机电传动控制第四版习题及其答案

习题与思考题

第二章 机电传动系统的动力学基础

2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。 静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）

TM TL TM TL N

TM=TL TM< TL TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速

TM TL TM TL

TM> TL TM> TL 系统的运动状态是减速 系统的运动状态是加速

TM TL TM TL

TM= TL TM= TL 系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀速

2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？

因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是

1

P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2 2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？

因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?

因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变 转速越小GD2越大，转速越大GD2 越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2, 转速nM=900r/min; 中间传动轴的转动惯量

JL=16kgm2,转速nL=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2

. 2.8 如图2.3（b）所示，电动机转速nM=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,

滑轮的减速比J3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的费轮转距GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s.

提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s

TL=9.55FV/ηCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2Z=δGDM2+ GDL2/jL2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM2

2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？

可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种

类型的负载.

2.10 反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？

反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。

2.11 在题2.11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？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点

交点是系统的平衡 交点不是系统的平衡点 2

交点是系统的平衡点 第三章

3.1 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？

直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗..

3.2 并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？

不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励. 3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩 TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其运行其运

行状态下电枢电流的大小？为什么？这是拖动系统中那些要发生变化？ T=KtφIa u=E+IaRa

当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.

3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E= E1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电

路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化? 是大于，小于还是等于E1？

T=IaKtφ, φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa ,所以EN减小.,小于E1.

3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,ηN=89.5%，试求： ①该发电机的额定电流；

②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN） PN=UNIN 180KW=230*IN

IN=782.6A

该发电机的额定电流为782.6A P= IN100/η

P=87.4KW

N

3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电

机的额定电流和转矩。

PN=UNINη

N

7500W=220V*IN*0.885 IN=38.5A TN=9.55PN/nN

=47.75Nm

3.7一台他励直流电动机：PN=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,Ra =0.25Ω，其空载特性为：

U 0/ V I f/A 115 184 230 253 265 0.442 0.802 1.2 1.686 2.10 今需在额定电流下得到150V 和220 V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？

3

由空载特性其空载特性曲线.

E2652532302201841501150.4420.710.8021.081.21.6862.10If 当U=150V时 If=0.71A 当U=220V时 If=1.08A

3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5KW, U N=110V, I N=62A, n N=1000r/min,试绘出它的

固有机械特性曲线。

Ra=(0.50~0.75)(1-PN/UNIN)UN/IN =0.6(1-5500/110*62)*110/62 =0.206Ω n0=nNUN/(UN-INRa) =1131r/min TN=9.55*5500/1000 =52.525Nm

1131

4

52.525

3.9 一台并励直流电动机的技术数据如下：PN=5.5KW,

U N=110V, I N=61A,额定励磁电流I fn=2A, n N=1500r/min,电枢电阻Ra =0.2Ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗，

铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。

n0=UNnN/(UN-INRa) TN=9.55PN/nN

=110*1500/(110-61*0.2) =9.55*5500/1500 =1687 r/min =35Nm 1687

3.10一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5KW,U N=220V, I N=34.4A, n N=1500r/min, Ra =0.242Ω,试计

算出此电动机的如下特性： ①固有机械特性；

②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；

③电枢电压为U N/2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φ

N时的人为机械特性；

并绘出上述特性的图形。 ① n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/min TN=9.55PN/nN =9.55*6500/1500 =41.38Nm

1559

5

电动机正向电动状态由

a到b特性曲线转变; 反接制动状态转速逐渐降低,到达c时速度为零, 反向电动状

态由c到f速度逐渐增加. 稳定平衡状态,反向到达f稳定平衡点,转速不再变化.

第五章

5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50HZ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步

转速、转子转速和转子电流频率。

n0=60f/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min

电动机的同步转速1500r/min. 转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 HZ

5.2 将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？

如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕

组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反.

5.3 有一台三相异步电动机，其nN=1470r/min,电源频率为50HZ。设在额定负载下运行，试求：

① 定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min

② 定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min

③ 转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min

④ 转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min

⑤ 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min

5.4 当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高.

