机电传动与控制试卷及答案

机电传动与控制
一、填空题
1.直流发电机按励磁方式可分为 他励发电机 和 自励发电机 两类。

自励发电机又分为 并励发电机 、 串励发电机 和 复励发电机 等三种
2. 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。

3. 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。

4.步进电动机的主要技术指标和运行特性有 步距角 、 静态步距误差 、 最 大静转矩 、 矩频特性 、 起动频率 和 连续运行频率 。

5．直线感应电动机在结构上主要有 次级 和 初级 两部分组成。

二、简答题
1..负载的机械特性又哪几种主要类型？各有什么特点？
答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。

风机、泵类、负载特性的特
点是其转矩与转速的二次方成正比即2
L T n ∝，这类生产机械只能单方向旋转。

恒功率负载特
性的特点是在不同速度下负载转矩L T 与转速n 差不多成反比即L T n ⋅≈常数。

2.为什么同步电动机只能运行在同步转速，而异步电动机不能在同步转速下运行？
答：同步电动机转子转速与旋转磁场的转速必须相等，不能有转速差，因为一有转速差，定转子磁极的相对位置就不断变化，在一段时间内磁极异性相吸，转子受磁拉力，过180°后同性相排斥，转子受推力，这样交替进行，转子所受平均力矩为零，电动机不能运动。

而异步电动机在电动状态下运行时，转子转速总要比旋转磁场转速低一些，这是因为假如转子转速赶上理旋转磁场的转速，转子和旋转磁场就不再有相对运动，导体不再切割磁场，就没有感应电动势产生，也就没有了转子电流和电磁转矩，无法维持电动机继续运行。

3． 什么叫平衡运转状态？什么叫稳定平衡运转状态？
答：对于机电一体的系统最起码的要求是能稳定平衡运行。

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。

所以说，既能平衡运行，又能稳定运行的运转状态即是稳定平衡运转状态。

4. 什么是机电传动系统稳定运行的充分必要条件？ 答：机电传动系统稳定运行的充分必要条件是：在L
T T =（必要条件）时，
dn
dT dn dT L >
（充
分条件）；对于恒转矩负载，因为0
=dn
dT L 。

因此，稳定运行的充分必要条件是
≤dn
dT 。

5. 直流他励式电动机一般为什么不允许直接起动？如果直接起动会发生什么问题？
答：直流电动机在起动时，不能在静止的电枢绕组上直接加上额定电压。

因为起动瞬间，电枢机械惯性较大，转速瞬间不可能建立，反电动势Ea=0，根据电枢电路电压平衡方程式可知，这时的电枢电流为a
N a
R U I =，由于Ra 很小，这样在合闸瞬间在电枢电路产生的电流值为
额定电流的10～20倍。

过大的起动电流，将导致电动机转向困难，并会产生过大的加速度而对传动装置及电动机本省造成强烈的冲击，同时也会瞬间引起电网电压的波动，从而影响同电网其他电气设备的正常运行。

因此，直流电动不允许直接起动。

6、交流伺服电动机的控制方法有哪些？
答：交流伺服电动机运行时，若改变控制电压的大小或改变它与激励电压的相位角，则旋转磁场将发生变化，从而影响到电磁转矩。

当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位来达到改变转速的目的。

因此，交流伺服电动机的控制方法有三种。

（1）幅值控制，在保证控制电压与励磁电压相差90°的条件下，改变控制电压的幅值； （2）相位控制，即在保持控制电压幅值不变的条件下，改变控制电压与励磁电压之间的相位差；
（3）幅相控制，即同时改变控制电压的幅值和相位。

7. 永磁同步电动机为什么要采用异步起动？
答：永磁式同步电动机刚起动时，虽然接通电源，其定子产生旋转磁场，但转子具有惯性，跟不上旋转磁场的转动，定子旋转磁场时而吸引转子，时而又推斥转子，作用在转子上的平均转矩为零，转子也就转不起来。

