机电传动控制复习题版.docx

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机电传动控制复习题版

机电传动控制复习题2011（含部分答案）

2-1正误判断：

动力传递系统中，低速轴转矩大，而高速轴转矩小。

（因为P=Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T越小）

2-2说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

答：

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2-3试列出以下几种情况下（见题图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？

（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）

TM

TLTMTL

N

TM>TLTM

TM-TL>0说明系统处于加速TM-TL<0说明系统处于减速

TMTLTMTL

TM>TLTM>TL

系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速

TMTLTMTL

TM=TLTM=TL

系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速

2-4反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？

答：

反抗转矩的方向与运动方向相反,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的。

位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。

3-1正误判断：

相比交流电动机，直流电动机有良好的启动性能和调速性能。

3-3正误判断：

直流电机既可以作电动机用，也可作发电机用。

3-4正误判断：

直流电机中，定子上的线圈为励磁绕组，转子上的线圈为电枢绕组。

3-5直流发电机按励磁方法可分为他励、并励、串励、复励和永磁式发电机。

3-6画出直流他励发电机的空载特性曲线（E-If）和外特性曲线（U-I）。

3-7说明并励发电机电压建立的三个条件。

为什么电动势最终会趋于稳定而不会无限增大？

答：

1.要有剩磁；（产生一个小的起始励磁电流，磁场才能加强。

）；2.励磁电流产生的磁场方向和剩磁方向相同；3.Rf’不能太大（E=IfRf与E=f（If）有交点，才能同时满足磁化和电路两方面条件）。

由于磁饱和，最终趋于稳定,所以电动势最终会趋于稳定而不会无限增大。

3-8直流电动机按励磁方法可分为他励、并励、串励、复励四类。

3-9作如下改变时，分别画出直流他励电动机的人为机械特性（n-T曲线），并说明其变化特点：

①电枢回路中串接附加电阻时（Rad=0及Rad1＜Rad2＜Rad3）；

②改变电枢电压时（UN＞U1＞U2＞U3）；

③改变磁通时（ФN＞Ф1＞Ф2＞Ф3）。

3-10为什么直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程中决不允许励磁电路断开或励磁电流为零。

答：

从改变磁通Ф的人为机械特性可以看出，当磁通Ф过分削弱，如负载不变，电流将大大增加，产生电机严重过载（T=KtФIa）；当Ф=0，电机转速n将趋于无穷大，产生“飞车”，机械强度不允许。

所以，启动电机前必须先加励磁电流，运转中不允许励磁电路断开！

3-11正误判断：

串励电动机决不允许空载运行。

3-12正误判断：

当允许启动电流一定时，串励电动机的启动转矩较他励电动机要大，所以内燃机的启动电机多采用串励电动机。

3-13正误判断：

改变电源正负极可改变串励电动机的旋转方向。

3-14正误判断：

直流发动机的E与Ia的方向相同，而直流电动机的E与Ia的方向相反。

正误判断：

直流发电机的电磁转矩T为阻转矩，直流电动机的感应电动势E为反电动势。

3-15他励直流电动机有哪些方法进行调速？

他们的特点是什么？

答：

1、改变电枢电路外串电阻Rad调速。

特点：

1）机械特性变软，稳定性差；2）轻载时调速范围不大；3）无级调速困难；4）电阻上消耗大量电能。

2、改变电动机电枢供电电压U调速。

特点：

1）连续平滑调速，在UN以下调速；2）机械特性硬度不变；3）调速时电流不变，转矩不变，恒转矩调速；4）利用降压启动电机,而不用其他设备。

3、改变电动机主磁通φ。

特点：

1）只能在n0以上进无级调速；2）机械特性变软，调速范围不大；3）恒功率调速（P=UIa），通常同调压调速配合使用（n0以下用调压，n0以上用调磁通的方法）。

3-16他励直流电动机的制动方法有反馈制动、反接制动、能耗制动。

3-17为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？

答：

直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成，是因为要防止电涡流对电能的损耗。

3-18并励直流发电机正转时可以自励，反转时能否自励？

答：

不能，因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁场方向相反，这样磁场被消除，所以不能自励。

3-19一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？

为什么？

这时拖动系统中那些要发生变化？

答：

T=KtφIau=E+IaRa

当电枢电压或电枢附加电阻改变时，电枢电流大小不变，转速n与电动机的电动势都发生改变。

3-20一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E＝E1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?