5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变

化？如何变化？

若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。

满载时 PN/kW 3 UN/V 220/380 nN/r·min-1 IN/A ηN×100 cosφ 960 12.8/7.2 83 0.75 Ist/IN 6.5 Tst/TN 2.0 Tmax/TN 型号 Y132S-6 2.0 试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist；

③额定负载时电动机的输入功率是多少？

① 线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法. ② TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm

11

Tst/ TN=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm Tmax/ TN=2.0 Tmax=59.6 Nm Ist/IN=6.5 Ist=46.8A

一般nN=(0.94-0.98)n0 n0=nN/0.96=1000 r/min SN= (n0-nN)/ n0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n0=60*50/1000=3 ③ η=PN/P输入 P输入=3/0.83=3.61

5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.

5.8 三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？而在运行时断了一线，为什么仍能继续转动？

这两种情况对电动机将产生什么影响？

三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的转

矩，而且转矩大小相等。故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能自行启动，而在运行时断了一线，仍能继续转动转动方向的转矩大于反向转矩，这两种情况都会使电动机的电流增加。 5.9 三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流是否相同？启动转矩是否相同？ 三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启动转矩都相同。

Tst=KR2u2/(R22+X220) I=4.44f1N2/R 与U，R2，X20有关 5.10 三相异步电动机为什么不运行在Tmax或接近Tmax的情况下?

根据异步电动机的固有机械特性在Tmax或接近Tmax的情况下运行是非常不稳定的，有可能造成电动机的停转。

5.11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：

PN/kW 40 nN/r·min-1 1470 UN/V 380 ηN×100 cosφN 0.9 Ist/IN 6.5 Tst/TN 1.2 Tmax/TN 2.0 接法 △ 90 ① 当负载转矩为250N·m时，试问在U=UN和U`=0.8UN两种情况下电动机能否启动？ TN=9.55 PN/ nN

=9.55*40000/1470 =260Nm

Tst/TN=1.2 Tst=312Nm

Tst=KR2U2/（R22+X202） =312 Nm

312 Nm>250 Nm 所以U=UN时 电动机能启动。

当U=0.8U时 Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202） =0.64*312

12

=199 Nm Tst

② 欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45 TN和0.35 TN两种情况下, 电动机能否启动？ TstY=Tst△/3

=1.2* TN /3 =0.4 TN

当负载转矩为0.45 TN时电动机不能启动 当负载转矩为0.35 TN时电动机能启动

③ 若采用自耦变压器降压启动，设降压比为0.64，求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动

转矩。

IN= PN/ UNηN cosφN√3 =40000/1.732*380*0.9*0.9 =75A Ist/IN=6.5 Ist=487.5A

降压比为0.64时电流=K2 Ist

=0.642*487.5=200A

电动机的启动转矩T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm

5.12 双鼠笼式、深槽式异步电动机为什么可以改善启动性能？高转差率鼠笼式异步电动机又是如何改善启

动性能的？

因为双鼠笼式电动机的转子有两个鼠笼绕组，外层绕组的电阻系数大于内层绕组系数，在启动时S=1，

f2=f，转子内外两层绕组的电抗都大大超过他们的电阻，因此，这时转子电流主要决定于转子电抗，此外外层的绕组的漏电抗小于内层绕组的漏电抗，因此外笼产生的启动转矩大，内层的启动转矩小，启动时起主要作用的是外笼。

深槽式异步电动机的启动性能得以改善的原理。是基于电流的集肤效应。处于深沟槽中得导体，可

以认为是沿其高度分成很多层。各层所交链漏磁通的数量不同，底层一层最多而顶上一层最少，因此，与漏磁通相应的漏磁抗，也是底层最大 而上面最小，所以相当于导体有效接面积减小，转子有效电阻增加 ，使启动转矩增加。

高转差率鼠笼式异步电动机转子导体电阻增大，即可以限制启动电流，又可以增大启动转矩，转子

的电阻率高，使转子绕组电阻加大。

5.13 线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？ 线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大

5.14 为什么线绕式异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大？ Tst=KR2U2/（R22+X202） 当转子的电阻适当增加时，启动转聚会增加。 5.15 异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？

