機電傳動控制課后習題答案-華中科技大學出版社(嚴選材料)

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習題與思考題

第二章機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)

2.1說明機電傳動系統(tǒng)運動方程中的拖動轉(zhuǎn)矩，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩。

拖動轉(zhuǎn)矩是由電動機產(chǎn)生用來克服負載轉(zhuǎn)矩，以帶動生產(chǎn)機械運動的。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩就是由生產(chǎn)機械產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)

矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩減去靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。

2.2從運動方程式怎樣看出系統(tǒng)是處于加速，減速，穩(wěn)態(tài)的和靜態(tài)的工作狀態(tài)。

TMTL〉O說明系統(tǒng)處于加速，TMTL<0說明系統(tǒng)處于減速，TMTL=O說明系統(tǒng)處于稔態(tài)（即靜態(tài)）的工作狀態(tài)。

2.3試列出以卜.幾種情況下（見題2.3圖）系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速，減速，還是勻速？

（圖中箭頭方向表示轉(zhuǎn)矩的實際作用方向）

系統(tǒng)的運動狀態(tài)是減速系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速

系統(tǒng)的運動狀態(tài)是減速系統(tǒng)的運動狀態(tài)是勻速

2.4多軸拖動系統(tǒng)為什么要折算成單軸拖動系統(tǒng)？轉(zhuǎn)矩折算為什么依據(jù)折算前后功率不變的原則？轉(zhuǎn)動慣量折算為

什么依據(jù)折算前后動能不變的原則？

因為許多生產(chǎn)機械要求低轉(zhuǎn)速運行，而電動機一般具有較高的額定轉(zhuǎn)速。這樣，電動機與生產(chǎn)機械之間就得裝設(shè)

減速機構(gòu)，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(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)矩

和轉(zhuǎn)動慣量或直線運動部分的質(zhì)量這算到一根軸上。轉(zhuǎn)矩折算前后功率不變的原則是P=T3,p不變。轉(zhuǎn)動慣量折算

前后動能不變原則是能量守恒MV=0.5J32

2.5為什么低速軸轉(zhuǎn)矩大，高速軸轉(zhuǎn)矩小？

因為P=T3,p不變3越小T越大，3越大T越小。

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2.6為什么機電傳動系統(tǒng)中低速軸的GD2比高速軸的GD2大得多？

因為P=T3,T=G3D2/375.P=3G3D2/375.,P不變轉(zhuǎn)速越小GD?越大，轉(zhuǎn)速越大GD?越小。

2.7如圖2.3(a)所示，電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量“=2.5kgm2,轉(zhuǎn)速nM=900i7min;中間傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量4=/6依〃?5

轉(zhuǎn)速HL=60r/min。試求折算到電動機軸上的等效專慣量。

折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量：j=Nm/N1=900/300=3,jl=Nm/Nl=15

J=JM+Jl/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2

.2.8如圖2.3(b)所示,電動機轉(zhuǎn)速nv=950r/min,齒輪減速箱的傳動比J1=L=4,卷筒直徑D=0.24m,滑輪的減

速比入=2,起重負荷力P=100N,電動機的費輪轉(zhuǎn)距GD2M=1.05Nm2,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TL以及折算到電動機軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GD，.

3M=3.14*2n/60=99.43rad/s.

提升重物的軸上的角速度3=3M小伺3:99.43/4*4*2=3』1rad/s

v=3D/2=0.24/2*3.11=0.373m/s

TL=9.55FV/ncnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM

2222

GDZ=8GDM+GDL/jL

=1.25*1.05+100*0.242/322

=1.318NM2

2.9一般生產(chǎn)機械按其運動受阻力的性質(zhì)來分可有哪幾種類型的負載？

可分為1恒轉(zhuǎn)矩型機械特性2離心式通風機型機械特性3直線型機械特性4恒功率型機械特性,4種類型的負

載.

2.10反抗靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與位能靜態(tài)轉(zhuǎn)矩有何區(qū)別，各有什么特點？

反抗轉(zhuǎn)矩的方向與運動方向相反,，方向發(fā)生改變時，負載轉(zhuǎn)矩的方向也會隨著改變,因而他總是阻礙運動的.位能轉(zhuǎn)矩

的作用方向恒定，與運動方向無關(guān)，它在某方向阻礙運動，而在相反方向便促使運動。

2.11在題2.11圖中，曲線I和2分另!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？

交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點.交點是系統(tǒng)的平衡點

交點是系統(tǒng)的平衡交點不是系統(tǒng)的平衡點

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交點是系統(tǒng)的平衡點

第二章

3.1為什么直流電機的轉(zhuǎn)子要用表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成？

答：防止電渦流對電能的損耗..

