1 2012--2013 课程名称： 机电传动控制 （A） 课程所在学院： 工学院 考试班级 机械 10- 学号 姓名 成绩 试卷说明： 1. 本次考试为闭卷考试。本试卷共计 3 页，共 五 大部分，请勿漏答； 2. 考试时间为 120 分钟，请掌握好答题时间； 3. 答题之前，请将试卷和答题纸上的考试班级、学号、姓名填写清楚； 4. 本试卷第一题和第二题答案写在本试卷上，其它试题答案写在答题纸上； 5. 答题完毕，请将试卷和答题纸正面向外对叠交回，不得带出考场； 6. 考试中心提示：请你遵守考场纪律，诚信考试、公平竞争！ 一、选择题(5 小题，每小题 1 分，共 5 分) 1. 他励直流电动机，电源供给电枢绕组每一导体的电流方向 ①不变。 ②交变。 ③与 E 相反。 答： 2. 三相鼠笼式异步电动机带动一定负载运行时，若降低电源电压并过渡到稳定运行，此时电动机 ①转速增加，电流减少。②转速减少，电流增加。③转速和电流都不变。 答： 3. 在空载或轻载启动时，鼠笼式异步电动机可采用Ｙ－△ 换接启动，但必需符合下列条件：正常运行时定子绕组 ①接成三角形。 ②接成星形。 ③接成 YY。 答： 4. 三相异步电动机额定转速 nN是指电动机在以下条件下运行的转速：加额定频率的额定电压，轴上输出 ①最高转速。 ②最小功率。 ③额定功率。 答： 5. 在要求静差度 S 一定的前提下，要增大调速系统的调速范围 D，应 ①加大转速降 Δn。 ②减小转速降 Δn。 ③减小最低转速 nmin。答： 二、填空题(5 小题，每小题 2 分，共 10 分) 1. 三相异步电动机旋转磁场旋转方向： 。 2. 电动机的调速，是利用了电动机的 特性来进行的。 3. 三相异步电动机变极对数调速时应同时注意 。 4. 电动机的温升取决于 和 。 5. 一台生产机械，要求调速范围 D<3，调速级数 2～6，重载启动， 短时工作或重复短时工作，可选用 电动机，并采用 调速。 三、回答题(10 小题，共 36 分) 1. 由直流电动机电压平衡方程式U=E+Ia Ra得 ，请解释电机能量关系。(4分) 2. 改变他励直流电动机电枢供电电压调速方式的特点是什么？(4分) 2=+a a a aI U I E I R 2 3. 直流电动机的电磁转矩T与转速n方向相反时，电动机运转在制动状态，有哪4种制动？它们的共同点是什么？(4分) 4. 直流电动机在运行时，如果负载TL变化，电磁转矩T为什么会自动适应负载变化？(4分) 5.根据电路图及u2、ug画出电阻R的电压ud波形图及晶闸管VS的电压uVS波形图。分别在图(c)和图(d)上画出阴影面。 (4分) 6. 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？(2分) 7. 带变动负载时，电动机容量的选择要用“等值法”，什么是“等值法”? (2分) 8. 三相异步电动机可变损耗和不变损耗有哪些?其效率η是否是一不变值？最大效率发生在什么情况下？(4分) 9.调速系统中一般用什么调节器来消除静态误差，为什么能消除静态误差？(4分) 10.如图所示为晶闸管直流调速原理。试说明其中放大器的作用。(4分) 四、计算题（3 小题，共 33 分） 1. 一台他励直流电动机，其额定数据为：PN=17kW，UN=220V，IN=91A，nN=1500r/min，Ra=0.22Ω，试求： ⑴ 额定转矩 TN； ⑵ 直接启动时的启动电流 Ist； ⑶ 如果要使启动电流不超过额定电流的两倍，求启动电阻为多少？此时启动转矩为多少？ ⑷ 如果采用降压启动，启动电流仍限制为额定电流的两倍，电源电压应为多少？(共 9 分) 2. 一台三相异步电动机，其额定数据如下：PN=3kW，UN=220/380V，nN=2860r/min，IN=11.0/6.37A，Ist/IN=6.5， Tst/TN=1.8， Tmax/TN=2.2，试求： ⑴ 电源电压为 220V 时，能否采用 Y-Δ 降压启动？ ⑵ 用 Y-Δ 降压启动时的启动电流为多少？它所能启动的最大负载转矩 TLmax为多少？ ⑶ 若运行时的转速 n<nN,试问此时负载转矩与额定转矩相比，其大小如何？ ⑷ 若运行时 TL>2.2TN, 此时将会出现什么现象？(共 12 分) 3. 他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，nN=980r/min，IN=115A，Ra=0.1Ω，拖动额定恒转矩负载运行，采用降低电源电压调速，要求 Smax=0.3，求： ⑴ 电动机的最低转速，调速范围； 第 5 小题图 第 10 小题图 3 ⑵ 电源电压需降的最低值。