机电传动与控制试卷1

2014-205学年第1学期复习题2

机电传动与控制

一、填空题

1. 生产机械的机械特性大体可归纳为 恒转矩型机械特性 、 通风机型机械特性 、 直线型机械特性 和 恒功率型机械特性 等四类。其中恒转矩型负载又包含 摩擦性 恒转矩负载 和 位能性恒转矩负载 两种不同的机械特性

2.直流他励式电动机的调速方法有 电枢回路串接电阻 、 改变电枢电压 和 减弱磁通 等三种。

3.三相异步电动机的调速方法有 调压调速 、 转子电路串接电阻调速 、 改变极对数调速 和 变频调速 等四种。 。

4.交流测速发电机的主要技术指标有 剩余电压 、 线性误差 、 相位误差 和 输出斜率 等。

5.通常使用的步进电动机有 反应式 、 永磁式 和 永磁感应子式 等旋转型步进电动机。

二、简答题

1．同步电动机在负载增加时，转速是否会下降？ 答：有同步电动机的定子旋转磁场转速公式n0?60f和转子转速公式n?n0可知，当电源频率pf与电动机转子磁极对数p为一定的情况下，转子转速n?n0为一常数。因此，同步电动机具有恒定转速的特性，它的转速是不随负载转矩的变化而变化的。

2．步进电动机连续运行时，为什么频率越高，电动机所能带的负载越小？

答：由步进电动机的矩频特性（如下图）可知，步进电动机的动态转矩随脉冲频率的升高而降低。因此，步进电动机所能带的负载的能力随脉冲频率的升高而下降。

T f

步进电动机的矩频特性

1

3．直流测速发电机在工作时为什么转速不应超过最大线性工作转速，负载电阻不应小于最小负载电阻？

答：对直流测速发电机而言，由于电枢反应的影响，在一定的负载电阻RL下，转速n越高，感应电动势E越大，电枢电流Ia越大，电枢反应的去磁作用越强，励磁磁通减少的越多，实际的输出特性越弯曲，线性误差越大。因此，在精度要求高的场合，负载电阻应小于最小负载电阻，转速也不应超过最大线性工作转速，使其工作在较低的转速范围内。

4.磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出优点？

答：磁阻式电磁减速同步电动机具有结构简单、制造方便、成本低，转速一般在每分钟几十转到上百转之间，功率一般也在几百瓦以下，它在要求低速和转速稳定的装置和系统中得到了广泛应用。

5. 什么叫稳定平衡运转状态？什么是机电传动系统稳定运行的充分必要条件？

答：所谓平衡运行，是指系统能匀速运行；所谓稳定运行，是指系统受到外部干扰的作用后，离开平衡位置，但在新的条件下可达到新的平衡，或是干扰消除后系统能恢复到原来的速度运行。系统稳定运行的充分必要条件是：在T?TL时， 行的充分必要条件是

6. 什么是“自转”现象？交流伺服电动机是怎样克服这一现象的？

答：对于伺服电动机的要求是控制电压一旦消失，电动机必须立即停转。而对于交流伺服电动机而言，一旦转动以后，再取消控制电压，仅励磁电压单相供电，则它将继续转动，这就是“自转”现象。解决“自转”的办法就是使转子导条具有较大的电阻，一般把伺服电动机的转子电阻设计得很大，这就可使电动机在失去控制信号，即成单相运行时，电磁转矩的方向总是与转子的转向相反，是一个制动转矩。制动转矩的存在，可使转子迅速停止转动，从而消除“自转现象。

7.步进电动机的驱动电路主要有哪几种？各有什么优点？

答：步进电动机的驱动电路主要有单电压恒流功放电路、高低压功率放大器、调频调压功放电路等。

单电压恒流功放电路是将单电压基本功放电路的外接电阻用恒流源代替，与单电压基本功放电路相比，功耗大为降低，提高了电源的效率。

高低压功放电路是分别采用高压和低压两种电源电压的功放电路，对绕组的电流比单电压功放电路的波形好，高频特性好，电源效率也高。高低压功放电路还具有功耗低、高频工作时有较大的转动力矩。

dT?0。 dndTdTL?；对于恒转矩负载，稳定运dndn 2

调频调压功放电路一般把步进电动机的工作频率分成几个段，每段的工作电压不同，同时使用调频调压的方法。电源电压随工作频率的升高而升高，随工作频率的降低而降低，以保持步进电动机的转矩基本不变。

