习题讲解

1复习题第一章1.3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：1）TM-TL=Td=0匀速2）TM-TL=Td0减速3）-TM-TL=Td0减速4）TM-TL=Td0加速5）-TM-TL=Td0减速6）-TM+TL=Td=0匀速1.7一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?答：一般分为：恒转矩负载特性、通风类负载特性和恒功率负载特性三类。1.8反抗静态特矩与位能静态转矩有何区别？各有什么特点?答：反抗静态特矩与位能静态转矩区别在于位能性负载转矩由拖动系统中某些具有位能的部件产生；反抗性恒转矩负载特性的特点是，恒值转矩Tz总是与运动的方向相反，负载特性应落在Tz=f（n）坐标系的第—和第三象限内。位能性恒负载转矩特点是转矩Tz具有固定的方向，不随转速方向改变而改变。转矩特性应落在Tz=f（n）坐标系的第—和第四象限内，表示恒值特性的直线是连续的。1.9在题2．9图中，曲线l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：稳定平衡点条件：1）有交点；2）扰动使速度大于平衡点，有TTz；或速度小于平衡点，有TTz。故a、b、c和e是平衡点，d不是。第二章2.1什么是三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性?试用公式说明。答：异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子回路不串任何电阻和电抗时的机械特性称为固有机械特性，可以用：11212202222[()]KmpURsTfRsx表示。2在不满足以上情况下得到的机械特性称为人为机械特性，可以用：起动转矩：11212202222[]stKmpURTfRX临界转矩：11max12024KmpUTfX临界转差率：220cRsX2.2详细说出三相异步电动机的各种调速方法的优、缺点。P19-22答：1）降低定子电压U1调速特点：（1）可实现无级调速，但调速范围有限，且机械特性的斜率随调速范围的增大而加大，使转速稳定性变差；（2）最大转矩Tmax随电压U1下降成平方下降，使电机带负载能力大大下降，只适用于空载或轻载场合；（3）随转速降低，转差率增大引起定子电流增大，易产生长时间过载运行而使电机寿命降低；（4）属转差功率消耗型调速。2）转子电路串接对称电阻Rs调速特点：（1）调速范围比降压调速大，且机械特性的斜率也随调速范围的增大而加大，使得转速稳定性变差；（2）最大转矩Tmax不变，负载能力不变；（3）通常采用多段电阻分级控制，属有级调速；（4）属转差功率消耗型调速。3）变频调速特点：（1）调速范围大，且额定频率以下采用恒转矩调速，额定频率以上采用恒功率调速；（2）变频范围内机械特性斜率保持不变，转速稳定性好；（3）属转差功率不变型调速。4）改变极对数调速特点：（1）适用多级电机，为有级调速；（2）变极时斜率保持不变，转速稳定性好；（3）属转差功率不变型调速。2.3三相异步电动机有哪几种起动和制动方法?详细说出他们各自的特点和运用场合。答：启动：直接起动----起动电流Ist/额定电流IN=(3/4)+电源总容量/（4*电动机功率），适用鼠笼式小容量电动机；降压起动---定子回路串电阻或电抗器--起动转矩随定子电压的平方关系下降，适用轻载；Y-Δ起动--起动转矩是直接起动时的起动转矩的1/3，适用工作时为Δ接法的轻载场合；绕线式异步电动机转子串电阻起动----起动过程保持较大的加速转矩，适用大中容量电机重载起动。制动：能耗制动----能正确停车，且在停车时必须切断直流电源；反馈制动----发生在nn0时；反接制动----制动电流很大，必须在定子回路串电阻而且可能引起反转；2.4在T=f（n）坐标系中，画出三相异步电动机的四象限运行图。P282.5什么是他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性?试用公式说明。