(共 12 分) 五、分析题（两小题，共 16 分） 1. 如图所示，为三相异步电动机启动和停车时反接制动控制线路图。试说明控制原理。(6 分) 2. 请分析图示电动机调速系统的组成和工作原理。(10 分) 第五题第 1 小题 第五题第 2 小题 4 2012--2013 课程名称： 机电传动控制 （A） 课程所在学院： 工学院 考试班级 机械 10- 学号 姓名 成绩 一、选择题(5 小题，每小题 1 分，共 5 分) 1. 答：② ，2. 答：② ，3. 答：① ，4. 答：① ，5. 答：② 二、填空题(5 小题，每小题 2 分，共 10 分) 1. 总是从电流的超前相向电流的落后相方向旋转。 2. 人为机械 3. 对调 B 和 C 相接线 4. 负载大小，负载持续时间 5. 绕线式异步，转子串电阻 三、回答题(10 小题，共 36 分) (4 分) 2. 答：额定转速以下无级调速；调速特性与固有特性平行，稳定度高；调速范围大；若 T=TN不变，Ia=IN也不变，与转速无关，属恒转矩调速；还可以靠调电压启动电机，而不用其它启动设备；运行时，特别在低速运行时功率损耗小。(4 分) 3. 答：有回馈制动、电枢电压反接制动、倒拉反接制动、能耗制动。它们的共同点是：电动机处于发电状态。(4 分) 4. 答：当 TL变化时，电动机的转速 n 会变化，电动势 E、电枢电流 Ia会跟着变化，所以 T 也随着发生变化，直到 T=TL+T0为止。(4 分) 5. 答：如图所示。(4 分) 7. 答：把实际变化负载折算成一等效的恒定负载，折算条件是：使两者温升相同。(2 分) 8. 答：可变损耗：定子绕组铜损，转子绕组铜损；不变损耗：定子铁心铁损，机械功率损耗。其效率是随输出功率 P2变化的，最大效率η 发生在可变损耗等于不变损耗时，即电动机输出功率 P2为额定功率 PN时。(4 分) 9. 答：一般用比例积分调节器。只要系统受干扰时出现偏差， Δ U≠0，比例积分调节器就开始调节。由于比例部分和积分部分的输出，使被调量变化，力图恢复受干扰前的数值。当完全恢复后，Δ U=0，调节结束。此时虽然比例部分没有输出，但积分部2a a a aI U I R I E １.答： 为输入给电动机的电功率； 为电动机电枢绕组的铜损； 为电动机吸收的电磁功率，转化为：60=9.55 9.55 2aetT T TI E K n n TK   ，即电磁功率转变为机械功率输出。11. Y 1.2330.4 0.35stY st NN N LT T TT T T     6 解：采用 - 换接启动时，启动转矩，故能够启动。(2分) 第 5 小题解 5 分依然保持输出，维持此过程中积分的数值，使电动机没有静差运转。(4 分) 10. 答：该系统属于具有速度负反馈的调速系统。系统是靠给定电压 Ug和反馈电压Uf的偏差电压Δ U=Ug-Uf维持系统电压 Ud的。所以Δ U 不能为 0。当 TL增大时，n 和Uf变小，而 Ug一定，所以Δ U、Ud变大，从而使 n 变大。如果放大器的放大倍数较大，则可使Δ U 微小变化就能得到 Ud较大的变化，使Δ U 增量很少，大约为常量，使 Uf=Ug-Δ U≈常数，而 Uf∝n，说明 n≈常量，可得到较硬的特性。(4 分) 四、计算题（3 小题，共 33 分） 2. 一台三相异步电动机，其额定数据如下：PN=3kW，UN=220/380V，nN=2860r/min，IN=11.0/6.37A，Ist/IN=6.5， Tst/TN=1.8， Tmax/TN=2.2，试求： ⑴ 电源电压为 220V 时，能否采用 Y-Δ 降压启动？ ⑵ 用 Y-Δ 降压启动时的启动电流为多少？它所能启动的最大负载转矩 TLmax为多少？ ⑶ 若运行时的转速 n<nN,试问此时负载转矩与额定转矩相比，其大小如何？ ⑷ 若运行时 TL>2.2TN, 此时将会出现什么现象？(12 分)     1=9.55 9.55220 91 0.229.55 =9.55 91=115.861500222010000.22N t N NN N at N e NNN N aNNNNstaT K IU I RKKnU I RT I NmnUIAR    1. 答： 额定转矩：其中直接启动时的启动电流：     32202 = 0.22=0.992 2 91= 2 =2 =2 115.86=231.724 =2=2 =2 91 0.22=40 (9 )adNNst N ad aa ad Nst t N st N t N NNNst st N NNNst NaNaRUUI I R RR R IT K I T K ITTT I I T NmIIUIIRU I R V          电枢串入启动电阻 后的启动电流：，故此时启动转矩： ，因为降压启动时：故电源电压 　　　分 6    Y1 V 220VYVY2Y/3=6.5 11/3=23.83 Ast stII2.