8. 步进电动机步距角细分的方法有哪些？

答：步距角细分主要是在控制电路上采取一定的措施，把步进电动机的每一步分的细一些，既可以用硬件来实现这种分配，也可以由微机通过软件来进行。步进电动机步距角细分的方法有可有（1）采用细分驱动电路，如采用逻辑电路实现的细分驱动电路、集成化的环形分配器构成的细分驱动电路；（2）微机控制的步距角细分：设计一个软件的位移分配器，用微机进行控制实现步距角细分。

三、分析题

1. 有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机，PN?40kW,nN?1465r/min，启动电流IST=5.5IN，起动转矩TST=1.6TN，运行条件要求起动转矩必须大于（0.9～1.0）TN，电网允许电动机的启动电流不得超过3.5IN，试分析应选用哪种起动方法。 分析：

（1）按题意起动转矩的相对值应保证为

'TST0.9TNKT???0.56

TST1.6TN（2）起动电流的相对值应保证为

I'ST3.5INKI???0.64 IST5.5IN由教材表2-1 鼠笼式异步电动机几种常用起动方法的比较可知，只有当自耦变压器降压比为0.8时，才可以满足KT>0.56和KI≤0.64的条件，故选用自耦变压器降压起动方法，变压器的降压比为0.82.分析图T-2梯形图的不合理性，并将其化简成更为合理的梯形图。 （P63,例2-2）

2.某电路中流经晶闸管的电流波形如下图所示，试分析应选用多大电流的晶闸管。

100A

ωπ

0 π/3 π

3

分析：

（教材P251，例7-1）

3.试分析同步电动机电动机不能同步启动的原因。

分析：永磁式同步电动机起动比较困难。主要原因是由于刚起动时，虽然合上了电源，电机内产生了旋转磁场，但转子还是静止的，转子在惯性的作用下跟不上旋转磁场的转动。因此， 定、转子两对磁极之间存在着相对运动，转子所受到的平均转矩为0。例如在图7-5-2(a)所表示的这一瞬间，定、转子磁极的相互作用倾向于使转子依逆时针方向旋转，但由于惯性的影响，转子受到作用后不能马上转动； 当转子还来不及转起来时， 定子旋转磁场已转过180°， 到了如图7-5-2(b)所示的位置， 这时定、 转子磁极的相互作用又趋向于使转子依顺时针方向旋转。 所以转子所受到的转矩时正时反， 其平均转矩为0。 因而永磁式同步电动机往往不能自己启动。 从图7-5-1还可看出， 在同步电动机中， 如果转子的转速与旋转磁场的转速不相等时， 转子所受到的平均转矩总是为0。

综上所述，影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有下面两个方面： (1) 转子本身存在惯性；

(2) 定、 转子磁场之间转速相差过大。

四、应用题

1有一台三相异步电动机极对数P=2, nN=1440rmin,在额定负载下，保持E1f1＝常数，将定子频率降至25HZ时，电动机的调速范围和静差率各是多少？

4

解：

2P=4 n1=1500rmin ?nN?1500?14?40r60 min inmn'1?60f160?25'??750rmin nmin?n??n?750?60?69r01Np2D?

nmaxn?n144060?N??2.09 ?%?'N?100%??100%?8% nminnmin690n07502.有一台他励直流电动机PN?29kW，UN?440V，IN?76A，nN?1000r/min，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速n0min?250r/min，Ra?0.376?，

最高理想空载转速n0max?1500r/min，试求：（1）（2）T?TN时的最低转速及此时的静差率。拖动恒功率负载P（3）调速范围。 2?PN时的最高转速。

解：采用降低电源电压调速时对应于基速以下，基速以上采用弱磁调速。

（1）?nN?n0?nN，Ce?N?UN?INRa440?76?0.376??0.411，

nN1000n0?UN440??1070.6r/min，?nN?1070.6?1000?70.6r/min，

Ce?N0.411?nN70.6??28.24%。 n0min250nmin?n0min??nN?250?70.6?179.4r/min，??（2）拖动恒功率负载P2?PN时应采用弱磁调速。

n0max?1500r/min，n0?1070.6r/min，

Ce??UN/n0maxn1070.6Ce?N?Ce?N0?0.411??0.293，

UN/n0n0max1500nN1000??1402.5r/min。 0.7130.713Ce??0.713Ce?N，PN?TN?N?T?，nmax?（3）调速范围应将两种方法合并考虑。

D?nmax1402.5??7.82。 nmin179.4 5