机电传动控制考试题库河南理工大学

一、 问答题（回答要点，并简明扼要作解释。

每小题4分，共20分）1． 有一台三相异步电动机，正常运行时为△接法，在额定电压 U N 下启动时，其启动转矩T st =1.2T N (T N 为额定转矩)，若采用Y -△换接启动，试问当负载转矩T L =35%T N 时，电动机能否启动？为什么？ 采用Y -△换接启动时，启动转矩L N N N st stY T T T T T T =>=⨯==∆35.04.02.13131故能够启动。

2． 试说明下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）图（a ）所示为加速 图（b ）所示为减速 图（c ）所示为减速 图（d ）所示为减速 3． 对电动机的启动转矩有哪些主要要求？启动转矩大，电流小，平滑，安全可靠，简单方便，功耗小4． 直流他励电动机启动时，若加上励磁电流前就把电枢电压加上，这时会产生什么后果（试从T L =0和T L =T N 两种情况加以说明）？ T L =0 时飞车，T L =T N 时电枢电流很大。

5． 单相异步电动机为什么没有启动转矩？常采用哪些方法启动？因为单相交流电产生脉动磁场，不产生旋转磁场，所以0=st T ，常采用电容分相式和罩极式两种启动方法。

6． 电流截止负反馈的作用是什么？试画出其转速特性n=f (I a )，并加以说明；转折点电流I 0，堵转电流I a0，比较电压U b 如何选？作用是当电动机严重过载时，人为地造成“堵转”，防止电枢电流过大而烧坏电动机。

转速特性如图所示。

I 0以前为稳定运行的硬特性区；I 0以后为软特性，n 迅速下降，而Ia 确增加不多，起到了“限流”作用。

其中：I 0=KI aN =1.35I aN ,I a0=(2~2.5)I aN ,U b ≤KI aN R-U b07．如下图所示，曲线1和2分别为为电动机和负载的机械特性。

试问：电动机能否在A点稳定运行？为什么？能，因为当n>n A时，T M<T L;反之当n<n A时T M>T L8．有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么？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△U≠0）的反馈控制系统，即有静差调节系。

该系统中采用比例调节器。

依靠偏差进行调节，使被调量等于给定量（即△U=0）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。

9．何谓恒转矩调速和恒功率调速？在调速过程中维持转矩不变的调速，叫恒转矩调速；在调速过程中维持功率不变的调速，叫恒功率调速。

10．如下图所示，图中各物理量的方向均是实际方向，试在圆内标明哪些作发电机（标G）运行？哪些作电动机（标M）运行？图（a）所示为G 图（b）所示为G 图（c）所示为M 图（d）所示为M12．何谓整流器？何谓逆变器？何谓有源逆变器？何谓无源逆变器：试用简单电路图说明无源逆变器的工作原理。

将交流电变成直流电的装置，称为整流器，反之称为逆变器；把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去，称为有源逆变器；把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载，则称为无源逆变器，无源逆变器的工作原理如下图所示。

13．为什么直流电动机直接启动电流很大？因U=E+IR ，启动时E=0，电枢加上额定电压，而电枢电阻很小，故aNst R UI =很大。

14．积分调节器为什么能消除静态误差？只要系统受到干扰时出现偏差，△U ≠0，积分器就开始积分，它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，△U=0时，积分调节器能维持此过程中积分的数值，所以可消除静差。

15．什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项静态指之间有何关系？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D=n max /n min ；静差率是指负载由理想空载转速到额定负载甩对应的转速降落与理想空载转速之比， 即S=△n/n 0。

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。

16．有一台三相异步电动机，正常运行时为△接法，在额定电压U N 下启动时，其T st =1.2T N ,若采用Y -△换接启动，试问当负载转矩T L =45%T N 时，电动机能否启动？为什么？采用Y -△换接启动时，启动转矩L N N N st stY T T T T T T =<=⨯==∆45.04.02.13131，所以不能启动。

17．一般同步电动机为什么要采用异步启动法？由于一般同步电动机的电源频率高（f=50Hz ）,转子有惯性，来不及被定子的旋转磁场所吸引，所以没有启动转矩。

故要采用异步启动法。

二、计算题1． 有一直流电动机脉宽调速系统（PWM-M ），若外加电压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n 01=1000r/min,如果要求电动机的理想空载转速n 02=400r/min,问：此系统在一脉冲周期内的导通时间（脉冲宽度）T 1应是多少？因)12(-=γs av U U ，且f T TT 11==γ即121210102-=-==f T n n U U sav γ故()ms ms fn n n T 175.01000400021000400100020102011=⨯⨯⨯+=+=2．有一电炉，其电阻R=14.85Ω，为了调节加热温度，用一只晶闸管控制，供电电路为单相半波可控整流电路，接在电压tV u ωsin 22022⨯=的交流电源上，试求：① 绘出可控整流电路图；② 当控制角 60=α时，求加在电炉上的电压平均值U d ；V V U U d 25.74260cos 122045.02cos 145.02=+⨯=+=α③ 当控制角60=α时，求通过电炉的电流平均值I d 。

