《机电传动控制》复习题及考试题.pdf

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1、 机 电 传 动 控 制 复 习 题 1. 机电传动控制的目的是：把电能转变为机械能 、实现生产机械的启动、停止与调速、 满 足生产工艺的要求 、保证生产过程的正常进行。 2 机电传动控制系统的四个发展阶段是：接触器 -继电器控制、 具有反馈环节的控制、 大 功率可控电力半导体器件控制、 工业机器人控制。 3. 写出直流电动机的 5个主要组成部分：换向器，电刷装置、机座，主磁极，换向极，端盖。 4. 写出交流电动机的 5个主要组成部分：弹簧片，轴承，定子绕组，机座，转子铁芯，端盖。 5. 开环控制 是指输出端与输入端没有任何电路联系、输出端无信号反馈回输入端的控制 。 6. 闭环控制 是指 输

2、出端与输入端具有电路联系、输出端有信号反馈回输入端的控制。 7. 机电传动系统运动方程式中的概念： A.拖动转矩 ：是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的 Tm 、静态转矩 ： 是由生产机械产生的负载转矩TL 、动态转矩 ：动态转矩是拖动转矩减去静态转矩Tm-TL 。 8. 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。P.6 匀速减速减速加速减速匀速 9. 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算依据折算前后什么的原则（静态时 功率守恒）？转动惯量折算为依据折算前后什么不变的原则（动量守恒）？负载转矩的折算：对 于旋转运动（功率守恒） ： j T T

3、 C LL L ；对于直线运动： M c L n vF T 55. 9 ；转动惯量的折算（动量守 恒） ： 22 1 1 L L MZ j J j J JJ；飞轮转矩的折算（动量守恒） ： 2 2 2 1 2 122 L M j CD j CD CDCD M Z；直线运动： 2 2 2 1 1 m MZ v m j J JJ； 2 2 2 1 2 122 365 M M n Gv j CD CDCDZ P.9. 总结：往高速轴折算变小、往低速轴折算变大。 10. 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.

4、直线型机械特性； 4. 恒功率型机械特 性。 11. 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。 12. 机电传动系统的稳定运行包含两重含义：一是系统应能以一定速度匀速运转；二是系统受 某种外部干扰作用而使运行速度稍有变化时，应保证系统在干扰消除后能恢复到原来的运行速度。 书图2.8 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？ 13. 机电时间常数对机电传动系统的

5、影响：直接影响机电传动系统过渡过程的快慢。加快机电 传动系统过渡过程的方法：1. 减小系统的飞轮转矩（转动惯量），2. 增加动态转矩。什么叫过渡过 程？什么叫稳定运行过程？ 当系统中的转矩或负载转矩发生改变时, 系统就要由一个稳定的运转状态变化到另一个稳定运 转状态 , 这个变化过程称为过渡过程。 14. 什么是他励发电机空载特性？空载特性 表明： 表明可利用改变励磁电流的方法来获得所需 的电压。 15. 并励发电机能建立电压的条件：1. 发电机的刺激要有剩磁，2. 励磁电流产生的磁场方向与 剩磁相同。 16. 并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？ 不能, 因为反转起始励磁电流所产生

6、的磁场的方向与剩余磁场方向相反, 这样磁场被消除 , 所以不能 自励。 17. 他励直流电动机的理想空载转速： e K U n0此时转矩 T= 0 18. 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？这是拖动系统中哪些要发生变化？ T=KtIa u=E+IaRa 当电枢电压或电枢附加电阻改变时, 转矩不变的情况下电枢电流大小不变。 转速n 与电动 机的电动势都发生改变。 19. 固有机械特性：根据直流他励电动机名牌数据，估算电枢电阻Ra ，求 N aNN Ne n RIU K, 求理想空载转速 Ne N K U

7、 n0,求额定转矩 N NN N n PP T55.9,画固有机械特性。 20. 人工机械特性： . 改变电机机械特性的方法：1. 电枢回路中串接附加电阻；2. 改变电枢 电压； 3. 改变主磁通。 21. 他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？他励电动机的调速方法： 1. 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，稳定型越低，载空或轻载时，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。2. 改变电动机电枢供电电压。特点：当电压连续变化时转 速可以平滑无级调速， 一般只能自在额定转速以下

8、调节，调速特性与固有特性相互平行，机械特性 硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒转矩调速， 适应于对恒转矩型负载。 可以靠调节电枢电压来启动电机，不用其它启动设备。 3. 改变电动机主磁 通。特点：可以平滑无级调速，但只能弱词调速，即在额定转速以上调节，调速特性较软，且受电 动机换向条件等的限制，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，属恒功率调速。 22. 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

