机电传动试题以及答案.docx

机电传动试题以及答案.docx

《机电传动试题以及答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电传动试题以及答案.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机电传动试题以及答案

1.机电传动系统的发展经历了成组拖动、单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。

2.生产机械的机械特性指电动机轴上的　负载转矩　和　转速　之间的函数关系。

3.直流电动机的结构包括定子和转子两部分。

4.直流发电机按励磁方法来分类，分为他励、并励、串励和复励四种。

5.直流发电机的重要运行特性是空载特性和外特性。

6.直流他励电动机的制动状态分为反馈制动、反接制动和能耗制动三种形式。

7.直流他励电动机的反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动两种。

8.直流电动机的启动方法有降压启动和电枢电路外串启动电阻。

9.要有效地缩短过渡过程的时间，应设法减少GD2和加大动态转矩Td。

10.常用的交流电动机有三相异步电动机和同步电动机。

11.三相鼠笼式异步电动机的启动方式有全压启动和降压启动。

12.三相鼠笼式异步电动机常用的调速方式变极调速和变频调速。

13.直流电动机常用的调速方法有改变电枢电路外串电阻、改变电枢电压和改变主磁通。

14.电气控制系统中常设的保护环节是短路保护、过电流保护、长期过载保护、零电压与欠电压保护和弱励磁保护。

15.晶闸管的导通条件是阳极加正向电压与控制极加正向电压。

16.晶闸管由导通转变为阻断的条件是阳极电压降到零或反向，阻断后它所承受的电压大小决定于电源电压。

17.我国规定的标准短时工作制运行时间是10min、30min、60min及90min。

18.我国对顶专供重复短时工作制的标准暂载率为15%、25%40%及60%。

19.交流异步电动机常用的调速方法有调压、改变极对数、变频。

20.异步电动机，现运行在正向电动状态，现采用电源反接制动停车，则应把电动机三相电源的相序改变，当转速接近零时，应将电源切断。

21.在脉动磁场作用下的单相异步电动机是没有启动能力，所以为了解决这一问题，经常采用电容分相式（或罩极式单相）异步电动机。

22.自动调速系统的动态技术指标为最大超调量、过渡过程时间、震荡次数。

23.伺服电动机是将电信号转换成轴上的转角或转速信号的控制电机。

24.单闭环直流调速系统，放大器采用比例调节器，则该系统是一个有静差调速系统。

25.三相异步电机转速为

，定子旋转磁场的转速为

，当

时为电动运行状态；当

时为发电运行状态；当

与

反向时为电磁制动运行状态。

电气控制的保护环节

一、电流型保护1．短路保护；2．过电流保护；3．过载保护；4．断相保护；5．欠电流保护。

二、电压型保护1．失压保护；2．欠电压保护；3．过电压保护。

三、其它保护1．位置保护；2．温度、压力、流量、转速等物理量的保护

1.请简述机电传动系统稳定运行的条件。

a）电动机的机械特性曲线n=f（TM）和生产机械的特性曲线n=f（TL）有交点（即拖动系统的平衡点）；

b）当转速大于平衡点所对应的转速时，TM＜TL，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM－TL＜０。

而当转速小于平衡点所对应的转速时，TM＞TL，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM－TL＞０。

2.请解释机电传动系统稳定运行的含义。

a）是系统应能以一定速度匀速运转

b）是系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负责转矩波动等）而使运行速度稍有变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。