解： 从额定数据知，定子绕组额定相电压为220 ，当电源电压为 时，电动机正常运行时定子绕组应接成 形，所以，可采用 - 降压启动。但如果电源电压为380 时，此电动机是不能采用 - 降压启动。用 - 降压启动时的启动电流，此时的启动转矩    maxmax max3/3 1.8 /3 1.8 9550 3 6.01286034 =2.2 2.2stY st Nst L LNN L N LT T T NmT T T NmnnT T T T T T     因启动必需 ，故能启动的最大负载转矩 为6.01因 ，说明电动机负载转矩比额定转矩大，即负载转矩的增加，引起电动机转速的下降。因 ，若 ，即 ，电动机带不动负载而停转，即处于堵转，电流剧增。　　　　(12分) 3.他励直流电动机，PN=21kW，UN=220V，nN=980r/min，IN=115A，Ra=0.1Ω ，拖动额定恒转矩负载运行，采用降低电源电压调速，要求 Smax=0.3，求： ⑴ 电动机的最低转速，调速范围； ⑵ 电源电压需降的最低值。(12 分)    0002 minmax 0202 02 maxmin 02max max1220 9801034.05 /220 115 0.1= =1034.05 980=54.05 /= = ,1= = 11=54.05 10.3N N aeNNN N Ne N N N aNU I RKnU U nn r nimK U I Rn n n r nimnnnnSnn n Snn n n n nSS            ３.解： 由 得，最低转速：   maxmin minmin min min126.12 /980D= 7.77126.122220 115 0.1126.12 115 0.1 38.33 (12 )980NN N ae N N a N aNr nimnnnnU I RU K n I R n I RnV          调速范围：　　 分 7 五、分析题（两小题，共 16 分） 1. 答：按下 1SB, 电磁铁 KM 带电，自锁动合触点闭合，另一路动断触点断开，主触点闭合，电动机启动运行；当转速 n 达 300 rpm 时，转速继电器触点 KS 闭合，为下一支路通电作好准备；当按下 2SB，电磁铁 KM 失电，自锁动合触点打开，主触点打开，电动机由于惯性运转，动断触点闭合，使电磁铁 KMB 带电，使辅助动断触点打开，使上支路不带电，同时使主触点闭合，电动机串入电阻反接制动；当转速低于 100rpm 时，转速继电器触点 KS 打开，使电磁铁 KMB 失电，电动机自由转动，迅速停转。(6 分) 2. 答：该系统是采用转速负反馈和电流截止负反馈进行连续控制的直流电动机拖动系统。 组成：速度给定环节给定 Ug，与速度负反馈电压 Uf进行比较后，得到偏差电压ΔU 输入给放大器；放大器输出的控制电压 Uk输入给触发器；触发器输出带有控制角α的触发脉冲送到整流器；整流器把交流电变为直流；直流电动机用于拖动负载；平波电抗器用于平滑直流电流；测速发电机为电动机的测速元件，向输入端反馈代表速度 n 的电压 Uf；由 R 和 V 等组成电流截止负反馈。 电流负反馈信号由 R 上取出，IaR∝Ia；正常负载时，IaR<Ub时，二极管 V 不导通，电流负反馈不起作用，此时，只有转速负反馈，得到较硬的静特性；当负载增大，使 IaR>Ub时，V 导通， IaR 经过 V 与 Ub比较后的偏差电压Δ U( =－IaR + Ub)送给放大器；Δ U<0，Δ U 极性与 Ug相反，经放大后控制α ，使α 增大，从而使 Ud降低，转速变低。如果 Ia一直增加下去，则 n 将降低到 0，此时 Ia不再增加，起到“限流”作用；电流负反馈只是使转速 n 暂时下降，一旦过负载去掉，n 又会自动提高，有利于生产。(10 分) 8 本次考试，各种题型所占分数比例 一、判断题(8小题，每小题1分,共8分) 二、填空题(5小题，每小题2分，共10分) 三、回答题(10小题，共34分，分数分布2、4、4、4、4、3、3、4、2、4) 四、计算题(3小题，每小题8分，共24分) 五、分析题 (2小题，每小题12分，共24分) 本次考试，各章所占分数比例 机电传动系统的动力学基础：6 分 直流电机的工作原理及特性：19 分 交流电动机的工作原理及特性：36 分 控制电机：4 分 机电传动控制系统中电动机的选择：3 分 晶闸管及其基本电路：2 分 直流传动控制系统：30 分