第五版机电传动控制复习重点


机电传动控制复习重点 一:知识点 1 .加快机电传动系统过渡过程的方法 要想加快机电传动系统过渡过程,即减少过渡时间,应设法减小系统 的飞轮转矩 GD^2 和增大动态转矩 Td. 2 .直流电机的感应电势:E ? k e ?n
ke 与电动机的结构有关的参数,称电势常数

? 为每一对极的磁通(WB)

n 为电枢转速(r/min) E 为电动势(V) 直流电机的电磁转矩:
T ? kt ?I a

与电动机的结构有关的参数,称转矩常数, =9.55k
?

为每一对极的磁通(WB)

Ia 为电枢总电流(A) 3.直流发电机的分类 直流发动机的运行受励磁绕组连接方法的影响, 因此直流发电机按历 次方法来分类,分为他励,并励,串励和复励发电机。 他励调节方法中改变电动机电枢供电电压属于恒转矩调速。 P38 4.三项异步电动机为什么叫做异步? 定子通三相电,产生旋转磁场,旋转磁场带动转子旋转,异步是指磁 场旋转与电动面转子不是同步的,磁场比转子提前一定的角度

5.为什么转子频率即产生电流的频率 6.电机直接启动,反转启动的优缺点,意义,特性 直接启动的优点:是所需设备少,启动方式简单,成本低。电动 机直接启动的电流是正常运行的 5 倍左右,理论上来说,只要向电动 机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的 5 倍以上的, 都可 以直接启动。这一要求对于小容量的电动机容易实现,所以小容量的 电动机绝大部分都是直接启动的,不需要降压启动。缺点:对于大容 量的电动机来说, 一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电 动机直接启动的条件,另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机, 影响电动机的使用寿命,对电网不利,所以大容量的电动机和不能直 接启动的电动机都要采用降压启动。 反接制动常用于位能性负载(如起重机),限制重物下放速度。 7. =60f/p

同步转速 与电流频率成正比而与磁极对数成反比 8. S= -n/ 由于转子转速不等于同步转速,所以把这种电动机称为异步电动机, S 称为转差率 9. 异步电动机的固有机械特性(P64)

三相异步电动机的机械特性有固有的机械特性和人为的机械特性之 分。 1、固有机械特性:它上面有 4 个特殊点。 (1)电动机在没有任何负载情况下的空转,即 T=0,n= (S=0)此时

转速最大,此点即电动机的理想空载点。 (2)电动机在有负载情况下的正常运转,即 T=TN n=nN (S=SN )此时 为电动机的额定工作点。 TN =9.55PN /nN SN = -nN / (符号均为额定状态)

(3)电动机在刚启动的时刻,即没有转起来,所克服转子自重时转 矩的时候,此点为电动机的启动工作点。 (4)电动机在拖动负载最大转矩时,速度也比较适中时,此点位电 动机的临界工作点。 在此时电压如果过低或有巨大冲击负载,就会造成电动机停机。 2、人为机械特性 (1)电压降低 电动机在运行时,如电压降低太多,会大大降低它的过载能力与启动 转矩,甚至是电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。此外 就是启动后电机也会被烧坏。 (2)定子电路接入电阻,此时最大转矩要比原来的大;转子电路串 电阻或改变定子电源频率,此时启动转矩要增大,最大转矩不变。

10

11.按时间原则控制的异步电动机定子绕组串接电阻启动电路

二:习题 2.3 试列出以下几种情况下系统的运动方程式, 并说明系统的运行状 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)

答:a 匀速,b 减速,c 减速,d 加速,e 减速,f 匀速 2.11 如图所示,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?

答: (d)不是稳定运动点,其余都是稳定运行点。 4.6 有一台三相异步电动机,其技术参数如图所示 1)线电压为 380v 时,三相绕组如何接法? 2)求 ,p, SN ,, TN , Tst ,Tmax 和Ist ; 3)额定负载时电动机输入功率是多少?

型号

/KW /V

满载时

满载时

满载 满载时 时 /%

(r/min) /A





Y132s-6 3

220/380 960

12.8/7.2 83

0.75

6.5 2.0 2.0

解 ① 线电压为 380V 时,三相定子绕组应为 Y 型接法. ② TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm Tmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 Nm Ist/IN=6.5 Ist=46.8A

一 般 nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/min SN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n0=60*50/1000=3 ③ η =PN/P 输 入 P 输入=3/0.83=3.61

4.11 有一台三相异步电动机,其技术参数如图所示 /KW /V (r/min) /% 40 380 1470 90 0.9 6.5 1.2 2.0 接法

三角 形

1)当负载转矩为 250N*m 时,在 U= 和 Uˊ=0.8 两种情况下,电 机能否启动? TN=9.55 PN/ nN =9.55*40000/1470 =260Nm Tst/TN=1.2 Tst=312Nm Tst=KR2U2/(R22+X202) =312 Nm 312 Nm>250 Nm 所以 U=UN 时 电动机能启动。 当 U=0.8U 时 Tst=(0.82)KR2U2/(R22+X202) =0.64*312 =199 Nm Tst<TL 所以电动机不能启动。

