机电传动与控制.
习题及答案
一、填空题
1.多轴拖动系统折算为单轴系统时，转矩折算依据折算前后功率不变的原则，转动惯量和飞轮转矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则进行折算。
2.生产机械的典型机械特性可以归纳为以下几种：恒转矩型、恒功率型、离心式通风机型和直线型。
3.要有效地缩短机电传动系统过渡过程的时间，应设法减小转动惯量和提高
动态转矩。
4.机电传动系统中，低速轴的转矩大，高速轴的转矩小。
5.生产机械对电动机调速系统提出的主要静态技术指标有调速范围、静差度、和平滑性。
6.直流电动机通过改变电源的正负极性来改变旋转方向，交流电动机通过
改变定子三相交流电的通电相序来改变旋转方向。
7.直流电动机常用的调速方法有改变电枢电压U 、改变电枢电路外串电阻Rad 和改变电动机主磁通 。
8. 三异步电动机主要由定子和转子构成。定子又称磁极，转子又称电枢。
9.一台三相异步电动机接入50Hz三相对称电源，额定运行时S=0.04，则此时转子感应电流的频率为 2 Hz。
10.三相交流异步电动机按照转子的结构可分为绕线式异步电动机和鼠笼式式异步电动机。
11.三相鼠笼式异步电动机的制动方法有回馈制动、反接制动和能耗制动三种。
12.单相异步电动机无自启动能力，常采用电容分相法和罩极法进行启动。
13.测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，它的输出电压与转速成正比。
14.同步电动机常采用异步启动法进行启动。
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，晶闸管由导通转变为阻断的条件是阳极正向电压降低到一定值（或断开或反向）。
16.变频调速系统可以分为交交变频调速与交直交变频调速两大类。
二、判断题
1.要加快机电传动系统的过渡过程，应设法减小飞轮惯量和加大动态转矩。（√）
2.位能性恒转矩是一种转矩方向随转速方向的改变而改变的转矩。（X ）
3.无论直流电机作电动机使用还是作发电机使用，转矩T和电动势E所起的作用是一样的。（X ）
4.位能性恒转矩是一种转矩大小和方向都不改变的转矩。（√）
5.直流电动机不允许直接启动，是因为启动电流很大。（√）
6.直流电动机调速系统，若想采用恒功率调速，则可改变U。（X ）
7.绕线式异步电动机可以采用转子回路串电阻方法启动。（√）
8.鼠笼式异步电动机的可以采用转子回路串电阻的方法启动。（X ）
10.单相异步电动机可以通过电源线换接的方法实现正反转变换。（X ）
11. 直流调速系统的调速范围越大，则静差率也越大。（√）
12. 测速发电机的输出电压与转速成正比。（√）
13. 直流它励电动机启动时，要先加励磁电流再接通电枢电源。（√）
14. 三相异步电动机在运行时断了一根电源线，仍能继续转动。（√）
15.对直流电动机而言，负载增加就是指电枢电流增大。（√）
16. 在脉动磁场作用下单相异步电动机没有启动能力。（√）
17.三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，则电动机的电流会减小。（X）
18. 直流电动机不允许直接启动，是因为启动转矩很大。（X ）
19. 串励电动机不允许空载启动，因为理想空载转速趋近于无穷大。（√）
20. 单相异步电动机可以通过电源线换接的方法实现正反转变换。（X ）
21.能耗制动法可以避免反接制动存在的电动机反向启动的危险。（√）
22.直流他励电动机启动时，要先加励磁电流再接通电枢电源。（√）
23.采用积分调节器在调速系统中能够消除系统的静态偏差。（√）
24.直流电动机调速系统，若想采用恒转矩调速，则可改变U。（√）
25. 三相鼠笼式异步电动机在相同的电源电压下，空载启动比满载启动的启动转
矩小。（X ）
26.反馈制动用于下放重物时，串接的附加电阻越大，转速越高。（√）
27.机电传动系统中低速轴的转矩小，高速轴的转矩大。（X ）
28.开环调速系统的精度比闭环调速系统的精度大。（X ）
29.同步电动机必须采用异步启动法启动。（√）
30.反馈制动法是比较常用的准确停车的方法。（X ）
三、分析题
1. 在下图中，曲线1和2分别为电动机与生产机械的机械特性曲线，试采用力矩平衡方程分析系统工作点A点是否为稳定平衡点。要求说明原因。
答：由动力学方程：dt
d J T T L N ω=- ，可知： A 图：当n ,>n A 时，T M
B 图：当n ,>n A 时，T M
C 图：当n ,>n A 时，T M
D 图：当n ,>n A 时，T M >T L ；n , 2. 如图所示，试问：①在开关S 闭合前灯泡亮不亮？为什么？ ②在开关S 闭 合后灯泡亮不亮？为什么？ ③再把开关S 断开后灯泡亮不亮？为什么？ 答：1）在开关S 闭合前灯泡不亮。晶闸管的导通 条件是晶闸管阳极和控制极同时加正向电压，开关 S 闭合前，控制极无控制信号，晶闸管不导通。 2）在开关S 闭合后灯泡会亮。晶闸管的阳极 和控制极同时加正向电压，晶闸管导通。 3）再把开关S 断开后，灯泡仍旧亮。晶闸管 导通以后，控制极就失去控制作用。晶闸管仍旧导 通。直到晶闸管承受反压，回复截至状态。 3. 可控硅的导通条件是什么？如图所示，若在t 1时刻合上开关S ，t 2时刻断开开 关S ，试画出负载电阻R 上的电压波形。 答：1）晶闸管的导通条件是阳极和 控制极同时加正向电压，导通以后， 控制极就失去控制作用。当阳极正 向电压降低到一定值，晶闸管关断。 2）t 1时刻VS 的阳极，控制极都 承向正电压，所以VS 导通，U 2加到电阻R 上，当U 2为负时，VS 关断。 下一个周期，当U 2为正时，阳极与控制极都承向正压，VS 又再次导通， U R = U 2。 （A ） （B ） （C ） （D ） n 4.试分析如图所示系统，当负载增加时，系统如何实现自我调节？该系统能否实 现无静差调节，为什么？ 答：该系统为直流单闭环无静差调速系统，当负载T L ↑→n ↓→U Tg ↓→U f ↓，因 给定电压U g 不变，所以△U=U g －Uf 会↑，△U ↑→Uk ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 该系统能够实现无静差调节，因为系统中的调节器采用了PI 调节器，PI 调 节器是一个典型的无差元件,它在系统出现偏差时动作以消除偏差.当偏差为零 时停止动作。在调节过程结束时,可控整流电压Ud 稳定在一个大于U d1的新的数 值U d2上，增加的那一部分电压正好补偿由于负载增加引起的那部分主回路压降。 四、问答题 1、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，这是会产生什么现象（试从TL=0 和TL=TN 两种情况加以分析）？ 答：直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上，因为电动机的主磁极需 要依靠外电源来产生磁场。如果忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接 通，因为定子铁芯有剩磁，剩磁磁通Φ较小，由直流电动机的机械特性方程： 可知剩磁较小，剩磁所产生的启动转矩也较小，理想空载转速会很大。 当 T L =0 时，理论上电动机转速将上升到机械强度所不允许的值，甚至趋 近于无限大，引起飞车现象； 当 T L = T N 时，电动机启动转矩较小，远远小于负载转矩，电动机无法启动， 将使电动机电流大大增加，远远大于额定电流，而使电机严重过载，出现堵转（闷 车）现象。 2.直流电动机能否直接启动？为什么？可以采用哪些方法启动？ 答：直流电动机不能直接启动。 a t t e a e I K T T K K R K U n φφφ=-=,2 因为启动瞬间，n=0，E=0，由电压平衡方程U=E+I a R a 可知启动电流I st = a N R U ， 因R a 很小，则I st 将很大，能达到额定电流的10～20倍。