《機電傳動控制》復習

1、考試題型說明與要求,一、簡答題(9題*6分=54分) 答出要點，簡要解釋，不要求原話 二、計算題(2題*12分=24分) 公式利用正確， 計算精確到小數(shù)點后兩位 三、分析作圖題(2 題*11分=22分) 主電路、控制電路、PLC接線圖、梯形圖,基本概念,電磁感應定律中產(chǎn)生感應電動勢的方法。 線圈中的磁鏈發(fā)生變化可能由兩個方面的原因引起的： 1 磁通本身由交流電產(chǎn)生，即磁通本身隨著時間在變化。 2 磁通本身雖然不變，由于線圈與間有相對運動使得中的磁鏈發(fā)生改變。 3 切割電動勢。 三相交流電機的調(diào)速方法 。 三相交流電機的調(diào)速方法主要有四種：改變定子電壓U1、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電

2、阻或電抗、定子電源頻率f1 等。,直流電機為什么不允許直接啟動，有什么危害。 對直流電動機而言，在未啟動之前n=0 , E=0, 而Ra一般很小。當將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流為： 這個電流很大，一般情況下能達到其額定電流的（1020）倍。過大的啟動電流危害很大. 對電動機本身、機械系統(tǒng)、供電電網(wǎng)造成重要影響，因此，不允許直接啟動。,分析判斷題,試列出以下幾種情況下系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速、減速還是勻速？（圖中箭頭方向表示轉(zhuǎn)矩的實際作用方向）,機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是什么？下圖中，曲線1和2分別為電動機和負載的機械特性，試判斷哪些是系統(tǒng)的穩(wěn)定平

3、衡點？哪些不是？,穩(wěn)定運行的充要條件是： 1）生產(chǎn)機械的機械特性曲線與電動機的機械特性曲線有交點； 2）在平衡點對應的轉(zhuǎn)速之上應保證TMTL。,計算題,某臺他勵直流電動機，額定功率為22kW，額定電壓為220V，額定電流為115A，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電樞回路總電阻為0.1，忽略空載轉(zhuǎn)矩，電動機帶額定負載運行時，要求把轉(zhuǎn)速降到1000r/min，計算： （1）采用電樞串電阻調(diào)速需串入的電阻值； （2）采用降低電源電壓調(diào)速需把電源電壓降到多少； （3）上述兩種調(diào)速情況下，電動機的輸入功率與輸出功率（輸入功率不計勵磁回路之功率）； （4）若采用弱磁升速調(diào)速，要求負載轉(zhuǎn)矩為0.6，轉(zhuǎn)速升到

4、為2000r/min，此時磁通應該降到額定值的多少倍。,三、出題范圍,本書全部內(nèi)容的基礎部分 緒論、直流電機、交流電機的機械特性、機電控制方式為重點內(nèi)容 純記憶知識點較少，注重對知識的掌握和臨場發(fā)揮 各章重點如后,第二章 機電傳動系統(tǒng)動力學基礎,單軸機電傳動系統(tǒng)的運動學方程及多軸機電傳動系統(tǒng)的參數(shù)折算方法 機電傳動系統(tǒng)的負載特性 機電傳動系統(tǒng)的過渡過程的影響因素 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,1、下圖中，曲線1和2分別為電動機和負載的機械特性，試判斷哪些是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點？哪些不是？,（a)、c）、 (b)、(e)符合條件，為穩(wěn)定平衡點； （ (d)不符合條件，不是穩(wěn)定平衡點,2、試列出以下幾種

5、情況下系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速、減速還是勻速？（圖中箭頭方向表示轉(zhuǎn)矩的實際作用方向）,習題與思考,2.3 試列出以下幾種情況下（見圖2.3）系統(tǒng)的運動方程式，并針對各系統(tǒng)說明： T,TL的性質(zhì)和符號，并帶入運動方程。 運動狀態(tài)是加速，減速還是勻速？,T=TL,TTL,T=TL,TTL,TTL,T,T,T,T,T,T,TL,TL,TL,TL,TL,TL,n,n,n,n,n,n,符號 性質(zhì),T + 拖動轉(zhuǎn)矩 TL + 制動轉(zhuǎn)矩 運動方程： 狀態(tài)：勻速,T - 制動轉(zhuǎn)矩 加速 TL + 拖動轉(zhuǎn)矩 運動方程：,T - 制動轉(zhuǎn)矩 減速 TL + 拖動轉(zhuǎn)矩 運動方程：,第三章、直流電機

