機(jī)電傳動(dòng)控制習(xí)題集及解答綜述

1、機(jī)電傳動(dòng)控制習(xí)題解答機(jī)械工程學(xué)院 郝昕玉習(xí)題集及解答第 1章 概 述1- 1 什么是機(jī)電傳動(dòng)控制？機(jī)電傳動(dòng)與控制的發(fā)展各經(jīng)歷了哪些階段 ? 答：從廣義上講，機(jī)電傳動(dòng)控制就是要使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至 整個(gè)工廠都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； 具體地講， 就是以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械， 將電 能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、 停止及調(diào)速， 滿足各種生產(chǎn)工藝過程的 要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。因此，機(jī)電傳動(dòng)控制，既包含了拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的 電動(dòng)機(jī)， 又包含了控制電動(dòng)機(jī)的一整套控制系統(tǒng)。 例如， 一些精密機(jī)床要求加工 精度達(dá)百分之幾毫米， 甚至幾微米， 重型鏜床為保證加工精度和控制粗糙度， 要 求在極慢

2、的穩(wěn)速下進(jìn)給， 即要求在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速； 軋鋼車間的可逆式軋機(jī)及 其輔助機(jī)械，操作頻繁，要求在不到一秒鐘時(shí)間內(nèi)就得完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程， 即要求能迅速地啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；對(duì)于電梯和提升機(jī)則要求啟動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)、 并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置上； 對(duì)于冷、熱連軋機(jī)以及造紙機(jī)的各機(jī)架或分部， 則要求各機(jī)架或各分部的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)；為了提高效 率，由數(shù)臺(tái)或數(shù)十臺(tái)設(shè)備組成的生產(chǎn)自動(dòng)線， 要求統(tǒng)一控制和管理。 諸如此類的 要求. 都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的。它主要經(jīng)歷了四個(gè)階段：最早的機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)在 20 世紀(jì)韌，它僅 借助于簡單的接觸器與繼電器等控制電器

3、， 實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的啟動(dòng)、 停車以及有 級(jí)調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度差， 30 年代出現(xiàn)了電機(jī)放大機(jī)控制， 它使控制系統(tǒng)從斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制， 連續(xù)控制系統(tǒng)可隨時(shí)檢查控制對(duì)象的 工作狀態(tài)， 并根據(jù)輸出且與給定量的偏差對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整， 它的快速性 及控制精度都大大超過了最初的斷續(xù)控制， 并簡化了控制系統(tǒng)， 減少了電路中的 觸點(diǎn)，提高了可靠性，使生產(chǎn)效率大力提高； 40年代 50 年代出現(xiàn)了磁放大器 控制和大功率可控水銀整流器控制；可時(shí)隔不久，于 50 年代末期出現(xiàn)了大功率 固體可控整流元件晶閘管， 很快晶閘管控制就取代了水銀整流器控制， 后又 出現(xiàn)了功率晶體管控制， 由于晶

4、體管、晶閘管具有效率高、 控制特性好、反應(yīng)快、 壽命長、可靠性高、維護(hù)容易、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)為機(jī)電傳動(dòng)自 動(dòng)控制系統(tǒng)開辟了新紀(jì)元； 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展， 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特別是微型計(jì)算 機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用， 又使控制系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)新階段采樣控制， 它也是一種斷 續(xù)控制，但是和最初的斷續(xù)控制不同， 它的控制間隔 (采樣周期 )比控制對(duì)象的變 化周期短得多， 因此，在客觀上完全等效于連續(xù)控制， 它把晶閘管技術(shù)與微電子 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密地結(jié)合在一起， 使晶體管與晶閘管控制具有強(qiáng)大的生命力。20 世紀(jì) 70年代韌，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 (CNC)系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心， 這不僅加強(qiáng)了自動(dòng)化程

5、度， 而且提高了機(jī)床的通用性和加工效率， 在生產(chǎn)上得到 了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的誕生，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工全盤自動(dòng)化創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)， 80 年代以來，出現(xiàn)了由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)搬運(yùn)車等組成的統(tǒng)一由中 心計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工自動(dòng)線柔性制造系統(tǒng) (FMS)，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化車間 和自動(dòng)化工廠的重要組成部分。 機(jī)械制造自動(dòng)化高級(jí)階段是走向設(shè)計(jì)、 制造一體 化，即利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)與計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過 程的完整系統(tǒng)， 對(duì)產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至裝配、 試驗(yàn)和質(zhì)量管理這一全過程實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化。為了實(shí)現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質(zhì)量，研制計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng) (CIMS)

6、是人們今后的任務(wù)。1- 2 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)有哪五大基本要素 ?各具有什么功能？答：雖然隨著機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的要求不同， 其控制系統(tǒng)也不同。 但是歸納起來， 它們通常是由五大要素與功能組成的， 即由機(jī)械裝置 （結(jié)構(gòu)功能）、執(zhí)行裝置（驅(qū) 動(dòng)功能和能量轉(zhuǎn)換功能） 、傳感器與檢測裝置 （檢測功能） 、動(dòng)力源（運(yùn)轉(zhuǎn)功能） 、 信息處理與控制裝置（控制功能）五部分組成，如圖 1-1 所示。1. 機(jī)械裝置（結(jié)構(gòu)功能）機(jī)械是由機(jī)械零件組成的、 能夠傳遞運(yùn)動(dòng)并完成某些有效工作的裝置。 機(jī)械 由輸入部分、轉(zhuǎn)換部分、傳動(dòng)部分、輸出部分及安裝固定部分等組成。通用的傳 遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件有齒輪、齒條、鏈輪、蝸輪、帶、帶輪、

7、曲柄及凸輪等。兩個(gè) 零件互相接觸并相對(duì)運(yùn)動(dòng)就形成了運(yùn)動(dòng)副。 由若干運(yùn)動(dòng)副組成的具有確定運(yùn)動(dòng)的 裝置稱為機(jī)構(gòu)。就傳動(dòng)而言，機(jī)構(gòu)就是傳動(dòng)鏈。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)整體最佳的目標(biāo)， 從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面來考慮， 傳 動(dòng)鏈越短越好。因?yàn)樵趥鲃?dòng)副中存在“間隙非線性”，根據(jù)控制理論的分析，這 種間隙非線性會(huì)影響系圖 1-1 控制系統(tǒng)五大要素與功能統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。 另外，傳動(dòng)件本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度 及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)控機(jī)床中之所以存在“半閉環(huán)控制”，其原因就在于此。據(jù)引，提出了“軸對(duì)軸傳動(dòng)（ d-d 傳動(dòng)）”，如電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)機(jī)床的主軸， 軸就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，從而出現(xiàn)了各種電主軸。 這