3.2并勵直流發(fā)電機正傳時可以自勵，反轉(zhuǎn)時能否自勵？

不能，因為反轉(zhuǎn)起始勵磁電流所產(chǎn)生的磁場的方向與剩與磁場方向相反，這樣磁場被消除，所以不能自勵.

3.3一臺他勵直流電動機所拖動的負載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，當電樞電壓附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運行狀態(tài)下電

樞電流的大?。繛槭裁矗窟@是拖動系統(tǒng)中那些要發(fā)生變化？

T=Kt<l>laU=E+IaRa

當電樞電壓或電樞附加電阻改變時，電樞電流大小不變.轉(zhuǎn)速n與電動機的電動勢都發(fā)生改變.

3.4一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E=Ei，如負載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的也

阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)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E門

T=IaKt4>,小減弱,T是常數(shù),1a增大.根據(jù)EN=UN-LRa,所以EN減小.，小于E].

3.5一臺直流發(fā)電機，其部分銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,nN=89.5%,試求：

①該發(fā)電機的額定電流；

②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=nN）

解：①PN=UNIN

180KW=230*IN

IN=782.6A

該發(fā)電機的額定電流為782.6A

②「:卜100/AN

P=87.4KW

3.6已知某他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=7.5KW,UN=220V,nN=1500i7min,nN=88.5%,試求該電機的額

定電流和轉(zhuǎn)矩。

PN=UNI\nN

7500W=220V*IN*0.885

IN=38.5A

TN=9.55PN/HN

=47.75Nm

3.7一臺他勵直流電動機：PN=15KW,UN=220V,/N=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Q,其空載特性為：

Uo/V115184230253265

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▲

1131

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.UN=110V,人=61A,額定勵磁電流/m=2A,nN=1500「/min,電樞

電阻Ra=0.2Q,若忽略機械磨損和轉(zhuǎn)了?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。

n()=UNnN/(UN-lNRa)TN=9.55PN/nN

=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*5500/1500

=1687r/min=35Nm

3.10一臺他勵直流電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN=6.5KW,UN=220V,/N=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242。,試計算出此

電動機的如下特性:

①固有機械特性；

②電樞服加電阻分別為3。和5c時的人為機械特性;

③電樞電壓為UN/2時的人為機械特性;

④磁通力=0.84?N時的人為機械特性；

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并繪出1?.述特性的圖形。

①no=UNnN/(UN」NRa)

=220*1500/220-34.4*0.242

-I559r/min

TN=9.55PN/IIN

=9.55*6500/1500

當3。n=854r/min

當5cn=311r/min

③n=U/Kce-RaT/9.55Kc2。

當UN=0.5UN時n=732r/nin

no=UNnN/2(UN-lNRa)

=780r/min

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222

④n=U/0.8Ke6-R11T/9.55Ke60.8

當小-0.8時n-1517r/min

no=UNnN/O.8Kc

=1964r/min

3.11為什么直流電動機直接啟動時啟動電流很大？

電動機在未啟動前n=0,E=0,而Ra很小，所以將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流將很大.kt=UN/Ra

3.12他勵直流電動機直接啟動過程中有哪些要求？如何實現(xiàn)？

他勵直流電動機直接啟動過程中的要求是1啟動電流不要過大,2不要有過大的轉(zhuǎn)矩.可.以通過兩種方法來實現(xiàn)電

動機的啟動一是降壓啟動.二是在電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動.

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3.13直流他勵電動機啟動時，為什么?定要先把勵磁電流加上？若忘了先合勵磁繞阻的電源開關(guān)就把電樞電源接

通，這是會產(chǎn)生什么現(xiàn)象（試從TL=O和TL二TN兩種情況加以分析）？當電動機運行在額定轉(zhuǎn)速下，若突然將

勵磁繞阻斷開，此時又將出現(xiàn)什么情況？

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(guān)就把電樞電源接通，》=0時理論上電動機轉(zhuǎn)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.

3.14直流申勵電動機能否空載運行?為什么？

串勵電動機決不能空載運行，因為這時電動機轉(zhuǎn)速極高，所產(chǎn)生的離心力足以將繞組元件甩到槽外,還可能串勵電

動機也可能反轉(zhuǎn)運行.但不能用改變電源極性的方法，因這時電樞電流加與磁通”同時反響，使電瓷轉(zhuǎn)矩T依然保

持原來方向，則電動機不可能反轉(zhuǎn).