3.请简述并励发电机电压能建立的条件。

a）发电机的磁极要有剩磁；

b）起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁磁场的方向相同；

c）励磁电阻不能过大。

4.请简述电动机制动的稳定制动和过渡制动状态的共同点和不同点。

a）两种制动状态的区别在于转速是否变化

b）两种制动状态的相同点在于电动机发出的转矩与转速方向相反。

5.请简述直流他励电动机的三种制动方式的接线方法。

a）反馈制动为正常接法；

b）反接制动：

电源倒拉反接改变电枢电压的极性；倒拉反接制动在电枢电路内串入附加电阻；

c）能耗制动将外部电枢电压降为零，并将电枢串接一个附加电阻短接。

6.为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？

因电枢加上额定电压很大，而电枢电阻很小，故

很大。

7.对电动机的启动有哪些主要要求？

（1）启动转矩大，电流小

（2）平滑，安全可靠（3）简单方便，功耗小

8.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（从TL=0和TL=TN两种情况加以说明）？

a）TL=0时飞车（b）TL=TN时电枢电流很大。

9.有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么？

a）依靠被调量（如转速）与给定量之间的偏差来进行调节，使被调亮接近不变，但又必须具有偏差（即

）的反馈控制系统，即有静差调节系统。

该系统中采用比例调节器。

b）依靠偏差进行调节，使被调量等于给定量（即

）的反馈控制系统，即无静差调节系统。

该系统中采用比例积分调节器。

10.什么是整流器？

什么是逆变器？

什么是有源逆变器？

什么是无源逆变器？

a）交流电变成直流电的装置称为整流器，反之称为逆变器

b）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，则成为无源逆变器。

11.对晶闸管触发电路产生触发脉冲有哪些要求。

（a）足够大的触发电压和电流（b）有一定的脉冲宽度（c）不触发时的输出电压小，最好为负，前沿要陡（d）与主电路同步

12.什么叫调速范围？

什么叫静差度？

这两项静态指标之间有何关系？

a）调速范围是指电动机在额定负载下最高转速和最低转速之比，即

；

b）静差率是指负载由理想空载转速到额定负载所对应的转速降落于理想空载转速之比，即

c）D与S之间是相互关联的，调速范围是指在最低转速时还能满足给定静差率要求的转速可调范围；对静差率要求越小，允许的调速范围也越小。

13.在电动机控制线路中，已装有接触器，为什么还要装电源开关？

它们的作用有何不同？

答：

电源开关如铁壳开关、自动空气开关一般不适宜用来频繁操作和远距离控制，而一般的电动机控制都有这方面的要求。

交流接触器适用于频繁地遥控接通或断开交流主电路，它具有一般电源所不能实现的遥控功能，并具有操作频率高、工作可靠和性能稳定等优点。

但交流接触器保护功能较差，不具备过载、短路等保护功能，而这些功能又是通常电动机控制回路所必须的。

一般电源开关，特别是自动空气开关，它的保护机构完善齐全，能对电动机进行有效保护。

所以需由两者配合使用才能做到控制灵活、保护齐备。

16.热继电器能否作短路保护？

为什么？

答：

热继电器不能作短路保护。

因为热继电器主双金属片受热膨胀的热惯性及操作机构传递信号的惰性原因，使热继电器从过载开始到触头动作需要一定的时间，也就是说，即使电动机严重过载甚至短路，热继电器也不会瞬时动作，因此热继电器不能用作短路保护。

18.在变压变频的交流调速系统中，给定积分器的作用是什么？

答：

给定积分器是一个具有限幅的积分环节，它将给定的正、负阶跃信号转换成正、负斜坡信号。

正斜坡信号使启动过程变得平稳，实现软启动；负斜坡信号使停车过程变得平稳。

1、直流电机的工作原理

发电机：

导体在磁场内作切割磁力线运动，导体中便感应出电动势。

（电磁感应）

电势方程式：

电动机：

通电导体在磁场中要受到电磁力（矩）的作用。

因此只要电枢绕组里有电流（外电源提供或感应电流），在磁场中就会受到电磁力的作用。

转矩方程式：

2、三相异步电动机工作原理

定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场→相当于转子切割磁力线运动→在转子回路中产生感应电流（右手定则）→带电导体在旋转磁场中受到电磁力（左手定则）→产生电磁转矩→使转子转动（方向与旋转磁场同向）→电动机转动.

3、自耦变压器降压启动特点：

相对于Y—△降压启动

1）K是可以调节的，因此启动电压、启动转矩可通过不同的抽头来调节，具有调整灵活的优点。

2）启动设备体积大，价格贵、维修困难。

应用场合：

通常只用于启动大型和特殊用途电动机。

4、电流继电器

电流继电器线圈串联在被测电路中，线圈阻抗小。

①过电流继电器：

线圈电流高于整定值时动作的继电器当正常工作时，衔铁是释放的；当电路发生过载或短路故障时，衔铁立即吸合，实现保护。

②欠电流继电器：

线圈电流低于整定值时动作的继电器当正常工作时，衔铁是吸合的；当电路发生电流过低现象时，衔铁立即释放，实现保护。

5、消除自转现象的措施:

措施：

伺服电动机的转子导条具有较大电阻，使电动机在失去控制信号，单相供电时的电磁转矩的方向总是与转子转向相反，是一个制动转矩。

由于制动转矩的存在．可使转子迅速停止转动，保证了不会存在“自转”现象。

6、电器是指：

①能根据特定的信号和要求②自动或手动地接通或断开电路③断续或连续地改变电路参数

④实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换、调节的电气设备。

7、常用的灭弧方法有:

①双断口灭弧；②磁吹灭弧；③金属栅片灭弧。

8、接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路，实现远距离自动控制的电器元件。

接触器还具有失压（或欠压）保护功能。

9、中间继电器在选用中间继电器时，主要考虑电压等级和触点数目。

10、热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器

11、逆变器分有源逆变器和无源逆变器：

有源逆变——交流侧和电网连结。

有源逆变器主要用于直流电动机的可12、逆调速等场合。

无源逆变——交流侧不与电网联接，而直接接到负载。

产生有源逆变的两个条件：

①有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压；

②晶闸管的控制角?