是大于、小于还是等于E1?

解：

两个已知条件，一个是负载转矩TL＝常数；一个是从一个稳态到另一个稳态（而不涉及瞬态过程），电枢反电势是稳态值。

注意：

从不能判断E是如何变化的。

3-21一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：

PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,ηN=89.5%，试求：

①该发电机的额定电流；

　　②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）

解：

PN=UNIN

180KW=230*IN

IN=782.6A

该发电机的额定电流为782.6A

P=IN100/ηN

P=87.4KW

3-22已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：

PN=7.5KW,UN=220V,nN=1500r/min,ηN=88.5%,试求该电机的额定电流和转矩。

解：

PN=UNINηN

7500W=220V*IN*0.885

IN=38.5A

TN=9.55PN/nN

=47.75Nm

3-23为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？

限制启动电流的方法有哪两种？

答：

电动机在未启动前n=0，E=0，而Ra很小，由于Ist=UN/Ra，所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流将很大，一般情况下能达到额定电流的10-20倍。

限制启动电流常用两种方法：

1）降压启动；2）在电枢电路中串接外加（多段）电阻启动，之后逐步切除。

3-24他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？

如何实现？

答：

他励直流电动机直接启动过程中的要求是：

1、启动电流不要过大，以免换向刷产生火花、绕组损坏；2、不要有过大的转矩，以免产生冲击损坏机械传动部件。

可以通过两种方法来实现电动机的启动：

一是降压启动，二是在电枢回路内串接外加电阻启动Rst。

（Ist=UN/Ra+Rst）

3-25直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？

若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这是会产生什么现象（试从TL=0和TL=TN两种情况加以分析）？

当电动机运行在额定转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？

答：

直流他励电动机主磁极是依靠外电源来产生磁场的，启动时，如果If=0，则磁通Ф很小，n0=U/KeФ,理论上电动机转速将趋近于无限大，引起飞车，这是结构强度所不允许的，所以一定要先把励磁电流加上。

如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，TL=0时理论上电动机转速将趋近于无限大，引起飞车，TL=TN时将使电动机电流大大增加而严重过载。

（故常设失磁保护措施）

3-26直流串励电动机能否空载运行?

为什么？

改变电源极性可否改变其转向？

答：

串励电动机决不能空载运行，因为这时电动机转速极高，所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外，非常危险。

串励电动机也可以反转运行，但不能用改变电源极性的方法，因这时电枢电流Ia与磁通φ同时反向，使电磁转矩T依然保持原来方向，则电动机不可能反转。

改变转向的方法是：

改变电枢或励磁绕组的接线极性。

3-27一台直流他励电动机，其额定数据如下：

PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,ηN=0.8,Ra=0.4Ω,Rf=82.7Ω。

试求：

①额定电枢电流IAn;

②额定励磁电流IfN;

③励磁功率Pf;

④额定转矩TN;

⑤额定电流时的反电势；

⑥直接启动时的启动电流；

⑦如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？

此时启动转矩又为多少？

解：

1PN=UNIaNηN

2200=110*IaN*0.8

IaN=25A

2Uf=RfIfN

IfN=110/82.7

=1.33A

③Pf=UfIfN

=146.3W

④额定转矩TN=9.55PN/nN

=14Nm

⑤额定电流时的反电势EN=UN-INRa

=110V-0.4*25

=100V

⑥直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra

=110/0.4

=275A

⑦启动电阻2IN>UN/（Ra+Rst）

Rst>1.68Ω

启动转矩Keφ=（UN-INRa）/nN

=0.066

Ia=UN/（Ra+Rst）T=KtIaφ

=52.9A=9.55*0.066*52.9

=33.34Nm

3-28直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时，为什么要逐渐切除启动电阻？

如切除太快，会带来什么后果？

答：

如果启动电阻一下全部切除，在切除瞬间，由于机械惯性的作用使电动机的转速不能突变，在此瞬间转速维持不变，机械特性会转到其他特性曲线上，此时冲击电流会很大，所以应采用逐渐切除启动电阻的方法。