过大的启动电流会产生 以下不良影响：1）换向困难，产生危险火花； 2）产生过大的电动应力和启动转矩，易损坏传动部件； 3）可能使电网上的保护装置动作，造成事故，或使电网电压下降，影响其他用电器。所以直流电动机不允许直接启动。 由I st =U N /R a 可知，直流电动机可采用两种方法启动： ①降压启动 ②电枢电路串接外加电阻启动。 3.他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？ 答：他励电动机的调速方法有：改变电枢电路外串电阻R ad ，改变电动机电枢供电电压，改变电动机主磁通。 第一改变电枢电路外串接电阻，特点：在一定负载转矩下，串接不同的电阻可以得到不同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性越软，稳定性越低，空载或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。 第二改变电动机电枢供电电压，特点：机械特性曲线与固有特性曲线相互平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大，当电压连续变化时，转速可以平滑无级调速。一般只能在额定转速以下调节，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒转矩调速，适合于恒转矩型负载。可以靠调节电枢电压来启动电机，不用其它启动设备。 第三改变电动机主磁通，特点：机械特性较软，稳定性较低，可以平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节，调速范围不大。调速时，维持电枢电压和电流不变，属恒功率调速。 4.他励直流电动机有哪些制动方法？它们的特点是什么？ 答：直流电动机常用的制动方法有三种：反馈制动，反接制动和能耗制动。 反馈制动：当电动机的运行速度高于它的同步转速，即n1>n0时电动机处于发电状态，这时电枢切割磁场的方向与电动状态时的方向相反，电流改变了方向，电磁转矩也随之改变方向。回馈电能给电网。 反接制动：电源反接制动，改变电动机的电源极性，电流改变了方向，电磁转矩也由正变到负，这种方法容易造成反转，制动转矩较大，常用于快速正反转的场合。 倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时候，例如起重机放下重物时。 能耗制动：首先将电源断开，接着立即将一个大电阻串入电枢绕组，加快能量的消耗。所以电动机转速迅速下降，此时运动系统储存的机械能被消耗在转子电路的电阻中。机械特性曲线过原点，转速为0时，转矩也为0，制动准确，耗能，常用于准确停车。 5. 三相鼠笼式异步电动机的制动方法有哪些？各有何特点？ 答：异步电动机有三种制动方式：反馈制动，反接制动和能耗制动。 反馈制动：当电动机的运行速度高于它的同步转速，即n 1.>n 0时，电动机处于发 电状态，感生电流方向改变，电磁转矩也随之改变方向，形成制动。特点：转速 较高，回馈电能给电网。 反接制动：电源反接制动，改变定子三相电流的相序，就改变了旋转磁场的方向， 电磁转矩由正变到负。特点：制动转矩大，可快速制动，但容易造成反转，常用 于快速正反转的场合。 倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时，特点：可以不同的速度下放 重物，但对负载估计不足可使位能负载上升，速度稳定性差。 能耗制动：首先将三相交流电源断开，接着将一个低压直流电源通入定子绕组， 在电动机内部建立了一个固定的磁场，旋转的转子导体内产生的感应电流与恒定 磁场相互作用，产生作用方向与转子实际旋转方向相反的转矩，形成制动。特点： 速度稳定性好，制动准确，常用于准确停车，但耗能。 6. 请问直流他励电动机的人为机械特性有哪几种？请说明每种人为机械特性 的特点。 答：由电动机的机械特性方程 ： n n T K K R K U n t e a e -=-=02φ φ 知：可通过改变电枢电压， 改变励磁磁通，改变电枢电路串电阻三种方法来获得人为机械特性。 (1) 改变电枢外加电压 理想空载转速n0随着电压的降低而降低。机械特性曲线与固有特性相互平行， 机械特性硬度不变，是一组平行线。 (2) 改变励磁磁通 理想空载转速n0随着主磁通的降低而增加，调速特性较软。 (3) 电枢电路串电阻 理想空载转速n0不变，机械特性硬度变软，是一组射线，在一定负载转矩下， 串接不同的电阻可以得到不同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性越软，稳 定性越低。 7. 结合交流异步电动机的机械特性曲线分析，在负载转矩不变的情况下，若电 源电压降低了，此时电动机稳定运行时的转矩、电流及转速如何变化？ 答：当电源电压降低时，电动机机械特性曲线如图所 示，此时电压U 降低，转速下降，但在稳态时，因负载 转矩TL 不变，所以电磁转矩TN =TL 不变；因n 降低， s 增加，所以电流I 增加。 当电源电压U 下降较多时，机械特性曲线与负载特性曲 线无交点，此时，电动机将无法拖动负载，电机转速下 降直至停车，造成堵转，电流很大，会烧坏电机。 8. 一般同步电动机为什么要采用异步启动法？ 答：同步电动机的转子加以直流励磁，产生固定磁场；当定子接上三相交流电， 产生了旋转磁场，并以同步转速转动。电动机开始启动时，两者相吸，定子旋转磁场欲吸着转子转动，但由于转子的惯性，它还没有来得及转动时旋转磁场却已转到了极性相反的方向，两者又相斥，所以平均转矩为零，同步电动机不能启动，所以同步电动机要采用异步启动法来启动。 9. 晶闸管的导通与关断的条件是什么？ 答：若晶闸管的控制极（门极）不加电压，则晶闸管的阳极无论加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通。晶闸管阳极和控制极同时加正向电压，才能导通。晶闸管导通以后，控制极就失去控制作用，当阳极正向电压降低到一定值（或断开或反向），晶闸管关断。 10. 三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？而在运行时断了一线，为什么仍能继续转动？这两种情况会对电动机产生什么影响？ 答：三相异步电动机断了一根电源线后，相当于接了一个单相电源，此时电动机定子绕组产生的磁场为脉动磁场。脉动磁场可以分解为两个旋转方向相反，大小相等的旋转磁场，两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的电磁转矩。在电动机转速为0时，方向相反的两个转矩大小相等，合转矩为零，因而转子不能自行启动。而在运行时断了一线，电机已偏离启动点，合转矩不为零，在合转矩作用下，电机能自行加速到稳定运行状态，所以电机仍能继续转动，这两种情况都会使电动机的电流增加。 11. 三相鼠笼式异步电动机的启动方法有哪些？ 答：三相鼠笼型异步电动机的启动方式主要有两种： (1)全压直接启动 即将电动机的定子绕组通过闸刀开关直接接入电源，在额定电压下进行启动。该法适用于中、小容量的异步电动机启动。 (2)降压启动 启动时先降低电压，当转速接近额定值时，再恢复到额定电压。适用于启动时负载转矩不大的情况，如轻载或空载。常用的降压启动方式有：定子串电阻或电抗器降压启动；Y —△降压启动；自耦变压器降压启动。 12. 一台电扇通电后不能启动，但经外力拨动下可以正常运转，你认为可能是什么故障，为什么？ 答：电扇中的电动机为单相异步电动机，单相异步电动机接单相电源后产生的磁场为脉动磁场，可以分解为两个旋转方向相反的旋转磁场，两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的转矩，而且转矩大小相等。