机电传动控制总复习题及答案.ppt

机电传动控制,工学院,复习题及解答,1.直流电动机调速系统中，若想采用恒功率调速，则可改变UKe,答,答,降压启动,电枢串电阻,变极,变频,2.三相鼠笼式异步电动机在相同电源电压下，空载启动比满载启动的启动转矩小大相同,3.三相异步电动机带动一定负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机转矩增加减少不变,答,4.直流电动机的启动方法有和,5.三相鼠笼式异步电动机常用的调速方法有和,UDRM,URRM,IT,IH,6.晶闸管的几个主要参数是、和,其中，UDRM为断态重复峰值电压，在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，其数值规定比正向转折电压小100V。,URRM为反向重复峰值电压，在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，其数值规定比反向击穿电压小100V。,IT为额定通态平均电流（额定正向平均电流）。在环境温度不大于40和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，简称额定电流。,IH为维持电流。在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流。,7.单相异步电动机为什么没有启动转矩？常采用哪些方法启动？,答：因单相交流电产生脉动磁场，不产生旋转磁场，所以Tst=0,常采用电容分相式和罩极式两种启动方法。,8.电流截止负反馈的作用是什么？试画出其转速特性n=f(Ia),并加以说明：转折点电流I0，堵转电流Ia0,比较电压Ub如何选？,9.试说明图示几种情况下，系统的运行状态是加速？减速？还是匀速？（图中箭头方向为转矩的实际作用方向）,答：图(a)所示为减速，图(b)所示为减速，图(c)所示为加速，图(d)所示为减速。,10.如图所示，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性。试问：电动机能否在A点稳定运行？为什么？,答：能。因为当nnA时，TMTL。,11.电源线电压为380V，三相鼠笼式异步电动机定子每相绕组的额定电压为380V时，能否采用星形三角形启动？能不能,答：,12.直流电动机调速系统中，若想采用恒转矩调速，则可改变KeU,答：,答：,13.三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增加减小等于零,14.直流电动机常用的调速方法有、和。,改变电枢电路外串电阻,改变电枢电压,改变主磁通,15.三相鼠笼式异步电动机的启动方法有和,全压启动,降压启动,16.晶闸管的导通条件是与，晶闸管由导通转变为阻断的条件是，阻断后它所承受的电压大小决定于。,阳极加正向电压,控制极加正向电压,阳极电压降到零或反向,电源电压,17.有一台三相异步电动机，正常运行时为接法，在额定电压UN下启动时，其启动转矩Tst=1.2TN(TN为额定转矩)，若采用Y-换接启动，试问当负载转矩TL=35%TN时，电动机能否启动？为什么？,答：,18.对电动机的启动有哪些主要要求？,答：启动转矩大，电流小，平滑，安全可靠，简单方便，功耗小。,19.直流他励电动机启动时，若在加上励磁电流之前就把电枢电压加上，这时会产生什么后果（试从TL=0和TL=TN两种情况加以说明。,答：TL=0时飞车，TL=TN时电枢电流很大。,20.有台他励直流电动机，其铭牌数据为：PN=5.5kW,UN=Uf=220V,nN=1500r/min,=0.8,Ra=0.2。试求：,额定转矩TN；额定电枢电流IaN;额定电枢电流时的反电势；直接启动时的启动电流；若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串入多大的启动电阻？此时启动转矩为多少？,答：,答：,21.电源线电压为380V，三相鼠笼式异步电动机定子每相绕组的额定电压为220V时，能否采用星形三角形启动？能不能,22.三相鼠笼式异步电动机在运行中断了一根电源线，则电动机的转速增加减少停转,答：,23.加快机电传动系统的过渡过程，可以增大GD2nTM,答：,24.三相鼠笼式异步电动机降压启动方法有、和。,定子串电阻,星形三角形,自耦变压器,25.晶闸管可控整流电路的负载常有、和。,26.何谓恒转矩调速和恒功率调速？,答：在调速过程中维持转矩不变的调速，叫恒转矩调速；在调速过程中维持功率不变的调速，叫恒功率调速。,27.