① 调压调速 这种办法能够无级调速，但调速范围不大

② 转子电路串电阻调速 这种方法简单可靠，但它是有机调速，随着转速降低特性变软，转子电

路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。

③ 改变极对数调速 这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价格稍高，只能有机

调速，但是结构简单，效率高特性高，且调速时所需附加设备少。

④ 变频调速 可以实现连续的改变电动机的转矩，是一种很好的调速方法。

5.16 什么叫恒功率调速？什么叫恒转矩调速？

恒功率调速是人为机械特性改变的条件下，功率不变。恒转矩调速是人为机械特性改变的条件下转

矩不变。

13

5.17 异步电动机变极调速的可能性和原理是什么？其接线图是怎样的？

假设将一个线圈组集中起来用一个线圈表示，但绕组双速电动机的定子每组绕组由两各项等闲圈的半

绕组组成。半绕组串联电流相同，当两个半绕组并联时电流相反。他们分别代表两中极对数。可见改变极对数的关键在于 使每相定子绕组中一般绕组内的电流改变方向。即改变定子绕组的接线方式来实现。

A X A X 改变即对数调速的原理

5.18 异步电动机有哪几种制动状态？各有何特点？ 异步电动机有三种反馈制动,反接制动和能耗制动

. 反馈制动当电动机的运行速度高于它的同步转速,即n1.>n0时一部电动机处于发电状态.这时转子导体切割旋转磁场的方向与电动机状态时的方向相反.电流改变了方向,电磁转矩也随之改变方向.. 反接制动 电源反接改变电动机的三相电源的相序,这就改变了旋转磁场的方向,电磁转矩由正变到负,这种方法容易造成反转..倒拉制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时候,例如起重机放下重物时,机械特性曲线如下图,特性曲线由a到b,在降速最后电动机反转当到达d时,T=TL系统到达稳定状态,

b a

d

能耗制动 首先将三项交流电源断开,接着立即将一个低压直流电圆通入定子绕组.直流通过定子绕组后,在电动机内部建立了一个固定的磁场,由于旋转的转子导体内就产生感应电势和电流,该电流域恒定磁场相互作用产生作用方向与转子实际旋转方向相反的转矩,所以电动机转速迅速下降,此时运动系统储存的机械能被电动机转换成电能消耗在转子电路的电阻中. 5.19 试说明鼠笼式异步电动机定子极对数突然增加时，电动机的降速过程。 N0=60f/p p增加定子的旋转磁场转速降低,定子的转速特随之降低. 5.20 试说明异步电动机定子相序突然改变时，电动机的降速过程。

b a 1

14

2 c

异步电动机定子相序突然改变,就改变了旋转磁场的方向,电动机状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2但由于机械惯性的原因,转速不能突变,系统运行点a只能平移到曲线2的b点,电磁转矩由正变到负,则转子将在电瓷转矩和服在转矩的共同作用下迅速减速,在从点b到点c的整个第二相限内,电磁转矩和转速 方向相反,.

5.21 如图5.51所示：为什么改变QB的接通方向即可改变单相异步电动机的旋转方向？

定子上有两个绕组AX,BY,一个是启动绕组,另一个是运行绕组, BY上串有电容.他们都镶嵌在定子铁

心中,两个绕组的轴线在空间上垂直,绕组BY电路中串接有电容C,当选择合适的参数使该绕组中的电流iA在相位上超前或滞后iB,从而改变QB的接通方向即可改变单相异步电动机的旋转方向 5.22 单相罩极式异步电动机是否可以用调换电源的两根线端来使电动机反转？为什么？

不能,因为必须调换电容器C的串联位置来实现,即改变QB的接通位置,就可以改变旋转磁场的方向,

从而实现电动机的反转,.

5.23 同步电动机的工作原理与异步电机的有何不同？

异步电动机的转子没有直流电流励磁,它所需要的全部磁动势均由定子电流产生,所以一部电动机必

须从三相交流电源吸取滞后电流来建立电动机运行时所需要的旋转磁场,它的功率因数总是小于1的,同步电动机所需要的磁动势由定子和转子共同产生的当外加三相交流电源的电压一定时总的磁通不变,在转子励磁绕组中通以直流电流后,同一空气隙中,又出现一个大小和极性固定,极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场,这两个磁场的相互作用,使转子北电枢旋转磁场拖动着一同步转速一起转动. 5.24 一般情况下，同步电动机为什么要采用异步启动法？

因为转子尚未转动时,加以直流励磁,产生了旋转磁场,并以同步转速转动,两者相吸,定子旋转磁场欲吸

转子转动,但由于转子的惯性,它还没有来得及转动时旋转又到了极性相反的方向,两者又相斥,所以平均转矩为零,不能启动.