故其作用相互抵消，合转矩为零，因而单相异步电动机没有启动能力，转子不能自行启动，必须采用电容分相或罩极等方法启动，但单相电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态。该风扇不能启动是因为启动电容发生故障，无法启动，但经外力拨动下可以正常运转，是因为外力的作用使电动机偏离启动点，电动机在磁场的作用下可以自行加速到稳定运行状态。 五、计算题 1.一台直流他励电动机，其额定数据如下：P N =5.5KW ，U N =220V ， I N =31.25A ，R a =0.4Ω，n N =1000r/min ，如果这台电动机在额定负载下运行，试求：（1）电动机的固有机械特性；（2）当电动机电枢电压降为110V 时，电动机的转速是多少？ 解：① ② ∵T L = T N =52.525, 当U=U N /2=110时 ∴ 2.一台直流他励电动机，其额定数据如下：kW .P N 22=，V U N 220=，A .I N 412=,Ω71.R a =, min /1500r n N =如果这台电动机在额定转矩下运行，试求： （1）电动机的电枢电压降至180V 时，电动机的转速是多少？ （2）电枢回路串入附加电阻Ω2=ad R 时，电动机的转速是多少？ 解：m N 14m N 1500 102.255.9n P 55.9T T 3N N N ?=??=== （1）此时Ω71180.R ,V U a == 11N a N N N e e m i n r /V 13.0min r /V 1500 7.14.12220n R I U K K --?=??-=-=Φ=Φ A /m N 24.1A /m N 13.055.9K 55.9K K e N t t ?=??=Φ=Φ=Φ 则 1122160241130--??=???==min r /m N .min r /m N ..K K K K N t e t e ΩΩΦΦ 故 min /r 1236min /r 1416.07.113.0180T K K R K U n N 2t e a N e =?? ? ???-=Φ-Φ= T T T K K R K U n t e a e N 97.01060982.1*2075.04.02075.02202-=-=-=∴φφ2075.010004.0*25.31220=-=-=N a N N e n R I U K φ525.521000 5500*55.955.9982.12075.0*55.955.9======N N N e t n P T K K φφ479525.52*97.02117397.0210602=-=-=-=T T K K R K U n t e a e N φφ （2）电枢回路总电阻()Ω=Ω+=+=7.327.1R R R ad a 而 1130-?==min r /V .K K N e e ΦΦ 则 122160-??==min r /m N .K K K K N t e t e ΩΦΦ 故 m in /r 1368m in /r 1416.07.313.0220T K K R R K U n N 2N t e ad a N e =?? ? ???-=Φ+-Φ= 3.有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：P N =10KW ，n N =1450r/min ，U N =380V ，?接法，ηN =0.875，cos N ?=0.87，T st /T N =1.4，I st /I N =7。 试求：（1）输出的额定转矩T N ； （2）当负载转矩为40N.m 时，该电动机能否采用Y-?换接启动，为什么？。 解：① T N = 9.55 P N /n N =9.55×104／1450=65.86N·m （4分） ② 当U=U N 时，T st =1.4T N = 1.4 × 65.86 = 92.2 N·m ∵ Y-△启动时，T st ＇= T st /3 = 92.2/3 = 30.73 N·m ∵ T st ＇< T L = 40 Nm ∴ 电动机不能采用Y-?换接启动。 （1）如果负载转矩为510.2Nm ，试问在U=U N 时能否带载启动？ （2）采用Y －Δ换接启动时，求启动电流和起动转矩？ 解：（1）由T N ＝9.55P N / n N =290.4N.M Tst ＝1.9T N =551.8N.M 当U ＝Un 时，Tst=551.8Nm>510.2Nm 可以启动 （2）由P N ＝ 3 U N I N η Cosφ 则I N =P N /( 3 U N I N η Cosφ) =84.2(A) Y －Δ换接启动时， 这时 I stY =(1/3)I stΔ=(7/3)I N =196.5(A) T stY =(1/3)T stΔ=551.8/3=183.9(N.M) 《机电传动控制与PLC技术》课程实验教学大纲 课程名称 机电传动控制与PLC技术 课程学时 40 课程学分 2.5 课程属性 专业选修课 适用专业 自动化、电气工程及其自动化专业 课程性质 非独立设置的实验课程 先修课程 电机学、电机与拖动、工厂供电等 一、课程简介 本课程主要介绍常用控制电器的结构、原理、用途及型号 电气控制的基本线路 典型生产设 备电气控制系统 PLC的基本原理 三菱PLC的基本指令及顺序控制指令、功能指令 PLC的通信与 联网技术 PLC正确选用及PLC控制系统的简单设计。 二、课程实验目的 1、进行实验基本技能的训练 2、巩固、加深并扩大所学的基本理论知识 培养解决实际问题的能力 3、培养实事求是、严肃认真细致踏实的科学作风和良好的实验习惯 为将来从事生产和科学实验打 下必要的基础。 三、实验方式及基本要求 电气控制实验要求3-4人一组 按要求完成规定的实验项目 PLC实验要求单人单机实验 按要 求完成规定的实验项目。 要求能独立完成规定的实验项目 学会继电接触器控制线路的分析和设计方法 会观察实验现 象 会设计简单的控制险路 有解决简单控制线路故障的能力 掌握编程器、编程软件的使用 能 阅读和分析实际PLC程序与梯形图 能进行简单的程序设计 运行、调试、维护可编程序控制器系 统。 四、实验报告要求 实验报告是实验工作的全面总结 要用简明的形式将实验结果完整和真实的表达出来 报告要求简明扼要 字迹工整 分析合理。图表整齐清楚 线路图要用铅笔及绘图仪器绘制 不应徒手描 画。报告包括以下几项内容 1、实验名称、专业、班级、姓名、同组者名称、实验台号、实验日期、交报告日期。 2、实验目的 3、实验线路图 4、实验设备 《机电传动与控制》第01章在线测试 《机电传动与控制》第01章在线测试 剩余时间： 55:24 答题须知：1、本卷满分20分。 2、答完题后，请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷，否则无法记录本试卷的成绩。 3、在交卷之前，不要刷新本网页，否则你的答题结果将会被清空。 第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5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、用拖动转矩Tm 、制动转矩TL 和动态转矩Td 表示的转矩平衡方程式可以写为A A 、Tm －TL ＝ Td B 、Tm+ TL ＝ Td C 、Td －TL ＝ Tm D 、Td +Tm ＝ TL 3、生产机械的机械特性中，因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩属于D A 、直线型转矩 B 、通风机型转矩 C 、位能转矩 D 、反抗转矩 4、下面对机电传动系统稳定运行的描述正确全面的是C A 、系统以某一速度运行运行 B 、系统静止或以某一个速度稳定运行 C 、系统能以一定速度匀速运转，且系统受某种外部干扰 作用而使运行速度稍有变化时，保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行状态。 