机电传动与控制考试提纲第三版修改版.docx
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机电传动与控制考试提纲第三版修改版
习题与思考题
1、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。
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、从运动方程式怎样看出系统是处于加速,减速,稳态的和静态的工作状态。
TM-TL>0说明系统处于加速,TM-TL<0说明系统处于减速,TM-TL=0说明系统处于稳态(即静态)的工作状态。
3试列出以下几种情况下(见题2.3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
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 4多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统? 转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则? 转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则? 因为许多生产机械要求低转速运行,而电动机一般具有较高的额定转速。 这样,电动机与生产机械之间就得装设减速机构,如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆,皮带等减速装置。 所以为了列出系统运动方程,必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。 转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω,p不变。 转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 5为什么低速轴转矩大,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。 6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω,T=G∂D2/375.P=ωG∂D2/375.,P不变转速越小GD2越大,转速越大GD2越小。 7一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载? 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 8反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别,各有什么特点? 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。 9在题图中,曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性,试判断哪些是系统的稳定平衡点? 哪些不是? 交点是系统的稳定平衡点.交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点 交点是系统的平衡点 10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? 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。 11并励直流发电机正传时可以自励,反转时能否自励? 不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励. 12一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数,当电枢电压或电枢附加电阻改变时,能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小? 为什么? 这个拖动系统中哪些要发生变化? 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. 13一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? T=IaKtφ,φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa,所以EN减小.,小于E1. 14一台直流发电机,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) 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 15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。 PN=UNINηN 7500W=220V*IN*0.885 IN=38.5A TN=9.55PN/nN =47.75Nm 16一台他励直流电动机: PN=15KW,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Ω,其空载特性为: U0/V 115184230253265 If/A 0.4420.8021.21.6862.10 今需在额定电流下得到150V和220V的端电压,问其励磁电流分别应为多少? 由空载特性其空载特性曲线. 当U=150V时If=0.71A 当U=220V时If=1.08A 18一台他励直流电动机的技术数据如下: PN=6.5KW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性: ①固有机械特性; ②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性; ③电枢电压为UN/2时的人为机械特性; ④磁通φ=0.8φN时的人为机械特性; 并绘出上述特性的图形。 ①n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 =1559r/min TN=9.55PN/nN =9.55*6500/1500 =41.38N 1559 41.38 ②n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/KeKtφ2 =U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke2φ2 当3Ωn=854r/min 当5Ωn=311r/min ③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2 当UN=0.5UN时n=732r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780r/min ④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82 当φ=0.8φ时n=1517r/min n0=UNnN/0.8Keφ =1964r/min n0 19为什么直流电动机直接启动时启动电流很大? 电动机在未启动前n=0,E=0,而Ra很小,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.Ist=UN/Ra 20他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求? 