9、转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？P.32 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。 23. 转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什么区别？ 速度变化是在某机械特性下, 由于负载改变而引起的，而速度调节则是某一特定的负载下，靠 人为改变机械特性而得到的。 24. 直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 串励电动机决不能空载运行, 因为这时电动机转速极高, 所产生的离心力足以将绕组元

10、件 甩到槽外, 还可能串励电动机也可能反转运行. 但不能用改变电源极性的方法, 因这时电枢电流 Ia 与磁通 同时反响 , 使电磁转矩 T依然保持原来方向 , 则电动机不可能反转。 25. 为什么 直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前 n=0,E=0, 而Ra很小 , 所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时, 启动电 流将很大 .Ist=UN/Ra 。 26. 他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何实现？ 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。二、是在电枢回路内串接

11、外加电阻启动。 27. 直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？ 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。 28. 他励直流电动机 有哪几种 制动方法 ？它们的机械特性如何？试比较各种制动方法的优缺 点。 （1）反馈制动 ：机械特性表达式 :n=U/Ke-(Ra+Rad)T/keKt 2，T为负值 , 电动机正转时 , 反馈 制动状态下的机械特性是第一象限电动状态下的机械特性第二象限内的延伸。反馈制动状态下 附加电阻越大电动机转速越高。为使重物降速度不至于过高, 串接的附加电阻不宜过大。 但

12、即使 不串任何电阻 , 重物下放过程中电机的转速仍过高。如果放下的件较重， 则采用这种制动方式运 行不太安全。（书中电车下坡时的制动和卷扬机下放重物时的限速制动本质上是一样的） （2）反接制动 ：（1）电源反接制动：电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速停车和 向的场合以及要求经常正反转的机械上。（2）倒拉反接制动：倒拉反接制动状态下的机械特性 曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现在第四象限中的延伸, 若电动反向转在电动 状态 , 则倒拉反接制动状态下的机械特性曲就是第三象限中电动状态下的机械特性曲线在第二 象限延伸。它可以极低的下降速度 , 保证生产的安全 , 缺点是若转矩大小估

13、计不准, 则本应下降的 重物可能向上升 , 机械特硬度小 , 速度稳定性差。 P.44 （3） 能耗制动 ： 位能负载时机械特性曲线是通过原点, 且位于第二象限和第四象限的一条直线, 优点是不会出现像倒拉制动那样因为对TL的大小估计错误而引起重物上升的事故，运动速度也 较反接制动时稳定。反抗性负载（只有惯性能量及动能）时能耗制动能消耗掉动能，使电动机 快速停车； P.45 29. 交流电机的同步转速pfn/60 0 30. 改变三相交流电动机转向需将三相电源：任意两相对调。 31. 异步电动机转差率 0 0 n nn S 32. 三相交流异步电动机转子电流频率f2= 33. 三相交流异步电动机

14、转子电流 2 20 2 2 20 2 )(SXR SE I，并解释跟转差率的关系当转差率 S增大，既转速降低时，转子与旋转磁场间的相对转速（n0-n）增大 。 34. 当三相异步电动机的负载增加时，为什么 定子电流 会随之增加？ 因为负载增加n减小, 转子与旋转磁场间的相对转速(nn0) 增加, 转子导体被磁力线 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。定子的感应电动势因为转子的电流 增加而变大 , 所以定子的电流也随之提高。 35.三相异步电动机 T 2 20 2 2 2 2 )(SXR USR 说明，其转矩跟电压什么关系？ 36. 分析书图 4.24、4.25、4.

15、26 、4.27 37. 三相异步电动机在负载转矩不变的情况下，电网电压降低，电动机转速下降，转差率增大， 电流增加。 38. 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如何变化？对电动机有 何影响？ 电动机的电流会迅速增加, 如果时间稍长电机有可能会烧毁。 39. 对电动机启动的主要要求是：（ 1） 有足够大的启动转矩（ 2） 启动电流越小越好 （3） 启动设备安全可靠（4） 要求启动时平滑加速 (5) 启动过程中的功率损耗越小越好 40. 笼型异步电动机的启动方法：（1） 直接启动（全压启动）（2） 电阻或电抗器启动（3） （4） 星型三角形启动 (5) 自耦变压器降压启

16、动 41. 笼型异步电动机在要求启动转矩较大、 启动电流相对值限制较小时哪一种启动方法较优？P.70 例题4.3 42. 为什么绕线异步电动机频敏变阻器启动法能够有逐级切除电阻法相似的启动特性？频敏变阻 器启动法比逐级切除电阻法有什么优点？P.72-73 43. 异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？ 调压调速：这种办法能够无级调速，但调速范围不大；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。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

