起重机电气控制系统习题参考

第一章电气传动系统的力学基础和调速的基本概念1-1 起重运输机械的电气传动包括哪些内容？什么叫开环系统？什么叫闭环系统？ 答：起重运输机械的电气传动包括：电动机、机械传动机构和电动机的控制系统。

开环系统：电动机的输入端经过开关和控制电器由电源供电，而输出端则通过传动机构以一定的传动比与工作机械相连接的系统。

闭环系统：除了包含有开环系统中的内容外还增加了一个信息处理单元也就是控制装置。

1-2 什么叫机械特性的硬度？举例说明答：机械特性的硬度表示转矩随转速的变化的程度，是转矩变化与转速变化之比nM ∆∆=β。

例：电动机的机械特性硬度：∞=β 转矩改变时转速不变 （绝对硬特性）40~10=β 转速随转矩的变化而改变但程度不大（硬特性） 10<β 转速随转矩的变化有较大的改变（软特性）1-3 什么叫恒转矩负载、变转矩负载、阻转矩负载和位转矩负载？ 答：恒转矩负载：其转矩不随转速变化。

变转矩负载：其工作转矩随转速变化而变化。

阻转矩负载：转速方向改变时转矩方向也改变，负载产生的转矩方向始终与运动方向相反，其特点是转矩负载始终其阻碍作用。

位转矩负载：负载所产生的转矩方向始终与运动无关，大多数与位势有关。

1-4 起重运输机各种机构（起升、运行、回转、变幅）转矩负载的机械特性各有什么特点？试画出其机械特性曲线（参考课本P6-P7）1-5 电车从平路开向下斜坡时转矩负载的性质发生了什么变化？答：电车在平路时，负载所产生的转矩反向始终与运动反向相反，为阻转矩负载；下坡时，负载所产生的转矩方向与运动方向无关，为位转矩负载。

1-6试用运动方程式说明系统处于静止、恒速旋转、加速、减速各种工作状态的条件是什么？在图1-17几种情况下系统的运行状态是加速？减速？还是匀速（箭头表示转矩都实际作用方向）？答：运动方程式：错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

当dn/dt=0时，n=常量，电动机处于稳定运转状态，此时错误！未找到引用源。

，即电动机发出的拖动转矩错误！未找到引用源。

的大小由机械负载转矩错误！未找到引用源。

所决定，并与之相等。

此时系统作匀速运动或静止。

当错误！未找到引用源。

时，dn/dt>0 电动机处于加速状态。

当错误！未找到引用源。

时，dn/dt<0 电动机处于减速状态。

图一：错误！未找到引用源。

，dn/dt<0，电动机处于减速状态，直到静止。

图二：错误！未找到引用源。

与转速n 反向，应该是负值，所以依然错误！未找到引用源。

，dn/dt<0，M >M fMM n o f M>M fMM no f M <M fMM n o f M =M fMM no f M =M fMM no f电动机处于减速状态，当速度n 减小到0时，电动机转矩仍然存在，会反向加速。

图三：错误！未找到引用源。

，dn/dt>0 电动机处于加速状态图四：错误！未找到引用源。

与转速n 反向，应该是负值，所以依然错误！未找到引用源。

，dn/dt<0，电动机处于减速状态，当速度n 减小到0时，电动机转矩仍然存在，会反向加速。

图五：当dn/dt=0时，n=常量，电动机处于稳定运转状态，此时当n=0时系统静止，n ≠o 时系统作匀速运动。

1-7 电力拖动系统稳定运行的必要和充分条件是什么？答：必要条件：两个机械特性曲线相交（电动机机械特性曲线和工作机械的机械特性曲线）充分条件：电动机稳定运行后，由于某种干扰使转矩稍有变化时，电动机发出的转矩必须使转速恢复到原值。

1-8速度调节和速度变化的概念有何区别？答：速度调节是人为的对电动机加以电器附加作用改变电机参数使得转速得到改变，电动机在不同的特性曲线上运行；速度变化是由于工作机械的负载发生变化而引起电动机的转速改变，电动机在同一特性曲线上运行。

1-9 电动机调速静差度的概念是什么？硬度相同的机械特性其静差度是否相等？答：电动机在某条机械特性曲线上运行时，由理想空载转速减到额定转速时的转速降落与理想空载转速的比值e n n ∆=μ；硬度相同的机械特性其静差度不一定相等。

1-10 调速范围和静差度二者有关系？答：静差度越小调速范围就越窄，二者是相互制约的，关系式：）（μμ-∆=1n n e 'e D1-11电动机和工作机械都机械特性曲线如图1-18所示，问哪些是系统都稳定平衡点，哪些不是，为什么？1——电动机的机械特性曲线 2——工作机械的机械特性曲线答：图1、3、4、5是稳定平衡点。

原因：（1）两曲线相交，（2）在相交点往上，转速稍有增大时，电动机发出的转矩小于转矩负载，两个转矩的合成是负的，结果使电动机转速逐渐下降稳定到相交点；相反，当转速稍有减少时，合成转矩是正值也使转矩增加到相交点。

图2不是稳定平衡点。

原因：虽然两曲线相交，但是在相交点往上，转速稍有增大时，电动机发出的转矩大于转矩负载，两个转矩的合成是正的的，结果使电动机转速越来越大；相反，当转速稍有减少时，合成转矩是负值也使电动机转速越来越小，所以不稳定。

第二章 直流电动机的电气传动基础2-1 什么叫电动机的机械特性？什么叫自然特性？什么叫人为特性？ 答：机械特性：电动机的转速n 与转矩M 两个物理量之间的关系特性。