>?

/2，使Ud为负值。

13、逆变和整流的区别：

控制角?

不同0

/2时，电路工作在整流状态；?

/2

时，电路工作在逆变状态。

有静差调速系统（电压负反馈）特点：

（1）采用电位计取电压量，线路简单；

（2）稳速效果不好，主要用作防止过压，改善动态特性、加快过渡过程；

（3）对由于电枢电阻而引起的降压不能补偿（反馈环外），U=E+IaR。

14、有静差调节系统采用比例放大器，所以系统总存在静差。

若采用PI放大器则可实现无静差系统。

15、错齿是使步进电机旋转的根本原因。

16、步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。

17、由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。

18、稳定运行的充要条件是：

1）生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点；

2）在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。

2.1从运动方程式怎样看出系统是加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态？

答：

运动方程式：

Td>0时：

系统加速；Td=0时：

系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速

2.3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）

2.4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？

答：

在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。

　　由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。

　　由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。

2.9一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？

答：

恒转矩型、泵类、直线型、恒功率型。

2.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？

答：

反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。

　　位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向无关。

2.11在题2.11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？

在交点转速以上有：

TM

TM>TL

交点是系统的稳定平衡点交点是系统的稳定平衡点

在交点转速以上有：

TM

TM

TM

交点是系统的稳定平衡点交点不是系统的稳定平衡点交点是系统的稳定平衡点

3.3一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压或附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？

为什么？

这时拖动系统中哪些量要发生变化？

答：

不能。

因为，常数=TL=T=KtφIa。

但Ia并不是始终不变。

因U=E+Ia（Ra+Rad），Rad↑，Ia↓，T↓，n↓，Ia↑，T↑，T=KtφIa=TL=常数。

转速n与电动机的电动势都发生改变。

3.4一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，电枢反电势将如何变化？

是大于、小于还是等于E1？

答：

因为

当Φ↓时，→Ia↑

由U=E+IaRa，E＝U－IaRa，当Ia↑时，→E↓，所以：

E

3.13　直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上，若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通，这时会产生什么现象（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，若突然将励磁绕组断开，此时又将出现什么情况？

答：

当TL=0启动时：

因为励磁绕组有一定剩磁，使Φ≈0；启动时，n＝0，E＝0，根据UN=E+IaRa知，UN全加在电阻Ra上，产生很大的Ia（（10~20）IN），但因为Φ≈0，所以T＝KtΦIa并不大，因为TL≈0，所以动转矩大于0，系统会加速启动；启动后，虽有n，使E变大点，但因为Φ≈0，所以E仍不大，UN大部分仍要加在电阻Ra上，产生很大Ia和不大的T，使系统不断加速；当系统达到“飞车”时，在相当大的某一n稳速运行时，T＝KtΦIa=TL≈0，所以Ia≈0，此时，E相当大，UN几乎和E平衡。

当TL=TN启动时：

n＝0，E＝0，根据UN=E+IaRa知，UN全加在电阻Ra上，产生很大的Ia（（10~20）IN），但因为Φ≈0，所以T＝KtΦIa并不大，因为TL=TN，所以系统无法启动。

当电动机运行在额定转速下，T＝KtΦNIaN=TL＝TN，n＝nN，此时断开励磁，Φ≈0，虽然仍有n＝nN，但E≈0，根据UN=E+IaRa知，UN全加在电阻Ra上，产生很大的Ia，但因为Φ≈0，所以T＝KtΦIa并不大，因为TL=TN，所以T＜TL，系统逐渐减速到停车。

3.15一台直流他励电动机，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;

PN=UNIaNηN

2200=110×IaN×0.8

IaN=25A

②额定励磁电流IfN;

Uf=RfIfN

IfN=110/82.7=1.33A

③励磁功率Pf;

Pf=UfIfN=146.3W

④额定转矩TN;