8、對(duì)執(zhí)行裝置提出了更高的要求： 如機(jī)械裝置、 執(zhí)行裝置及驅(qū)動(dòng)裝置之間的協(xié)調(diào)與匹配問題。 必須保留一定的傳動(dòng) 件時(shí)，應(yīng)在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，力求傳動(dòng)裝置細(xì)、小、巧，這就要求采用 特種材料和特種加工工藝。2. 執(zhí)行裝置（驅(qū)動(dòng)功能和能量轉(zhuǎn)換功能） 執(zhí)行裝置包括以電、氣壓和液壓等作為動(dòng)力源的各種元器件及裝置。例如， 以電作為動(dòng)力源的直流電動(dòng)機(jī)、 直流伺服電動(dòng)機(jī)、 三相交流異步電動(dòng)機(jī)、 變頻三 相交流電動(dòng)機(jī)、三相交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、比例電磁鐵、電磁粉末 離合器/ 制動(dòng)器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及電磁泵等； 以氣壓作為動(dòng)力源的氣動(dòng)馬達(dá)和氣缸； 以油壓作為動(dòng)力源的液壓馬達(dá)和液壓缸等。選擇執(zhí)行裝置時(shí)， 要考

9、慮執(zhí)行裝置與機(jī)械裝置之間的協(xié)調(diào)與匹配， 如在需要 低速、大推力或大扭矩的場合下，可考慮選用液壓缸或液壓馬達(dá)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)整體最佳的目標(biāo)， 實(shí)現(xiàn)各個(gè)要素之間的最佳匹配， 已 經(jīng)研制出將電動(dòng)機(jī)與專用控制芯片、 傳感器或減速器等合為一體的裝置， 如德國 西門子公司的變頻器與電動(dòng)機(jī)一體化的高頻電機(jī)， 日本東芝公司的電動(dòng)機(jī)和傳感 器一體化的永磁電動(dòng)機(jī)等。近年來，出現(xiàn)了許多新型執(zhí)行裝置，如壓電執(zhí)行器、超聲波執(zhí)行器、靜電執(zhí) 行器、機(jī)械化學(xué)執(zhí)行器、光化學(xué)執(zhí)行器、磁伸縮執(zhí)行器、磁性液體執(zhí)行器、形狀 記憶合金執(zhí)行器等。 特別是一些微型執(zhí)行器的出現(xiàn)， 如直徑為 0.1mm的靜電執(zhí)行 器，這些新的機(jī)電傳動(dòng)技術(shù)

10、的出現(xiàn)大大促進(jìn)了微電子機(jī)械的發(fā)展。3. 傳感器與檢測裝置（檢測功能）傳感器是從被測對(duì)象中提取信息的器件， 用于檢測機(jī)電控制系統(tǒng)工作時(shí)所要 監(jiān)視和控制的物理量、 化學(xué)量和生物量。 大多數(shù)傳感器是將被測的非電量轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)，用于顯示和構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、 集成化和智能化。 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng) 的整體優(yōu)化， 在選用或研制傳感器時(shí)， 要考慮傳感器與其他要素之間的協(xié)調(diào)與匹 配。例如，集傳感檢測、變送、信息處理及通信等功能為一體的智能化傳感器， 已廣泛用于現(xiàn)場總線控系統(tǒng)。4. 動(dòng)力源（運(yùn)轉(zhuǎn)功能）動(dòng)力或能源是指驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 “電源” 、驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓源和驅(qū)動(dòng)氣壓 系統(tǒng)的氣

11、壓源。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)常用的“電源”包括直流調(diào)速器、變頻器、交流伺服 驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。 液壓通常稱為液壓站， 氣壓通常稱為空壓站。 使 用時(shí)應(yīng)注意動(dòng)力與執(zhí)行器、機(jī)械部分的匹配。5. 信息處理與控制裝置（控制功能） 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是信息處理與控制。 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分必 須以控制論為指導(dǎo)，由控制器（繼電器、可編程控制器、微處理器、單片機(jī)、計(jì) 算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)與匹配，使整體處于最優(yōu)工況，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。在現(xiàn)代機(jī)電 一體化產(chǎn)品中，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中控制部分的成本已占總成本的50%。特別是近年來微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， 目前，越來越多的控制器使用具有微處 理器、計(jì)算機(jī)的控

12、制系統(tǒng)，輸入 / 輸出、通信功能也越來越大。1- 3 什么叫開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)？ 答：輸出量只受輸入量控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 輸出量同時(shí)受輸入量 和輸出量控制， 即輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用， 這種存在反饋回路的系統(tǒng)稱為閉環(huán) 控制系統(tǒng)。 那些以交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的角位移作為輸出量， 用圓光柵作為反饋 元件的系統(tǒng)則稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。 目前使用中的 CNC機(jī)床絕大多數(shù)均為半閉環(huán)控制 系統(tǒng)。1- 4 機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 答：機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由相互制約的五大要素組成的具有一定功能的整 體，不但要求每個(gè)要素具有高性能和高功能， 更強(qiáng)調(diào)它們之間的協(xié)

13、調(diào)與配合， 以 便更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。 特別是在機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 存在著機(jī)電有 機(jī)結(jié)合如何實(shí)現(xiàn)，機(jī)、電、液傳動(dòng)如何匹配，機(jī)電一體化系統(tǒng)如何進(jìn)行整體優(yōu)化 等問題，以達(dá)到系統(tǒng)整體最佳的目標(biāo)。機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有如下幾種：1. 模塊化設(shè)計(jì)方法 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)由相互制約的五大要素的功能部件組成， 也可以設(shè)計(jì)成由 若干功能子系統(tǒng)組成， 而每個(gè)功能部件或功能子系統(tǒng)又包含若干組成要素。 這些 功能部件或功能子系統(tǒng)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化和系列化， 就成為功能模塊。 每一個(gè) 功能模塊可視為一個(gè)獨(dú)立體，在設(shè)計(jì)時(shí)只需了解其性能規(guī)格，按其功能來選用， 而無須了解其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。2. 柔性化設(shè)計(jì)方法將