答：当他励电动机在额定条件下工作，即：电压U及磁通Ф均为额定值UN及ФN，且电枢没有串联电阻3时得到的机械特性称为固有机械特性。人为机械特性可用改变电动机参数的方法获得。可用公式表示为：2ФФФФddaeeeemURURnITKKKKK2.6详细说出他励直流电动机的各种调速方法的优、缺点。答：1）电枢串联电阻调速的特点：（1）可以连续调速，由于斜率β随串联电阻Rad的增大而加大，所以，调速范围有限；（2）调速范围越大，转速稳定性越差；（3）电枢串联电阻要消耗能量；（4）通常用多个电阻且并联开关的电路形式（类似于图2.41），构成多段有级调速；（5）属于恒转矩调速。改变电压Ud调速的特点：（1）可以连续调速，由于斜率β保持不变，所以，调速范围大；（2）调速范围内，转速稳定性不受影响；（3）不消耗能量；（4）需要可调直流电源；（5）属于恒转矩调速。3）磁通Ф减弱调速的特点：（1）n0和斜率β随磁通Ф减弱而加大，适用于恒功率负载；（2）通常在额定转速以下，采用调压的恒转矩调速方式，在额定转速以上采用弱磁的恒功率调速方式，以扩大调速范围；（3）不消耗能量；（4）需要可调直流电源；2．7在实际应用中，为什么常要考虑三相异步电动机的起动能力问题？而他励直流电动机通常不需考虑起动能力问题？答：他励直流电动机的特性曲线呈直线状，且特性斜率比异步电动机大得多，其转矩随转速的降低而增大，当给定的电压一定，且不采取其他的人为因素，启动时转矩最大，不需考虑启动能力，而只需考虑带负载能力。三相异步电动机固有特性曲线在启动时转矩较小，且当实际负载较大时，难以直接启动，所以必须考虑启动能力，2.9在T=f（n）坐标系中，画出他励直流电动机的四象限运行图。2.12单相异步电动机为什么没有启动能力？启动以后为什么可以加速到稳定转速？答：根据单相异步电动机机械特性曲线，当电动机转速为0时，其合成转矩为0，故单相异步电动机没有启动能力。当在外力作用下，启动单相异步电动机，此时转速不等于0，根据其特性曲线，其合成电磁转矩也不为0，且方向与电动机的运行方向一致，即使去掉外力，电动机在该合成电磁转矩的作用下可被加速到接近同步转速n0，即单相异步电动机一旦启动后，就可依靠自身的电磁转矩加速到稳定的转速。2.13自转是一种什么现象？它对伺服电动机的运行有什么危害？通常如何解决自转问题？答：1）伺服电动机和单相异步电动机一样，电动机一经转动，即使控制电压UC=0，在单相励磁下也会继续转动，这样就是失控42）自转现象会造成伺服电动机失控。3）消除自转的方法：增大转子电阻。2.14．两相交流伺服电动机有哪些控制方法？直流伺服电动机又有哪些控制方法？答：两相交流伺服电动机有三种控制方式：幅值控制—即保持控制电压Uc的相位不变，仅仅改变其幅值来进行控制。相位控制—即保持控制电压Uc的幅值不变，仅仅改变其相位来进行控制。幅—相控制—同时改变Uc的幅值和相位来进行控制。直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制二种控制方式2.15同步电动机与异步电动机相比，在机械特性方面有什么显著特点？答：与异步电动机相比，同步电机在机械特性方面具有转速恒定显著特点，同时还具有功率因素可调和运行效率高等优点。第三章3.1交流电磁铁与直流电磁铁的吸力特性有何不同？答：交流电磁铁的工作原理是线圈通电，铁芯吸引衔铁，其吸力逐渐增大，交流电磁特适用于操作不太频繁、行程较大和动作时间较长的执行机构。直流电磁铁电磁吸力与气隙长度关系很大，因此磁铁工作行程不能很大。3.3在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?答：熔断器仅能起短路保护作用，对长期过载保护不起作用。而热继电器可以起长期过载保护。3.4试设计两台电动机Ml，M2电气控制电路，使其满足以下要求；(1)M1可以正、反向点动调整控制；(2)M1正向起动之后，才能起动M2；(3)停车时，M2停止后，才能停M1。3.5试设计一台润滑泵电动机控制电路，要求接通电源后，电动机起动，然后定时自动停止，再定时自动起动，持续循环工作。