6、,直流電機按勵磁方式的分類 機械特性的計算與繪制 直流電機為什么不允許直接啟動，有什么危害 直流電機的啟動與調(diào)速方法 直流電機制動的方式,例 3.1 一臺Z2系列的他激直流電動機， PN =22KW, UN =220V, IN.=116A nN =1500r/min，試計算并繪制： （1）固有機械特性 （2）電樞回路串Rad =0.4電阻的人為機械特性； （3）電源電壓降至為100V時人為特性 （4）弱磁至=0.8 N 時的人為特性,解：（1）固有特性：,（2）串入Rad的人為特性：,在直角坐標系標出理想空載點和額定工作點，連接直線，如圖3.8中1所示,其人為特性曲線如圖2所示,（3）降低電源

7、電壓的人為特性：,其人為特性曲線如圖3所示,（4）弱磁時的人為特性：,其人為特性曲線如圖4所示,答：在電動機未啟動之前n=0，E=0，而Ra很小。所以將電動機直接接 入電網(wǎng)并施加電壓啟動電流很大，一般達到額定電流的1020倍。這樣大的 啟動電流使電動機在換向過程中產(chǎn)生危險地火花，燒壞整流子，同時過大的 電樞電流產(chǎn)生過大的電動應力，還可能引起繞組的損壞，而且產(chǎn)生與啟動電 流成正比例的啟動轉(zhuǎn)矩，會在機械系統(tǒng)和傳動機構(gòu)中產(chǎn)生過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩沖 擊，使機械傳動部件損壞。 限制直流電動機的啟動電流，一般有兩種方法：,直流電動機一般為什么不允許直接啟動？如直接啟動會發(fā)生什么問題？應采用什么方法啟動比較好？,

8、一是降壓啟動，即在啟動的瞬間，降低供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速n 的升高，反電勢E增大，再逐步提高供電電壓，最后達到額定電壓UN時，電 動機達到所要求的轉(zhuǎn)速。 二是在電樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動，此時啟動電流Ist=UN/(Ra+Rst)將受到外加啟動電阻Rst的限制，隨著電動機轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢E增大，再逐步切除外加電阻一直到全部切除，電動機達到所要求的轉(zhuǎn)速。,不能改變,3.3 一臺他勵電動機所拖動的負載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，當電樞電壓或電樞附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運行狀態(tài)下電樞電流的大小？為什么？這時拖動系統(tǒng)中的哪些量必然要發(fā)生變化？,3.4 一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E=E1

9、,如負載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化？是等于，小于還是大于E1？,3.6 已知某他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=7.5kW,UN=220V, n N=1500r/min, N=88.5%，試求該電機的額定電流和額定轉(zhuǎn)矩。,3.8 一臺他勵直流電動機的名牌數(shù)據(jù)為：PN=5.5kW,UN=110V, IN=62A nN=1000r/min ，試繪制出它的固有機械特性曲線： 答：,答：,3.10 一臺他勵直流電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN=6.5kW,UN=220V,IN=34.4A， n N=1500r/min, Ra=

10、0.242 ，試計算出此電動機的如下特性： （1） 固有機械特性； （2） 電樞附加電阻分別為3和5時的人為機械特性； （3） 電樞電壓為UN/2時的人為機械特性； （4） 磁通=0.8N時的人為機械特性。,第3章 直流電機的工作原理及特性,3.19 有一臺他勵直流電動機：PN=10kW,UN=220V,IN=53.8A，n N=1500r/min,Ra=0.29 ，試計算： （1） 直接啟動瞬間的堵轉(zhuǎn)電流Iu； （2） 若限制起動電流不超過2IN，采用電樞串電阻啟動時，應串入啟動電阻的最小值是多少？若用降壓啟動，最低電壓應為多少？,習題與思考,3.20有一臺他勵直流電動機：PN=18kW,U