14、機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)中完成某一功能的檢測傳感元件、 執(zhí)行元件和控制 器作成機(jī)電一體化的功能模塊， 如果控制器具有可編程的特點(diǎn)， 則該模塊就成為 柔性模塊。3. 取代設(shè)計(jì)方法取代設(shè)計(jì)又稱為機(jī)電互補(bǔ)設(shè)計(jì)方法。 該方法的主要特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒?子器件取代傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品中的復(fù)雜機(jī)械部件， 以便簡化結(jié)構(gòu)， 獲得更好的功能和 特性。4. 融合設(shè)計(jì)方法 融合設(shè)計(jì)方法是把機(jī)電一體化產(chǎn)品的某些功能部件或子系統(tǒng)設(shè)計(jì)成該產(chǎn)品 所專用的。用這種方法可以使該產(chǎn)品各要素和參數(shù)之間的匹配問題考慮得更充 分、更合理、更經(jīng)濟(jì)、更能體現(xiàn)機(jī)電一體化的優(yōu)越性。融合法還可以簡化接口， 使彼此融為一體。5. 系統(tǒng)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)整

15、體設(shè)計(jì)法是以優(yōu)化的工藝為主線， 以控制理論為指導(dǎo)， 以計(jì)算機(jī)應(yīng)用 為手段，以系統(tǒng)整體最佳為目標(biāo)的一種綜合設(shè)計(jì)方法。第 2 章 機(jī)電傳動(dòng)控制的數(shù)學(xué)模型2- 1 簡述機(jī)電傳動(dòng)控制的數(shù)學(xué)建模的意義以及其數(shù)學(xué)模型的種類。答： l. 數(shù)學(xué)模型的概念及其建立意義數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述。 由于系統(tǒng)從初始狀態(tài)向新的穩(wěn)定狀態(tài) 過渡過程中， 系統(tǒng)中的各個(gè)變量都要隨時(shí)間而變化， 因而在描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的 數(shù)學(xué)模型中不僅會(huì)出現(xiàn)這些變量本身，而且也包含這些變量的各階導(dǎo)數(shù)，所以， 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性方程式就是微分方程式，它是表示系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最基本的形 式。在研究與分析一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)時(shí)， 不僅要定性地了解系統(tǒng)的工

16、作原理及特 性，而且還要定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 通過定量的分析與研究， 找到系統(tǒng)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。 這樣，在系統(tǒng)不能按照預(yù)先期望的規(guī)律 運(yùn)行時(shí)，便可通過對(duì)模型的分析， 適當(dāng)?shù)馗淖兿到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)， 使其滿足規(guī)定 性能的要求。 另外，在設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的過程中， 對(duì)于給定的被控對(duì)象及其控制任 務(wù)，可以借助數(shù)學(xué)模型來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想， 以構(gòu)成完整的系統(tǒng)。 這些都離不開數(shù)學(xué) 模型。2 描述機(jī)電控制系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型常用的模型有：時(shí)域模型、復(fù) 數(shù)域模型和頻域模型。2- 2 簡述傳遞函數(shù)的物理含義與作用。答：傳遞函數(shù)是在零初始條件下定義的。 控制系統(tǒng)的零初始條件有兩方面的 含義

17、：(1) 指輸入量是在 t0 時(shí)才作用于系統(tǒng)，因此，在 t=0 時(shí)輸入量及其各階 導(dǎo)數(shù)均為零；(2) 指輸入量加于系統(tǒng)之前， 系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)， 即輸出量及其各階 導(dǎo)數(shù)在 t=0 時(shí)的值也為零，現(xiàn)實(shí)的工程控制系統(tǒng)多屬此類情況。因此，傳遞函數(shù)可表征控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能， 并可用來求解出輸入量給定時(shí) 系統(tǒng)的零初始條件響應(yīng)。2- 3 求圖 2-34 所示電路網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。C1C2eRCLi 1 R1 uii 2 R20 u(a)(b)Lu0i uLR21C2 u0uiC1RC1 R1C2(c)(d)圖 2-34習(xí)題 3 圖2- 4 求圖 2-35 所示機(jī)械平移系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并畫出它們的動(dòng)態(tài)結(jié)

18、構(gòu)框圖。x0(t)k1f習(xí)題 4 圖k2(a)Fi(t)圖 2-35 第 3 章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)3- 1 直流電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來的？ 答：電樞由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在磁場中旋轉(zhuǎn)， 感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。 線圈隨電樞鐵心在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 在 N 極下 極下的一邊相連的換向片接觸， 而電刷 B 總是同與 S 極下的一邊相連的換向片接 觸，因此在電刷上就出現(xiàn)一個(gè)極性不變的電動(dòng)勢(shì)或電壓。在電刷 AB之間加上直流電壓 U，電樞線圈中的電流流向?yàn)椋?N極下的有效邊 中的電流總是一個(gè)方向， 而 S 極下的有效邊中的電流總是另一個(gè)方向。 這樣兩個(gè) 有效邊中受到的電磁力的方向一致， 電樞開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 通過換向器可以實(shí)現(xiàn)線圈的

19、 有效邊從一個(gè)磁極（如 N極）轉(zhuǎn)到另一個(gè)磁極下（如 S 極）時(shí)，電流的方向同時(shí) 發(fā)生改變， 從而電磁力或電磁轉(zhuǎn)矩的方向不發(fā)生改變。 電磁轉(zhuǎn)距是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距， 其 大小也為： T=KTIa 。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距 T必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T1及空載損耗 轉(zhuǎn)距 T0 相平衡。即 T=T1+ T0。另外當(dāng)電樞繞組在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也要產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流或外加電壓的方向相反，稱之為反電 動(dòng)勢(shì)。其大小為： E=kEn 方向與 Ia 相反。3- 2 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)， 磁路飽和。 當(dāng)電機(jī)負(fù)載后， 電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè) 角度。試分析在此種情況下電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場的影響。電樞線圈的兩

20、根有效邊便切割磁力線， 每一有效邊中的電動(dòng)勢(shì)是交變的， 即 是一個(gè)方向，當(dāng)它轉(zhuǎn)到 S 極下是另一個(gè)方向。但由于電刷 A 總是同與 N答：略。3- 3 試分析在下列情況下， 直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速有何變化 （假設(shè)電機(jī)不 飽和）。（1）電樞端電壓減半，勵(lì)磁電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變；（2）電樞端電壓減半，勵(lì)磁電流和輸出功率不變；（3）勵(lì)磁電流加倍，電樞端電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變；（4）勵(lì)磁電流和電樞端電壓減半，輸出功率不變；（5）電樞端電壓減半，勵(lì)磁電流不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的平方而變化。 答：由公式 n CU CRa Ia，T Cm NIa 可分析。3- 4 單相異步電動(dòng)機(jī)主要分為哪幾種類型，簡述罩極電動(dòng)機(jī)

