機電傳動控制期末考試試卷及答案

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：PN＝5．5kW，UN=Uf=220V，nN=1500r／min，η=0．8，Ra＝0．2Ω。試求：①額定轉矩TN②額定電樞電流IaN；③額定電樞電流時的反電勢；④直接啟動時的啟動電流；⑤若使啟動電流為三倍的額定電流，則電樞應串人多大的啟動電阻?此時啟動轉矩為多少?解：1.TN=9.55PN/nN=9.55*5.5*1000/1500=35N.m2.IaN=pN/(ηUN)=31.25A3.E=UN-IaNRa=220-31.25*0.2=213.75V4.Ist=UN/Ra=220/0.2=1100A5.I’st=UN/(Ra+Rad)≤3IsNRad≥UN/3IaN-Ra=220/(3*31.25)-0.2=2.15ΩT’st=KtφI’st=(9.55E/nN)3IaN=(9.55*213.75/1500)*3*31.25=127.6N.m2．某一調速系統(tǒng)在高速時的理想空載轉速no1=1450r／min，低速時的理想空載轉速n02=100r／min，額定負載時的轉速降△nN=50rmin。①試畫出該系統(tǒng)的靜特性；②求出調速范圍D和低速時系統(tǒng)的靜差度s2；③在nmax與s2一定時，擴大調速范圍的方法是什么?調速系統(tǒng)中應采取什么措施保證轉速的穩(wěn)定性?解：1.靜特性2.D=nmax/nmin=(n01-△nN)/(n02-△nN)=(1450-50)/(100-50)=28S2=△nN/n02=0.52.有一臺三相異步電動機，正常運行時為Δ接法，在額定電壓UN下啟動時，其啟動轉矩Tst=1.2TN(TN為額定轉矩)，若采用Y—Δ換接啟動，試問當負載轉矩TL=35％TN時，電動機能否啟動?為什么?TstY=1/3*1.2TN=0.4TN>0.35TN=TL3.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?(圖中箭頭方向為轉矩的實際作用方向)分析與簡答題請簡述機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。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（即拖動系統(tǒng)的平衡點）；當轉速大于平衡點所對應的轉速時，TM＜TL，即若干擾使轉速上升，當干擾消除后應有TM－TL＜０。而當轉速小于平衡點所對應的轉速時，TM＞TL，即若干擾使轉速下降，當干擾消除后應有TM－TL＞０。請解釋機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義。是系統(tǒng)應能以一定速度勻速運轉是系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動、負責轉矩波動等）而使運行速度稍有變化時，應保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復到原來的運行速度。請簡述并勵發(fā)電機電壓能建立的條件。發(fā)電機的磁極要有剩磁；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；勵磁電阻不能過大。請簡述電動機制動的穩(wěn)定制動和過渡制動狀態(tài)的共同點和不同點。兩種制動狀態(tài)的區(qū)別在于轉速是否變化兩種制動狀態(tài)的相同點在于電動機發(fā)出的轉矩與轉速方向相反。請簡述直流他勵電動機的三種制動方式的接線方法。反饋制動為正常接法；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串入附加電阻；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。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。對電動機的啟動有哪些主要要求？啟動轉矩大，電流小平滑，安全可靠簡單方便，功耗小直流他勵電動機啟動時，若在加上勵磁電流之前就把電樞電壓加上，這時會產(chǎn)生什么后果（從TL=0和TL=TN兩種情況加以說明）？TL=0時飛車TL=TN時電樞電流很大。有靜差調節(jié)系統(tǒng)和無靜差調節(jié)系統(tǒng)的含義是什么？依靠被調量（如轉速）與給定量之間的偏差來進行調節(jié)，使被調亮接近不變，但又必須具有偏差（即）的反饋控制系統(tǒng)，即有靜差調節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用比例調節(jié)器。依靠偏差進行調節(jié)，使被調量等于給定量（即）的反饋控制系統(tǒng)，即無靜差調節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用比例積分調節(jié)器。什么叫調速范圍？什么叫靜差度？這兩項靜態(tài)指標之間有何關系？調速范圍是指電動機在額定負載下最高轉速和最低轉速之比，即；靜差率是指負載由理想空載轉速到額定負載所對應的轉速降落于理想空載轉速之比，即D與S之間是相互關聯(lián)的，調速范圍是指在最低轉速時還能滿足給定靜差率要求的轉速可調范圍；對靜差率要求越小，允許的調速范圍也越小。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？（圖中箭頭方向為轉矩的實際作用方向）a)b)c)d)a）加速b）減速c）減速d）加速在圖中，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。計算題有一直流電動機脈寬調速系統(tǒng)（PWM-M）,若外加電源電壓U(E)=100V，脈沖頻率f=4000HZ，在脈沖周期內全導通時的理想空載轉速n01=1000r/min，如要求電動機的理想空載轉速n02=400r/min，問：此系統(tǒng)在一脈沖周期內的導通時間（脈沖寬度）T1應是多少？