如切除太快，会有可能烧毁电机。

3-29直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？

答：

电动机的电动状态特点是：

电动机所发出的转矩T的方向与转速n的方向相同。

制动状态特点是：

电动机所发的转矩T的方向与转速n的方向相反。

3-30①汽车发动机启动电机常用何种直流电动机？

②画出该电机的机械特性曲线，并说明其特点；③可否空载运行，为什么？

④说明改变其旋转方向的方法。

答：

1采用串励直流电动机。

2机械特性曲线如图。

可分为两段来考虑：

第一段，负载

较轻，电枢电流Ia较小，磁路饱和程度不高，磁通Ф与电枢

电流Ia成正比，Ф=CIa，机械特性为双曲线，理想空载转

速n0趋于无穷大；第二段，负载较重，磁路趋于饱和，磁通

Ф近似为常数，机械特性曲线近似为直线。

串励电动机机械

特性为软特性，比并励电动机硬度小得多。

优点是启动时励磁

电流大，启动转矩比他励电动机大，所以用于发动机启动电机。

3串励电动机绝不允许空载运行！

因为此时转速极高，危险。

4改变转向方法：

改变电枢绕组或励磁绕组的接线极性。

（如果仅将电源极正负极改变是不能改变转向的，因为Ia和Ф同时改变，电磁转矩方向不变。

）

5-1正误判断：

只要把交流异步电动机电源中的任意两相对调就可以改变电动机的旋转方向。

5-2正误判断：

旋转磁场的旋转速度与电源频率成正比，而与磁极对数成反比。

5-3当电源频率为50Hz时，三相交流异步电动机磁极对数P=1，2，3，4时对应的同步转速分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min，当转差率S=2%时，其对应的转子转速分别为2940r/min、1470r/min、980r/min、735r/min。

5-4三相电源线电压为380V，当交流异步电动机采用△、Y接法时，对应的定子绕组的电压分别为380V、220V。

5-5右图为某三相交流异步电动机的电源接线，

①问此种接线是什么接线法？

②画出各接线柱之间的定子绕组的连接情况；

③按我国电工标准规定，标出各接线柱的符号。

5-6解释：

三相交流异步电动机额定功率因素cosФN，该指标是否在电动机铭牌上标注？

答：

在额定频率、额定电压和电动机输出额定功率时，定子相电流与相电压之间的相位差的余弦。

该指标不在电动机铭牌上标注。

5-7①画出三相交流异步电动机降低电源电压（UN、0.8U、0.5U）时的人为机械特性曲线（n-T、n-S曲线），说明特性变化的特点。

②并说明在电动机负载不变时，电网电压下降对电动机的影响。

答：

如图曲线，电压降低后，n0、Sm不变；Tmax大大减小，对U敏感；机械特性变软；

当电网电压下降，如TL不变，S↑I↑电机发热。

5-8为什么鼠笼式异步电动机启动时定子电流很大？

常采用的启动方法有哪些？

各有什么优缺点？

答：

启动时，n=0，

常采用的启动方法有：

1）直接启动（全压启动），无需附加设备，简单、成本低，启动电流大，可能影响其它电器工作，受电源变压器容量限制；

2）定子串电阻、电抗降压启动，机械特性变软电阻器消耗能量大，不适合经常启动的电动机；

3）Y-△降压启动，优点：

简单、经济、电流小。

缺点：

只用三角形接线工作电机；

4）自耦变压器降压启动，优点：

电压可调、电流小。

缺点：

变压器体积大、价格高。

不能应用于经频繁启动电机。

5-9单相交流异步电动机定子上设有两个绕组，其中一相串接一个参数适当的电容，其目的是使一个绕组的电流在相位上超前另一个绕组的电流，以便产生旋转磁场，能自行启动。

5-10正误判断：

同步电动机在过励下空载运行，可以用于补偿电网滞后的功率因素。

（同步电动机，当直流励磁电流大于正常励磁时，称为过励，直流励磁过剩，在交流方面不仅不需要电源供给励磁电流，而且还向电网发出电感性电流和电感性无功功率，正好补偿了电网附近电感性负载的需要，使整个电网功率因素提高。