5.25 为什么可以利用同步电动机来提高电网的功率因数？

当直流励磁电流大于正常励磁电流时,电流励磁过剩,在交流方面不仅无需电源供电,而且还可以向电网

发出点感性电流与电感性无功功率,正好补偿了电网附近电感性负载,的需要.使整个电网的功率因数提高.

第六章

6.1 有一台交流伺服电动机，若加上额定电压，电源频率为50Hz,极对数P=1，试问它的理想空在转速是多

少？

n0=60*f/p =60*50/1 =3000r/min

理想空在转速是3000 r/min

6.2何谓“自转”现象？交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？ 自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动.

克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,

正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方.当速度n 为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象

15

6.3有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电

磁转矩和转速如何变化？

当副在增加时, n=Uc/KeΦ-RT/KeKtΦ2电磁转矩增大,转速变慢,根据 n=Uc/KeΦ-RaIa/KeΦ控制电流增大. 6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流Ia1=0.05A，转速n1=3000r/min;加负载后，

电枢电流I a2=1A, 转速n2=1500r/min。试做出其机械特性n=f (T)。 电动机的电磁转矩为T=BIaNLD/2, n 3000

1500

0.05A 1A T 6.5 若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压Uc=100V时，理想空载转速n0=3000r/min;当

Uc=50V时，n0等于多少？ n0=120Uc/πNBLD 电压与转速成正比,当Uc=50V时, n0等于1500 r/min 6.6 为什么直流力矩电动机要做成扁平圆盘状结构？ 直流力矩电动机的电磁转矩为T=BIaNlD/2在电枢体积相同条件下,电枢绕组的导线粗细不变,式中的BIaNl/2紧思维常数,故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大. 6.7 为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动机？

因为在设计.制造商保证了电动机能造低速或阻转下运行,在阻转的情况下,能产生足够大的力矩而不

损坏,加上他精度高,反应快,速度快线性好等优点.因此它常用在低俗,需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件.

6.8 永磁式同步电动机为什么要采用异步启动？

因为永磁式同步驶电动机刚启动时,器定子长生旋转磁场,但转子具有惯性,跟不上磁场的转动,定子旋转时而吸引转子,时而又排斥转子,因此作用在转子的平均转矩为零,转子也就旋转不起来了. 6.9 磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出的优点？

磁阻式电磁减速同步电动机无需加启动绕组,它的结构简单,制造方便.,成本较低,它的转速一般在每分钟几十转到上百专职践踏是一种常用的低速电动机.

6.10 一台磁组式电磁减速同步电动机，定子齿数为46，极对数为2，电源频率为50Hz,转子齿数为50，试

求电机的转速。

电动机的旋转角速度为ω=(Zr-Zs)2πf/ZrP =(50-46)*2*3.14*50/50*2 =12.56rad ω=2πn/60 n =60*ω/2π =120r/min

6.11 交流测速发电机在理想情况下为什么转子不动时没有输出电压？转子转动后，为什么输出电压与转子

转速成正比？

因为测速发电动机的输出电压U=Kn=KK’dθ/dt,所以转子不动时没有输出典雅,转子动时输出电压与

转速成正比.

6.12 何谓剩余电压、线性误差、相位误差？

剩余电压是只当测速发电动机的转矩为零时的输出电压.

线性误差是指严格的说输出电压和转速不是直线关系,由非线性引起的误差称为线性误差. 相位误差;是指在规定的转速范围内,输出电压与励磁电压之间相位的变化量.

16

6.13一台直流测速发电机，已知Ra=180Ω,n=3000r/min，RL=2000Ω,U=50V,求该转速下的输出电流和空载

输出电压。 Ia=Ua/RL =50/2000 =0.025A Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50= Cen/(1+180/2000) Cen=Ua0=54.5V

输出电流是0.025A, 空载输出电压是54.5V

6.14某直流测速发电机，在转速3000r/min时，空载输出电压为52V；接上2000Ω的负载电阻后，输出电

压为50V。试求当转速为1500r/min，负载电阻为5000Ω时的输出电压。 在转速3000r/min时，空载输出电压为52V时 52= Ce3000 Ce=52/3000

当接上2000Ω的负载电阻后，输出电压为50V时 Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50=52 /(1+ Ra/2000) Ra=80Ω

当转速为1500r/min，负载电阻为5000Ω时的输出电压为 Ua= Ce*1500/(1+80/5000) =26/1.016 =25V

6.15直流测速发电机与交流测速发电机各有何优缺点？

直流测速发电机的优点是没有相位不波动.没有剩余电压,输出特性的斜率比交流测速发动机的大.