解：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速。問：該電動機的極對數(shù)p是多少？額定轉差率SN是多少？額定轉速運行時，轉子電動勢的頻率f2是多少？解：（1）已知異步電動機額定轉差率較小，現(xiàn)根據(jù)電動機的額定轉速，便可判斷出它的同步轉速。于是（2）額定轉差率（3）轉子電動勢的頻率f2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：定子磁極數(shù)p；額定輸入電功率PIN，額定電流IN；采用Y—換接啟動時的啟動電流和啟動轉矩。解：（1）現(xiàn)根據(jù)電動機的額定轉速，便可判斷出它的同步轉速。于是（2）（3）有一直流調速系統(tǒng)，，，，試求：系統(tǒng)的調速范圍和系統(tǒng)允許的靜差度。解：系統(tǒng)的調速范圍系統(tǒng)允許的靜差度如圖所示，在單相半波可控整流電路中，設負載為純電阻，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：晶閘管的控制角；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，故電流有效值一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：,,，，。試求：額定轉矩；直接啟動時的啟動電流；如果采用降壓啟動，啟動電流仍限制為額定電流的兩倍，電源電壓應為多少？解：（1）額定轉矩（2）直接啟動時的啟動電流（3）降壓啟動時故電源電壓一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)為：,,，，。試求：額定轉矩，額定電樞電流；，直接啟動時的啟動電流；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、八極的三相感應電動機，額定轉差率，問該機的同步轉速是多少？當該機運行在時，轉差率是多少？當該機運行在時，轉差率是多少？當該機運行在起動時，轉差率是多少？解同步轉速額定轉速當時，轉差率當時，轉差率當電動機起動時，，轉差率9.一臺三相四極感應電動機，，，，，定子接法。已知額定運行時，輸出轉矩為電磁轉矩的，，。試計算額定運行時的電磁功率、輸入功率和功率因數(shù)。解轉差率輸出轉矩電磁功率轉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，試計算晶閘管的導通角θ。解：晶閘管的導通角θ=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，額定轉速，最大勵磁功率。試求：（1）最大勵磁電流；（2）額定運行時的電樞電流；（3）額定轉矩；（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。四、計算題：（選做一道題，要求寫出主要計算步驟及結果，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速，要求最低理想空載轉速，最高理想空載轉速，試求：（1）時的最低轉速及此時的靜差率。（2）拖動恒功率負載時的最高轉速。（3）調速范圍。解：采用降低電源電壓調速時對應于基速以下，基速以上采用弱磁調速。（1），，，，，。（2）拖動恒功率負載時應采用弱磁調速。，，，，，。（3）調速范圍應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)額定轉差率；(2)總機械功率、電磁功率和轉子銅損耗；(3)輸入功率及效率；(4)定子額定電流。解：（1）（2）=1.53kW(3)A3.5一臺直流發(fā)電機，其部分銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,ηN=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（設此時η=ηN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A該發(fā)電機的額定電流為782.6AP=IN100/ηNP=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,UN=220V,nN=1500r/min,ηN=88.5%,試求該電機的額定電流和轉矩。PN=UNINηN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.7一臺他勵直流電動機：PN=15KW,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Ω，其空載特性為：U0/V115184230253265If/A0.4420.8021.21.6862.10今需在額定電流下得到150V和220V的端電壓，問其勵磁電流分別應為多少？由空載特性其空載特性曲線.當U=150V時If=0.71A當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,UN=110V,IN=62A,nN=1000r/min,試繪出它的固有機械特性曲線。