机电传动控制期末考试试卷及答案

五、计算题（要求写出主要步骤每题10分）1.有台直流他励电动机，其铭牌数据为：PN＝5．5kW，UN=Uf=220V，nN=1500r／min，η=0．8，Ra＝0．2Ω。试求：①额定转矩TN②额定电枢电流IaN；③额定电枢电流时的反电势；④直接启动时的启动电流；⑤若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串人多大的启动电阻?此时启动转矩为多少?解：1.TN=9.55PN/nN=9.55*5.5*1000/1500=35N.m2.IaN=pN/(ηUN)=31.25A3.E=UN-IaNRa=220-31.25*0.2=213.75V4.Ist=UN/Ra=220/0.2=1100A5.I’st=UN/(Ra+Rad)≤3IsNRad≥UN/3IaN-Ra=220/(3*31.25)-0.2=2.15ΩT’st=KtφI’st=(9.55E/nN)3IaN=(9.55*213.75/1500)*3*31.25=127.6N.m2．某一调速系统在高速时的理想空载转速no1=1450r／min，低速时的理想空载转速n02=100r／min，额定负载时的转速降△nN=50rmin。①试画出该系统的静特性；②求出调速范围D和低速时系统的静差度s2；③在nmax与s2一定时，扩大调速范围的方法是什么?调速系统中应采取什么措施保证转速的稳定性?解：1.静特性2.D=nmax/nmin=(n01-△nN)/(n02-△nN)=(1450-50)/(100-50)=28S2=△nN/n02=0.52.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?TstY=1/3*1.2TN=0.4TN0.35TN=TL3.试说明图中几种情况下系统的运行状态是加速?减速?还是勾速?(图中箭头方向为转矩的实际作用方向)一、分析与简答题1.请简述机电传动系统稳定运行的条件。a)电动机的机械特性曲线n=f（TM）和生产机械的特性曲线n=f（TL）有交点（即拖动系统的平衡点）；b)当转速大于平衡点所对应的转速时，TM＜TL，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM－TL＜０。而当转速小于平衡点所对应的转速时，TM＞TL，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM－TL＞０。2.请解释机电传动系统稳定运行的含义。a)是系统应能以一定速度匀速运转b)是系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负责转矩波动等）而使运行速度稍有变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。3.请简述并励发电机电压能建立的条件。a)发电机的磁极要有剩磁；b)起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁磁场的方向相同；c)励磁电阻不能过大。4.请简述电动机制动的稳定制动和过渡制动状态的共同点和不同点。a)两种制动状态的区别在于转速是否变化b)两种制动状态的相同点在于电动机发出的转矩与转速方向相反。5.请简述直流他励电动机的三种制动方式的接线方法。a)反馈制动为正常接法；b)反接制动：电源倒拉反接改变电枢电压的极性；倒拉反接制动在电枢电路内串入附加电阻；c)能耗制动将外部电枢电压降为零，并将电枢串接一个附加电阻短接。6.为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？因电枢加上额定电压，而电枢电阻很小，故aNSTRUI很大。7.对电动机的启动有哪些主要要求？a)启动转矩大，电流小b)平滑，安全可靠c)简单方便，功耗小8.直流他励电动机启动时，若在加上励磁电流之前就把电枢电压加上，这时会产生什么后果（从TL=0和TL=TN两种情况加以说明）？a)TL=0时飞车b)TL=TN时电枢电流很大。9.有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么？a)依靠被调量（如转速）与给定量之间的偏差来进行调节，使被调量接近不变，但又必须具有偏差（即0U）的反馈控制系统，即有静差调节系统。该系统中采用比例调节器。b)依靠偏差进行调节，使被调量等于给定量（即0U）的反馈控制系统，即无静差调节系统。该系统中采用比例积分调节器。10.什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项静态指标之间有何关系？a)调速范围是指电动机在额定负载下最高转速和最低转速之比，即minmax/nnD；b)静差率是指负载由理想空载转速到额定负载所对应的转速降落于理想空载转速之比，即0/nnSc)D与S之间是相互关联的，调速范围是指在最低转速时还能满足给定静差率要求的转速可调范围；对静差率要求越小，允许的调速范围也越小。11.试说明图中几种情况下系统的运行状态是加速？减速？还是匀速？（图中箭头方向为转矩的实际作用方向）TMnTMTLTMnTLTMTLTLa)b)TMnTM=TLnTMTLTLTLTMc)d)a）加速b）减速c）减速d）加速12.在图中，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？n12n12TTn12n12TT1、2、4稳定运行，3不稳定运行。二、计算题1.有一直流电动机脉宽调速系统（PWM-M）,若外加电源电压U(E)=100V，脉冲频率f=4000HZ，在脉冲周期内全导通时的理想空载转速n01=1000r/min，如要求电动机的理想空载转速n02=400r/min，问：此系统在一脉冲周期内的导通时间（脉冲宽度）T1应是多少？解：msmsnnnTTmssfT175.010002)4001000(25.0225.04000110102011）（故因2.