21、的工作原理。 答：根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不同， 單相異步電動(dòng)機(jī)可分為分相電動(dòng)機(jī)和罩 極電動(dòng)機(jī)兩大類型。2 1 3罩極電動(dòng)機(jī)的定子一般都采用凸極式的， 工作繞組集中繞制， 套在定子磁極 上。在極靴表面的 1/3 1/4 處開有一個(gè)小槽，并用短路銅環(huán)把這部分磁極罩起 來，故稱罩極電動(dòng)機(jī)。短路銅環(huán)起了起動(dòng)繞組的作用，稱為起動(dòng)繞組。罩極電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)子仍做成籠型，如圖 3-24（a） 所示。2.I23其中一部分磁通 1 ，圖 3-24 單相罩極電動(dòng)機(jī) （a） 繞組接線圖； （b） 相量圖 當(dāng)工作繞組通人單相交流電流后，將產(chǎn)生脈動(dòng)磁通， 不穿過短路銅環(huán)，另一部磁通 2則穿過短路銅環(huán)。由于 1與 2 都是由

22、工作繞 組中的電流產(chǎn)生的，故 1與 2同相位并且 1 2由脈動(dòng)磁通 2 在短路環(huán)中產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E2它滯后 2 90。由于短路銅環(huán)閉合， 在短路銅環(huán)中就有滯后于 E2 為 角的電流 I2 產(chǎn)生，它又產(chǎn)生與 I2 同相的磁通 2 ，它也穿鏈于短路環(huán)，因此 罩極部分穿鏈的總磁通為 3 2 2 ，如圖 3-24（b） 所示。由此可見，未罩極 部分磁通 1與被罩極部分磁通 3 ，不僅在空間而且在時(shí)間上均有相位差， 因此 它們的合成磁場將是一個(gè)由超前相轉(zhuǎn)向滯后相的旋轉(zhuǎn)磁場 （ 即由未罩極部分轉(zhuǎn)向 罩極部分 ） ，由此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其方向也為由未罩極轉(zhuǎn)向罩極部分。3-5 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，如果電源

23、一相斷線，這時(shí)電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng) ?如繞組 一相斷線，這時(shí)電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)， Y 聯(lián)結(jié)和聯(lián)結(jié)情況是否一樣，如果運(yùn)行中電 源或繞組一相斷線，能否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，有何不良后果 ?答： 電源一相斷線，電動(dòng)機(jī)無論是 Y 接線或接線，均成為單相運(yùn)行，就 相當(dāng)于一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)， 它產(chǎn)生脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)， 而脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)可分解成大小相 等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，由于起動(dòng)初瞬，轉(zhuǎn)子是靜止的，兩 個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以相同的速率截切轉(zhuǎn)子繞組， 產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、 電流和電磁 轉(zhuǎn)矩，顯然兩個(gè)轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，其合成總轉(zhuǎn)矩為零，故無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。如果繞組一相斷線，對(duì) Y 接電動(dòng)機(jī)仍為單相運(yùn)行，故也不能

24、起動(dòng)。而接 線電動(dòng)機(jī)卻成為兩面相運(yùn)行， 它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 故能 起動(dòng)。如果運(yùn)行中電源或繞組一相斷線， 即使成單相運(yùn)行， 電動(dòng)機(jī)仍能按原方向旋 轉(zhuǎn)(只要此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩) ，因?yàn)檫@時(shí)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)中必有一個(gè)與原來 轉(zhuǎn)向相同， 它對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率 為n1，而另 一個(gè) ，由于 s s , 因此由相反方向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的有功分量 電流I2 cos 2很小(漏抗 x2s sx2所致)，這使它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem減小，則 Tem Tem，結(jié)果轉(zhuǎn)子總轉(zhuǎn)矩減小， 若它仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 則轉(zhuǎn)子就沿原方向旋轉(zhuǎn)。上述各種情況， 對(duì)電機(jī)都不利，若成單相運(yùn)行，無法起動(dòng)，呈堵轉(zhuǎn)狀

25、態(tài)， 電流急劇增大而會(huì)燒壞繞組。 若運(yùn)行中缺相， 電機(jī)雖能繼續(xù)旋轉(zhuǎn) (若此時(shí)電磁轉(zhuǎn) 矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩) ，由于反向電磁轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果， 使總轉(zhuǎn)矩減小 (出力減小)， 若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)就處于過載狀態(tài)，繞組過熱，時(shí)間長同樣會(huì)燒毀繞組。3- 6 試比較單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)的 Tem-s 曲線，著重就以下各點(diǎn)比 較：(1) 當(dāng)s=O時(shí)的轉(zhuǎn)矩； (2) 當(dāng)s=1時(shí)的轉(zhuǎn)矩； (3) 最大轉(zhuǎn)矩； (4) 在有相同轉(zhuǎn)矩 時(shí)的轉(zhuǎn)差率； (5) 當(dāng) 1sTL20TL1=0 TL2 TL3圖 3-29 直流伺圖 3-28 電樞控制的直流伺服電機(jī)機(jī)械特性 服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

26、可得到不同的起動(dòng)電壓 小于起動(dòng)電壓時(shí)，伺服電機(jī)將不能起動(dòng)。 、 第 4 章 機(jī)電控制系統(tǒng)中的傳感器技術(shù) 4-1 傳感器由那兩部分組成 ?各自的定義是什么？答：傳感器一般由敏感元件和傳感元件兩個(gè)基本部分組成， 電源。傳感器中直接感受被測量(一般為非電量)，并輸出與被測量成確定關(guān)系 的其它量(包括電量)的元件稱為敏感元件，其中有一部分敏感元件(如膜片和 波紋管，把被測壓力轉(zhuǎn)變成為位移量等) 是把那些不能用現(xiàn)有技術(shù)直接變換成電 量的被測量， 預(yù)先變換成另一種易于變換成電量的非電量， 然后再經(jīng)傳感元件將 它們變換成電量。感受由敏感元件輸出的， 與被測量成確定關(guān)系的另一種非電量， 然后輸出電量的元件稱為

27、傳感元件。 例如差動(dòng)式壓力傳感器中， 傳感元件不直接 感受壓力，而是感受由敏感元件傳來的與被測壓力成確定關(guān)系的銜鐵的位移量， 然后輸出電量。 有的敏感元件直接輸出電量， 那么敏感元件和傳感元件就合二為 一了，加熱電偶和熱敏電阻等傳感器。4-2 傳感器靜態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)及各自的定義是什么？U。當(dāng)電樞電壓有時(shí)還加上輔助答：在靜態(tài)測量中， 輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化而變化， 由此所確定的輸入輸出 關(guān)系稱為靜態(tài)特性。 傳感器靜態(tài)特性的參數(shù)主要有線性度、 靈敏度、 滯后量和重 復(fù)性誤差。標(biāo)定曲線與擬合直線的接近程度稱為線性度， 線性度的好壞； 通常用線性度 誤差表示。輸入信號(hào)變化 x 后，輸出信號(hào)穩(wěn)定后也相應(yīng)