11、N=220V,IN=94A，n N=1500r/min, 在額定負載下，求： （1）想降至800r/min穩(wěn)定運行，外串聯(lián)多大電阻？采用降壓方法，電源電壓應降至多少伏？ （2）想升速到1100r/min穩(wěn)定運行，弱磁系數(shù)/ N 為多少？,3.22 有一臺他勵直流電動機：PN=21kW,UN=220V,IN=115A，n N=980r/min, Ra=0.1 ，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載運行，弱磁調(diào)速時從N調(diào)到0.8 N，問： （1） 調(diào)速瞬間電樞電流是多少？（ TL =TN） （2） 若TL=TN和TL=0.5TN，調(diào)速前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速各是多少？,3.22 有一臺他勵直流電動機：PN=21kW,UN=220

12、V,IN=115A，n N=980r/min, Ra=0.1 ，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載運行，弱磁調(diào)速時從N調(diào)到0.8 N，問： （1） 調(diào)速瞬間電樞電流是多少？（ TL =TN） （2） 若TL=TN和TL=0.5TN，調(diào)速前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速各是多少？,3.24 有一臺Z2-52型他勵直流電動機： PN=4KW,IN=22.3AUN=220V, n N=1000r/min, Ra=0.91, TN=TL,有為了使電動機停轉(zhuǎn)，采用電源反接制動，如串入電樞回路的制動電阻為9，求： （1）制動開始時電動機所發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩； （2）制動結(jié)束時電動機所發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩； （3）如果是摩擦性負載轉(zhuǎn)矩，在制動到n=0時，

13、不切斷電源，電動機能否反轉(zhuǎn)？為什么?,例題(P59),某臺他勵直流電動機，額定功率 為22kW，額定電壓 為220V，額定電流 為115A，額定轉(zhuǎn)速 為1500r/min，電樞回路總電阻 為0.1 ，忽略空載轉(zhuǎn)矩 ，電動機帶額定負載運行時，要求把轉(zhuǎn)速降到1000r/min，計算： （1）采用電樞串電阻調(diào)速需串入的電阻值； （2）采用降低電源電壓調(diào)速需把電源電壓降到多少； （3）上述兩種調(diào)速情況下，電動機的輸入功率與輸出功率（輸入功率不計勵磁回路之功率）； ( 4）若采用弱磁升速調(diào)速，要求負載轉(zhuǎn)矩 為0.6 ，轉(zhuǎn)速升到 為2000r/min，此時磁通 應該降到額定值的多少倍。,35,第四章、交流

14、電機,轉(zhuǎn)差率的定義與計算公式 額定效率的含義與計算公式 轉(zhuǎn)子頻率的含義與計算公式 三相異步電機、單相異步電機、同步電機的工作原理的比較 三相異步電機的調(diào)速方法 三相電機變頻調(diào)速的含義與分類,二. 三相異步電動機的工作原理,基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。,定子中通有三相交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,切割轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電勢,轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應電流,轉(zhuǎn)子電流與磁場作用,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（nn0）,轉(zhuǎn)差率, 必須有轉(zhuǎn)速差； 轉(zhuǎn)速差越大，轉(zhuǎn)子電流就越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大。 轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場不同步，故此電動機稱為異步電動機。 轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生、電能從定子到轉(zhuǎn)子的傳遞都是基于電磁感應現(xiàn)象，因此異步電

15、動機也稱為感應電動機。 額定負載時，轉(zhuǎn)差率s很?。?.0150.060）,三相異步電動機有哪些調(diào)速方法？,（2）改變旋轉(zhuǎn)磁場 同步轉(zhuǎn)速調(diào)速,三相異步電動機的調(diào)速方法很多，大致可以分成以下幾種類型：,串級調(diào)速,調(diào)壓調(diào)速,轉(zhuǎn)子回路串電阻,電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速,（1）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速,改變定子繞組極對數(shù),改變供電電源頻率,變頻調(diào)速,點擊原理,改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。交流調(diào)速技術(shù)已成為當前機電傳動系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容之一。,1. 變壓變頻調(diào)速,為避免電機磁路過飽和，在降低電源頻率時，必須同時