过励的同步电动机与电容器有类似的作用，这时，同步电动机相当于从电源吸取电容性电流与电容性无功功率，成为电源的电容性负载，成为电源的电容性负载输入的电流超前于电压，cosф也小于1，定子电流也要加大）

5-11下图为某单相交流异步电动机的接线图，现要求改变其转向，请设计新的接线图（另画图）。

5-12正误判断：

异步电动机没有直流电流励磁，而同步电动机设有转子励磁绕组。

5-13正误判断：

异步电动机所需的全部磁动势均由定子电流产生，而同步电动机所需的磁动势是由定子和转子共同产生的。

5-14同步电动机采用的启动方法有异步启动法、变频调速法。

5-15将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？

为什么？

答：

如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调，例如将B、C两根线对调，即使B相遇C相绕组中电流的相位对调，此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转，与未对调的旋转方向相反。

5-16有一台三相异步电动机，其nN=1470r/min，电源频率为50HZ。

设在额定负载下运行，试求：

①定子旋转磁场对定子的转速；（1500r/min）

②定子旋转磁场对转子的转速；（30r/min）

③转子旋转磁场对转子的转速；（30r/min）

④转子旋转磁场对定子的转速；（1500r/min）

⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。

（0r/min）

5-17当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

答：

因为负载增加n减小，转子与旋转磁场间的相对转速（n0-n）增加，转子导体被磁感线切割的速度提高，于是转子的感应电动势增加，转子电流也增加，定子的感应电动势因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高。

5-18三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？

如何变化？

答：

若电源电压降低，电动机的转矩减小，电流也减小，转速不变。

5-19三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？

对电动机有何影响？

答：

电动机的电流会迅速增加，如果时间稍长电机有可能会烧毁。

5-20三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？

而在运行时断了一线，为什么仍能继续转动？

这两种情况对电动机将产生什么影响？

答：

三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的转矩，而转矩大小相等，故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能自行启动。

而在运行时断了一线，仍能继续转动，转动方向的转矩大于反向转矩。

这两种情况都会使电动机的电流增加。

5-21三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流是否相同？

启动转矩是否相同？

答：

三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启动转矩都相同。

Tst=KR2u2/（R22+X220）I=4.44f1N2/R与U，R2，X20有关

5-23三相异步电动机为什么不运行在Tmax或接近Tmax的情况下?

答：

根据异步电动机的固有机械特性在Tmax或接近Tmax的情况下运行是非常

不稳定的，当电源波动电压稍有下降，就可能使输出转矩小叶负载转

矩，造成电动机的停转。

5-24线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？

答：

线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大（如图曲线）。

5-25为什么线绕式异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大？

答：

Tst=KR2U2/（R22+X202）当转子的电阻适当增加时，启动转矩会增加。

5-26异步电动机有哪几种调速方法？

各种调速方法有何优缺点？

①调压调速这种方法能够无级调速，但调速范围不大；

②转子电路串电阻调速这种方法简单可靠，但它是有级调速，随着转速降低特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。

③改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价格稍高，只能有级调速，但是结构简单，效率高特性好，且调速时所需附加设备少。

④变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩，是一种很好的调速方法。

5-27什么叫恒功率调速？

什么叫恒转矩调速？

答：

恒功率调速是人为机械特性改变的条件下，功率不变。

恒转矩调速是人为机械特性改变的条件下转矩不变。

5-28试说明异步电动机定子相序突然改变时，电动机的降速过程。

答：

异步电动机定子相序突然改变,就改变了旋转磁场的方向,电动机状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2，但由于机械惯性的原因,转速不能突变,系统运行点a只能平移到曲线2的b点,电磁转矩由正变到负，成为制动转矩,则转子将在电磁转矩和负载转矩的共同作用下迅速减速,在从点b到点c的整个第二相限内，电磁转矩和转速方向相反。