如何实现? 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,2不要有过大的转矩.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. 21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? 直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极靠外电源产生磁场.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. 22直流串励电动机能否空载运行? 为什么? 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,还可能串励电动机也可能反转运行.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同时反响,使电瓷转矩T依然保持原来方向,则电动机不可能反转. 23一台直流他励电动机,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? 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 24转速调节(调速)与固有的速度变化在概念上有什么区别? 速度变化是在某机械特性下,由于负载改变而引起的,二速度调节则是某一特定的负载下,靠人为改变机械特性而得到的. 25他励直流电动机有哪些方法进行调速? 它们的特点是什么? 他励电动机的调速方法: 第一改变电枢电路外串接电阻Rad 特点在一定负载转矩下,串接不同的电阻可以得到不同的转速,机械特性较软,电阻越大则特性与如软,稳定型越低,载空或轻载时,调速范围不大,实现无级调速困难,在调速电阻上消耗大量电量。 第二改变电动机电枢供电电压 特点当电压连续变化时转速可以平滑无级调速,一般只能自在额定转速以下调节,调速特性与固有特性相互平行,机械特性硬度不变,调速的稳定度较高,调速范围较大,调速时因电枢电流与电压无关,属于恒转矩调速,适应于对恒转矩型负载。 可以靠调节电枢电压来启动电机,不用其它启动设备, 第三改变电动机主磁通 特点可以平滑无级调速,但只能弱词调速,即在额定转速以上调节,调速特性较软,且受电动机换向条件等的限制,调速范围不大,调速时维持电枢电压和电流步变,属恒功率调速。 26直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在? 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.制动状态特点使电动机所发的转矩T的方向与转速n的方向相反 27一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构,在电动机拖动重物匀速上升时讲电枢电源突然反接,试利用机械特性从机电过程上说明: ①从反接开始到系统新的稳定平衡状态之间,电动机经历了几种运行状态? 最后在什么状态下建立系统新的稳定平衡点? ②各种状态下转速变化的机电过程怎样? 1从反接开始到系统到达新的稳定平衡状态之间,电动机经历了电动机正向电动状态,反接制动状态,反向电动状态,反馈制动状态. 2 ba c f 电动机正向电动状态由a到b特性曲线转变;反接制动状态转速逐渐降低,到达c时速度为零,反向电动状态由c到f速度逐渐增加.稳定平衡状态,反向到达f稳定平衡点,转速不再变化. 28有一台四极三相异步电动机,电源电压的频率为50HZ,满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n0=60f/pS=(n0-n)/n0 =60*50/20.02=(1500-n)/1500 =1500r/minn=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1HZ 29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? 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. 30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 31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? 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,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 32有一台三相异步电动机,其技术数据如下表所示。 型号 PN/kW UN/V 满载时 Ist/IN Tst/TN Tmax/TN nN/r·min-1IN/AηN×100cosφ Y132S-6 3 220/380 96012.8/7.2830.75 6.5 2.0 2.0 试求: ①线电压为380V时,三相定子绕组应如何接法? ②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist; ③额定负载时电动机的输入功率是多少? 1线电压为380V时,三相定子绕组应为Y型接法. 2TN=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)n0n0=nN/0.96=1000r/min SN=(n0-nN)/n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/n0=60*50/1000=3 3η=PN/P输入 P输入=3/0.83=3.61 33三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? 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. 34三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? 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,而且转矩大小相等。 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。 35三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? 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 36三相异步电动机为什么不运行在Tmax或接近Tmax的情况下? 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,有可能造成电动机的停转。 37有一台三相异步电动机,其铭牌数据如下: PN/kW nN/r·min-1 UN/V ηN×100 cosφN Ist/IN Tst/TN Tmax/TN 接法 40 1470 380 90 0.9 6.5 1.2 2.0 △ 1当负载转矩为250N·m时,试问在U=UN和U`=0.8UN两种情况下电动机能否启动? TN=9.55PN/nN=9.55*40000/1470=260Nm Tst/TN=1.2 Tst=312Nm Tst=KR2U2/(R22+X202)=312Nm 312Nm>250Nm所以U=UN时电动机能启动。 