如图所示，图中各物理量的方向均是实际方向，试在圆内标明哪些作发电机(标G)运行？哪些作电动机运行(标M)运行？,电阻,电感性,反电动势,G,G,M,M,28.何谓整流器？何谓逆变器？何谓有源逆变器？何谓无源逆变器？试用简单电路图说明无源逆变器的工作原理。,答：交流电变为直流电的装置，称为整流器，反之称为逆变器；把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去，称为有源逆变器；把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载，则称为无源逆变器，无源逆变器的工作原理如图所示。,29.为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？,答：因电枢加上额定电压，而电枢电阻很小，故,很大。,30.有台他励直流电动机，如图所示，其铭牌数据为：PN=5.5kW,UN=Uf=220V,nN=1500r/min,=0.8,Ra=0.2,Rf=110。试求：,额定励磁电流IfN；励磁功率Pf；额定转矩TN；额定电枢电流IaN；额定电枢电流时的反电所势；直接启动时的启动电流；若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应加多大的启动电阻？,答：,答:(a)为改变磁通时的人为机械特性；(b)为改变电枢电压U的人为机械特性；(c)为电枢回路串电阻的人为机械特性。,31、问答题：以下三个图形是他励直流电动机的三种人为机械特性，请说明是哪三种。,(a),(b),(c),32.一台他励直流电动机在稳定运行时，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定值后，电枢反电势E比E1是增大减少相等,答：,33.加快机电传动系统的过渡过程，可以减少GD2nTM,答：,34.绕线式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大愈小不一定(可大可小),答：,35.三相鼠笼式异步电动机带动一定负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机转速增加减少不变,答：,36.三相绕线式异步电动机常用进行启动和调速，也可用进行启动。,电阻器,37.三相鼠笼式异步电动机的电气制动停转方法有和。,频敏变阻器,38.对晶闸管触发脉冲的要求主要有、和。,反接制动,39.有一台三相异步电动机，正常运行时为接法，在额定电压UN下启动时，其启动转矩Tst=1.2TN(TN为额定转矩)，若采用Y-换接启动，试问当负载转矩TL=45%TN时，电动机能否启动？为什么？,足够大的触发电压和电流,能耗制动,有一定的脉宽度,不触发时的输出电压小最好为负,前沿要陡,与主电路同步,答：,40.一般同步电动机为什么要采用异步启动法？,41.有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：P2N=10kW,nN=1460r/min,UN=380V,接法，N=0.868,cosN=0.88，Tst/TN=1.5，Ist/IN=6.5。试求：,答：由于一般同步电动机的电源频率高(f=50Hz)，转子有惯性，来不及被定子的旋转磁场所吸引，就又被旋转磁场相斥，所以没有启动转矩。故要采用异步启动法。,定子磁极对数p；额定输入电功率PIN；额定转差率SN；额定电流IN；输出的额定转矩TN；采用Y换接启动时的启动电流和启动转矩；当负载转矩为30N.m时，该电动机能否采用Y换接启动。,解：,因TstY=32.7Nm30Nm=TL，故该电动机能采用Y-法启动。,42.电力拖动系统若是多轴系统，需要作哪两项折算才能把多轴系统简化为单轴系统?,43.为什么他励直流电动机不许加额定电压直接启动?,答：负载转矩，飞轮矩。,答：额定电压全部加在电枢绕组内阻上，启动电流很大；电动应力、机械冲击很大。,44.试描述直流电机主磁通磁路。,答：两个主磁极铁心，两个空气隙，电枢铁心，机座。,45.三相异步电动机旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子空气隙如何分布?,答：正弦。,46.说明三相异步电动机的额定功率、额定电压和额定电流的意义?,答：额定功率是指电动机轴上输出的额定机械功率，额定电压和额定电流指定子额定线电压和线电流。,47.一台三相异步电动机m2.2，nN1450r/min，求T0.8TN时电动机转速。