机电传动与控制考试参考答案2014

机电传动与控制考试样题一．选择题（从下列各题备选答案中选出一个正确答案，再将其代号写在题后的括号内，每小题2分，共10分）1．机电传动系统处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩Td ，当Td>0时，表示系统处于 （ B ）A 匀速运行状态;B 加速运行状态;C 减速运行状态; D.静止状态2. 下列启动方法中，不能用于鼠笼式异步电动机的是 （ D ）A 电阻或电抗器降压启动；B 直接启动；C 星形－三角形降压启动；D 转子电路逐级切除启动电阻3．为了实现生产设备的多点控制，接线的组成原则是 （ A ）A 各启动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点串联B 各启动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点并联C 各启动按钮的常开触点串联，各停止按钮的常闭触点并联D 各启动按钮的常开触点串联，各停止按钮的常闭触点串联4．下列对他励电动机机械特性的描述，不属于人为特性的是 （ A ）A 在额定电压和额定磁通下，电枢电路内不接任何电阻时的机械特性；B 电枢电路串接电阻时的机械特性；C 降低电源电压时的机械特性；D 改变磁通时的机械特性5．可工作于交流电源的晶闸管形式是 （ B ）A 可关断晶闸管B 双向晶闸管C 大功率晶闸管D 功率晶闸管 二．填空题（每空1分，共10分）1．尽管电动机种类繁多、特性各异，生产机械的负载性质也可以各种各样，但从动力学的角度来分析，都应服从动力学的一般规律，即在同一传动轴上电动机的转距T M 、负载转距T L 、转轴角速度w 三者之间符合关系式（1）dtd JT T L M ω=-。

2．在诸如电车下坡这样的过程中，当电动机在负载的拖动下使得电动机的实际转速n 大于其理想空载转速n 0（即n>n 0），电枢电流I a 反向，电磁转矩T 反向变为制动转矩而产生的制动称为（2）反馈制动或再生制动或发电制动；在要求生产机械迅速减速、停车或反向的场合，将电枢电压U 改变方向而产生的制动称为（3）电源反接制动。

3．为了衡量机械特性的平直程度，引进了一个机械特性硬度的概念，记作β，其定义为转距变化dT 与所引起的转速变化dn 的比值。

根据β值的不同，可将电动机机械特性分为三类，其中若β→∞时称为（4）绝对硬特性。

4．异步电动机依据电磁感应和电磁力的原理使定子以低于同步转速n 0的转速n 旋转，其转差率S 用n 0和n 表示的关系式为（5）00n nn S -=，转差率是异步电动机的一个重要参数。

5．为适应不同的负载，PLC 可以有多种输出方式，其中双向晶闸管输出方式可用于交流负载，晶体管输出方式用于直流负载；既可用于交流负载，又可用于直流负载的输出方式是（6）继电器输出方式；PLC 的内部等效继电器中，只能由外部信号驱动，而不能用内部程序指令控制的继电器类型是（7）输入继电器。

6．短路保护用于防止突然流过短路电流而引起电动机绕组、导线绝缘及机械上的严重损坏，或防止电源损坏。

常用的短路电流保护元件有（8）熔断器、（9）过电流继电器、 （10）自动开关等。

三．简答题（每题10分，共30分）1．图1为异步电动机拖动直流他励发电机工作的特性曲线，其中n=f(T M )为电动机的机械特性，n=f(T L )为生产机械的机械特性。

试判断图中b 点是否为稳定平衡点，并阐述机电传动系统稳定运行的充分必要条件？（10分）答：b 点是稳定平衡点。

几点传动系统稳定运行的充分必要条件是：（1）电动机的机械特性曲线n=f(T M )和生产机械的机械特性曲线n=f(T L )有交点（即拖动系统的平衡点）；（2）当转速大于平衡点所对应的转速时，T M <T L ，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应用T M -T L <0；而当转速小于平衡点所对应的转速时，T M >T L ，即若干扰使转速小将，当干扰消除后应有T M -T L >0。

2．步进电动机步距角的含义是什么？步进电机使用中的常说的单三拍、单双六拍和双三拍分别指的是什么？（10分） 答：步进电动机是一种将电脉冲信号变换为响应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当通电状态变换一次时，转子就走一步，转过一个固定的角度，这个角度称为步距角。

步进电动机的转速既取决于控制绕组通电的频率，也取决于绕组通电方式，三相异步电动机的“单”的意思是每次切换前后只有一相绕组通电，“双”指的是每次有两相绕组通电，“拍”是指从一种通电状态转换到另一种通电状态。

所以“单三拍”就是指定子绕组有三相，每次只有一相绕组通电，而每一个循环只有三次通电，如A-B-C-A 的通电方式；“双三拍”指每次有两相绕组通电，每个循环有三次通电，如AB-BC-CA-AB 的通电方式；“单双六拍”是指单相通电和双相通电交替出现，每一个循环有六次通电，如A-AB-B-BC-C-CA-A 的通电方式。

3．图2为PLC 直流开关量的输入电路，试以0输入点为例说明输入电路的工作原理，并指出光电耦合器件的作用。

（10分） 答：当开关K0合上时，24V 电源经R 、LED0、V0、K0形成回路，LED0发光，指示该路接通，同时光电耦合器的V0发光，VT0受光照饱和导通，X0输出高电平。

