機電傳動控制習題答案

1、習題與思考題第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎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。答：拖動轉(zhuǎn)矩是有電動機產(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)。 TM-TL>0說明系統(tǒng)處于加速，TM-TL<0 說明系統(tǒng)處于減速，TM-TL=0說明系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)（即靜態(tài)）的工作狀態(tài)。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？答：因為許

2、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=T, p不變。轉(zhuǎn)動慣量折算前后動能不變原則是能量守恒MV=0.5J22.9 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？答：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？答：反抗轉(zhuǎn)矩的方向與運動方向相反

3、,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。 第三章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，能否改變其運行其運行狀態(tài)下電樞電流的大??？為什么？這是拖動系統(tǒng)中那些要發(fā)生變化？T=KtIa u=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= E1，如負載轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞

4、反電勢將如何變化? 是大于，小于還是等于E1？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E1.3.11為什么直流電動機直接啟動時啟動電流很大？答：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.Ist=UN/Ra3.12他勵直流電動機直接啟動過程中有哪些要求？如何實現(xiàn)？答：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.3.13 直流他勵電動機啟動時，為什么一定要先把勵磁電流加上

5、？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=0 和TL=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？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(guān)就把電樞電源接通，TL=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.3.16 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？答：如果啟動電阻一下全部切除,在切除瞬間,由于機械慣性的作用使電動機的轉(zhuǎn)速不能突變,在

6、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 ？答：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 他勵直流電動機有哪些方法進行調(diào)速？它們的特點是什么？答：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

7、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(zhuǎn)速可以平滑無級調(diào)速，一般只能自在額定轉(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？答：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

8、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/Ke-(Ra+Rad)T/keKt2T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)下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.但即使不串任何電阻,重物下放過程中電機的轉(zhuǎn)速仍過高.如果放下的工件較重.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 電源反接制動一般應用在生產(chǎn)機械要求迅速減速停車和反向

9、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)下的機械特性曲線，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.它可以極低的下降速度,保證生產(chǎn)的安全,缺點是若轉(zhuǎn)矩大小估計不準,則本應下降的重物可能向上升,機械特性硬度小,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.第四章4.4 機電時間常數(shù)的物理意義是什么？它有那些

10、表示形式？各種表示式各說明了哪些關(guān)系？ 機電時間常數(shù)的物理意義是ns-n=GD2n0dn/375Tstdtm= GD2n0/375Tst是反映機電傳動系統(tǒng)機械慣性的物理量,表達形式有m= GD2n0/375Tst和m=nLGD2/375TL和m= GD2ns/375Td4.6 加快機電傳動系統(tǒng)的過渡過程一般采用哪些方法？ 加快機電傳動系統(tǒng)的過渡過程一般采用1減少系統(tǒng)GD2.2增加動態(tài)轉(zhuǎn)矩Td.4.7 為什么大慣量電動機反而比小慣量電動機更為人們所采用？大慣量電動機電樞作的粗短,GD2較大但它的最大轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的5到10倍,快速性能好,且低速時轉(zhuǎn)矩大,電樞短粗,散熱性好過載持續(xù)時間可以較長.

11、第五章5.2 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)，此電動機是否會反轉(zhuǎn)？為什么？答：如果將定子繞組接至電源的三相導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)的電流導前于C相繞組的電流2/3因此旋轉(zhuǎn)方向也將變?yōu)锳-C-B向逆時針方向旋轉(zhuǎn),與未對調(diào)的旋轉(zhuǎn)方向相反.5.4 當三相異步電動機的負載增加時，為什么定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的增加而增加？ 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( n0-n)增加,轉(zhuǎn)子導體被磁感線切割的速度提高,于是轉(zhuǎn)子的感應電動勢增加,轉(zhuǎn)子電流特增加,.定子的感應電動使因為轉(zhuǎn)子的電流增加而變大,所以定子的

12、電流也隨之提高.5.5 三相異步電動機帶動一定的負載運行時，若電源電壓降低了，此時電動機的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？如何變化？ 若電源電壓降低, 電動機的轉(zhuǎn)矩減小, 電流也減小. 轉(zhuǎn)速不變.5.6 有一臺三相異步電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示。型號PN/kWUN/V滿載時Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r·min-1 IN/A N×100 cosY132S-63 220/380960 12.8/7.2 83 0.756.52.02.0 試求：線電壓為380V時，三相定子繞組應如何接法？ 求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist； 額定負載時電動機的輸入功率