A A RU I d d 585.14/25.74===3．有台直流他励电动机，其铭牌数据为：min,/1500,220,5.5r n V UUkW P N fNN ====Ω==2.0,8.0a R η。

试求：① 额定转矩T N ；m N m N n P T NN N ∙=∙⨯⨯==351500105.555.955.93② 额定电枢电流I aN ；A A UP I NNaN 25.312208.0105.53=⨯⨯==η③ 额定电枢电流时的反电势；()V V R I UE a aN N75.2132.025.31220=⨯-=-=④ 直接启动时的启动电流；A A R UI aNst 11002.0220===⑤ 若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串入多大的启动电阻？此时的启动转矩为多少？因aN ada Nst I R R UI 3'≤+=故Ω=Ω⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=-≥15.22.025.3132203a aNNad R I UR则aN st e st t st I nE I K I K T 355.955.9'''⨯=Φ=Φ=m N m N ∙=∙⨯⨯⨯=6.12725.313150075.21355.94．某一调速成系统在高速时的理想空载转速n 01=1450r/min,低速时的理想空载转速n 02=100r/min,额定负载时转速降△n N =50r/min 。

① 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S 2；28501005014500201minmax =--=∆-∆-==NN n n n n n n D5.010050022==∆=n n S N③ n max 与S 2一定时，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？由()22max 1S n S n D N -∆=可知，在max n 与2S 一定时，扩大调速范围的方法是减少N n ∆，调速系统应采用由转速负反馈组成的闭环系统。

5．有一直流电动机脉宽调速系统（PWM-M ），若外加电源电压U （E ）=110V ，脉冲频率f=5000Hz,在脉冲周期内全导通时的理想空载转速n 01=1600r/min,如要电动机的理想空载转速n 02=800r/min,问：此系统在一脉冲周期内的导通时间（脉冲宽度）T 1应是多少？因)12(-=γs av U U ，且f T TT 11==γ即121210102-=-==f T n n U U sav γ故()ms ms fn n n T 15.01600500021000800160020102011=⨯⨯⨯+=+=6．某一调速系统在高速时的理想空载转速n 01=1850r/min,低速时的理想空载转速n 02=150r/min,额定负载时的转速降△n N =50r/min.。

① 求出调速范围D 和低速时系统的静差度S 2；18501505018500201minmax =--=∆-∆-==NN n n n n n n D3115050022==∆=n n S N② 写出系统的调范围D 、静差度S 2，最高转速n max 和转速降△n N 四者之间的关系；()22max 1S n S n D N -∆=③ 画出该系统的静特性；④ 在n max 与S 2一定时，扩大调速范围的方法是什么？ 在max n 与2S 一定时，扩大调速范围的方法是减少N n ∆7. 有一电阻炉，其电阻R=29.7Ω，为了调节加热温度，用晶闸管组成单相半控桥式可控整流电路控制，接在电压tV u ωsin 22022⨯=的交流电源上，试求：① 绘出可控整流电路图；② 当控制角 60=α时，求加在电炉上的电压平均值U d ；V V U U d 5.148260cos 12209.02cos 19.02=+⨯=+=α③ 当控制角 60=α时，求通过电炉的电流平均值I d 。

A A RU I d d 57.295.148===8．有台直流他励电动机，如图所示，其铭牌数据为：V UUkW P fNN 220,5.5===，Ω=Ω===110,2.0,8.0min,/1500f a N R R r n η试求：① 额定励磁电流I fN ；A A R UIfffN2110220===② 励磁功率P f ；()W W IU P fNf f 4402220=⨯==③ 额定转矩T N ；m N m N n P T NN N ∙=∙⨯⨯==35150010005.555.955.9④ 额定电枢电流I aN ；A A U P I NNaN 25.312208.010005.5=⨯⨯==η⑤ 额定电枢电流时的反电势；()75.2132.025.31220=⨯-=-=V R I UE a aN N⑥ 直接启动时的启动电流；A A R UI aNst 11002.0220===⑦ 若使启动电流为三倍的额定电流，则电枢应串入多大的启动电阻？A A I I aN 75.9325.3133=⨯==因A R V R R UI adada N75.932.0220=+Ω=+=故Ω=15.2ad R9．有一直流电动机脉宽调速系统（PWM-M ），若外加电源电压U （E ）=220V ，脉冲频率f=2000Hz,在脉冲周期内全导通时的理想空载转速n 01=900r/min,如要电动机的理想空载转速n 02=225r/min,问：此系统在一个脉冲周期内的导通时间（脉冲宽度）T 1应是多少？ 10．有一台三相鼠笼式异步电动机，其额定数据为：min /1460,10r n kW P N N ==,,380V UN=△接法，88.0,868.0==N N coa ϕη，5.6/,5.1/==N st N st I I T T 试求：①额定输入电功率P IN ； ②额定转差率S N ；④输出的额定转矩T N ；⑤采用Y -△换接启动时的启动电流和启动转矩。