28、變化 y，輸出變化量與輸入 變化量的比值稱為靈敏度，用 S 表示，即Sy式中： b擬合直線斜率。 當(dāng)輸入信號(hào)逐漸增大、 而后又逐漸減小時(shí)， 對(duì)應(yīng)同一信號(hào)值會(huì)出現(xiàn)不同的輸 出信號(hào)。在全量程范圍內(nèi)， 對(duì)應(yīng)于同一輸入信號(hào)的前后兩個(gè)輸出信號(hào)的最大差值 為 H，如圖 4-3a 所示，滯后量可用最大輸出差值 H 對(duì)滿量程輸出 yn的百分比表 示，即Hh 100%yn式中 H對(duì)應(yīng)于同一輸入信號(hào)的前后兩個(gè)輸出信號(hào)的最大差值； yn滿量程輸出；h滯后量。重復(fù)性表示輸入量按同一方向 （增加或減少） 變化時(shí)， 在全量程內(nèi)重復(fù)進(jìn)行 測試時(shí)所得到的各特性曲線的重復(fù)程度，如圖 4-3b 所示。一般采用輸出最大不 重復(fù)誤差

29、 與滿量程 yn 的百分比來表示重復(fù)性指標(biāo)，即100%yn式中 最大不重復(fù)誤差； yn滿量程； 重復(fù)性。4- 3 試述感應(yīng)同步器的工作原理及分類。 答：感應(yīng)同步器的工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理相似。 當(dāng)勵(lì)磁繞組與感 應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)， 由于電磁耦合的變化， 感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移 的變化而變化， 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器就是利用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行測量的。 所不同 的是，旋轉(zhuǎn)變壓器是定子、 轉(zhuǎn)子間的旋轉(zhuǎn)位移， 而感應(yīng)同步器是滑尺和定尺間的 直線位移。4- 4 試述旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式。 答：兩種典型的工作方式： （1）鑒相工作方式，給定子的兩個(gè)繞組分別通以同幅、同頻但相位差 n2 的交流勵(lì)磁

30、電壓，即u1s Umsin tu1c Umcost=Umsin( t+ /2)u1=Umsin a)b)器這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，并疊加在一起 , 因而轉(zhuǎn)子 中的感應(yīng)電壓為這兩個(gè)電壓的代數(shù)和。 + k u 1c cos + kUmcost cos = kUmcos( t )圖 4-5 正弦余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖 （a）轉(zhuǎn)子（b）定子u 2 k u 1s sin=k Umsin t sinkUmcos( t+)（4-7） 同理，假如轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得 u2=（4-8）由式（ 4-7 ）和（4-8 ）可以看出，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之 間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 這樣，只要

31、檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角， 就可知道轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和被測軸聯(lián)接在一起的， 故被測軸的角位移也 就得到了。（2）鑒幅工作方式，給定子的兩個(gè)繞組分別通以同頻、同相位但幅值不同 的交流勵(lì)磁電壓，即ttu1s=Usmsin u1c=Ucmsin 其中，幅值分別為正、余弦函數(shù)Usm=UmsinUcm=Umcos則在轉(zhuǎn)子上的疊加感應(yīng)電壓為u2 k u 1s sin + k u 1c cos =k Umsin sin sin t + kUmcos cossin t = kU mcos( )sin t(4-9 )同理，如果轉(zhuǎn)子逆向運(yùn)動(dòng)，可得4-10)u2kUmcos( + )sin t

32、由式（ 4-9 ）和（ 4-10 ）可以看出，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角 而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角 ，即可得角位移：4- 5 試述光電管的結(jié)構(gòu)和工作原理。答：圖 4-9a 所示為光電管的典型結(jié)構(gòu)。在一個(gè)真空管內(nèi)裝入兩個(gè)電極 光陰極與光陽極。 光陰極涂料貼附在玻璃泡內(nèi)壁上， 陽極為一根金屬絲或一只金 屬環(huán)，它置于圓柱面中心軸上。 當(dāng)光陰極受到適當(dāng)?shù)墓饩€照射后， 便有電子逸出， 與此同時(shí)這些電子被具有一定電位的陽極吸收， 因而光電管內(nèi)就有電子流動(dòng)， 外 電路（圖 4-9b ）便產(chǎn)生電流，此電流的大小與光通量 成正比，電流在 R 上產(chǎn) 生的電壓輸出與光照的強(qiáng)弱成函數(shù)關(guān)系。光電管的特性主要

33、取決于光陰極的材料。 不同材料對(duì)同一波長的光有不同的 靈敏度，同一種材料對(duì)不同波長的光線靈敏度也不一樣， 這一特點(diǎn)叫做光電管的 光譜特性，圖 4-10a、b 所示分別為銀氧銫和銻銫陰極材料對(duì)不同波長光 線靈敏度的變化情況。因此對(duì)不同顏色的光應(yīng)選用不同材料的光電管。a）（ b ）（a）（b）圖 4-9 光電管結(jié)構(gòu)原理圖 4-10 光電管的光譜特性a）光電管的典型結(jié)構(gòu)； （ b）外電路a）銀氧銫陰極材料的光譜特性1- 陰極 2-陽極b） 銻銫陰極材料的光譜特性4- 6 試述磁電式轉(zhuǎn)速計(jì)的測速原理及類型。 磁電式傳感器又稱感應(yīng)式傳感器或電動(dòng)式傳感器， 它利用電磁感應(yīng)原理， 將 被測機(jī)械量轉(zhuǎn)換成線圈中

34、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。 磁電式傳感器主要用來測量直線速 度和轉(zhuǎn)速。線圈切割磁力線， 并根據(jù)電磁感應(yīng)原理， 當(dāng)線圈與磁場之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e，此時(shí)e W ddt式中 W線圈匝數(shù)；d/ dt 一線圈耦合的磁通對(duì)時(shí)間的變化率：磁電式轉(zhuǎn)速計(jì)分開式和閉式兩種4- 7 試述物位測量儀表的類型。答：物位測量儀表有很多類型，按它的工作原理可分為直讀式、浮力式、壓 力式、電學(xué)式、光學(xué)式、核輻射式等等。這些物位儀表大多是借助各類傳感器， 利用介質(zhì)與空氣有不同的密度、導(dǎo)電性能、介質(zhì)性能、傳聲性能、透光性能、吸 收和輻射的性能等進(jìn)行測量。按測量方式可分為接觸式測量和非接觸式測量。 4-8 電容式傳感器可