TN=9.55PN/nN=14Nm

⑤额定电流时的反电势；

EN=UN-INRa=110-0.4×25=100V

⑥直接启动时的启动电流；

Ist=UN/Ra=110/0.4=275A

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？

启动电阻：

2IN=UN/（Ra+Rst）

Rst=1.8Ω

启动转矩：

Keφ=（UN-INRa）/nN=0.0667

T=KtφIa=9.55×0.0667×50=31.8Nm

3.16　直流电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？

切除太快，会带来什么后果？

答：

见书上图3.23。

如果只一段启动电阻，当启动后，把电阻一下切除，则电流会超过2IN，冲击大。

所以应采用逐级切除电阻办法，切除太快，也会产生电流冲击大，见书上图3.24。

3.17转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什么区别？

答：

调速：

在一定负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。

　　速度变化：

由于电动机负载转矩发生变化而引起的电动机转速变化。

3.19　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：

电动机发出的转矩T与转速n方向相同；制动：

T与n相反。

3.20　他励直流电动机有哪几种制动方法？

它们的机械特性如何？

试比较各种制动方法的优缺点。

答：

反馈制动：

运行在二、四象限，转速大于理想空载转速。

用于起重机调速下放重物，电网吸收电能，运行经济。

　　电源反接制动：

制动迅速，能量靠电阻吸收，但容易反向启动。

　　倒拉反接制动：

可得较低下降速度，对TL大小估计不准，本应下降，也许会上升，特性硬度小，稳定性差，电阻消耗全部能量。

　　能耗制动：

用于迅速准确停车及恒速下放重物，电阻消耗全部能量。

3.21　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将电枢电源突然反接，试利用机械特性从机电过程上说明：

（1）从反接开始到系统达到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？

答：

（1）经历反接制动、反向电动、反向回馈制动，最后在反向回馈制动运行状态下建立系统新的稳定平衡点。

（2）当电压反向时，n不变，电压平衡方程式：

－U＝E＋Ia（Ra+Rad），Ia=（-U-E）/（Ra+Rad）<0

　　所以T反向，与n方向相反，制动；

　　T与TL一起使n↓，→E↓→反向Ia↓→反向T↓，最后到c点，n=0；

　　此时，TL和T使电动机n反向，重物下降。

处于反向电动状态。

因为n反向，所以E也反向，Ia=（-U＋E）/（Ra+Rad），即反向电流Ia↓→反向T↓；

　　在T和TL作用下，反向n↑→反向E↑，在某一时刻，－U＋E＝0，→Ia=0，T＝0，即达到d点。

　　但此时仍有TL→反向n↑→反向E↑→－U＋E＞0→Ia>0，T＞0，产生制动。

当T＜TL时，还会→反向n↑→E↑→Ia↑→T↑，达到T＝TL，达到e点，稳速运行。

5.1　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。

答：

5.4　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：

当负载增加时，转子电流增加；因为转子相当于变压器的副边，而定子相当于变压器的原边，所以当转子电流增加时，定子电流也会增加。

5.5

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：

原来运行在a点，当电压减小时，运行在b点，因为n不变，

s不变，所以cosφ2不变

因为U≈E1=4.44Kf1N1Φ，所以当U↓→Φ↓→I2↓时，

根据T=KmΦI2cosφ2知：

T↓，

此后：

→n↓→s↑→I2↑→T↑直到c点。

c点和a点比，因为U↓→Φ↓，而且s↑→cosφ2↓,

根据T=KmΦI2cosφ2＝TL＝常数，知：

I2↑

5.6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？

线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法.

TN=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

η=PN/P输入

P输入=3/0.83=3.61

5.11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=1.2Tst=TN×1.2=312Nm

312Nm>250Nm，所以U=UN时电动机能启动。

当U=0.8U时，由于T∝U2，所以Tst’=0.82×Tst=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/√3UNηNcosφN=40000/（1.732×380×0.9×0.9）=75A

Ist/IN=6.5Ist=IN×6.5=487.5A

降压比为0.64时，电流Ist’=K2Ist=0.642×487.5=200A

电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642×312=127.8Nm

5.15异步电动机有哪几种调速方法？

各种调速方法有何优缺点？

答：

调压调速：

可无级调速，但减小U时，T按U2减少，所以调速范围不大。

转子电路串电阻调速：

只适于线绕式。

启动电阻可兼作调速电阻，简单、可靠，但属有级调速。

随转速降低，特性变软，低速损耗大，用在重复短期运转的机械，如起重机。

变极对数调速：

多速电动机，体积大，价贵，有级调速。

结构简单，效率高，调速附加设备少。

用于机电联合调速。

变频调速：

用于一般鼠笼式异步电动机，采用晶闸管变频装置。

5.16什么叫恒功率调速？

什么叫恒转矩调速？

答：

在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不变时，电磁转矩也不变，这种调速叫恒转矩调速。

　在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不变时，功率也不变，叫恒功率调速。

5.17异步电