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=11GV,nN=1500r/min,nN=0.8,Ra=0.4Q,RF82.7Q。

試求：

①額定電樞電流1An；

②額定勵磁電流IfN；

③勵磁功率Pf；

?額定轉(zhuǎn)矩TN；

⑤額定電流時的反電勢；

⑥直接啟動時的啟動電流；

⑦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？

①PN二UNLINnN

2200=110*30.8

IaN=25A

②Uf=RflfN

1^=110/82.7

=1.33A

③PFUfltN

=146.3W

④額定轉(zhuǎn)矩TN=9.55PN/nN

=14Nm

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⑤額定電流時的反電勢EN二UN-INK

=110V-0.4*25

=IOOV

@直接啟動時的啟動電流1st二UN/RA

=110/0.4

=275A

⑦啟動電阻2IN>UN/(Ra+Ru)

Rsl>1.80

啟動轉(zhuǎn)矩

Ke6=(UN-lNRa)/nN=0.066

Ia=UN/(Ra+Rst)T=KtIa@

=52.9A=9.55*0.066*52.9

=33.34Nm

3.16直流電動機用電樞電路串電阻的辦法啟動時，為什么要逐漸切除啟動電阻？如切出太快，會帶來什么后果？

如果啟動電阻一下全部切除,，在切除瞬間，由丁機械慣性的作用使電動機的轉(zhuǎn)速不能突變，在此瞬間轉(zhuǎn)速維持不

變，機械特性會轉(zhuǎn)到其他特性曲線上，此時沖擊電流會很大,所以采用逐漸切除啟動電阻的方法.如切除太快，會有

可能燒毀電機.

3.17轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（調(diào)速）與固有的速度變化在概念上有什么區(qū)別？

速度變化是在某機械特性下，由于負載改變而引起的,二速度調(diào)節(jié)則是某一特定的負載下，靠人為改變機械特性而

得到的.

3.18他勵直流電動機々哪些方法進行調(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(zhuǎn)矩下，串接不同的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)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

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特點當電壓連續(xù)變化時轉(zhuǎn)速可以平滑無級調(diào)速，?般只能自在額定轉(zhuǎn)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(guān)，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,

適應(yīng)于對恒轉(zhuǎn)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(shè)備，

第三改變電動機主磁通

特點可以平滑無級調(diào)速，但只能弱詞調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn)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。

3.19直流電動機的電動與制動兩種運轉(zhuǎn)狀態(tài)的根本區(qū)別何在？

電動機的電動狀態(tài)特點是電動機所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩T的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同.制動狀態(tài)特點使電動機所發(fā)的轉(zhuǎn)

矩T的方向與轉(zhuǎn)速n的方向相反

3.20他勵直流電動機有哪幾種制動方法？它們的機械特性如何？試比較各種制動方法的優(yōu)缺點。

1反饋制動

機械特性表達式:n=U/Kc<l)-(Ra+Ra<1)T/kcKt<l)2

T為負值，電動機正轉(zhuǎn)時,反饋制動狀態(tài)下的機械特性是第一

象限電動狀態(tài)下的機械特性第二象限內(nèi)的延伸.

反饋制動狀態(tài)卜.附加電阻越大電動機轉(zhuǎn)速越高.為使重物

降速度不至于過高,串接的附加電阻不宜過大.但即使不串

任何電扎重物下放過程中電機的轉(zhuǎn)速仍過高.如果放下的

件較重.則采用這種制動方式運行不太安全.

2反接制動

電源反接制動

電源反接制動?般應(yīng)用在生產(chǎn)機械要求迅速減速停車和

向的場合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機械上.

倒拉反接制動

倒拉反接制動狀態(tài)下的機械特性曲線實際上是第一象限

電動狀態(tài)下的機械特性區(qū)現(xiàn)在第四象限中的延伸，若電動

反向轉(zhuǎn)在電動狀態(tài)，則倒拉反接制動狀態(tài)下的機械特性曲

就是第三象限中電動狀態(tài)下的機械特性曲線在第二象限

延伸..它可以積低的卜.降速度，保證生產(chǎn)的安全，缺點是若

轉(zhuǎn)矩大小估計不準，則木應(yīng)下降的重物可能向上升,機械特

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硬度小.速度穩(wěn)定性差.

3能耗制動

機械特性曲線是通過原點，且位于第二象限和第四象限的一條直線，優(yōu)點是不會出現(xiàn)像倒拉制動那樣因為對TL的

大小估計錯誤而引起重物上升的事故.運動速度也較反接制動時穩(wěn)定.