17、高特性高，且调速时所需附加设备少。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。 44. 变压调速适合于什么样的负载？提高其负载特性的途径是：。P.76 45. 变频调速有哪些优点 ？（ 1）调速范围广（ 2） 调速平滑性好（ 3） 工作特性都达到和直流调 速系统不相上下的程度（4） 经济效益高 P.78 46. 三相异步电动机倒拉制动时电机转速 低于同步转速，负载不变时其转速稳定，电磁力矩和负载 力矩相反。 47.三相异步电动机反馈制动 时电机转速 高于同步转速，电磁力矩和负载力矩相反。 48. 三相异步电动机能耗制动时能够实现准确停车，只懂得后阶段，随着转速的降低，制动

18、转矩 也很快见效，制动效果平稳。 49. 单相异步电动机 不能自行启动，一旦启动，它能够自行加速到稳定运行状态，方向取决于启动 是的旋转方向。 50. 同步电动机的直流励磁电流If能控制功率因数 cos的大小和性质。 51. 同步电动机启动 困难，常采用异步启动法和变频启动。 52. 什么叫 恒功率调速 ？什么叫恒转矩调速？变频调速在频率50HZ以下是恒转矩调速，在频率50HZ 以上是恒转矩调速。 恒功率调速是人为机械特性改变的条件下，功率不变。恒转矩调速是人为机械特性改变的条件下 转矩不变。 53.电容分相式单相异步电动机是否可以用调换电源的两根线端来使电动机反转？为什么？ 不能, 因为必须

19、调换电容器 C的串联位置 , 就可以改变旋转磁场的方向, 从而实现电动机的反转。 54. 步进电动机 是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或直线位移的机电执行机构，位移量与输入 电脉冲的个数成正比。 55. 问什么步进电动机的启动频率要远低于运行频率？ 56. 步进电动机的转子齿数 Z和定子相数 m 愈多，则步距角 愈小，控制越精确。 57. 一台步进电动机的 Z40，三相单三拍运行时 ，其步距角为：3 403 360 58. 伺服电机跟作为动力设备的电机比较，对其要求是响应快速。直流伺服电机在控制电 压0 c U时，有无自转现象？ 有自转现象 59. 交流伺服电机如何 消除自转现象 ？ 使转子

20、导条具有较大的电阻 60. 直流无刷电动机定子通直流电。错，直流无刷电动机本质上是交流电机，定子通三相方波交流 电，转子为永磁体。 61. 直流力矩电动机的结构特点、机械特性与普通直流电机的不通。P.105 62. 电力电子器件根据其导通与关断可控性的不同可以分为：（ 1）不可控性器件（ 2） 半可控型 器件，（ 3） 全控型器件 63. 电力变换电路 分为：（1） 可控整流（2） 逆变（3）斩波（4）变频 (5) 交 流调压 (6) 电子开关 5 64. 电子技术 包括信息电子技术 (模拟电子技术和数字电子技术) 和电力电子技术两大分支。 65. 电力电子器件 实际应用由控制电路、驱动电路和

21、（以电力电子器件为核心的）主电路组成一 个系统。 66.晶闸管的导通条件 是什么？导通后流过晶闸管的电流决定于什么？晶闸管由导通转变为阻断 的条件是什么？阻断后它所承受的电压决定于什么？ 晶闸管的导通条件是 :(1) 晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压。（2）晶闸管的阳极和控 制极同时加正相电压时晶闸管才能导通。导通后流过晶闸管的电流决定于( 电压不变时 ) 限流电阻 ( 使用时由负载 )决定。晶闸管由导通转变为阻断的条件是当减少阳极电压或增加负载电阻时, 阳极 电流随之减少 , 当阳极电流小于维持电流时, 晶闸管便从导通状态转化维阻断状态。 阻断后它所承受 的电压决定于阳极和阴极的反向转折电压

22、。 67. 全控型电力电子器件有（ 1） 门极可关断晶闸管（2） 电力晶体管（ 3） 电力场效应晶体管 （4） 门极绝缘栅双极晶体管。 68. 晶闸管的控制角和导通角是何含义？ 晶闸管的控制角是晶闸官元件承受正向电压起始到触发脉冲的作用点之间的电角度。导通角是晶闸 管在一周期时间内导通得电角度。 69. 续流二极管 有何作用？为什么？若不注意把它的极性接反了会产生什么后果？ 续流二极管作用是提高电感负载时的单相半波电路整流输出的平均电压。导通时，晶闸管承受反 向电压自行关断，没有电流流回电源去，负载两端电压仅为二极管管压降，接近于零，所以由电感 发出的能量消耗在电阻上。 70. 三相半波可控整

23、流电路电阻负载时角的移相范围为 150 71. 可控整流电路当负载为阻性负载时其电压也电流波形相似，当负载为感性负载时其电压也电流 波形不相似。 72. 直流电为电源，交流侧接交流电源为有源逆变，直流电为电源，交流侧接负载为无源逆变。 73. 有源逆变的逆变角的变化范围 是： 26 。 74. 单相电压型全桥逆变电路的输出电压比半桥逆变电路的电压波形相似，电压幅值增加了一倍。 75. 电压型逆变电路 直流侧有大电容，直流侧电压稳定，电流型逆变电路有大电感，直流侧电流基 本稳定。 76. 逆变器输出电压 的控制方案有：（ 1）可控整流方案；（ 2）斩波调压方案；（ 3）脉宽调制方 案。 77.