,答：答题要点：SN0.0333，Sm0.139，S0.026，n1460.7r/min。,48.变极对数调速时应同时注意什么?,答：对调B和C相接线。,49.带变动负载时电动机容量的选择要用“等值法”，什么是“等值法”?,答：把实际变化负载化成一等效的恒定负载，而两者温升相同。,50.生产机械的负载特性有哪四种?,答：恒转矩，泵类，直线型，恒功率。,51.机电传动系统稳定运行的条件是哪两条?,答：1.TTL；2.在TTL处，dT/dnn0，EU，Ia与E方向一致，与U方向相反。,95.回答：如图所示，电动机在a点正向电动运行时，电源突然反接，为什么要同时串入电阻Rad?,答：电动机在a点正向电动运行时，EU。如果不串电阻，当电源突然反接，U和E方向一致，两者之和2U，加在电阻Ra上，会产生很大的电枢电流。所以，要串入电阻Rad。,96.回答：如图所示，电动机在a点正向电动运行时，电源突然反接，电动机为什么会运行在b点？又经过哪三个运行状态，最后稳定运行在f点？在这三个运行状态中，机械量和电磁量是如何变化的？,答：电动机在a点正向电动运行时，当U突然反接，U和E方向一致，电流反向，所以T反向，即运行在b点。,此时，TL和T都是制动性，电动机运行在反接制动过程，所以n减小，E减小，反向的Ia减小，反向的T减小，一直到c点，n0。然后，电动机要反向启动，即运行在反向电动过程，由于n反向，E与U反向，反向Ia变小，反向T也变小，T是拖动性的。由于拖动的是位能性负载，TL也是拖动性的，反向n要变大，E变大，反向Ia变小，直到EU，Ia0，T0，即e点。但由于TL是拖动性的，所以n还要加大，使EU，Ia反向，T0，T为制动性，电动机运行在反馈制动过程。当TTL时，电动机稳定运行在f点。,97.回答：如图所示，电动机运行在b点为倒拉反接制动运行，试说明此时电动机能量关系。,答：此时Ia和U方向一致，UIa0，电源向电动机输入功率。,因为n0E1，当UC0时，使T和n反向，总是制动转矩。,126.回答：根据下图说明异步测速发电机工作原理。,答：转子不转时，定子FW产生的交变磁通f使转子中产生感应电动势、涡流和磁通，阻碍f的变化，二者合成1，轴线仍和f一致，与CW轴线垂直，不会在CW中产生感应电动势，即U00。,当转子以n顺时针旋转时，转子切割1，产生e2p、i2p。因为E2p1mn，而当Uf一定时，1m基本不变(Uf4.44f1N11m)，所以E2pn。因为i2p产生脉动磁通2，正好和CW轴线重合，在CW上产生e0。而E02E2pn，所以E0n或U0E0Kn。,127.简答：测速发电机的作用是什么？,答：测速发电机的作用是将转速变为电压信号。发电机的输出电压与转速成正比，所以可以用来测量转速。,128.简答：电动机容量选择要考虑哪三个原则？,答：发热：运行时，要求实际最高工作温度电动机绝缘允许最高工作温度；过载能力：允许电动机短时过载，TLmaxTmax，或ILmax0，由式,到23区间，ud正面积，故Ud0，一周期中变流器总的是吸收能量，直流电动机电枢电流由低电位到高电位是输出能量，,特点：直流电变成交流电回送到电网。电动机工作于发电(制动)状态。,有源逆变条件：Ud及E的极性与整流状态相反，且,逆变角：，对三相半波逆变电路，有Ud-1.17U2Pcos,当0，UdUdmax；,当/2，Ud0，为使逆变电路工作可靠，一般min/6，故逆变电路：/6/2。,153、何谓开环控制系统？何谓闭环控制系统？两者各具有什么优缺点？,答：只有控制量（输入量）对被控制量（输出量）的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。开环控制系统不能满足高要求的生产机械的需要，调速范围小。,输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，即闭环控制系统。闭环控制系统调速范围大。,154、什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？,答：电动机在额定负载下所允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比叫调速范围。,电动机由理想空载到额定负载时的转速降与理想空载转速之比叫静差度。,在一个调速系统中，转速降一定时，在不同的静差度下就有不同的调速范围。静差度越大，调速范围也越大。,保证在一定静差度的前提下，扩大系统调速范围的方法是提高电动机机械特性的硬度，以减小转速降。,155、生产机械对调速系统提出的静态、动态技术指标主要有哪些？为什么要提出这些指标？