3.21一臺直流他勵電動機拖動一臺卷揚機構(gòu)，在電動機拖動重物勻速上升時講電樞電源突然反接，試利用機械特性

從機電過程上說明：

①從反接開始到系統(tǒng)新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)之間，電動機經(jīng)歷了幾種運行狀態(tài)？最后在什么狀態(tài)下建立系統(tǒng)新的

穩(wěn)定平衡點？

②各種狀態(tài)下轉(zhuǎn)速變化的機電過程怎樣？

①從反接開始到系統(tǒng)到達新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)之間,電動機經(jīng)歷了電動機正向電動狀態(tài)，反接制動狀態(tài),反向電

動狀態(tài)，穩(wěn)定平衡狀態(tài).

電動機正向電動狀態(tài)由a到b特性曲線轉(zhuǎn)變；反接制動狀態(tài)轉(zhuǎn)速逐漸降低，到達c時速度為零，反向電動狀態(tài)由c

到f速度逐漸增加.穩(wěn)定平衡狀態(tài)，反向到達f穩(wěn)定平衡點，轉(zhuǎn)速不再變化.

第四章

4.2如果將定子繞組接至電源的三相導(dǎo)線中的任意兩根線對調(diào),例如將B,C兩根線對調(diào)，即使B相遇C

相繞組中電流的相位對調(diào)，此時A相繞組內(nèi)的電流導(dǎo)前于C相繞組的電流2n/3因此旋轉(zhuǎn)方向也將變

為A-C-B向逆時針方向旋轉(zhuǎn),與未對調(diào)的旋轉(zhuǎn)方向相反.

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4.4因為負載增加n減小，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速(nO-n)增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁感線切割的速度提高,

于是轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流特增加，.定子的感應(yīng)電動使因為轉(zhuǎn)子的電流增加而變大,所以定

子的電流也隨之提高.

4.6線電壓為380V時，三相定子繞組應(yīng)為Y型接法.

TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm

Tst/TN=2Tst=2*29.8=59.6Nm

Tmax/TN=2.0Tmax=59.6Nm

Ist/IN=6.5Ist=46.8A

一般nN=(0.94-0.98)n()n0=nN/0.96=1(X)()r/min

SN=(nO-nN)/n0=(l000-960)/1000=0.04

P=60f/n0=60*50/l000=3

n=PN/P輸入

P輸入=3/0.83=3.61

4.8三相異步電動機斷了一根電源線后，轉(zhuǎn)子的兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別作用于轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個方向相反的

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，因而轉(zhuǎn)子不能自行啟動，而在運行時斷

了一線，仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動方向的轉(zhuǎn)矩大于反向轉(zhuǎn)矩，這兩種情況都會使電動機的電流增加。

4.9三相異步電動機在相同電源電壓下，滿載和空載啟動時，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩都相同。

Tst=KR2u2/(R22+X220)l=4.44flN2/R與U,R2,X20有關(guān)

4.10根據(jù)異步電動機的固有機械特性在Tmax或接近Tmax的情況下運行是非

常不穩(wěn)定的，有可能造成電動機的停轉(zhuǎn)。

4.11(1)TN=9.55PN/nN=9.55M(X)00/1470=260Nm

TstfTN=1.2Tst=312NmTst=KR2U2/(R22+X202)=312Nm

312Nm>250Nm所以U二UN時電動機能啟動。

當U=0.8U時Tst二(0.82)KR2U2/(R22+X202)

=0.64*312=199Nm

Tst<TL所以電動機不能啟動。

(2)TstY=TstA/3=1.2*TN73=0.4TN

當負教轉(zhuǎn)矩為0.45TN時電動機不能啟動

當負載轉(zhuǎn)矩為0.35TN時電動機能啟動

(3)1N=PN/UNnNcos<l)NV3=40000/1.732*380*0.9*0.9=75A

Ist/IN=6.5Ist=487.5A

降壓比為0.64時電流二K2Ist=0.642M87.5=200A

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電動機的啟動轉(zhuǎn)矩T=K2Tsi=0.642312=127.8Nm

4.12因為雙鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子有兩個鼠籠繞組，外層繞組的電阻系數(shù)大于內(nèi)層繞組系數(shù)，在啟動

時S=l,f2=f,轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩層繞組的電抗都大大超過他們的電阻，因此，這時轉(zhuǎn)子電流主要決定于轉(zhuǎn)

子電抗，此外外層的繞組的漏電抗小于內(nèi)層繞組的漏電抗，因此外籠產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩大，內(nèi)層的啟動