当U=0.8U时Tst=(0.82)KR2U2/(R22+X202) =0.64*312 =199Nm Tst 2欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45TN和0.35TN两种情况下,电动机能否启动? TstY=Tst△/3=1.2*TN/3=0.4TN 当负载转矩为0.45TN时电动机不能启动 当负载转矩为0.35TN时电动机能启动 3若采用自耦变压器降压启动,设降压比为0.64,求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动转矩。 IN=PN/UNηNcosφN√3=40000/1.732*380*0.9*0.9=75A Ist/IN=6.5 Ist=487.5A 降压比为0.64时电流=K2Ist =0.642*487.5=200A 电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642312=127.8Nm 38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调压调速这种办法能够无级调速,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,但它是有机调速,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,只能有机调速,但是结构简单,效率高特性高,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。 39什么叫恒功率调速? 什么叫恒转矩调速? 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。 40同步电动机的工作原理与异步电机的有何不同? 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,所以一部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,使转子北电枢旋转磁场拖动着一同步转速一起转动. 41电动机的温升与哪些因素有关? 电动机铭牌上的温升值其含义是什么? 电动机的温升、温度以及环境温度三者之间有什么关系? 电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关.电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高温度.电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小,热量的发散是随温度差递增的,少量被发散法到空气中,大量被空气吸收.,因而温度升高的较快.随着电动机温度逐渐升高,被电动机吸收的减少,而发散到空气中的热量增加.. 42电动机的选择包括哪些内容? 电动机的选择包括: 1电动机容量.2电动机电压等级,3电动额定转速.4电动机结构型式.5电动机的种类 43选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素? 选择电动机容量应根据三相基本原则进行: 1发热: 电动机在运行的实际最高工作温度等于或小于电动机的最高工作温度,2过载能力: 短时间内承受高于额定功率的负载功率时保证θmax≤θa.当决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力,即所选电动机的最大转矩Tmax或最大电流Imax必须大于运行过程中可能出现的最大负载电流ILmax和最大负载转矩Tlmax.3启动能力必须使电动机能可靠启动TL<λstTN 44从接触器的结构特征上如何区分交流接触器与直流接触器? 为什么? 直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小,线圈也比较小,交流电磁铁的铁心是用硅钢片叠柳而成的.线圈做成有支架式,形式较扁.因为直流电磁铁不存在电涡流的现象. 45为什么交流电弧比直流电弧容易熄灭? 因为交流是成正旋变化的,当触点断开时总会有某一时刻电流为零,此时电流熄灭.而直流电一直存在,所以与交流电相比电弧不易熄灭. 46若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源,或直流电器的线圈误接入同电压的交流电源,会发生什么问题? 若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源,会因为交流线圈的电阻太小儿流过很大的电流使线圈损坏.直流电器的线圈误接入同电压的交流电源,触点会频繁的通短,造成设备的不能正常运行. 47电磁继电器与接触器的区别主要是什么? 接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的. 48自动空气断路器有什么功能和特点? 功能和特点是具有熔断器能直接断开主回路的特点,又具有过电流继电器动作准确性高,容易复位,不会造成单相运行等优点.可以做过电流脱扣器,也可以作长期过载保护的热脱扣器. 49时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思? 50要求三台电动机1M、2M、3M按一定顺序启动: 即1M启动后,2M才能启动;2M启动后3M才能启动;停车时则同时停。 试设计此控制线路。 51试设计一台异步电动机的控制线路。 要求: ①能实现启停的两地控制; ②能实现点动调整; ③能实现单方向的行程保护; ④要有短路和长期过载保护。 52为了限制电调整时电动机的冲击电流,试设计它的电气控制线路。 要求正常运行时为直接启动,而点动调整时需输入限流电阻。 53试设计一台电动机的控制线路。 要求能正反转并能实现能耗制动。 54试设计1M和2M两台电动机顺序启,停的控制线路。 要求: 11M启动后,2M立即自动启动; 21M停止后,延时一段时间,2M才自动停止; 32M能点动调整工作; 4两台电动机均有短路,长期过载保护。 55PLC由哪几个主要部分组成? 各部分的作用是什么? PLC由中央处理器CPU,存储器,输入输出接口,编程器组成. 中央处理器CPU是核心,它的作用时接受输入的程序并存储程序.扫描现场的输入状态,执行用户程序,并自诊断. 存储器用来存放程序和数据, 输入接口采集现场各种开关接点的信号状态,并将其转化成标准的逻辑电平,输出接口用于输出电信号来控制对象. 编程器用于用户程序的编制,编辑,调试,检查和监视.还可以显示PLC的各种状态. 56输入、输出接口电路中的光电耦合器件的作用是什么? 作用是1实现现场与plc主机的电器隔离,提高抗干扰性. 2避免外电路出故障时,外部强电侵入主机而损坏主机. 3电平交换,现场开关信号可能有各种电平,光电耦合起降他们变换成PLC主机要求的标准逻辑电平. 57PLC有哪些主要特点? PLC的主要特点是①应用灵活,扩展性好. ②操作方便 ③标准化的硬件和软件设计,通用性强. ④完善的监视和诊断功能. ⑤可适应恶劣的工业应用环境. 5制功能强 58写出题9.5图梯形图的指令程序。 LD40
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