2) 欲采用 Y/Δ 换接启动, 当负载转矩为 0.45 0.35 两种情况时, 电机能否启动? TstY=Tst△/3 =1.2* TN /3 =0.4 TN 当负载转矩为 0.45 TN 时电动机不能启动 当负载转矩为 0.35 TN 时 电动机能启动 3)若采用子偶变压器降压启动,设降压比为 0.64,求电源线路中通 过的启动电流和电机的启动转矩 IN= PN/ UNη N cosφ N√3 =40000/1.732*380*0.9*0.9 =75A Ist/IN=6.5 Ist=487.5A 降压比为 0.64 时电流=K2 Ist =0.642*487.5=200A 电动机的启动转矩 T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm 机电传动课后重点习题及参考答案

3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩 TL=常数, 当电枢电压附 加电阻改变时,能否改变其稳定运行

状态下电枢电流的大小?为什么?这是拖动系统中那些要发生变 化? 答:T=Ktφ Ia u=E+IaRa 当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速 n 与电 动机的电动势都发生改变. 3.10 一台他励直流电动机的技术数据如下:PN=6.5KW,U N=220V, I N=34.4A, n N=1500r/min, Ra =0.242Ω ,试计算出此电动机的如下特 性: 固有机械特性; 答:n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/min TN=9.55PN/nN =9.55*6500/1500 =41.38Nm 3.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大?

答: 因为 Tst=UN/Ra,Ra 很小,所以 Tst 很大,会产生控制火花,电动 应力, 机械动态转矩冲击, 使电网保护装置动作, 切断电源造成事故, 或电网电压下降等。故不能直接启动。 3.12 他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求?如何实现? 答: 他励直流电动机直接启动过程中的要求是 1 启动电流不要过大,2 不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一 是降

压启动,要求电流 Ist≤(1.5~2)IN .二是在电枢回路内串接外加电 阻启动. 3.13 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 忘了先合励磁绕阻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)?当电动机运行在额定 转速下,若突然将励磁绕阻断开,此时又将出现什么情况? 答:直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极 靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源 接通,TL=0 时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车, TL=TN 时将使电动机电流大大增加而严重过载. 3.16 直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时,为什么要逐渐切 除启动电阻?如切出太快,会带来什么后果? 答:如果启动电阻一下全部切除,,在切除瞬间,由于机械惯性的作用 使电动机的转速不能突变,在此瞬间转速维持不变,机械特性会转到 其他特性曲线上,此时冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻 的方法.如切除太快,会有可能烧毁电机. 3.19 直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在?

答:电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩 T 的方向与转速 n 的方向相同.制动状态特点使电动机所发的转矩 T 的方向与转速 n 的 方向相反 4.4 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? 答: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. 4.6 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,SN,TN,Tst,Tmax 和 Ist; ③额定负载时电动机的输入功率是多少? 答:① 线电压为 380V 时,三相定子绕组应为 Y 型接法. ② TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm Tmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 Nm Ist/IN=6.5 Ist=46.8A

一 般 nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/min SN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n0=60*50/1000=3 ③ η =PN/P 输 入 P 输入=3/0.83=3.61 4.14 异步电动机有哪几种调速方法?各种调速方法有何优缺点? 答:① 调压调速 这种办法能够无级调速,但调速范围不大 ② 转子电路串电阻调速 这种方法简单可靠,但它是有机调速,随着 转速降低特性变软,转子电路电阻损耗与转差率成正比,低速时损耗 大。 ③ 改变极对数调速 这种方法可以获得较大的启动转矩, 虽然体积稍 大,价格稍高,只能有机调速,但是结构简单,效率高特性高,且调 速时所需附加设备少。 ④ 变频调速 可以实现连续的改变电动机的转矩, 是一种很好的调速 方法。 4.19 异步电动机有哪几种制动状态?各有何特点? 答:异步电动机有三种反馈制动,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 时一部 电动机处于发电状态.这时转子导体切割旋转磁场的方向与电动机状 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..

反接制动 电源反接改变电动机的三相电源的相序,这就改变了旋转 磁场的方向,电磁转矩由正变到负,这种方法容易造成反转..倒拉制 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, 机械特性曲线如下图,特性曲线由 a 到 b,在降速最后电动机反转当到 达 d 时,T=TL 系统到达稳定状态, 能耗制动 首先将三项交流电源断开,接着立即将一个低压直流电圆 通入定子绕组.直流通过定子绕组后,在电动机内部建立了一个固定 的磁场,由于旋转的转子导体内就产生感应电势和电流,该电流域恒 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,所以 电动机转速迅速下降,此时运动系统储存的机械能被电动机转换成电 能消耗在转子电路的电阻中. 4.24 同步电动机的工作原理与异步电机的有何不同? 异步电动机的转子没有直流电流励磁,它所需要的全部磁动势均由定 子电流产生,所以一部电动机必须从三相交流电源吸取滞后电流来建 立电动机运 行时所需要的旋转磁场,它的功率因数总是小于 1 的,同 步电动机所需要的磁动势由定子和转子共同产生的当外加三相交流 电源的电压一定时总的磁通不变,在转子 励磁绕组中通以直流电流 后,同一空气隙中,又出现一个大小和极性固定,极对数与电枢旋转磁 场相同的直流励磁磁场,这两个磁场的相互作用,使转子北电枢旋转 磁场拖动着一同步转速一起转动.