D 、系统处于静止状态 5、下列关于机电传动系统中的负载转矩TL 的描述正确的是B A 、假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL 与转速n 的方向一致时为正向 B 、假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL 与转速n 的方向相反时为正向 C 、若TL 与n 符号相反，则表示TL 的作用方向与n 相同，TL 为制动转矩 D 、若TL 与n 符号相同，则表示TL 的作用方向与n 相反， TL 为拖动转矩 第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分） 1、典型的机械负载特性类型有下来哪几种ABCD A 、恒转矩型机械特性 B 、离心式通风机型机械特性 C 、直线型机械特性 D 、恒功率型机械特性 2、在多轴传动系统中，依据动能守恒原则进行折算的参量是ABCD A 、负载转矩 B 、转动惯量 C 、飞轮转矩 D 、动态转矩 3、下来描述中的机械负载特性属于恒转矩型的为AB A 、机床加工过程中切削力所产生的负载转矩 B 、卷扬机起吊重物时所产生的负载转矩 《机电传动控制》试卷 A 适用专业：机制考试日期： 考试时间：120分钟考试形式：闭卷试卷总分：100分 一、填空（每空1分）： 1. 直流电动机的调速方法有____ __ ，和。 2．一台三相异步电动机的额定转速为980r/min，则其极数为，同步转速为，起动时转差率为，额定转差率为。 3．鼠笼型异步电动机的减压起动方法有、、和。 4. 通电延时的时间继电器有两种延时动作的触头。即，符号为；和符号为。 5. 电气控制系统中常设的保护环节有、 和、。 6. F-40M型PLC的内部等效继电器有、、 、和几种。 二、简答题。（每小题5分） 1．交流电器的线圈能否串联使用？为什么？ 2．三相鼠笼式电动机在运行中断了一根电源线未及时发现会导致什么后果？3．简述直流电动机能耗制动的方法。 4．当三相交流异步电动机在额定负载下运行时，由于某种原因，电源电压降低了30%，问此时通入电动机定子绕组的电流是增大还是减少？为什么？5. 试说明下图几种情况下，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方向）。 a b c d e 三、计算题（每题12分）： 1. 一台U N=220V，I N=136.5A，R a=0.22Ω的他励直流电动机。 1）如直接起动，起动电流I St是多少？ 2）若要求起动电流是额定电流的两倍，采用电枢回路串电阻起动，应串多大的电阻？采用降低电源电压起动，电压应降至多少？ 2. 一台交流三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：P N=10kW， n N=1460r/min，U N=380 V，△接法，ηN=0.868，cosφ=0.88；试求：1） 额定输入电功率；2）额定电流；3）输出的额定转矩；4）采用Y-△ 换接启动时的启动转矩。 四、设计题： 1. 设计某机床刀架进给电动机的控制线路，应满足如下的工艺要 求： 按下启动按钮后，电机正转，带动刀架进给，进给到一定位置时，刀架停止，进行无进刀切削，经一段时间后刀架自动返回，回到原位 又自动停止。试画出主电路和控制线路。（本题15分） 2. 试用F—40M型PLC设计一台小于10KW的三相鼠笼式异步电 动机正反转的控制程序，要求：（本题12分） 1）绘出电动机主电路（应有必要的保护）2）绘出PLC的安装接线 图 3）绘出PLC的梯形图4）写出PLC的指令程序 1. 引言 1.1 课程设计的目的： 电气控制系统是由各种低压电器和PLC 控制器按一定要求组成的控制系统。通过机电传动系统课程设计，进一步掌握各种低压电器和PLC 的结构原理、选用及使用；正确处理使用中出现的各种问题；了解器件和系统之间的关系；培养正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、分析问题和解决问题的能力、运用标准与规范的能力、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。 1.2 课程设计的内容及要实现的目标： 如图所示： 图1. 模型图 主要内容包括： 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2. 系统有启动、停止功能; 3. 运用功能指令进行PLC 控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4. 程序结构与控制功能自行设计； 5. 进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。 要实现的目标： 有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A 送到加工位置，然后由机械手将加工物送至工作台1的位置进行第一次加工，当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹 起送至工作台2进行第二步加工：当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。 15 左移 ST4 14 上升 YA3 ST1 图2. 机械手工艺流程图 机械手工作前应位于原点，不同的位置分别装有行程开关。ST1为下限为开关，ST2为上限位开关，ST3为右极限位开关，ST3为左限位开关。 机械手的上、下、左、右移动以及工件的夹紧，均由电磁阀驱动气缸来实现。电磁阀YA1通电，机械手下降；电磁阀YA2通电，夹紧工件；电磁阀YA3通电，机械手上升；电磁阀YA4通电，电磁阀右移；电磁阀YA5通电，机械手左移。 机电传动与控制期末考试及答案一：选择题：（从下列各题备选答案中选出正确答案） 1、关于交流电动机调速方法不确的有：（D ） 。：图（C）T M为正，T L为负，减速状态 3、延时闭合的动合触点是： A:变频调速； B C:改变转差率调速； D 2、如图所示，判断哪组是正确的 :改变磁通调速; :定子串电阻调 速。 (A ) T M ：：： T L 人：图（a）T M为正，是拖动转矩，加速状态 B :图（b） T M =T L，匀速状态 （B ） 4、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B 。 A:减少； B :增加； C :等于零。 5、三相鼠笼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A 。A :相同；B :大； C 小。 6、如下图所示，曲线1和曲线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？ (A ) “ A:能； B :不能； C :不能确定 8三相异步电动机的何种制动又叫发电制动。(B) A反接制动；B反馈制动；C能耗制动。 9、有一台三相异步电动机，正常运行时为厶接法，在额定电压下启动，其T st =1.2T N，若采用T -厶换接启动，试问当负载转矩 T L =35%T N，电动机能否启动？A A:能；B :不能；C :不能确定 10..恒功率型机械特性为负载转矩与转速成: A正比；B 反比。 11、集中控制台一般放在离机床较远的地方，可以在控制台也可以在机床现场进行操作，实现的控制是： （B） A:集中控制 B :分散控制 C:联合控制 D :点动控制 12、直流电动机当电枢回路中串接电阻后，其固有的机械特性曲线是：（A ） 人：由（0，no）出发的一簇向下倾斜的直线； B：—簇平行于固有特性曲线的人为特性曲线； C:;由（0, no）出发的一簇向上倾斜的直线； D:不确定； 13、下列方法中哪一个不是消除交流伺服电动机“自转”的方法： （A ） A:增大转子转动惯量； B :增大转子电阻； C:减小转子转动惯量； 14、电源线电压为380V,三相鼠笼型异步电动机定子每相绕组的额定电压为220V寸，能否采用星形一三角形启动？