自然特性：电枢电路中没有附加电阻，并且电枢电压和励磁磁通皆为额定值时，所得到的机械特性。

人为特性：当上述自然特性条件之一不能满足时的机械特性。

2-2为什么错误！未找到引用源。

称为理想空载转速？它意味着什么？ 答：他激电动机在自然特性时，其机械特性方程为： 错误！未找到引用源。

n 0Mn 0Mn 0Mn 0M12345nM转矩M=0时，即载荷为零，但这种情况这实际中是不存在的，因为电动机内存在内阻、摩擦等因素，所以称为理想空载转速。

这时，意味着电动机忽略了内阻、摩擦等不可避免都因素。

而且转速错误！未找到引用源。

，意味着错误！未找到引用源。

与转矩M 、电枢电阻错误！未找到引用源。

无关，只与电枢电路额定电压U ，励磁电路都额定磁通错误！未找到引用源。

和电动机都构造常数错误！未找到引用源。

有关，一旦电动机型号确定，错误！未找到引用源。

就确定，为一固定值。

2-3 直流他激电动机可能出现哪几种制动状态？叙述各种制动装饰的机械特性曲线，并绘制出气向量图和功率流图。

（参考课本P16-P20）2-4 在M-n 直角坐标系中绘出直流他激电动机在电动与该种制动状态时的机械特性曲线，并写出其机械特性方程。

（参考课本P15-P20）2-5 一台直流他激电动机拖动运行机构在电动机带动机构正向匀速运行时，从反接开始到系统达到新的稳定平衡状态之间，电动机经历了哪几个运行状态？最后在什么状态下建立新稳定点？答：正向运行 减速 速度为零 反向运行。

电枢电压反接后，由于惯性电动机转速n 保持在A 点大小， 因而开始运行在B 点，随制动力矩逐渐减小，沿曲线2运行 到C 点，C 点处n=0，最后继续沿特性曲线下降，在反向 运行的电动状态建立新的稳定点。

如图所示: 2-6 电枢反接制动和倒拉反转制动有何异同点？ 答：相同点：都是通过外部条件作用下，使电枢电压U 和电动势E,由方向相反变为方向一致，都必须在电枢电路中串入附加制动电阻f R ，都是人为特性。

不同点：倒拉反转制动时通过增大电阻f R ，使机械特性变软，造成电动机的旋转方向n 与电机产生的磁力矩M 方向相反，即改变E 的方向，使其与电枢电压方向一致；电枢反接是通过电枢电压的反接，由于惯性电机产生转矩M 的方向和运行转速n 的方向相反，达到反接制动的状态；倒拉反转制动用于起升机构；电枢反接用于运行机构。

2-7 直流他激电动机有哪几种调速方法并比较其优缺点。

答：共有三种调速方法：电枢串电阻，调节电压和减小磁通。

电枢串电阻调速：调速范围较小，静差度较大，稳定性较差，是恒转矩调速。

随着转速降低，内耗功率增大，电动机效率降低，调速方法简单，控制方便。

多用于短时间调速。

调节电压调速：调速范围较宽，静差度较小，稳定性较好，是恒转矩调速。

减小磁通调速:调速范围比较窄，静差度较大，稳定性较差，是功率调速，可以实现无级调速，同时电动机的能耗较小控制也比较方便。

2-8 一台直流他激电动机的参数如下：minr 420n V,220U A,120I kw 25P e e e ====，。

试计算并绘出此电动机的以下特性曲线： （1）自然特性曲线；（2）电枢附加电阻为0.4Ω时的人为特性曲线； （3）电枢电压110V U =时的人为特性曲线； （4）磁通e .80Φ=Φ时的人为特性曲线。

答：1.自然特性曲线：===+==-===eee eee e e ee n P M n n n Rs I U P 955012Re )1(021ηη2.电枢附加电阻为0.4时的人为特性曲线=∆+=∆+=∆∆-=Φ=∆e sfs r s fs e r een e e n R R R n R R R n n n n C R 02s C Mn3.电枢电压110V U =时的人为特性曲线=⇒=0/0/0n UU n n e4.磁通e .80Φ=Φ时的人为特性曲线==s e 1R U I=Φ=11I C M M=Φ=Ce Ue/0n2-9、一台直流他激电动机的参数如下：错误！未找到引用源。

=7.2KW ， 错误！未找到引用源。

=110V ，错误！未找到引用源。

=900r/min ，e η=85%， 电枢电阻s R =0.08欧。

若要在额定负载下使电动机的转速下降至450r/min,采用电枢回路串电阻的方法。

问应串入多大的附加电阻？此时电动机的输出功率和运行效率又应为多少？解：由37.21085%110e e e e eP U I I η⨯===⨯可得到：77e I A =(另解：A RsUen I I Ue n Rs e e 125.103)1(e e )1(2121=-=⇒-=) 又0.115min/e e sE EeU I R C V r n φ-==∙，则0110956.52/min 0.115e E E U n r C φ===056.52/min e e n n n r ∆=-=0956.52450516.52/min r n n n r ∆=-=-=终由s f f s 0.08516.5256.520.08r e R R n R n R +∆+===∆可得：f 0.65R =Ω(Ω49.0)即应串入0.65Ω(Ω49.0)的附加电阻。

s e e R I U n 'e C -=Φ 得：=+Φ-=fS e e e R R nC U I '' =Φ==9550C 9550Mn P 'e n I e=='e IU Pη44.25%(46.19%)2-10、一台直流他激电动机的参数如下：错误！未找到引用源。