,答：静态指标：静差度S、调速范围D、调速的平滑性,动态指标：过渡过程时间、最大超调量、振荡次数,静态指标,静差度S,TL变化时，应使n变化维持在一定范围。静差度S表示n稳定的程度，即S应小于一定值。,一般S50，普通车床S30，龙门刨床S5，冷轧机S2，热连轧机S=0.20.5，造纸机S0.1。,由式,机械特性愈硬，S愈小，n相对稳定性愈高。,在一个调速系统中，如果在nmin运行能满足S要求，则在其他转速必能满足要求。,调速范围D,如式,不同生产机械要求D不相同，如S一定，车床D=20120，龙门刨床D=2040，钻床D=212，铣床D=2030，轧钢机D=315，造纸机D=1020，机床进给机构D=530000。,.,机械、电气联合调速时，设D生产机械调速范围，Dm机械调速范围，De电气调速范围，则De=D/Dm。,调速的平滑性,两个相邻调速级转速差。在一定调速范围，n级数越多，平滑性就越高，若级数无穷大，即n连续可调，为无级调速。,动态指标,调速过程中，从一种稳定速度另一稳定速度，电磁惯性、机械惯性，要经过一段过渡过程或动态过程。生产机械对动态指标要求：过渡过程时间、最大超调量、振荡次数。,如图11.5，系统从n1过渡到n2时：,最大超调量,MP太大，达不到生产工艺要求，MP太小，过渡过程过于缓慢，生产率，一般MP=1035。,过渡过程时间T,从输入控制开始到被调量n进入(0.050.02)n2区间为止的一段时间,在T内，n在其稳定值上下摆动的次数，图11.5中为1次。,振荡次数,图11.6，系统1：T太长；系统2：被调量虽变化很快，但不能及时停住，要几次振荡才能停在新的稳定值上；系统3：动态性能较理想。,龙门刨床、轧钢机允许一次振荡，而造纸机不许有振荡。,156、为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应？两者如何配合才能算相适应。,答：电动机在调速过程中，在不同的转速下运行时，实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其允许长期输出的最大转矩和最大功率，并不取决于电动机本身，而取决于生产机械在调速过程中负载转矩TL及负载功率PL的大小和变化规律。所以，为了使电动机的负载能力得到最充分的利用，在选择调速方案时，必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要配合恰当。,恒转矩型负载应选用恒转矩性质调速方式，且电动机的TN应等于或略大于TL；恒功率型负载应选用恒功率性质调速方式，且电动机的PN应等于或略大于PL。这样，电动机在调速范围内的任何n下运行时，均可保持I等于或略小于IN，电动机得到最充分利用。,157、如图所示为采用PI调节器的无静差调速系统。指出该系统由哪些部分组成，其作用是什么？,答:由七部分级成的。给定环节：给定电压Ug，也就是给定电动机速度大小；测速发电机TG：检测电动机速度，把速度大小变为电压信号反馈到输入端；PI调节器：根据给定信号和反馈信号实现无静差调节；触发器：为整流器提供带有控制角的触发脉冲；晶闸管可控整流器：根据触发脉冲，把交流电变为直流电，为直流电动机供电；平波电抗器L：平滑电流；电动机：把电能转变为机械能输出。,158、积分调节器在调速系统中为什么能削除系统的静态偏差？在系统稳定运行时，积分调节器输入偏差电压U0，其输出电压决定于什么？为什么？,答：因为,只要UUgUf0，系统就会起调节作用，当U0，UgUf，调节作用才停止。,调节停止后，PI输出Uk由于积分作用，保持在某一数值，以维持电动机在给定转速下运转，系统可以消除静态误差。,当U0，系统输出电压决定于Uk，而Uk决定于积分值：,159、在无静差调速系统中，为什么要引入PI调节器？比例积分两部分各起什么作用？,答：PI调节器是一个无差元件，无静差调速系统出现偏差时PI动作以削除偏差，当偏差为零时停止动作。,开始和中间阶段，比例调节起主要作用，它首先阻止n的继续，而后使n迅速，在末期，n很小，比例调节作用不明显，而积分调节作用就上升到主要地位，它最后消除n，使n回升到n1。,160、无静差调速系统的稳定精度是否受给定电源和测速发电机精度的影响？为什么？,答：是。因为：偏差电压UUgUf，当Ug不稳定，或测速发电机的Uf不稳定，都会影响到U，从而也影响到UK，继而影响到Ud和n稳定精度。,161、解释：生产机械的机械特性及电动机的机械特性。,答：生产机械的机械特性是指：负载转矩TL与转速n之间的函数关系；电动机的机械特性是指电动机电磁转矩T与转速n之间的关系。,162、说明下列各图所表示的生产机械的机械特性分别属于什么类型？