K0未合上时，电路不通，LED0不亮，光电耦合器不导通，X0＝0，无信号输入到CPU 。

光电耦合器的作用有三：（a ）实现现场信号与plc 主机的电气隔离；（b ）避免外电路出故障时，外部强电侵入主机而损坏主机，抗干扰；（c ）电平转换。

图2图1四．计算题（共10分）一台他励直流电动机的技术参数如下：kW 5.6=N P ，V N 220U =，A I N 4.34=，min /1500r n N =，Ω=242.0a R ，试计算出电枢中附件电阻为Ω5时此电动机的人为机械特性，并绘制出机械特性曲线。

解：（1） 固有机械特性： 求N e K Φ，额定运行条件下的反电势a N N N N e n R I U n K E -=Φ=，故 1411.01500/)242.04.34220(/)(=⨯-=-=ΦN a N N N e n R I U K 求理想空载转速：2.15591411.0/220)/(0==Φ=N e N K U n （转/分） ）求额定转矩：)(38.41150010005.655.955.9m N n Pw P T NN N N ⋅=÷⨯⨯=⋅==所以),(),0(0N N n T n 和两点的数据分别为（0，1559.2）和（41.38，1500），从而得到固有特性曲线为n=1559.2-1.43T 。

画出曲线图。

（2）当附加电阻为Ω5时，由n n T K K R R K U n Nt e aad N e N ∆-=+-=02φφ知道，理想空载转速不变，由于43.12=Nt e K K Ra φ，而Ra=0.242，所以909.512=NKeKt φ，于是人为机械特性曲线的斜率为97.30909.5*242.52==+Nt e K K Ra Rad φ，从而，人为特性曲线为n ＝1559.2-30.97T 。

作出曲线图。

五．分析题图3用于实现两台电动机联合控制和分别控制的线路，其中1KM和2KM分别控制一个电动机，请说明组合开关1QB和2QB的在不同状态时该线路的工作原理。

（10分）（1）1QB和2QB都在I位置时，联合控制1KM和2KM所控制的电动机；1QB在I位置，2QB在II位置时，控制1KM控制的电动机；1QB在II位置，2QB在I位置时，控制2KM控制的电动机；1QB和2QB都在II 位置时，1KM和2KM所控制的电动机均不动作。

（2）晶闸管VS上的电压波形如图1所示。

2．如图4所示单相半波可控整流电路，u2为电源电压，u g为控制极电压，试根(a)、(b)和(c)图在(d)图上画出与(b)图中等长时间的在晶闸管VS上的电压波形（10分）（2）晶闸管VS上的电压波形如图1所示。

六．设计题（每题10分，共20分）1．设计一台异步电动机的控制线路（10分）。

要求：（1）能实现启、停的两地控制；（2）能实现点动调整；（3）能实现单方向的行程保护；（4）要有短路和长期过载保护。

0 wt u VS(a)(b)(c)图4 (d)图1（1）可参考下图，图中，FU实现短路保护，FR实现过载保护,QG为开关，SB1，SB2为停止按钮，实现两地控制，SB3，SB4为两地控制连续动作控制，SB5，SB6两地控制，点动，ST和STL实现单方向的行程控制。

2．图4为用PLC实现三相异步电动机的Y-Δ启动控制，其中（a）图为主电路，（b）图为PLC外接线路，（c）图为梯形图。

写出对应的指令程序（10分）。

（2）指令程序如下：LD 400OR 430ANI 401OUT 430ANI 432OUT 450K 10LD 430OUT 100MC 100LDI 450ANI 432OUT 431LDI 431ANI 432OUT 451K 2LD 451OR 432OUT 432MCR 100END参考2.4 本章练习题1．尽管电动机种类繁多、特性各异，生产机械的负载性质也可以各种各样，但从动力学的角度来分析，都应服从动力学的一般规律，即在同一传动轴上电动机的转距T M 、负载转距T L 、转轴角速度w 三者之间符合关系式dtd JT T L M ω=- 2．在分析生产实际中的多轴拖动系统时，为了列出系统的运动方程，需先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量折算到电动机轴上，对于静态负载转矩的折算，可以根据静态时功率守恒 原则进行折算，对于转动惯量和飞轮转矩的折算，可根据 动能守恒 原则进行折算。

3．请列举四种典型的生产机械的机械特性。

答：恒转矩型机械特性、离心式通风机型机械特性、直线型机械特性和恒功率型机械特性4．图2-1所示的各图中，T M 、T L 、n 均为实际方向，请回答： （1）根据图示T M 、T L 、n 的方向，列出各机电传动系统的运行方程式；（2）说明各图中T M 、T L 是拖动转矩，还是制动转矩； （3）说明各系统的运行状态是加速、减速还是匀速。

答：1）因按正方向的约定：T M 与n 同向为正；T M 与n 反向，T M 为负。

T L 与n 反向，T L 为正；T L 与n 通向，T L 为负。

故a 图中b 图中c 图中2）因T 与n 同向时，T 为拖动转矩；T 与n 反向时，T 为制动转矩，故 a 图中T M 为拖动转矩，T L 为制动转矩； b 图中T M 、T L 均为制动转矩图2-1图2-2c 图中T L 为拖动转矩，T M 为制动转矩3）因动态转矩Td=T M -T L >0时加速，T d <0时为减速，T d =0时为匀速。