一台三相异步电动机，定子绕组接到频率为Hzf501的三相对称电源上，已知它运行在额定转速min/960rnN。问：（1）该电动机的极对数p是多少？（2）额定转差率SN是多少？（3）额定转速运行时，转子电动势的频率f2是多少？解：（1）已知异步电动机额定转差率较小，现根据电动机的额定转速min/960rnN，便可判断出它的同步转速min/10000rn。于是3100050606001nfp（2）额定转差率04.01000960100000nnnSNN（3）转子电动势的频率f2HzHzfSfN25004.0123.有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：KWPN102,min/1460rnN,VUN380，接法，868.0N，88.0cosN，5.1/NstTT，5.6/NstII。试求：（1）定子磁极数p；（2）额定输入电功率PIN，额定电流IN；（3）采用Y—换接启动时的启动电流和启动转矩。解：（1）现根据电动机的额定转速min/1460rnN，便可判断出它的同步转速min/15000rn。于是2150050606001nfp（2）KWKWPPNNN52.11868.0101AAUPINNN2088.0380352.11cos31（3）AAAIIINststY3.433205.635.63mNmNTTTNststY7.3234.655.135.134.有一直流调速系统，min/145001rn，min/14502rn，min/10rnN，试求：系统的调速范围和系统允许的静差度。解：系统的调速范围67.101351440101451014500201minmaxNNnnnnnnD系统允许的静差度069.014510022nnSSN5.如图所示，在单相半波可控整流电路中，设负载为纯电阻，交流电源电压U2为220V，输出的直流平均电压Ud=50V，输出电流平均值Id=20A。试求：（1）晶闸管的控制角；RUdIdVSu2Tu1（2）电流有效值eI。解：（1）根据2cos145.02UUd故0199100122045.0502145.02cos2UUd90（2）单项半波纯电阻的电流波形系数K=2.22，故电流有效值AAKIIde4.442022.26.一台直流他励电动机，其额定数据为：KWPN17,min/1500rnN,VUN220，AIN91，22.0aR。试求：（1）额定转矩NT；（2）直接启动时的启动电流stI；（3）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？解：（1）额定转矩mNmNnPTNNN2.1081500101755.955.93（2）直接启动时的启动电流AARUIaNst100022.0220（3）降压启动时NastIRUI2故电源电压VVRIUaN4022.091227.一台直流他励电动机，其额定数据为：KWPN2.2,min/1500rnN,VUN110，8.0，4.0aR。试求：（1）额定转矩NT，额定电枢电流NI；mNTN14，AUPINNN25（2）直接启动时的启动电流stI；AIst275（3）如果要使启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？NadaNstIRRUI2故8.14.02521102aNNstRIUR，8．一台Hz50、八极的三相感应电动机，额定转差率04.0Ns，问该机的同步转速是多少？当该机运行在min/700r时，转差率是多少？当该机运行在min/800r时，转差率是多少？当该机运行在起动时，转差率是多少？解同步转速min/750min/450606011rrpfn额定转速min/720min/750)04.01()1(1rrnsnNN当min/700rn时，转差率067.075070075011nnns当min/800rn时，转差率067.075080075011nnns当电动机起动时，0n，转差率175075011nnns9.一台三相四极Hz50感应电动机，kWPN75，min/1450rnN，VUN380，AIN160，定子Y接法。已知额定运行时，输出转矩为电磁转矩的%90，21CuCupp，kWpFe1.2。试计算额定运行时的电磁功率、输入功率和功率因数。解转差率0333.0150014501500s输出转矩mNnPPTNN2.49455.9n5.5922电磁功率kWkWTTPemem21.8660150029.02.4949.0121转子铜耗WWsPpemCu2870862100333.02定子铜耗WppCuCu287021输入功率WWPppPemFeCu91180)8621021002870()(11功率因数867.01603803911803cos11NNIUP10.有一电阻性负载，需要直流电压Ud=70V、电流Id=30A供电，若采用单相半波可控整流电路，直接接在220V的交流电网上，试计算晶闸管的导通角θ。解：d21cos0.452UU65.5晶闸管的导通角θ=180-65.5=114.5°四、计算题：（选做一道题，要求写出主要计算步骤及结果，共15分）1、一台并励电动机，额定功率kWPN2.2，额定电压VUN220，额定电流AIN2.12，额定转速min/3000rnN，最大励磁功率WPfN2.68。试求：（1）最大励磁电流fNI；（2）额定运行时的电枢电流aNI；（3）额定转矩NT；（4）额定运行时的效率N。2、有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：kWPN102，min/1460rnN，VUN380，接法，868.0N，88.0cosN，5.1/NstTT，5.6/NstII。试求：（1）额定输入功率NP1；（2）额定转差率NS；（3）额定电流NI；（4）输出的额定转矩NT；（5）采用Y换接启动时的启动电流和启动转矩。四、计算题：（选做一道题，要求写出主要计算步骤及结果，共15分）1．答案