,答：（a）反抗性恒转矩负载，（b）位能性恒转矩负载，（c）恒功率负载，（d）泵类负载。,163、请解释以下名词：（1）晶闸管的额定电压，（2）晶闸管的额定电流。,答：（1）正常工作峰值电压（UDRM和URRM中较小者）。在选用时，应使晶闸管额定电压为实际峰值电压的23倍，作为安全系数。（2）在环境温度不大于40和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，简称额定电流。,164.有台三相鼠笼式异步电动机，如图所示，其额定数据为：P2N=10kW,nN=1460r/min,UN=380V,接法，N=0.868,cosN=0.88，Tst/TN=1.5，Ist/IN=6.5。试求：,额定输入电功率PIN；额定转差率SN；额定电流IN；输出的额定转矩TN；采用Y换接启动时的启动电流和启动转矩。,答：,答:,165、直流电动机加额定电压直接启动时，启动电流很大的原因是因为反电动势E很大Ra很小负载TL很大,166、直流电动机加额定电压直接启动时，启动电流很大的原因是因为反电动势E很大Ra很小负载TL很大,答:a点为正向电动运行，b点为反接制动，c点为反向电动运行，d点为反向回馈制动运行，e点为倒拉制动运行。,167、如图所示，如果他励直流电动机运行在a、b、c、d、e点时，这些点各是什么运行状态？,答:当电源线电压是380V时，应接为Y形，当电源线电压为220V时，应接为形；电动机每相绕组能承受的电压为220V。,168、三相异步电动机铬牌上标有Y/和数字380/220，表示什么意思？电动机每相绕组能承受多高电压？,170、为什么三相异步电动机转子电路的功率因数随转速而变化？,答:因为三相异步电动机转子电流不但产生主磁通，而且还会产生漏磁通，变化的漏磁通产生漏电动势，漏电动势可折合为转子电流在每相绕组漏磁感抗上的压降。功率因数和漏磁感抗有关，而漏磁感抗是随转速变化的，所以功率因数随转速而变化。,171、电动机的额定功率是指：电动机额定运行时，输入的电功率电动机额定运行时，轴上输出的机械功率电动机在最大转矩运行时，轴上输出的机械功率,答:,172、异步电动机的效率在超载时最大在轻载时最大在额定功率时接近最大,答:,答:会出现危险。因为当U，电机从稳定点a过渡到稳定点b运行时，nScos2，从T=KmI2cos2=TN=TL=常数，可知，当U=UN时，I2会是额定值，而当U时，I2要增大，并且I2大于其额定值，电机发热、烧坏。,a,b,答:,174、三相异步电动机变频调速时，Tmax是常数Sm是常数n0是常数,答:,175、绕线式异步电动机转子电路串入电阻时，n0会改变Sm是常数Tmax是常数,答:电动机的容量、供电变压器的容量、是否与照明混合，电动机启动频繁程度。,176、异步电动机能否直接启动，应当考虑的因素有哪些？,答:改变Tmax是通过改电压；改变Sm是通过改变绕线式异步电动机转子电阻；改变f是通过变频器实现；改变p是通过变极对数电机来实现。,177、当TL一定，三相异步电动机通过改变Tmax、Sm、f、p进行调速。请问通过什么方式来改变这些参数？,答:在环境温度不大于40和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值。,178、请解释晶闸管的额定电流的含义。,179、根据电路图及u2、ug画出电阻R的电压ud波形图及晶闸管VS的电压波形图。,答:,180.为什么仅有n负反馈单闭环系统在运行中，若突然失去n负反馈，就可能造成严重事故,答：为使闭环系统获得开环系统时的n0，Ug要比开环系统高(1K)倍。所以仅有n负反馈单闭环系统在运行中，若突然失去n负反馈，就可能造成严重事故。,181、X2010A型龙门刨床进给拖动系统的移相触发器由哪几个部分组成？试说明各个部分的作用和工作原理。,答：锯齿波形成环节，形成与主电压同步的锯齿波，原理见书。,移相控制环节，利用锯齿波与控制电压相比较，控制1VT通断，原理见书。,脉冲输出环节，利用4V变压器得到触发脉冲，原理见书。,182、单结晶体管自振荡电路的振荡频率是由什么决定的？为获得较高的振荡频率，减小充电电阻R与减小电容C效果是否一样？R大小受哪些因素限制？为什么？,答：振荡频率是由充电常数（RC）决定。为了获得较高的振荡频率，减小充电电阻R与减小电容C效果是一样的。,R受以下因素的限制：,183.他励直流电动机，电源供给电枢绕组每一导体的电流方向不变交变,答,184.直流发电机电枢绕组每一导体感应电动势方向是不变的交变的,答,185.他励直流电动机的固有机械特性曲线是倾斜的，其根本原因是：电枢绕组具有电阻Ra负载转矩TL,答,