轉(zhuǎn)矩小，啟動時起主要作用的是外籠。

深槽式異步電動機的啟動性能得以改善的原理。是基于電流的集膚效應(yīng)。處于深溝槽中得導(dǎo)體，可以

認為是沿其高度分成很多層。各層所交鏈漏磁通的數(shù)量不同，底層一層最多而頂上一層最少，因此，

與漏磁通相應(yīng)的漏磁抗，也是底層最大而上面最小，所以相當于導(dǎo)體有效接面積減小，轉(zhuǎn)子有效電

阻增加，使啟動轉(zhuǎn)矩增加。

高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻增大，即可以限制啟動電流，又可以增大啟動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)

子的電阻率高，使轉(zhuǎn)子繞組電阻加大。

4.14（1）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（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速降低特性變軟，轉(zhuǎn)子電路電阻損耗與轉(zhuǎn)差率成正比，低速

時損耗大。（3）改變極對數(shù)調(diào)速這種方法可以獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，雖然體積和大，價格稍高，

只能有機調(diào)速，但是結(jié)構(gòu)簡單，效率高特性高，且調(diào)速時所需附加設(shè)備少。（4）變頻調(diào)速可以實

現(xiàn)連續(xù)的改變電動機的轉(zhuǎn)矩，是一種很好的調(diào)速方法。

4.15恒功率調(diào)速是人為機械特性改變的條件下，功率不變。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是人為機械特性改變的條

件下轉(zhuǎn)矩不變。

4.18直流電動機的主要調(diào)速方式為：1改變電樞電阻：使用變阻器或接觸器，電阻器通過調(diào)節(jié)電樞電

阻調(diào)速2改變電樞電壓：通過電動機-發(fā)電機組，晶閘管變流器或晶體管晶閘管開關(guān)電路改變電樞電

壓調(diào)速3改變磁通：通過直流電源變阻器，電動機擴大機或磁放大器，晶閘管變流器改變電圈磁量使

電動機實現(xiàn)調(diào)速

異步電動機的調(diào)速：由于異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=（l-s）60f/p,因此可以通過改變極對數(shù)p電源頻率f

和轉(zhuǎn)差率s三種方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。改變極對數(shù)p采用有極電動機進行有極調(diào)速；應(yīng)用電子變頻器改變電

源頻率f實現(xiàn)電動機連續(xù)調(diào)速。

4.19異步電動機有三種反饋制動，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(zhuǎn)速，即nL>nO時一部電動機處于發(fā)電狀態(tài).這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體

切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機狀態(tài)時的方向相反.電流改變了方向，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之改變方向..

反接制動電源反接改變電動機的三相電源的相序,這就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，電磁轉(zhuǎn)矩由正變到負,

這種方法容易造成反轉(zhuǎn)..倒拉制動出現(xiàn)在位能負載轉(zhuǎn)矩超過電磁轉(zhuǎn)矩時候。

能耗制動首先將三項交流電源斷開，接著立即將一個低壓直流電圓通入定子繞組.直流通過定子繞組

后，在電動機內(nèi)部建立了一個固定的磁場，由于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，該電流域恒

定磁場相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實際旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，所以電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，此時運動系

統(tǒng)儲存的機械能被電動機轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中.

4.21異步電動機定子相序突然改變，就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，電動機狀態(tài)下的

機械特性曲線就由第一象限的曲線1變成了第三象限的曲線2但由于機械慣性

的原因，轉(zhuǎn)速不能突變，系統(tǒng)運行點a只能平移到曲線2的b點，電磁轉(zhuǎn)矩由正變

到負，則轉(zhuǎn)子將在電瓷轉(zhuǎn)矩和服在轉(zhuǎn)矩的共同作用下迅速減速,在從點b到點c

的整個第二相限內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反,.

4.22定子上有兩個繞組AX,BY,一個是啟動繞組,另一個是運行繞組，BY上串有電容.他們都鑲嵌在定

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子鐵心中，兩個繞組的軸線在空間上垂直，繞組BY電路中串接rr電容c,當選擇合適的參數(shù)使該繞組中

的電流iA在相位上超前或滯后iB,從而改變QB的接通方向即可改變單相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向

4.24異步電動機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場，它的功率因數(shù)總是小于

1的，同步電動機所需要的磁動勢由定子和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場相同的直流勵磁磁場，這兩個磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子北電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖動著一同步轉(zhuǎn)速一起

轉(zhuǎn)動.

4.25因為轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，加以直流勵磁，產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，并以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，兩者相吸,定子旋轉(zhuǎn)磁場

欲吸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，它還沒有來得及轉(zhuǎn)動時旋轉(zhuǎn)又到了極性相反的方向，兩者又相斥，所

以平均轉(zhuǎn)矩為號，不能啟動.