16、降低電源電壓。降低電源電壓U1有兩種控制的方法。, 保持 =常數(shù) ： （這種方法為恒磁通控制方式）, 最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 機械特性硬度，調(diào)速范圍寬，穩(wěn)定性好?？梢赃B續(xù)調(diào)節(jié)，平滑性好。 轉(zhuǎn)差功率較小，效率較高。,特點：,變頻調(diào)速,1. 變壓變頻調(diào)速, 保持 =常數(shù),隨著f1的降低，Tm 減小。近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。,特點：,變頻調(diào)速,1. 變壓變頻調(diào)速,2. 恒壓弱磁調(diào)速,升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時，只能保持電壓為UN 不變，頻率越高，磁通m 越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。,頻率越高時， 越小， 也減小。,近似為恒功率調(diào)速方式

17、。,特點：,第五章、控制電機,交流伺服電機為什么會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，怎么克服 步進電機的通電方式、步距角的計算和轉(zhuǎn)速的計算,交流伺服電機的是如何工作的？,三. 交流伺服電動機的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象及解決辦法,措施就是使轉(zhuǎn)子導條具有很大的電阻。,伺服電動機基本要求是，控制電壓一旦消失，電機必須立即停止,伺服電動機是如何解決這種自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的呢？,（單相交流異步電動機，只要轉(zhuǎn)動起來，一相電壓足以使其持續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)）,有控制信號時，伺服電機按兩相特性運行；控制信號消失后，伺服電機按單相特性運行。,在單相特性曲線上，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向始終相反，也就是電磁轉(zhuǎn)矩始終為制動轉(zhuǎn)矩。這就是說，當伺服電機的控制信號消失后，電磁轉(zhuǎn)矩馬上變?yōu)?/p>

18、制動轉(zhuǎn)矩，使其迅速停轉(zhuǎn)，即消除“自轉(zhuǎn)”。,步進電機工作原理是什么？,步進電機分定子和轉(zhuǎn)子兩部分。,一、步進電動機的結(jié)構(gòu),二、步進電動機的工作原理,定子上裝一定相數(shù)的控制繞組，產(chǎn)生勵磁。轉(zhuǎn)子用硅鋼片或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)。實際的定子和轉(zhuǎn)子上均勻分布著很多小齒，定子齒幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。,以三相反應式為例介紹步進電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理,三相三拍工作方式：,三相六拍工作方式：,相數(shù)：產(chǎn)生不同磁極的勵磁線圈對數(shù)稱為相數(shù),步進電動機的轉(zhuǎn)速,拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或通電狀態(tài)，或電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)稱為拍數(shù)。,三相三拍：,三相六拍,步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

19、過的角位移,步進電機轉(zhuǎn)速,第六章、繼電器-接觸器控制,空氣開關(guān)的基本工作原理與作用 接觸器結(jié)構(gòu)上的組成 基本的控制電路(點動與長動、長動、正反轉(zhuǎn)控制) 基本電路流程的分析,自動空氣斷路器（自動開關(guān)、低壓斷路器 ）,作用：可實現(xiàn)短路、過載、失壓保護。,工作原理：過流時，過流脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源；欠壓時，欠壓脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源。,傳感部分：線圈靜鐵心；,釋放彈簧,觸頭系統(tǒng),線圈得電，銜鐵吸合觸點動作:,常開觸點合 / 常閉觸點斷,線圈失電，銜鐵釋放觸點復位:,常開觸點斷 / 常閉觸點合,接觸器的結(jié)構(gòu)接觸器工作原理,執(zhí)行部分：觸頭。,主、輔觸點內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，主觸點連接到主電路中，能通以大電流；輔觸點則用在控制回路中。主觸點設有專門的滅弧裝置。,觸頭按通過的電流的大小分主觸頭和輔助觸頭兩種。,觸頭按狀態(tài)的不同分動斷（常閉）觸頭和動合（常開）觸頭兩種。,動鐵心（銜鐵）,靜鐵心,線圈,接觸器,常見的電氣控制線路,1. 點動自動控制線路,點動與連續(xù)運行分別用2個按鈕實現(xiàn),工作狀態(tài),連續(xù)工作啟動,停止,點動,常見的電氣控制線路,2. 起動及保護電路,熔斷器,常見的電氣控制線路,2. 起動及保護電路,工作狀態(tài),啟動,正常