B A.能 B. 不能 C. 不一定 15、机电传动系统稳定工作时中如果T M>T L，电动机旋转方向与T M相同，转速将产生的变化是—。 （B ） A.减速?加速 五、计算题（要求写出主要步骤每题10分） 1.有台直流他励电动机，其铭牌数据为： PN＝5．5kW，UN=Uf=220V，nN=1500r／min，η=0．8，Ra＝0．2 Ω。试求： ①额定转矩TN ②额定电枢电流IaN； ③额定电枢电流时的反电势； ④直接启动时的启动电流； ⑤若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串人多大的启动电阻?此时启动转矩为多少? 解：1. TN=9.55PN/nN=9.55*5.5*1000/1500=35 N.m 2. IaN=pN/ (ηUN)=31.25A 3.E=UN-IaNRa=220-31.25*0.2=213.75V 4.Ist=UN/Ra=220/0.2=1100A 5.I’st=UN/(Ra+Rad) ≤3IsN Rad≥UN/3IaN-Ra=220/(3*31.25)-0.2=2.15Ω T’st=KtφI’st=(9.55E/nN)3IaN=(9.55*213.75/1500)*3*31.25=127.6 N.m 2．某一调速系统在高速时的理想空载转速 no1=1450r／min，低速时的理想空载转速n02=100r／min，额定负载时的转速降△nN=50rmin。 ①试画出该系统的静特性； ②求出调速范围D和低速时系统的静差度s2； ③在nmax与s2一定时，扩大调速范围的方法是什么?调速系统中应采取什么措施保证转速的稳定性? 解：1.静特性 2. D=nmax/nmin=(n01- △nN)/ (n02- △nN) =(1450-50)/(100-50)=28 S2= △nN/n02=0.5 2.有一台三相异步电动机，正常运行时为Δ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—Δ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? TstY=1/3*1.2TN=0.4TN>0.35TN=TL 3.试说明图中几种情况下系统的运行状态是加速?减速?还是勾速?(图中箭头方向为转矩的实际作用方向) 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础 2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 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） TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 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？ 因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须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这算到一根轴上。 转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。 2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。 2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2, 转速n M=900r/min; 中间传动 轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2 . 2.8如图2.3（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的费轮转距GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L=9.55FV/ηC n M=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM2 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？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 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？ 反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。 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？ 机电传动与控制 一、填空题 1、凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换、和调节目的的电气元件统称为电器。 2、电器按工作电压等级分为低压电器和高压电器。 3、低压电器是指，工作电压在交流1200V或直流在1500V以下的各种电器。 4、高压电器是指，工作电压在交流1200V或直流在1500V以上的各种电器。 5、电器按用途分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器。 6、电器按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。 7、电磁式电器大多主要由感测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）组成。 8、电磁机构是电磁式电器的感测部分，它的主要作用是将电磁能量转换为机械能量，带动触头动作，从而完成接通和分断电路。 9、电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁等组成。 10、常用的磁路结构分为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心、衔铁沿轴转动的拍合式铁心、衔铁直线运动的双E型直动式铁心。 11、电磁式电器分为直流和交流两大类，都是利用电磁感应原理制成。 12、吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量。 13、所谓电磁铁的吸力特性，是指电磁吸力Fat随衔铁与铁心间气隙δ变化的关系曲线。 14、所谓电磁铁的反力特性，是指反作用力Fr随衔铁与铁心间气隙δ变化的关系曲线。 15、交流电磁铁装短路环的作用是消除振动和噪声。 16、电器的触头主要有桥式触头和指形触头两种结构型式。 17、常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、灭弧罩灭弧和栅片灭弧等。 18、常用的开关电器主要有刀开关、转换开关、断路器和漏电保护断路器。 19、刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。 20、刀开关按刀数分为单极、双极和三极。 21、转换开关又称组合开关。 22、断路器俗称自动开关，是用于低压配电电路不频繁通断控制，在电路发生短路、过载或欠电压等故障时，能自动分断故障电路，是低压配电线路中应用广泛的一种保护电器。 23、漏电保护断路器是一种安全保护电器，在电路中作为触电和漏电保护之用。 