35、分為哪幾類 ?答：電容式傳感器是將被測量（如位移、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化 的一種傳感器：具有零漂小、結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可作接觸式、也易實(shí)現(xiàn)非 接觸式測量等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于位移、壓力、振動(dòng)及液位等測量中。電容式傳感器包含有位移、壓力傳感器等。4-9 試述電阻應(yīng)變片的工作原理。 答：電阻應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。 應(yīng)變片的工作原理基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)， 即金屬導(dǎo)體的電阻隨著它所受 機(jī)械變形（伸長或縮短）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象。4-10 壓電片疊在一起的特點(diǎn)及連接方式是什么 ? 答：略。第 5 章 繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5- 1 何謂電磁式電器的吸力特性與反力

36、特性？為什么吸力特性與反力特性的配 合應(yīng)使兩者盡量靠近為宜？答：吸力特性是指電磁吸力 隨銜鐵與鐵心間氣隙的關(guān)系曲線。為使電磁機(jī)構(gòu)能正常工作， 吸力特性與反力特性配合必須得當(dāng)。 在銜鐵吸和過程 中，其吸力特性必須始終處于反力特性上方， 即吸力要大于反力， 反之銜鐵釋放 時(shí)，吸力特性必須位于反力特性下方，即反力要大于吸力。5- 2 單相交流電磁鐵的短路環(huán)斷裂或脫落后，在工作中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什 么？答：短路環(huán)斷裂或脫落后，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲。因?yàn)閱蜗嘟涣麟姶盆F的電磁吸力 F t=Fo-Focos2wt 為一恒定分量和一交變分量合成。 而電磁反力 Fr 是不變 的。這樣 F t 會(huì)隨著時(shí)間的變化大于

37、 Fr 或小于 Fr ，出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲。5- 3 三相交流電磁鐵要不要裝短路環(huán)？為什么？ 答：三相交流電磁鐵產(chǎn)生的電磁吸力是三個(gè)單相作用是的合力?？梢?，三相 交流電磁鐵的電磁吸力是一恒定量 3Fo, 故不用裝短路環(huán)。5- 4 為什么把觸頭設(shè)計(jì)成雙斷口橋式結(jié)構(gòu)？ 答：1）橋式觸頭的兩個(gè)觸點(diǎn)串于同一條電路中，電路的接通與斷開由兩個(gè)觸點(diǎn)共同完成。由于兩對(duì)觸點(diǎn)的分流作用，使觸頭有利于通斷更大的電流。2）有利于電動(dòng)力滅弧。5- 5 交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間， 為什么在線圈中產(chǎn)生很大的沖擊電流？而 直流接觸器會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？答：交流接觸器的線圈匝數(shù)少，純電阻小。在起動(dòng)是鐵心氣隙大，電抗小，

38、 所以通過的勵(lì)磁線圈的起動(dòng)電流與氣隙 成正比，會(huì)達(dá)到工作電流的十幾倍。 而 直流接觸器的線圈匝數(shù)比交流勵(lì)磁線圈多， 電阻大。直流接觸器的線圈電流與氣 隙無關(guān)，故沒有沖擊電流。5-6 交流電磁線圈誤接入直流電源， 直流電磁線圈誤接入交流電源， 會(huì)發(fā)生什么 問題，為什么？答：1）由于交流電磁線圈匝數(shù)少，阻抗小，所以交流線圈誤接入直流電源 上，將因線圈電阻小而流過大電流將線圈燒壞。2）由于直流電磁線圈的鐵心沒有短路環(huán)，所以誤接入交流電源會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，噪聲。5-7 線圈電壓為 220V的交流接觸器誤接入 380V 電源上會(huì)發(fā)生什么問題？為什 么？答：線圈電壓為 220V 的交流接觸器誤接入 380V 電

39、源上，由于大于其額定電 壓，造成其電流增大，時(shí)間長了會(huì)使線圈過熱而燒壞5-8 從接觸器的結(jié)構(gòu)上，如何區(qū)分交流還是直流接觸器？ 答：交流接觸器直流接觸器鐵心結(jié)構(gòu)硅鋼片疊鉚而成，短路環(huán)整塊鋼材或工程純鐵線圈形 狀短而厚的矮胖型，設(shè)線圈骨架高而薄的瘦長形，不設(shè)線圈骨架觸頭形 狀橋式觸頭和和指形觸頭指形觸頭觸頭數(shù)量三或四對(duì)主觸頭 輔助觸頭兩對(duì)常開兩對(duì)常閉主為單級(jí)或雙級(jí)，指形觸頭點(diǎn)接觸的橋式滅弧方 式電動(dòng)力滅弧，縱縫滅弧，柵片滅弧磁吹滅弧適用范圍頻繁起動(dòng)制動(dòng)的場合5-9 中間繼電器和接觸器有何異同？在什么情況下可以用中間繼電器來代替接 觸器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)？答：中間繼電器和接觸器的相同之處是兩者輸入量都是電壓

40、，輸出量都是接 點(diǎn)的通斷， 電磁機(jī)構(gòu)基本相同。 不同之處是中間繼電器為不頻繁操作電器， 接點(diǎn) 容量一般較小， 主要用于控制電路； 而接觸器用于頻繁控制操作， 主要用于主電 路，接點(diǎn)容量比較大。如果電動(dòng)機(jī)容量較小，并且不頻繁起動(dòng)，可以用中間繼電器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。5-10 熔斷器的額定電流，熔體的額定電流和熔體的 極限電流 三者有何區(qū)別？ 答：熔斷器的額定電流是熔斷器座的額定運(yùn)行電流， 運(yùn)行電流只能小于等于 該值熔體的額定電流： 熔斷器內(nèi)熔絲的額定運(yùn)行電流， 也就是你熔斷器所保護(hù)的 電流，超過的話，熔斷器就會(huì)熔斷熔體的極限的分段電流： 熔體所能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏鳎?該熔體只能分?jǐn)嘈?于等于這個(gè)值的短路