24、产生逆变的条件 ：（1）要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变 流器直流侧的平均电压。（2）要求晶闸管的控制角 /2 ，使Ud为负值。（两者必须同时具备 才能实现有源逆变。） 78. 斩波电路有三种控制方式： （1）脉冲宽度调制（ PWM）：T不变，改变 ton。 （2）频率调制： ton不变，改变 T。 （3）混合型： ton和T都可调，改变占空比 79. 降压斩波电路和升压斩波电路原理 80. PWM 控制技术 的重要理论基础是面积等效原理 81. PWM 控制方法 ：（1）根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，将PWM波 形中各脉冲的宽度和间隔准确

25、计算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以 得到所需要的 PWM波形，这种方法称之为计算法。计算法是很繁琐，当需要输出的正弦波的频率、 幅值或相位变化时，结果都要变化。（2）把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作 为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。 82. 单极性 PWM控制方式 ：单相桥式电压型逆变电路；双极性控制方式：单相桥式逆变电路，三相 桥式逆变电路。 83. 书图8.51，画波形。 *84. 载波频率 fc与调制信号频率 fr之比N= fc/fr称为载波比，根据载波和信号波是否同步及载波比的 变化情况， PWM调制方式可分为异步调制和同步调制

26、两种。异步调制：载波信号和调制信号保持 同步的调制方式称为异步调制； 异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调 制。通常保持载波频率 fc固定不变，因而当信号波频率f r变化时，载波比 N是变化的。在信号波的 半个周期内， PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后 1/4 周期的脉冲也不对称。 当f r较低时， N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影 响都较小， PWM波形接近正弦波。当 fr增高时， N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的 影响就变大， 输出PWM波和正弦波的差异变大， 对于三相 PWM型逆变电路来

27、说， 三相输出的对称性也 变差。 85. 驱动电路 ：主电路与控制电路之间的接口。 86. 驱动电路的基本任务 ：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；对半控型器件只需提供开通 控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。 87. 晶闸管对触发电路 有哪些要求？触发电路主要有哪三个环节？每个环节的功能是什么？ 晶闸管对触发电路的要求是触发电路应能够供给足够大的触发电压和触发电流. 由 于晶闸管由截止状态到完全导通需要一定的时间因此, 触发脉冲的宽度必须在10微秒以上 , 才能保 证晶闸管可靠触发 . 不触发时 , 触发电路的输出电压应该小于0.15-0.20V 为了提高

28、抗干扰能 力, 必要时可在控制极上加一个1V-2V 的负偏压 . 触发脉冲的前沿要陡, 前沿最好在 10 微秒以 上. 在晶闸管整流等移相控制的触发电路中, 触发脉冲应该和主回路同步。 88. 分析单结晶体管触发电路原理。 89. 简述三相交流异步电动机的工作原理？ 答：三相交流电通入定子绕组在定子铁芯中产生旋转磁场旋转磁场的磁力线切割转 子绕组转子绕组中产生感应电流转子电流与旋转磁场相互作用在转子上形成电磁 转矩(且方向与旋转磁场相同) 使得转子旋转与转子固定联接在一起的转轴上就有了转 矩输出。 90.分析一种 P-MOSFEET的驱动电路 91. 简述三相交流异步电动机的工作原理？ 三相交

29、流电通入定子绕组在定子铁芯中产生旋转磁场旋转磁场的磁力线切割转子 绕组转子绕组中产生感应电流转子电流与旋转磁场相互作用在转子上形成电 磁转矩 (且方向与旋转磁场相同) 使得转子旋转与转子固定联接在一起的转轴上就 有了转矩输出。 92. 交流电动机变频调速的依据是什么？并说明各项参数的意义？ 交流电动机变频调速是依据公式： 0(1 )60(1) /nnSfSp。 式中： 0 n旋转磁场的转速； f电动机定子绕组的供电频率（可调值）；S静差度 (可调，但不如调频方便)； p 电动机的磁极对数 (不可变 )。 93. 单相交流异步电动机不能自行启动的原因是什么？ 通入交流电后，在定、转子间只形成一个交变的脉动磁场，该磁场在空间并不旋转，对转子没 有启动能力，即启动转矩为零，所以不能自行启动。 94. 单相交流异步电动机采用什么结构改变了它不能自行启动的缺陷？ 增加启动线圈和电容器，做成“电容分相式”或在磁极上开槽嵌入短路铜环，做成“罩极 式” ，即可解决单相交流异步电动机不能自行启动的问题。