24、熔断器是用于配电线路的严重过载和断路保护。 25、熔断器的安秒特性是指熔断器的熔断时间与熔断电流的关系曲线。 26、熔断器的类型主要有：插入式、螺旋式、封闭管式和新型熔断器四种。 27、选择熔断器时，其额定电压应大于或等于线路的工作电压。 28、熔体额定电流电流的大小与负载的大小及性质有关。 29、主令电器是自动系统中专用于发布控制指令的电器。 30、主令电器按作用分为控制按钮、位置开关、万能转换开关和主令控制器等。 31、行程开关是一种利用生产机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。 32、接近开关又称无触点行程开关，是以不直接接触方式进行控制的一种位置开关。 33、万能转换开关是一种多档位、控制多回路的组合开关，用于控制电路发布控制指令或用于远距离控制。 34、接触器能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。 35、接触器有交流接触器和直流接触器两类。 36、继电器是根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电器。 37、继电器按输出形式分为有触点和无触点两类。 第四章 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，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。 n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动 机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设 在额定负载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 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？ 因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 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？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n0,p,S N,T N,T st,T max和I st； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ①线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法. ②T N=9.55P N/n N=9.55*3000/960=29.8Nm TM=TL TM a b c d e 三、计算题（每题12 分）： 1. 一台 U N=220V，I N=136.5A，R a=0.22Ω的他励直流电动机。 1）如直接起动，起动电流I St是多少？ 2）若要求起动电流是额定电流的两倍，采用电枢回路串电阻起 动， 应串多大的电阻？采用降低电源电压起动，电压应降至多少？ 号 2. 一台交流三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：N 学P =10kW ， N N N n =1460r/min，U =380 V，△接法，η =0.868，cos φ =0.88；试求： 1） 额定输入电功率；2）额定电流；3）输出的额定转矩；4）采用Y-△换 接启动时的启动转矩。 名四、设计题： 姓 1. 设计某机床刀架进给电动机的控制线路，应满足如下的工艺要求： 按下启动按钮后，电机正转，带动刀架进给，进给到一定位置时，刀架停止，进行无进刀切削，经一段时间后刀架自动返回，回到原位 又自动停止。试画出主电路和控制线路。（本题15分） 级 2. 试用F—40M型PLC设计一台小于10KW的三相鼠笼式异步电班 动机正反转的控制程序，要求：（本题12分） 业 1）绘出电动机主电路（应有必要的保护）2）绘出PLC的安装接线专 图 3）绘出 PLC 的梯形图4）写出 PLC 的指令程序系院 平面磨床电气控制 湖南工业大学 课程设计 资料袋 机械工程学院（系、部） 2012 ~ 2013 学年第二学期 课程名称机电控制技术课程设计指导教师吴吉平职称教授学生姓名陈谷专业班级机设1005 学号 10405700420 题目平面磨床的电气控制 成绩起止日期 2013 年 6 月 14 日～ 2013 年 6 月 23 日 目录清单 湖南工业大学 课程设计任务书 2012 —2013 学年第二学期 机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业 5 班课程名称：机电控制技术课程设计 设计题目：平面磨床的电气控制 完成期限：自 2013 年 6 月 14 日至 2013 年 6 月 23 日共 1 周 指导教师（签字）： 2013 年 6 月 14 日 系（教研室）主任（签字）： 2013年 6 月 24 日 机床电气控制技术 设计说明书 平面磨床的电气控制 起止日期： 2013 年 6月 14 日至 2013年 6月 23 日 学生姓名陈谷 班级机设1005 学号10405700420 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院 2013年 6月23日 目录 一、设计要求 0 二、电力拖动及控制要求 (1) 三、平面磨床电气控制电路 (3) 3.1主电路 (3) 3.2控制电路 (3) 3.3联锁、保护环节 (4) 3.4电磁吸盘控制电路 (5) 3.5照明电路与去磁器 (5) 四、平面磨床控制电路图及其解析 (6) 4.1选用控制线路的设计方法 (6) 4.2.继电器——接触器控制线路 (7) 五、电器元件的选用 (11) 5.1电气元件选择的原则 (11) 5.2按钮、组合开关的选用 (11) 5.3接触器的选用 (12) 5.4热继电器的选择 (12) 5.5熔断器的选择 (13) 5.6控制变压器的选择 (13) 六、可编程控制器PLC控制系统的设计 (16) 6.1控制线路的改造及PLC的选用 (16) 6.2PLC的外部接线 (17) 七、设计总结 (19) 参考文献 (20) 第一章概述 1．1 机电传动控制的目的与任务 一、机电系统的组成 在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制系统，也就是说，现代机电传动是和各种控制元件组成的自动控制系统联系在一起。所以机电系统一般可分为三大部分，如图1所示： 图1.1 机电系统的组成 二、机电传动控制的任务 1．将电能转换为机械能； 2．实现生产机械的启动、停止以及速度的调节； 3．完成各种生产工艺过程的要求； 4．保证生产过程的正常进行。 三、机电传动控制的目的 从现代化生产的要求来说，机电传动控制的目的从广义和狭义两种意义上来讲： 从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现自动化。 从狭义上讲，则专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加（生产效率）、质量的提高（加工精度）、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用等。 随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统的要求愈来愈高。 例如： 一些精密机床要求加工精度百分之几毫米，甚至几微米； 重型镗床为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求系统有很宽的调速范围。 轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒的时间内就得完成从正转到反转的过程，即要求系统能迅速启动、制动和反向。 对于电梯和提升机，则要求启动和制动平稳，并能准确地停止在给定的位置上。 对于冷、热连轧机以及造纸机的各机架或分部，则要求各机架或各分部的转速保持一定的比例关系进行协调运转。 为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产自动线，要求统一控制或管理。 诸如此类的要求，都要靠电动机及其控制系统来实现。 1．2 机电传动控制的发展 机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机电传动控制的发展可从机电传动和控制系统两方面来讨论。 一、机电传动的发展 就机电传动而言，它的发展大体经历了成组拖动、单电机拖动和多电机拖动等三个阶段，如表1所示。 表1.1 电力拖动的几个发展阶段 多电机拖动方式为生产机械的自动化提供了有利条件，所以，现代机电传动基本采用这种拖动方式。 机电传动控制复习提纲 第一章机电传动的动力学基础 1.机电传动运动方程的几种形式 2.1、2.2、2.3题 2.飞轮矩、转动惯量的折算 2.7、2.8 3.机电传动系统稳定平衡点的判断 2.11 第三章直流电机的工作原理与特性 1.基本方程 电动势方程：E k e n 电磁转矩方程：T k t I a 电枢回路电动势平衡方程：U E I aR 2.固有机械特性与人为机械特性（电枢串接电阻、改变电枢电压、改变磁通）的曲线与特点 3.计算题类型：3.10、3.15；分析题类型：3.21 第四章机电传动系统的过渡过程（略） 第五章交流电动机的工作原理及特性 1.固有机械特性（式5.27）与人为机械特性（降低电源电压、定子回路串接电阻或电抗、改变电源频率、转子回路串接电阻） 2.交流电机启动方法 3.三相异步电动机调速特性（式5.36） 4.单相异步电动机工作原理 5.计算题类型：5.6、5.11 第六章控制电机 1.两相交流伺服电机消除自转的方法 第七章机电传动控制系统中常用的检测元件 略 第八章继电器-接触器控制 1.继电器-接触器控制的基本线路 （直接启动、转子串接电阻启动、正反转控制、Y—△接法降压启动） 例题：8.18 第九章PLC控制 1.PLC基本结构 2.PLC等效继电器 3.梯形图编程 4.例题：三相异步电机启停控制、三相电机正反转控制、三相电机Y-△启动控制、搬运机械手控制 《机电传动控制》复习重点 第2xx机电传动的动力学基础 机电传动系统的运动方程式 会判断驱动力矩和负载力矩的正负号 并能够根据该方程式判断机电系统的运动状态 动态转矩的概念 机电传动的负载特性 什么是负载特性：电动机轴上的负载转矩与转速之间的关系 4种典型的负载特性曲线 恒转矩负载包括反抗性恒转矩负载和位能性负载 机电传动稳定运行的条件 充分必要条件 掌握判断稳定工作点的方法 第三章直流电机的工作原理及特性 直流电机既可以用作电动机也可以用作发电机 任何电机的工作原理都是建立在电磁力和电磁感应的基础上的 直流电机做发电运行和电动运行时都会产生电动势E和电磁转矩T，但是不同的运行方式下其作用是不同的 电势平衡方程 力矩平衡方程 并励发电机电压建立的三个条件是什么？ 机械传动控制 考试题型 客观题（填空10*3 、选择10*2’） 主观题（简答3*5 、控制电路分析3*5 、电路设计2*10） 一、概念填空、选择判断、简答 1生产机械的负载特性大致可分为哪几种类型？掌握其特性曲线的特点。（1）恒转矩型负载特性：特点是负载转矩为常量，依照负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗性恒转矩负载（方向恒与运动方向相反）和位能性恒转矩负载（方向恒定，与运动方向无关）。属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切 削机床等。 （2）离心式通风机型负载特性：这一类型的负载时按离心力原理工作的，如离 心式鼓风机、水泵等的负载转矩T L 与n的二次方成正比T L =Cn2，C为常数。 如图2.5所示 （3）直线型负载特性：直线型负载的负载转矩T L 随n的增加而成正比地增大， 即T L =C*n，C为常数。如图2.6所示。 （4）恒功率型负载特性：恒功率型负载的负载转矩T L 与转速n成反比，即 T L =K/n，或K=T L n∝P（P为常量）。例如车床加工、在粗加工时，切削量大， 负载阻力大，开低速；在精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。当选择这样的加工方式时，不同的转速下，切削功率其余不变。 2直流他励电动机直接启动特点是？直流发电机通常按励磁方法分类。 （1） （2）直流发电机通常按励磁方法来分类，分为他励、并励、串励和复励发电机。 ①他励直流发电机：励磁回路的 电流由外电源供给，与电枢回路 没有电的联系。 ②并励直流发电机：励磁回路与 电枢回路是并联的，励磁回路两 端的电压相等。 ③串励直流发电机：励磁电流与 电枢回路是串联的，励磁回路与 电枢回路的电流相等。 ④复励直流发电机：主极有两个励磁绕组，其一与电枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。 3异步交流电动机直接启动特点是？交流发电机分类、转速、转动方向等问题 （1）a、定子电流大，I st =（5~7）I n 。异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于 转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应到很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的定子电流。 b、启动转矩较小，T st =（0.8~1.5）T N 。启动时s=1，转子功率因素cosφ2很 特点：直流他励电动机直接启动，会有很大的电枢电流，产生很大的冲击转矩。对电源和负载都会产生不良的影响。因此，除非是很小功率的电机，一般不应直接启动。 北京大学2011年《机电传动控制》 期末试题 A 卷 一、选择题（本题共10小题,每小题2分，共20分) (从下列备选答案中选择正确答案) 1．机电传动的目的是（ ）。 A 、将机械能变为电能 B 、将电能变为机械能 C 、将控制信号进行转换和传递 D 、对电机进行保护 2．三相鼠笼式异步电动机在运行中断了一根电源线，则电动机的转速将（ ）。 A 、增加 B 、减少 C 、停转 D 、不变 3．瞬时断开的动合触点是（ ）。 A B C D 4．长期带额定负载运行的交流接触器，其额定电流通常选（ ）。 A 、小于负载额定电流、等于负载额定电流 C 、负载额定电流的1.3—2倍、愈大愈好 5．热继电器在电动机控制线路中的主要作用是实现（ ）。 A 、过载保护 B 、零压保护 C 、欠压保护 D 、短路保护 6．集中控制台一般放在离机床较远的地方，可以在控制台也可以在机床现场进行操作，实现的控制是（ ）。 本题 得分 A 、集中控制 B 、分散控制 C 、联合控制 D 、点动控制 7．异步电动机的转矩与电源电压的关系是( )。 A 、成正比 B 、成反比 C 、无关 D 、与电压平方成正比 8．变压器与电机的铁心用硅钢片叠压而成，其主要目的（ ）。 A. 减少磁滞损耗 B. 减少涡流损耗 C. 减少电器噪声 D. 减少铜损 9．带有换向器装置的电机是( )。 A 、交流鼠笼异步电动机 B 、交流绕线式异步电动机 C 、直流电动机 D 、步进电动机 10．直流电动机当电枢回路中串接电阻后，其固有的机械特性曲线是（ ）。 A 、由（0，no ）出发的一簇向下倾斜的直线 B 、一簇平行于固有特性曲线的人为特性曲线 C 、由（0，no ）出发的一簇向上倾斜的直线 D 、不确定 二、填空题（本题共 15 空，每空15分，共 15 分） （请将正确答案填入空格内） 1、一台频率为50 Hz 的异步电动机额定转速为730 r/min ，其转差率S 为 。 