4.25 一般情况下,同步电动机为什么要采用异步启动法? 答:因为转子尚未转动时,加以直流励磁,产生了旋转磁场,并以同步 转速转动,两者相吸,定子旋转磁场欲吸转子转动,但由于转子的惯性, 它还没有来得及转动时旋转又到了极性相反的方向,两者又相斥,所 以平均转矩为零,不能启动. 4.26 为什么可以利用同步电动机来提高电网的功率因数? 答: 当直流励磁电流大于正常励磁电流时,电流励磁过剩,在交流 方面不仅无需电源供电,而且还可以向电网发出感性电流与电感性无 功功率,正好补偿了电网附近电感性负载,的需要.使整个电网的功率 因数提高. 5.1 通过分析步进电动机的工作原理和通电方式,可得出哪几点结 论? 答:步进电动机的位移和输入脉冲数严格成正比,这就不会引起 误差的积累.其转速与脉冲频率和步矩角有关,控制输入脉冲数量,频 率即电动机各组的接通次序,可以得到各种需要的运行特征. 5.4 步进电动机的步距角之含义是什么?一台步进电动机可以有两 个步距角,例如,3o/1.5o,这是什么意思?什么是单三拍、单双六 拍和双六拍?

答: 每当输入一个电脉冲时,电动机转过的一个固定的角度,这个 角度称之为步矩角.一台步进电动机有两个步矩角,说明它有两种通 电方式, 3o 得意思是单拍时的步矩角. 1.5o 得意思是单双拍或双拍 似的步矩角 单三拍:每次只有一相绕阻通电,而每个循环只有三次通电 单双六拍:第一次通电有一相绕阻通电,然后下一次又两相通电,这样 交替循环运行,而每次循环只有六次通电 双三拍:每次又两相绕阻通 电,每个循环由六次通电 5.5 一台五相反应式步进电动机,采用五相十拍运行方式时,步距角 为 1.5o,若脉冲电源的频率为 3000Hz,试问转速是多少?(此题答 案我觉得有点小问题, 要么把 β 换算成弧度制, 要么将 2π 换成 360, 最后结果 750 r/min) 答:n=β f*60/2π =1.5*3000*60/2*3.14 =42993.6r/min 转速是 42993.6r/min 5.10 步距角小、最大静转距大的步进电动机,为什么启动频率和运 行频率高? 答:n=β f*60/2π f=nπ /β *30 β 越小运行 f 就越高

6.7 电磁继电器与接触器的区别主要是什么? 答:接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电 器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的. 6.8 电动机中的短路保护、过电流保护和长期过载(热)保护有何区 别? 答:电动机中的短路保护是指电源线的电线发生短路,防止电动机过 大的电枢电路而损坏.自动切断电源的保护动作. 过电流保护是指当电动机发生严重过载时,保护电动机不超过最大许 可电流.长期过载保护是指电动机的短时过载保护是可以的,但长期 过载时电动机就要发热,防止电动机的温升超过电动机的最高绝缘温 度. 6.12 时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思? 答:①1M 先启动后,才允许 2M 启动;;②2M 先停止,经一段时间 后 1M 蔡自动停止,且 2M;③两台电动机均有短路、长期过载保护; 6.23 试设计一条自动运输线,有两台电动机, 1M 拖动运输机,2M 拖动写料及。要求:①1M 先启动后,才允许 2M 启动; ②2M 先停止,经一段时间后 1M 蔡自动停止,且 2M 可以单独停止; ③两台电动机均有短路、长期过载保护

图 6.23 6.24 题 6.24 图为机床自动间歇润滑的控制线路图,其中接触器 KM 为润滑油泵电动机启停用接触器(主电路为画出),控制线路可使润 滑有规律地间歇工作。试分析此线路的工作原理,并说明开关 S 和按 钮 SB 的作用。 答:SB 按钮为人 工的点动控制.S 自动的间歇润滑,按下后 KM 得电, 电动机工作,1KT 得电,经过一段时间后,动合触点闭合 K 得电,同时 KM 失电,电动机停止工作,2KT 得电一段时间后,动断触点断开,K 闭合电 动机重新工作. 6.25 试设计 1M 和 2M 两台电动机顺序启,停的控制线路。要求 1.1M 启动后,2M 立即自动启动;2.1M 停止后,延时一段时间,2M 才 自动停止;3.2M 能点动调整工作 4.两台电动机均有短路,长期过载 保护。

图 6.25

6.27 试设计一个工作台前进——退回的控制线路。工作台有电动机 M 拖动,行程开关 1ST,2ST 分别装在工作台的原位和终点。要求: ① 能自动实现前进——后退——停止到原位; ② 工作台前进到达 终点后停一下在后退; ③ 工作台在前进中可以人为地立即后退到原 位; ④ 有终端保护.


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