为了使永磁式同步电动机能自行起动，在转子上装有起动用的鼠笼式绕组。

启动时，鼠笼式绕组的作用于鼠笼式异步电动机中鼠笼式绕组的作用相同，可使永磁式同步电动机像异步电动机一样起动，起动后电动机就可以被旋转磁场拉入同步运行。

8. 使用步进电动机时应注意哪些问题？
答：
（1） 若所带负载转动惯量较大，则应在低频下起动，然后再上升到工作频率，停车时也应
从工作频率下降到适当频率再停车。

（2） 在工作过程中，应尽量使负载匀称，避免负载突变引起误差。

（3） 若在工作中发生失步现象，首先应检查负载是否过大，电源电压是否正常，再捡查驱
动电源输出波形是否正常。

在处理问题时，不应随意变换元件。

（4） 驱动电源的选择，应根据运行的具体要求，尽量选用先进的驱动电源。

三、分析题
1.当工作频率为f(Hz)，极距为τ（m ）时，试证明直线感应电动机的同步速度为
)/(20s m f v τ=。

证明： （教材P133，例3-1题）
2.有一台要求经常起动的鼠笼式异步电动机，其P N =20kW ，I ST /I N =6.5，如果变压器的容量为560kVA,且有照明负载。

试分析：（1）是否可直接起动；（2）同样的I ST /I N 比值，功率多大的电动机则不允许直接起动。

分析：（教材P60，例2-1题）
3.有一台异步电动机带动恒转矩负载和通风机型负载，电动机的机械特性和负载的机械特性如下图所示。

试分析图中那些平衡点是稳定平衡点。

异步电动机的机械特性与负载的机械特性
分析： （教材P28，例1-4）
四、计算题
1. 有一台他励直流电动机29N P kW =，440N U V =，76N I A =，1000/m in N n r =，
0.376a R =Ω，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速0m in 250/m in n r =，
最高理想空载转速0m ax 1500/m in n r =，试求：（1）N T T =时的最低转速及此时的静差率。

（2）拖动恒功率负载2N P P =时的最高转速。

（3）调速范围。

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）0N N n n n ∆=-，440760.376
0.4111000
N N a
e N N
U I R C n --⨯Φ=
=
=，
04401070.6/m in 0.411
N e N
U n r C =
=
=Φ，1070.6100070.6/m in N n r ∆=-=，
min 0min 25070.6179.4/m in N n n n r =-∆=-=，0m in
70.628.24%250
N n n δ∆=
=
=。

（2）拖动恒功率负载2N P P =时应采用弱磁调速。

0m ax 1500/m in n r =，01070.6/m in n r =，
0max 00
0max
/1070.60.4110.293/1500N e e N e N
N U n n C C C U n n Φ=
Φ=Φ=⨯
=， 0.713e e N C C Φ=Φ，N N N P T T =Ω=Ω，m ax 10001402.5/m in 0.713
0.713
N n n r =
==。

（3）调速范围应将两种方法合并考虑。

max min
1402.57.82179.4
n D n =
==。

2.三相异步电动机N P =28kW ，N U =380V ，N n =950r/min ，cos N φ=0.88，N f =50Hz,额定运行时，1 2.2cu Fe p p kW +=，m p =1.1kW ，忽略s p 。

试求(1)额定转差率N S ；(2)总机械功率m P 、电磁功率M P 和转子铜损耗2cu p ；(3)输入功率1P 及效率N η；(4)定子额定电流1N I 。

解： （1）
111
950/m i n 1000
/m i n
1000950
0.05
1000
N N
N n r
n r n n S n =∴=--=
== （2）33
2810 1.11029.1m N m P P p kW =+=⨯+⨯=
29.130.63110.05
m M N
P P kW S =
=
=-- 2
0.0529.1
110.05
N c
u m N
S p P S ⨯=
=
--=1.53kW
(3) 1130.63 2.232.83M cu Fe P P p p kW =++=+=
1
28100%100%85%32.83
N N P P η=
⨯=
⨯=
3
156.68N I =
=
= A。