2、F1-40MR 是F1系列PLC 的 （基本单元，扩展单元），40表示其具有 。 3、SET 指令用于 ，RST 指令用于 。 4、PLC 一般 （能，不能）为外部传感器提供24V 直流电源。 5、FXGPWIN 是FX 系列PLC 的编程软件，使用该软件的微机 （可以，不可以）直接与PLC 通讯。 6、将编写好的程序写入PLC 时，必须处在 模式。（RUN ，STOP ） 7、用Y-△降压起动时,启动电流为直接用△接法起动时的 ,所以对降低 很有效。 本题 得分 湖南工业大学 课程设计 资料袋 机械工程学院（系、部）2012 ~ 2013 学年第二学期课程名称机电控制技术课程设计指导教师吴吉平职称教授 学生姓名陈谷专业班级机设1005 学号10405700420 题目平面磨床的电气控制 成绩起止日期2013 年6 月14 日～2013 年 6 月23 日 目录清单 湖南工业大学 课程设计任务书 2012 —2013 学年第二学期 机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业 5 班课程名称：机电控制技术课程设计 设计题目：平面磨床的电气控制 完成期限：自2013 年 6 月14 日至2013 年 6 月23 日共 1 周 指导教师（签字）：2013 年 6 月14 日系（教研室）主任（签字）：2013年 6 月24 日 机床电气控制技术 设计说明书 平面磨床的电气控制 起止日期：2013 年6月14 日至2013年6月23 日 学生姓名陈谷 班级机设1005 学号10405700420 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院 2013年 6月23日 目录 一、设计要求 (1) 二、电力拖动及控制要求 (2) 三、平面磨床电气控制电路 (4) 3.1主电路 (4) 3.2控制电路 (4) 3.3联锁、保护环节 (5) 3.4电磁吸盘控制电路 (6) 3.5照明电路与去磁器 (6) 四、平面磨床控制电路图及其解析 (7) 4.1选用控制线路的设计方法 (7) 4.2.继电器——接触器控制线路 (8) 五、电器元件的选用 (11) 5.1电气元件选择的原则 (11) 5.2按钮、组合开关的选用 (11) 5.3接触器的选用 (12) 5.4热继电器的选择 (12) 5.5熔断器的选择 (13) 5.6控制变压器的选择 (13) 六、可编程控制器PLC控制系统的设计 (15) 6.1控制线路的改造及PLC的选用 (15) 6.2PLC的外部接线 (16) 七、设计总结 (18) 参考文献 (19) ------单选 通常应用到拖动系统需要迅速而准确地停车及卷扬机重物的恒速下放的场合的制动形式是 收藏 A. 反馈制动 B. 再生制动 C. 能耗制动 D. 反接制动 回答错误!正确答案： C 广泛应用于洗衣机、电风扇等设备上的电动机形式为 收藏 A. 同步电动机 B. 三相线绕式异步电动机 C. 单相异步电动机 D. 三相鼠笼式异步电动机 回答错误!正确答案： C 下列叙述正确的是 收藏 A. 步进电动机的机构形式繁多，工作原理也各不相同 B. 步进电动机结构与一般的旋转电动机不同，没有定子和转子的分别 C. 步进电动机不能把电脉冲信号转换为直线位移 D. 步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的机电执行元件 回答错误!正确答案： D 当晶闸管元件阳极与阴极之间加上多大的直流电压时，能使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压） 收藏 A. 3V B. 5V C. 10V D. 6V 回答错误!正确答案： D 关于步进电动机通电方式中，“拍”的描述正确的是 收藏 A. 步进电动机每一拍只能有一相电源通电 B. 步进电动机的拍数就是其电源相数 C. 若为三相步进电动机，从一相通电，切换到另一项通电，即为一拍 D. 步进电动机从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍” 回答错误!正确答案： D 用拖动转矩Tm、制动转矩TL和动态转矩Td表示的转矩平衡方程式可以写为收藏 A. Tm－TL ＝ Td B. Td－TL ＝ Tm C. Tm+ TL ＝ Td D. Td +Tm ＝ TL 回答错误!正确答案： A 下列关于机电传动系统中的负载转矩TL的描述正确的是 收藏 A. 假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL与转速n的方向一致时为正向 B. 假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL与转速n的方向相反时为正向 C. 若TL与n符号相同，则表示TL的作用方向与n相反，TL为拖动转矩 D. 若TL与n符号相反，则表示TL的作用方向与n相同，TL为制动转矩 回答错误!正确答案： B 为了实现生产设备的多点控制，接线的组成原则是 收藏 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串联，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串联 D. 各启动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点并联 回答错误!正确答案： A 下面那种情况下，可能会发生飞车事故，需要设定相应的保护装置 收藏 机电传动控制(全套完整版) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 机电传动控制教案 学院、系：机械电子工程学院机电系 任课教师：任有志 授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分： 课程总学时：60学时 课程周学时： 2006年2月20日 机电传动控制教学进程 周次课 次 章节计划学时教学手段教学环境 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 §1.1§1.2§1.3§2.1 §2.3§2.4 §3.1§3.2 §3.3 §3.4§3.5§3.6 §5.1§5.2§5.3§5.4 §5.4§5.5§5.7§5.8 §6.1§6.2§6.3 §6.4 §6.5 §6.7§7.1§7.2 §7.3 §7.4§7.5 §7.6 电动机原理习题讨论课 §8.1 §8.1 §8.2 实验课继电器接触器控 制实验 习题讨论课：§8.3 §8.4 §9.1 §9.2 实验课：可编程序控制器 认识实验 §9.3 §9.3 实验课：可编程序控制器 编程练习 §10.1 §10.2 §10.3§10.5 §10.6 实验课：晶闸管特性及触 发原理 §11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §12.1 §13.1 §13.2 §13.3 §13.4 实验课 题讨论课 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 辅导 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 讲授 讲授 指导 讲授 指导 讲授 讲授 指导 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室《机电传动控制与PLC技术》---实验教学大纲
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