13、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=2 Tst=2*29.8=59.6 NmTmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 NmIst/IN=6.5 Ist=46.8A 一般nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/minSN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04P=60f/ n0=60*50/1000=3kw =PN/P輸入 P輸入=3/0.83=3.61kw5.7 三相異步電動機正在運行時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，這時電動機的電流會如何變化

14、？對電動機有何影響？答：電動機電流會迅速增加,如果時間稍長電機有可能會燒毀.5.10 三相異步電動機為什么不運行在Tmax或接近Tmax的情況下?答：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)。5.11有一臺三相異步電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下：PN/kWnN/r·min-1UN/VN×100cosNIst/INTst/TNTmax/TN接法401470380900.96.51.22.0 當負載轉(zhuǎn)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

15、*40000/1470=260N.m 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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩為0.45 TN時電動機不能啟動當負載轉(zhuǎn)矩為0.35 TN時電動機能啟動 若采用自耦變壓器降

16、壓啟動，設降壓比為0.64，求電源線路中通過的啟動電流和電動機的啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm 5.13 線繞式異步電動機采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉(zhuǎn)矩是否也愈大？答：線繞式異步電動機采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉(zhuǎn)矩愈大5.14 為什么線繞式異步電動機在轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，啟動電流減小而啟動轉(zhuǎn)矩反而增大？答：Tst=

17、KR2U2/（R22+X202） 當轉(zhuǎn)子的電阻適當增加時，啟動轉(zhuǎn)矩會增加。5.15 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(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。 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，雖然體積稍大，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)速時所需附加設備少。 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。5.16 什么叫恒功率調(diào)速？什么叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速？ 恒功率調(diào)速是人為機械特性改變的條件下，

18、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。5.18 異步電動機有哪幾種制動狀態(tài)？各有何特點？ 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n1.>n0時一部電動機處于發(fā)電狀態(tài).這時轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(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,例如起重機放下重物時,機械特性曲線如下圖,特性曲線由a到b,在降速最后電動機反轉(zhuǎn)當?shù)竭_d時,T=TL

19、系統(tǒng)到達穩(wěn)定狀態(tài), b a d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)子導體內(nèi)就產(chǎn)生感應電勢和電流,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.5.19 試說明鼠籠式異步電動機定子極對數(shù)突然增加時，電動機的降速過程。 N0=60f/p p增加定子的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速降低,定子的轉(zhuǎn)速特隨之降低.5.24 一般情況下，同步電動機為什么要采用異步啟動法？答：因為轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時,加以直流勵磁,產(chǎn)生了

20、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)矩為零,不能啟動.第六章6.2何謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象？交流伺服電動機時怎樣克服這一現(xiàn)象，使其當控制信號消失時能迅速停止？答：自轉(zhuǎn)是伺服電動機轉(zhuǎn)動時控制電壓取消,轉(zhuǎn)子利用剩磁電壓單相供電,轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動. 克服這一現(xiàn)象方法是把伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻設計的很大,使電動機在失去控制信號,即成單相運行時,正轉(zhuǎn)矩或負轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在Sm>1的地方.當速度n 為正時,電磁轉(zhuǎn)矩T為負,當n為負時,T為正,即去掉控制電壓后,單相供電似的電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

21、向相反,所以是一個制動轉(zhuǎn)矩.可使轉(zhuǎn)子迅速停止不會存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象第八章8.3 若交流電器的線圈誤接入同電壓的直流電源，或直流電器的線圈誤接入同電壓的交流電源，會發(fā)生什么問題？答：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同電壓的交流電源,觸點會頻繁的通短,造成設備的不能正常運行.8.5 在交流接觸器鐵心上安裝短路環(huán)為什么會減少振動和噪聲？答：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50HZ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

22、有被吸會,造成振動.和噪聲,因此要安裝短路環(huán).8.7 電磁繼電器與接觸器的區(qū)別主要是什么？答：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.8.8 電動機中的短路保護、過電流保護和長期過載（熱）保護有何區(qū)別？答：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損壞.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大許可電流.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.8.9 過電流繼電器與熱繼電器有何區(qū)別？各有什么用途?