53.6试设计三相异步电动机的Y—Δ起动控制电路，要求有短路和长期过载保护，画出主电路和控制电路。P1033.7试设计三台电动机Ml，M2和M3的电源主电路和电气控制电路，使其满足以下要求；1)启动时：M1启动后，M2才可以启动。M2启动后，M3才可以启动；2)正常停止时：M3立即停车，延时5S后自动停M2，再延时10S后自动停M1；3)紧急停车时，M1、M2和M3立即全部停车；4)要求有短路和过载保护；5)在任一台电动机因过载而停车的情况下，另二台电动机也立即停车。6第四章4.4选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素?答：选择电动机的容量主要考虑电动机的发热情况、过载能力和起动能力三个因素。发热情况因考虑电机运行时必须保证其时间最高工作温度不大于电动机绕组绝缘的允许最高工作温度。过载能力是要考虑电动机的最大转矩必须大于最大实际负载转矩。启动能力是要考虑电动机在启动时其启动转矩必须大于负载转矩，却保电动机能可靠启动。4.5电动机有哪几种工作方式？答：电动机有三种工作方式：连续工作制、短时工作制和重复短时工作制。第五章5.1什么是调速范围?什么是静差度？调速范围与静差度之间有什么关系?如何扩大调速范围？答：调速范围是指：在满足生产机械对静差度要求的前提下，电动机额定负载下的最高转速nmax与最低转速nmin之比；静差度是指：，电动机在额定负载下的转速减△nN与理想空载转速n0之比；调速范围与静差度之间的关系为：D=(nmax*S2)/(△nN*(1S2))；可以通过减小△nN来增加调速范围D。5.3什么是直流无差调速系统？与直流有差调速系统相比较，二者在调节器的结构方面有何不同？答：有差调速系统中采用的速度调节器为比例调节器，无差调速系统中采用的速度调节器为比例--积分调节器。有差调速系统的速度给定与速度反馈始终是有误差的。而无差调速系统的速度给定与速度反馈是无误差的。因为当误差为零时，比例调节器的输入为零，因此其输出也为零，这将引起α增大，从而造成电动机转速下降，产生误差。而当比例--积分调节器的输入为零时，其输出保持常数，α不变，从而维持电动机转速不变。5.5生产机械对调速系统提出的静态、动态技术指标主要有哪些?答：静态指标：静差度S、调速范围D;动态指标：超调量σp、过度时间T和振荡次数N5.6为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应?两者如何配合才能算相适应。答：为了充分利用电动机的输出功率，所以电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应。当负载为恒功率型的负载特性时，电动机应该采用恒功率型的调速方法；当负载为恒转矩型的负载特性时，电动机也应该采用恒转矩型的调速方法。5.11电流截止负反馈的作用是什么?答：电流截止负反馈的作用是在不切断电动机电源的情况下，使电动机的转速迅速下降为零，处与堵转状态，从而起到过载保护作用。截止电流Io=1.5IN，堵转电流Iao=(2~2.5)IN。5.15由PI调节器组成的单闭环无静差调速系统的调速性能已相当理想，为什么在有的场合还要采用转速、电流双闭环调速系统呢?答：尽管由PI调节器组成的单闭环无静差调速系统的调速性能已相当理想，但启动过程中，随着转速的升高，转速负反馈的作用越来越大，使启动转矩越来越小，启动过程变慢，因此转速负反馈调速系统不能满足快速启动、停止和反向的要求。采用用加大过渡过程中的电流即加大动态转矩来实现快速启动、停止和反向的要求，但电流不能超过晶闸管和电动机的允许值。为此，采用转速电流双闭环系统，使电动机在启动过程中，动态转矩保持不变，即电动机电枢电流不变，且为电动机电枢允许的最大电流，当启动结束后，使电流回到额定值。75.17在双闭环调速系统中转速调节器的作用是什么?它的输出限幅值按什么来整定?电流调节器的作用是什么?它的限幅值按什么来整定?答：电流调节器：在电机启动过程中维持电机允许的最大Imax;速度调节器：维持电动机的转速恒定。5.25有一直流调速系统，n01=1450r/min，n02=145r/min，ΔnN=10r/min