41、電流。5-11 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流很大， 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，熱繼電器會(huì)不會(huì)動(dòng)作？為什么？ 答：如果熱繼電器整定正確在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不會(huì)動(dòng)作。這是因?yàn)闊崂^電器的 動(dòng)作是由雙金屬片受熱彎曲的原理而動(dòng)作的， 具有一定的熱慣性， 起到延時(shí)作用。 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，但時(shí)間短，所發(fā)熱不能使熱繼電器動(dòng)作。5-12 既然在電動(dòng)機(jī)的主電路中裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器？裝有熱繼 電器是否就可以不裝熔斷器？5-13 是否可用過電流繼電器來做電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)？為什么？ 答：不能。因?yàn)檫^載保護(hù)應(yīng)為反時(shí)限保護(hù)特性，而過電流繼電器的動(dòng)作特性 為瞬動(dòng)特性。5-14 JS7-A 型時(shí)間繼電器觸頭有哪幾種？畫出它們的圖形符號(hào)。

42、答：共三種： 1）通電延時(shí)接點(diǎn)通電延時(shí) 斷電延時(shí)常開接點(diǎn)常閉接點(diǎn)2 ）斷電延時(shí)接點(diǎn) 3 ）瞬動(dòng)接點(diǎn) 瞬動(dòng)5-15 電氣原理中 QS，F(xiàn)U，KM，KA，KI ，KT，SB，SQ分別是什么電器元件的文字 符號(hào)？答：QS刀開關(guān) FU 熔斷器 KM 接觸器 KA 中間繼電器， KI 過電流繼電器 KT 時(shí)間繼電器 SB 按鈕 SQ 行程開關(guān) 5-16 電氣原理圖中，電器元件的技術(shù)數(shù)據(jù)如何標(biāo)注？答：一般用小號(hào)字體注在電器代號(hào)下面。5-17 常用的電氣控制系統(tǒng)圖有哪幾種？答：電器控制系統(tǒng)圖的表示方法有： 電氣原理圖、 電氣接線圖、電器布置圖。5-18 電氣接線圖的繪制原則主要有哪些？答： 1）各電氣元件均

43、按實(shí)際安裝位置繪出，元件所占圖面按實(shí)際尺寸以統(tǒng) 一比例繪制，盡可能符合電器的實(shí)際情況。2）一個(gè)元件中所有的帶電部件均畫在一起，并用點(diǎn)劃線框起來，即采用集 中表示法。3）各電氣元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)必須與電氣原理圖一致，并符合國家 標(biāo)準(zhǔn)。4）各電氣元件上凡是需接線的部件端子都應(yīng)繪出，并予以編號(hào)，各接線端 子的編號(hào)必須與電氣原理圖上的導(dǎo)線編號(hào)相一致。5）繪制安裝接線圖時(shí)，走向相同的相鄰導(dǎo)線可以繪成一股線。5-19 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)是什么？其主電路又有何 區(qū)別 ?答：所謂點(diǎn)動(dòng)控制是指：按下按鈕，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，松開按鈕，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)， 這種控制就叫點(diǎn)動(dòng)控制， 它能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)短時(shí)

44、轉(zhuǎn)動(dòng)， 常用于機(jī)床的對(duì)刀調(diào)整和電 動(dòng)葫蘆等。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制具有連續(xù)性。電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)是看有沒有自鎖環(huán)節(jié)。 但其 主電路沒什么區(qū)別。5-20 何為互鎖控制？實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖控制的方法有哪兩種？它們有何不 同？答：將任何一個(gè)接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)串入對(duì)應(yīng)另一個(gè)接觸器線圈電路中， 則其中任何一個(gè)接觸器先通電后， 切斷了另一個(gè)接觸器的控制回路， 即使按下相 反方向的起動(dòng)按鈕， 另一個(gè)接觸器也無法通電， 這種利用兩個(gè)接觸器的輔助常閉 觸點(diǎn)互相控制的方式， 叫電氣互鎖， 或叫電氣聯(lián)鎖。 起互鎖作用的常閉觸點(diǎn)叫互 鎖觸點(diǎn)。“正停反”“正反?！钡膬煞N互鎖控制。5-

45、21 電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行控制電路中何為機(jī)械互鎖？何為電氣互鎖？答：略。5-22 電動(dòng)機(jī)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有哪些？通常它們各由哪些電器來實(shí)現(xiàn)其保護(hù)？ 答：短路保護(hù)熔斷器；過載保護(hù)熱繼電器；過電流保護(hù)過電流 繼電器；零電壓及欠電壓保護(hù)繼電器、 接觸器；弱磁保護(hù)欠電流繼電器。 5-23 何為電動(dòng)機(jī)的欠電壓與失電壓保護(hù)？接觸器和按鈕控制電路如何實(shí)現(xiàn)欠電 壓與失電壓保護(hù)的？答：欠電壓、失電壓保護(hù)：通過接觸器 KM的自鎖環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源電壓 由于某種原因而嚴(yán)重欠電壓或失電壓（如停電）時(shí)，接觸器KM斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時(shí)， 接觸器線圈不會(huì)自行通電， 電動(dòng)機(jī)也不會(huì) 自行起動(dòng)，只有在操作人員

46、重新按下起動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)。 5-24 畫出具有熱繼電器過載保護(hù)的籠型異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的控制線路。答：如下圖5-25 如何決定異步電動(dòng)機(jī)是否可采用直接起動(dòng)法？答：由于直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流較大，而過大的起動(dòng)電流在短時(shí)間內(nèi)會(huì)在線路 上造成較大的電壓損失，使負(fù)載端的電壓降低，影響臨近負(fù)載的正常工作。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否直接起動(dòng)，有一定的規(guī)定。有的地區(qū)規(guī)定：用電單位如有獨(dú) 立的變壓器容量的 20%時(shí)允許直接起動(dòng)；如果電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常起動(dòng)，它的容量小于 變壓器的 30%時(shí)允許直接起動(dòng)。如果沒有獨(dú)立的變壓器（與照明共用） ，電動(dòng)機(jī) 直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓降不應(yīng)超過 5%。二、三十千瓦的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接

47、起動(dòng)。5-26 敘述異步電動(dòng)機(jī)星形三角形起動(dòng)法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合。 答：與其他減壓相比， 量形一三角形減壓起動(dòng)投資少， 線路簡單， 操作方便， 但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為三角形連接直接起動(dòng)的 1/3 ，故適用于空載或輕載狀 態(tài)下的起動(dòng)，并且僅當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)采用三角形接法的電動(dòng)機(jī)才可采用這種起動(dòng)方 法。5-27 什么叫反接制動(dòng)？什么叫能耗制動(dòng)？各有什么特點(diǎn)，適用場合？ 答：反接制動(dòng)是利用改變電動(dòng)機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋 轉(zhuǎn)磁場，因而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的一種制動(dòng)方法。反接制動(dòng)的特點(diǎn)是制動(dòng)迅速，效果好，沖擊大，通常僅適用于10KW以下的小容量電動(dòng)機(jī)。能耗制動(dòng)，是在電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源之后，

