，設降壓比為0.64，求

11、電源線路中通過的啟動電流和電動機的啟動轉矩。IN= PN/ UNN cosN3=40000/1.732*380*0.9*0.9=75AIst/IN=6.5 Ist=487.5A降壓比為0.64時電流=K2 Ist =0.642*487.5=200A電動機的啟動轉矩T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm 26.三相交流異步電動機常用的調(diào)速方法中， 變頻調(diào)速可以實現(xiàn)范圍較寬的平滑調(diào)速，其應用將越來越廣泛。27.反應式步進電機的基本結構是：定子有繞組，轉子無繞組。28.梯形圖與指令程序轉換：29.梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似

12、。30. 電磁轉矩 T 是三相異步電動機的最重要的物理量之一， 它表征一臺電動機拖動生產(chǎn)能力的大小。機械特性是它的主要特性。31.旋轉變壓器是自動裝置中的一類精密控制微電動機，它將轉子轉角變換成與之成某一 函數(shù)關系的電信號。32.異步電動機固有機械特性曲線的四個特殊點：空載工作點、額定工作點、啟動工作點、臨界工作點。33.梯形圖與指令程序轉換： 34.梯形圖與指令程序轉換： 35.同步電動機的工作原理與異步電機的有何不同？答： 異步電動機的轉子沒有直流電流勵磁，,它所需要的全部磁動勢均由定子電流產(chǎn)生，所以一部電動機必須從三相交流電源吸取滯后電流來建立電動機運行時所需要的旋轉磁場，它的功率因數(shù)總

13、是小于1的，同步電動機所需要的磁動勢由定子和轉子共同產(chǎn)生的當外加三相交流電源的電壓一定時總的磁通不變，在轉子勵磁繞組中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現(xiàn)一個大小和極性固定，極對數(shù)與電樞旋轉磁場相同的直流勵磁磁場，這兩個磁場的相互作用，使轉子北電樞旋轉磁場拖動著一同步轉速一起轉動。36.直流電動機的結構組成及其工作原理如何？其調(diào)速方法與調(diào)速特性怎樣？答：直流電動機由電樞和勵磁兩部分組成; 依靠電磁感應產(chǎn)生電磁力,形成電磁轉矩,帶動電樞轉動. 調(diào)速方法主要有調(diào)壓調(diào)速(恒轉矩),調(diào)勵磁調(diào)速(恒功率)和電樞串電阻調(diào)速(變軟)。37.反抗轉矩的方向與運動方向相反，方向發(fā)生改變時，負載轉矩的方向也會隨著

14、改變，因而他總是阻礙運動的。位能轉矩的作用方向恒定，與運動方向無關，它在某方向阻礙運動，而在相反方向便促使運動。38.并勵直流發(fā)電機正轉時可以自勵。39.將三相異步電動機接三相電源的三根引線中的兩根對調(diào)，轉向反轉。40.多軸拖動系統(tǒng)為什么要折算成單軸拖動系統(tǒng)？轉矩折算為什么依據(jù)折算前后功率不變的原則？轉動慣量折算為什么依據(jù)折算前后動能不變的原則？答：因為許多生產(chǎn)機械要求低轉速運行，而電動機一般具有較高的額定轉速。這樣，電動機與生產(chǎn)機械之間就得裝設減速機構，如減速齒輪箱或蝸輪蝸桿，皮帶等減速裝置。所以為了列出系統(tǒng)運動方程，必須先將各轉動部分的轉矩和轉動慣量或直線運動部分的質量這算到一根軸上。轉矩

15、折算前后功率不變的原則是P=T, p不變。轉動慣量折算前后動能不變原則是能量守恒MV=0.5J2 41.什么是低壓電器? 常用的低壓電器有哪些? 答：工作在交流電壓1200V或直流電壓1500V以下的電器屬于低壓電器;常用的低壓電器有接觸器、繼電器、空氣開關、行程開關、按紐等等。42.控制線路的設計方法通常有兩種：一種是經(jīng)驗設計法，另一種是邏輯分析設計法。43.拖動轉矩是有電動機產(chǎn)生用來克服負載轉矩，以帶動生產(chǎn)機械運動的。 靜態(tài)轉矩就是由生產(chǎn)機械產(chǎn)生的負載轉矩。44.機電傳動系統(tǒng)中低速軸的GD2比高速軸的GD2大。45.直流他勵電動機啟動時，為什么一定要先把勵磁電流加上？若忘了先合勵磁繞阻的電

16、源開關就把電樞電源接通，這是會產(chǎn)生什么現(xiàn)象（試從TL=0 和TL=TN兩種情況加以分析）？當電動機運行在額定轉速下，若突然將勵磁繞阻斷開，此時又將出現(xiàn)什么情況？答： 直流他勵電動機啟動時,一定要先把勵磁電流加上使因為主磁極靠外電源產(chǎn)生磁場。如果忘了先合勵磁繞阻的電源開關就把電樞電源接通，TL=0時理論上電動機轉速將趨近于無限大,引起飛車, TL=TN時將使電動機電流大大增加而嚴重過載。46.可編程序控制器的英文名稱與（IEC）定義？v 通用叫法:中文名稱為可編程控制器；v 英文名稱為Programmable Logic Controller，簡稱PLCv 1987年，國際電工委員會（IEC）定

17、義： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。 47.1968年GM公司提出可編程序控制器的十項設計標準？Ø 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；Ø 維護方便，采用插件式結構；Ø 可靠性高于繼電器控制柜；Ø 體積小于繼電器控制柜；Ø 成本可與繼電器控制柜競爭；Ø 可將數(shù)據(jù)直接送入計算機；Ø 可直接使用115V交流