4.26號直流勵磁電流大于正常勵磁電流時,電流勵磁過剩，在交流方面不僅無需電源供電，而且還可以

向電網(wǎng)發(fā)出點感性電流與電感性無功功率，正好補償了電網(wǎng)附近電感性負載，的需要.使整個電網(wǎng)的功

率因數(shù)提高.

第五章

5.1步進電動機的位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，這就不會引起誤差的積累，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率

和步矩角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量、頻率及電動機各組的接通次序，可以得到各種需要的運行特征。

5.2步進電機的作用就是能夠精確控制轉(zhuǎn)動的角度，步距角越小，它每一步能轉(zhuǎn)動的角度就越小,我們就

能得到更精確的角度控制.比如步角為3度的,我們可以控制3度,6度,9度…，而步角為10度的,我們只

能控制10度,20度,30度…顯然步角越小，能控制的角度越精確.

5.3電磁式（激磁式）特點：電動機的定子和轉(zhuǎn)子均有繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

磁阻式（反應(yīng)式）特點：氣隙小，定位精度高；步距小，控制準確；勵磁電流較大，要求驅(qū)動電源

功率大；電動機內(nèi)部阻尼較長，當相數(shù)較小時，單步運行振蕩時間較長；斷電后無定位轉(zhuǎn)矩，使用中

需自鎖定位。

永磁式特點：步距角大，控制精度不高；控制功率小，效率高；內(nèi)阻尼較大，單片振蕩時間短；

斷電后具有一定的定位轉(zhuǎn)矩。

混合式（永磁感應(yīng)子式）特點：驅(qū)動電流小，效率高，過我能力強，控制精度高。

5.4每當輸入一個電脈沖時，電動機轉(zhuǎn)過的一個固定的角度稱為步矩角。

一臺步進電動機有兩個步矩角，說明它有兩種通電方式，3°的意思是相鄰兩次通電的相的數(shù)目相同

時的步矩角，1.5°的意思是相鄰兩次通電的相的數(shù)目不同時的步矩角。單三拍：每次只有一相繞組

通電，而每個循環(huán)只有三次通電c單雙六拍：第一次通電有一相繞組通電，然后下一次有兩相通電,

這樣交替循環(huán)運行，

而每次循環(huán)只有六次通電。雙三拍：每次有兩相繞組通電，每個循環(huán)有三次通電。

5.81）步距角一一步進電動機的主要性能指標之一，它直接影響啟動和運行頻率2）最大靜轉(zhuǎn)矩3）空

載啟動頻率一一步進電動機在空載情況下，不失步啟動所允許的最高頻率。在負教情況下，不失

步啟動所允許的最高頻率隨負載的增加而顯著下降。4）連續(xù)運行頻率一一當步進電動機運行頻率連

續(xù)上升時，電動機不失步運行的最高頻率。5）精度一一用一周內(nèi)最大的步距角誤差值表示.6）輸入電

壓U、輸入電流I和相數(shù)m三項指標與驅(qū)動電源有關(guān)。

5.9當脈沖信號頻率很低時，控制脈沖以矩形波輸入，電流比較接近于理想的矩形波。如果脈沖信號

頻率增高，由于電動機繞組中的電感有阻止電流變化的作用，因此電流波形發(fā)生畸變。如果脈沖頻率

很高，則電流還來不及上升到穩(wěn)定值就開始下降，于是，電流的幅值降低，因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，致

參考資料---頁眉頁腳可刪除----

使帶負載的能力下降。故頻率過高會使步進電動機啟動不了或運行時失步而停下。因此，對脈沖信號

頻率是有限制的。

5?10根據(jù)轉(zhuǎn)速公式n二B/60/2n可知，f=nn/B*30。所以步矩角B越小運行頻率f就越高，啟動頻率

相應(yīng)地也高。在負載轉(zhuǎn)矩一定的情況下，最大靜轉(zhuǎn)矩越大，電流的幅值越大，高頻雖然會造成電動

機的啟動轉(zhuǎn)矩減小，但仍可能大于負載轉(zhuǎn)矩。因此最大靜轉(zhuǎn)矩大的步進電動

機，后動頻率和運行頻率越高。

5.11負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量越大，步進電動機的啟動頻率和運行頻率越低。矩