5-29同步电动机的工作原理与异步电机的有何不同？

答：

异步电动机的转子没有直流电流励磁,它所需要的全部磁动势均由定子电流产生,所以异步电动机必须从三相交流电源吸取滞后电流来建立电动机运行时所需要的旋转磁场,它的功率因数总是小于1的。

同步电动机所需要的磁动势是由定子和转子共同产生的，当外加三相交流电源的电压一定时总的磁通不变，在转子励磁绕组中通以直流电流后,同一空气隙中,又出现一个大小和极性固定,极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场,这两个磁场的相互作用,使转子被电枢旋转磁场拖动着一同步转速一起转动。

5-30一般情况下，同步电动机为什么要采用异步启动法？

答：

转子加以直流励磁，产生极性固定的磁场。

定子绕组通入三相对称电压而产生旋转磁场，并以同步转速转动。

转子尚未转动时，两者相吸，定子旋转磁场欲吸转子转动，但由于转子的惯性，它还没有来得及转动时，旋转磁场又到了极性相反的方向，两者又相斥，所以平均转矩为零，不能启动。

为了启动同步电动机，一般在转子磁极的极掌上设有鼠笼式启动绕组，启动时先不加入直流磁场，同步电动机就和三相异步电动机一样在定子旋转磁场的作用下旋转起来，待转子转速接近同步转速时，再给转子通入直流电励磁，产生固定极性磁场，在定子旋转磁场和转子励磁磁场作用下，便可以把转子拉入同步，此后转子绕组与旋转磁场同步旋转，无相对运动，鼠笼绕组中便不产生电动势与电流。

另一种启动方式是变频调速法，即在低频下启动，再由低频逐步调至高频达到高速运转。

5-31为什么可以利用同步电动机来提高电网的功率因数？

答：

当直流励磁电流大于正常励磁电流时,电流励磁过剩（过励）,在交流方面不仅无需电源供电,而且还可以向电网发出感性电流与电感性无功功率,正好可以补偿电网附近电感性负载的需要，使整个电网的功率因数提高。

6-1两相交流伺服电动机定子有两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。

这两个绕组接入（一个相同，两个相同，两个不同？

）的交流电源。

（分别接入两个不同的交流电源）

6-2两相交流伺服电动机消除自转现象的方法是使转子导条具有较大的电阻、减小转子惯量。

6-3正误判断：

两相交流伺服电动机在工作时，励磁绕组始终是接在电源上的。

6-4正误判断：

力矩电动机都做成扁平圆盘状。

6-5正误判断：

直线电动机改变极距或电源频率都可以改变电动机的速度。

6-6正误判断：

直线电动机应用时不能将初级和次级做成相同的长度。

6-7何谓“自转”现象？

交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？

答：

自转是伺服电动机转动时，控制电压取消后，转子利用剩磁电压单相供电，转子仍继续转动。

克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计得很大且使转动惯量较小，使电动机在失去控制信号，即成单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方。

当速度n为正时，电磁转矩T为负，当n为负时，T为正，即去掉控制电压后，单相供电时的电磁转矩的方向总是与转子转向相反，所以是一个制动转矩，可使转子迅速停止不会存在自转现象。

6-7为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动机？

答：

因为在设计、制造上保证了大惯量直流电动机能在低速或阻转下运行。

在阻转的情况下，能产生足够大的力矩而不损坏，加上他精度高，反应快，速度快线性好等优点，因此它常用在低速需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件。

6-8直线电动机较之旋转电动机有哪些优缺点。

答：

直线电动机的优点：

1、直线电动机无需中间传动机构，因而使整个机构得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声；2、反应快速；3、散热良好，额定值高，电流密度可取大值，对启动的限制小；4、装配灵活，往往可将电动机的定子和动子分别于其他机体合成一体。

缺点：

是存在着效率和功率因数低，电源功率大及低速性能差等。

8-1如图电路图中，说明各文字符号所代表的电器名称，填写下表。

符号

代表的电器

符号

代表的电器

QF

自动空气断路器

SB1、SB2

按钮开关

FR

热继电器

FU

熔断器

M3∽

三相交流异步电动机（线绕式）

KT

时间继电器

KM

交流接触器

KMa1、KMa2

加速继电器

8-2下图电路中，

①两台电动机不能同时工作的的互锁是