48、 定子繞組上加一個(gè)直流電壓， 即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和靜止磁場的作用以達(dá)到制動(dòng)的目的。能耗制動(dòng)比反接制動(dòng)消耗的能量少，其制動(dòng)電流也比反接制動(dòng)電流小得多， 但能耗制動(dòng)的制動(dòng)效果不及反接制動(dòng)的那么明顯， 同時(shí)需要直流電源， 控制線路 也較復(fù)雜，通常適用于電動(dòng)機(jī)容量較大和起動(dòng)，制動(dòng)頻繁的場合。5-28 為什么在異步電動(dòng)機(jī)脫離電源后，在定子繞組中通入直流電，電動(dòng)機(jī)能迅 速停止？答：利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用以達(dá)到制動(dòng)的目的。直流的磁場是 固定的，而轉(zhuǎn)子由于固性繼續(xù)在原方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 根據(jù)右手定則和左手定則可知轉(zhuǎn)子 電流與固定磁場相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，因而起制動(dòng)作 用。制

49、動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與直流的大小有關(guān)。支流的大小一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 0.5 1 倍。5-29 設(shè)計(jì)一個(gè)控制電線路，要求第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 10S 后，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)自動(dòng) 起動(dòng)，運(yùn)行 5S 后，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)停止并同時(shí)使第三臺(tái)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)，再運(yùn)行 15S后，電動(dòng)機(jī)全部停止。答：（參考方案）5-30 有一臺(tái)三級(jí)皮帶運(yùn)輸機(jī)，分別由 M1，M2，M3三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其動(dòng)作順序 如下：1）起動(dòng)時(shí)要求按 M1M2M3順序起動(dòng)。2）停車時(shí)要求按 M3M2M1順序停車。3）上述動(dòng)作要求有一定時(shí)間間隔。解：（參考方案）5-31 為兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制線路，其要求如下：1）兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)互不影響地獨(dú)立操作。2）能同時(shí)控

50、制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止。3）當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均停止。解：5-32 現(xiàn)有一雙速電動(dòng)機(jī)，試按下述要求設(shè)計(jì)控制線路。1）分別用兩個(gè)按鈕操作電動(dòng)機(jī)的高速起動(dòng)和低速起動(dòng)，用一個(gè)總停按鈕操 作電動(dòng)機(jī)的停止；2）起動(dòng)高速時(shí)，應(yīng)先接成低速然后經(jīng)延時(shí)后再換接到高速；3）應(yīng)有短路保護(hù)與過載保護(hù)。5-33 設(shè)計(jì)一小車運(yùn)行的控制線路，小車由異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其動(dòng)作程序如下：1）小車由原位開始前進(jìn)，到終點(diǎn)后自動(dòng)停止；2）在終端停留 2min 后自動(dòng)停止；3）要求能在前進(jìn)或后退途中任意位置都能停止或起動(dòng)。5-34 某機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī) M1，要求 M1：1）進(jìn)行可逆運(yùn)行；2）可正向點(diǎn)動(dòng)、兩處起動(dòng)、停止；3）

51、可進(jìn)行反接制動(dòng)；4）有短路和過載保護(hù)。試畫出其電氣線路圖。5-35 有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī) M1、M2，要求：1）按下控制按鈕 SB1電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，過 10s 后電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止，再過 15s 電 動(dòng)機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)；2）M1、M2能同時(shí)或分別停止。3）控制電路應(yīng)有短路、過載和零壓保護(hù)環(huán)節(jié)。試畫出其電氣線路第 6 章 可編程控制器原理6-1 什么是可編程控制器 （PLC）？與繼電器控制和微機(jī)控制相比它的主要優(yōu)點(diǎn)是 什么？答：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，他采用了可編程序的存儲(chǔ)器， 用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算， 順序控 制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令， 并通過數(shù)字式

52、和模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。 可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備， 都較易于與工 業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。與微機(jī)控制相比的優(yōu)點(diǎn)： 可以直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境， 必須具有很強(qiáng)的抗干擾 能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。與繼電器：在“可編程”方面有著質(zhì)的區(qū)別，繼電器通過硬件或硬接線的變 更來改變程序，而 PC引入了微處理導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代的微電子器件，并用規(guī) 定的指令進(jìn)行編程，能靈活的修改，即用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。 6-2 PLC 基本單元 （ 主機(jī)）有哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：（1）CPU是運(yùn)算與控制的中心，完成以下任務(wù)： 接收從編程器上

53、位機(jī)或其他外圍設(shè)備輸入用戶程序數(shù)據(jù)等信息 用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)， 并存入指定輸入存儲(chǔ)單元或數(shù)據(jù)寄 存器中診斷電源， PC內(nèi)部電路和編程過程中存在的語法錯(cuò)誤在 PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解釋后，按 指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)， 去啟閉有關(guān)控制電路， 分時(shí)分渠道地去執(zhí) 行數(shù)據(jù)的存取傳送組合比較和交換動(dòng)作， 完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù) 運(yùn)算等任務(wù)。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果， 更新有關(guān)標(biāo)志位數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容， 再由輸出寄存器的位狀 態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制制表打印或數(shù)據(jù)通信等外部功能（2）存儲(chǔ)器， PC主機(jī)內(nèi)容配有兩種不同類型的存儲(chǔ)器，即：系統(tǒng)

54、存儲(chǔ)器（ ROM區(qū)），用以固化 PC生產(chǎn)廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相 當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，在很大程度上它決定該種PC的性能與質(zhì)量，用戶無法更改和調(diào)用。 系統(tǒng)工作程序有三種類型： 系統(tǒng)管理程序； 用戶程序編輯和指 令解釋程序；標(biāo)準(zhǔn)子程序與調(diào)用管理程序用戶存儲(chǔ)器（ RAM區(qū)），包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù) 據(jù)區(qū)）兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放（或記憶）用戶程序執(zhí)行過 程中使用 ON/OFF狀態(tài)量或數(shù)據(jù)量，以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)（3）輸入輸出單元（ I/O 單元） I/O 單元又稱為 I/O 接口電路， PC程序執(zhí) 行過程中需調(diào)用的各種開關(guān)量（狀態(tài)量） , 數(shù)字量或模擬量等各種外部信號(hào)或設(shè) 定量，都是通過輸入電路進(jìn)入 PC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過輸出電路送到控制 現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)外部控制功能PC與通用計(jì)算機(jī) I/O 電路起著類似的作用。即電平轉(zhuǎn)換，速度匹配，驅(qū)動(dòng) 功率放大，