頻特性如右圖所示。

5.12當負載增加時，電磁轉(zhuǎn)矩增大；由n=Uc/(Ke中)-RT/(KeKt①2)可知，負載增大后，轉(zhuǎn)速變慢。根

據(jù)丁二口中匕可知，控制電流增大。

5.13由電動機電壓平衡方程式得：Uc二E+IaRa=Ke①n+laRa所以110=Ke①X3()(X)+0.()5Ra110=Ke

中X1500+1XRa解得:Ke<1>=0.0357；Ra=56.41Q所以Tl=Kl<i>Ial=9.55Ke中l(wèi)a1=9.55X0.0357X

0.05=0.017N*m

3000T2=Kt<DIa2=9.55Ke(DIa2=9.55x0.0357x1=0.341N*m

由(n=n1=3000r/min>T1=0.017N*m)和(n=n2=1500r/min,T2=0.341N*

m)兩點在n-T平面上作直線，如下圖所示即為該直流伺服電動機的機械特

1500性曲線，機械特性表達式為n=3079-4630T。

5.14根據(jù)直流伺服電動機的機械特性公式可知n()=Uc/(Ke中)，所以理想空

載轉(zhuǎn)速與電樞控制電壓成正比。所以當Uc=50V時，理想空載轉(zhuǎn)速nO等于

0.017N-m0.乂1、-m1500r/inin

(0.05A)”A)o

5.15直流力矩電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為T=BIaNlD/2,在電樞體積相同的條件下,

D增大時，鐵心長度1就應(yīng)減??；其次，在相同電流la以及相同用銅量的條件下，電樞繞組的導(dǎo)線粗

細不變，則總導(dǎo)體數(shù)N應(yīng)隨1的減小而增加，以保持N1不變，故式中的BIaNl/2近似為常數(shù)，故轉(zhuǎn)

矩T與直徑D近似成正比例關(guān)系。電動機的直徑越大力矩就越大。

5.16因為在設(shè)計、制造上保證了電動機能在低速或堵轉(zhuǎn)下運行，在堵轉(zhuǎn)的情況下能產(chǎn)生足夠大的力矩

而不損壞，加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度好等優(yōu)點，因此它常用在低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和需

要一定張力的隨動系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。所以多數(shù)數(shù)控機床的進給系統(tǒng)適宜采用大慣量直流電動機。

5.17無換向器電動機是由一臺同步電動機和一套簡單的逆變器組成，構(gòu)造簡單，沒有換向器。其工作

原理、特性及調(diào)速方式與直流電動機相似。根據(jù)容量不同，有晶體管電動機和晶閘管電動機。有兩種

不同的調(diào)速方式：直流無換向器電動機調(diào)速方式和交流無換向器電動機調(diào)速方式。

5.19直線電動機較之旋轉(zhuǎn)電動機的優(yōu)點是：1、直線電動機無需中間傳動機構(gòu)，因而使整個機構(gòu)得到

簡化，提高了精度，減少了振動和噪聲；2、響應(yīng)快速；3、散熱良好，額定值高，電流密度可取很大,

對啟動的限制小；4、裝配靈活性大，往往可將電動機的定子和動子分別與其他機體合成一體。其缺

點是存在著效率和功率因數(shù)低，電源功率大及低速性能差等缺點。

第六章

6.1直流接觸器與交流接觸器相比，直流接觸器的鐵心比較小,線圈也比較小,交流電磁鐵的鐵心是用

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硅鋼片疊柳而成的.線圈做成有支架式,形式較扁.因為直流電磁鐵不存在電渦流的現(xiàn)象.

6.2因為交流是成正旋變化的，當觸點斷開時總會有某一時刻電流為零,此時電流熄滅.而直流電一直

存在,所以與交流電相比電弧不易熄滅.

6.3若交流電器的線圈誤接入同電壓的直流電源，會因為交流線圈的電阻太小兒流過很大的電流使線

圈損壞.直流電器的線圈誤接入向電壓的交流電源,觸點會頻繁的通短,造成設(shè)備的不能正常運行.

6.4因為交流接觸啟動的瞬間，由于鐵心氣隙大，電抗小，電流可達到15倍的工作電流，所以線圈會過

執(zhí)

6.5在線圈中通有交變電流時，再鐵心中產(chǎn)生的磁通是與電流同頻率變化的，當電流頻率為50IIZ時磁

通每秒有100次通過零,這樣所產(chǎn)生的吸力也為零,動鐵心有離開趨勢,但還未離開,磁通有很快上來,

動鐵心有被吸會,造成振動.和噪聲，因此要安裝短路環(huán).

6.6兩個相同的110V交流接觸器線圈不能串聯(lián)接于220V的交流電源上運行，因為在接通電路的瞬間，

兩各銜鐵不能同時工作，先吸合的線圈電感就增大,感抗大線圈的端電壓就大，另一個端電壓就小，時

間長了，有可能把線圈燒毀.若是直流接觸器，則可以.