Ra=(0.50~0.75)(1-PN/UNIN)UN/IN=0.6(1-5500/110*62)*110/621131=0.206Ωn0=nNUN/(UN-INRa)=1131r/minTN=9.55*5500/1000=52.525Nm52.5253.9一臺并勵直流電動機的技術數(shù)據(jù)如下：PN=5.5KW,UN=110V,IN=61A,額定勵磁電流Ifn=2A,nN=1500r/min,電樞電阻Ra=0.2Ω,若忽略機械磨損和轉子的銅耗，鐵損，認為額定運行狀態(tài)下的電磁轉矩近似等于額定輸出轉矩，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*5500/1500=1687r/min=35Nm16873.10一臺他勵直流電動機的技術數(shù)據(jù)如下：PN=6.5KW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242Ω,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3Ω和5Ω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φ=0.8φN時的人為機械特性；并繪出上述特性的圖形。①n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1500/220-34.4*0.242=1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm155941.38②n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/KeKtφ2=U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke2φ2當3Ωn=854r/min當5Ωn=311r/min③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2當UN=0.5UN時n=732r/minn0=UNnN/2(UN-INRa)=780r/minn0④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82當φ=0.8φ時n=1517r/minn0=UNnN/0.8Keφ=1964r/min3.15一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,ηN=0.8,Ra=0.4Ω,Rf=82.7Ω。試求：①額定電樞電流IAn;②額定勵磁電流IfN;③勵磁功率Pf;④額定轉矩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？此時啟動轉矩又為多少？PN=UNIaNηN2200=110*IaN*0.8IaN=25AUf=RfIfNIfN=110/82.7=1.33A③Pf=UfIfN=146.3W④額定轉矩TN=9.55PN/nN=14Nm⑤額定電流時的反電勢EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V⑥直接啟動時的啟動電流Ist=UN/Ra=110/0.4=275A⑦啟動電阻2IN>UN/(Ra+Rst)Rst>1.68Ω啟動轉矩Keφ=(UN-INRa)/nN=0.066Ia=UN/(Ra+Rst)T=KtIaφ=52.9A=9.55*0.066*52.9=33.34Nm.2.8如圖2.3（b）所示，電動機轉速nM=950r/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)轉矩TL以及折算到電動機軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GD2z.。ωM=3.14*2n/60=99.43rad/s.提升重物的軸上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/sv=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/sTL=9.55FV/ηCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGD2Z=δGDM2+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，滿載時電動機的轉差率為0.02求電動機的同步轉速、轉子轉速和轉子電流頻率。n0=60f/pS=(n0-n)/n0=60*50/20.02=(1500-n)/1500=1500r/minn=1470r/min電動機的同步轉速1500r/min.轉子轉速1470r/min,轉子電流頻率.f2=Sf1=0.02*50=1HZ5.6有一臺三相異步電動機，其技術數(shù)據(jù)如下表所示。型號PN/kWUN/V滿載時Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r·min-1IN/AηN×100cosφY132S-63220/38096012.8/7.2830.756.52.02.0試求：①線電壓為380V時，三相定子繞組應如何接法？②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist；③額定負載時電動機的輸入功率是多少？線電壓為380V時，三相定子繞組應為Y型接法.TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8NmTst/TN=2Tst=2*29.8=59.6NmTmax/TN=2.0Tmax=59.6NmIst/IN=6.5Ist=46.8A一般nN=(0.94-0.98)n0n0=nN/0.96=1000r/minSN=(n0-nN)/n0=(1000-960)/1000=0.04P=60f/n0=60*50/1000=3η=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/VηN×100cosφNIst/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=9.55PN/nN=9.55*40000/1470