6.7接觸器是在外界輸入信號下能夠自動接通斷開負載主回路.繼電器主要是傳遞信號，根據(jù)輸入的

信號到達不同的控制目的.

6.8電動機中的短路保護是指電源線的電線發(fā)生短路，防止電動機過大的電樞電路而立壞.自動切斷

電源的保護動作.過電流保護是指當電動機發(fā)生嚴重過載時，保護電動機不超過最人許可電流.長期過

載保護是指電動機的短時過載保護是可以的，但長期過載時電動機就要發(fā)熱，防止電動機的溫升超過

電動機的最高絕緣溫度.

6.9過電流繼電器是電流過大就斷開電源，它用于防止電動機短路或嚴重過載.熱繼電器是溫度升高

到一定值才動作.用于過載時間不常的場合.

6.10因為熱繼電器的發(fā)熱元件達到一定溫度時才動作，如果短路熱繼電器不能馬上動作，這樣就會造

成電動機的損壞.而熔短期，電源一旦短路立即動作,切斷電源.

6.11功能和特點是具有熔斷器能直接斷開主回路的特點，又具有過電流繼電器動作準確性高,容易復(fù)

位,不會造成單相運行等優(yōu)點.可以做過電流脫扣器，也可以作長期過載保護的熱脫扣器.

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6.13零電壓和欠電壓保護的作用是防止當電源暫時供電或電壓降低時而可能發(fā)生的不容許的故障.，

6.14分可能熔短器燒毀，使電路斷電.或者是熱繼電器的感應(yīng)部分還未降溫，熱繼電器的觸點還處于

斷開狀態(tài).

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6.21平面磨床中的電磁吸盤不能采用交流的，因為交流電是成正旋波變化的，某一時刻電流會為零,.

此時工件受力會甩此造成事故.

6.22因為如果使用熔斷器和熱繼電器作保護，當它們作用的時候，電動機斷電的時候，電動機沒有轉(zhuǎn)

矩,重物由于重力會迅速下降,就會造成事故.

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后,動合觸點閉合K得電，同時KM失電，電動機停止工作,2KT得電一段時間后,動斷觸點斷開,K閉合電

動機重新工作.

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8.13機電傳動裝置的電器控制線路有哪兒種？各有何用途？電器控制線路原理圖的繪制原則主要有

哪些？

電器控制線路有1:啟動控制線路及保護裝置.2正反轉(zhuǎn)控制線路.3:多電動機的連鎖控制線路.4:電動

控制線路.5:多點控制線路.6:順序控制線路.7:多速異步電動機的基本控制線路.8:電磁鐵.電磁離合

器的基本控制線路.

電器控制線路原理圖的繪制原則主要有1:應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝所提出的要求.2:線路簡單，布局合理，電

器元件選擇正確并得到充分.3操作,維修方便4設(shè)有各種保護和防止發(fā)生故障的環(huán)節(jié).5能長期準確,

穩(wěn)定,可靠的工作.

第七章

7.1PLC由中央處理器CPU,存儲器,輸入輸出接口，編程密組成.中央處理器CPU是核心,它的作用時接

受輸入的程序并存儲程序.掃描現(xiàn)場的輸入狀態(tài),執(zhí)行用戶程序，并自診斷.存儲器用來存放程序和數(shù)

據(jù),輸入接口采集現(xiàn)場各種開關(guān)接點的信號狀態(tài),并將其轉(zhuǎn)化成標準的邏輯電平,輸出接口用于輸出電

信號來控制對象.編程器用于用戶程序的編制，編輯,調(diào)試,檢查和監(jiān)視.還可以顯示PLC的各種狀態(tài).

7.2作用是1實現(xiàn)現(xiàn)場與plc主機的電器隔離,提高抗干擾性.2避免外電路出故障時，外部強電侵入

主機而損壞主機.3電平交換,現(xiàn)場開關(guān)信號可能有各種電平,光電耦合起降他們變換成PLC主機要求

的標準邏輯電平.

7.3掃描周期是每執(zhí)行一遍從輸入到輸出所需的時間.工作過程是1輸入現(xiàn)場信號:在系統(tǒng)的控制下,

順序掃描各輸入點,讀入的輸入點的狀態(tài).2順序掃描用戶程序中的各條指令,根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)

容進行邏輯運算.3并輸出控制信號，根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控

制信號.實現(xiàn)所要求的邏輯控制功能.

7.4PLC的主要特點是①應(yīng)用靈活，擴展性好.②操作方便③標準化的硬件和軟件設(shè)計，通用性強.

④完善的監(jiān)視和診斷功能.⑤可適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境.⑥控制功能強

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