缺点是由于有电刷和换向器,因而结构复杂,维护不便.摩擦转矩大.有换向火花,产生无线电干扰信号,输出特性不稳定,且正反转时,输出部对称.

交流测速发电机的优点是不需要电刷和换向器,因而结构简单,维护容易,惯量小,无滑动接触,输出

特性稳定,精度高,摩擦转矩小,不产生无线电干扰,工作可靠.正反转转向时输出特性对称,缺点是存在剩余电压和相位误差,切负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位. 6.16 试简述控制式自整角机和力矩式自整角机的工作原理。

控制式自整角机的工作原理是当发送机得力磁绕组通入励磁电流后,产生交变脉冲磁通,在相绕组中

感应出感应,从而绕组中产生电流,这些电流都产生脉冲磁场,并分别在自整角变压器的单相输出绕组中感应出相同的电动势..

力矩式自整角机的工作原理是当接收机转子和发送机的转子对定子绕组的位置相同,所以两边的每

相绕组中的电动势相等,因此在两边的三相绕组中没有电流.若发送机转子转动一个角度,于是发送机和接收机相应的每相定子绕组中的两个电动势就不能相互抵消,定子绕组中就有电流,这个电流和接受激励此磁通作用而产生转矩.

6.17力矩式自整角机与控制自整角机有什么不同？试比较它们的优缺点。各自应用在什么控制系统中较好。 自整角机的输出电压需要交流放大器放大后去控制交流伺服电动机,伺服电动机同时带动控制对象和

自整角变压器的转子,它的转动总是要使使调角减小,指导δ=0时为止.它适合于大转矩的情况. 力矩式自整角机既可以带动控制对象,也可以带动自整角变压器的转子,由于负载很轻,所以不需要用伺

服电动机,而是由自整角机直接来实现转角随动.

6.18一台直线异步电动机，已知电源频率为50Hz，极矩τ为10cm，额定运行时的滑差率为0.05，试其额

定速度。

次级线圈的额定速度是V=(1-S)2fτ

17

=(1-0.05)*2*50*0.1 =9.5m/s 6.19直线电动机较之旋转电动机有哪些优缺点。

直线电动机的优点是1 直线电动机无需中间传动机构,因而使整个机构得到简化,提高了精度,减少

了振动和噪声.2反应快速.3 散热良好,额定值高,电流密度可取大值,对启动的限制小.4装配灵活,往往可将电动机的定子和动子分别于其他机体合成一体.

缺点是存在着效率和功率因数低,电源功率大及低速性能差等.

第七章

7.1 电动机的温升与哪些因素有关？电动机铭牌上的温升值其含义是什么？电动机的温升、温度以及环境

温度三者之间有什么关系？

电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关. 电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高

温度.电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小,热量的发散是随温度差递增的,少量被发散法到空气中,大量被空气吸收.,因而温度升高的较快.随着电动机温度逐渐升高,被电动机吸收的减少,而发散到空气中的热量增加.. 7.2 电动机在运行中其电压、电流、功率、温升能否超过额定值？是何原因？

电动机在运行中其电压、电流、功率、温升能超过额定值因为保证电动机长期安全运行的必要条件

是按发热条件选择电动机功率的,只要保证θmax≤θa 7.3 电动机的选择包括哪些内容？

电动机的选择包括:1 电动机容量.2 电动机电压等级,3 电动额定转速.4 电动机结构型式.5电动机的

种类

7.4 选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素？

选择电动机容量应根据三相基本原则进行:1发热:电动机在运行的实际最高工作温度等于或小于电动

机的最高工作温度,2过载能力 :短时间内承受高于额定功率的负载功率时保证θmax≤θa.当决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力,即所选电动机的最大转矩Tmax或最大电流Imax必须大于运行过程中可能出现的最大负载电流ILmax和最大负载转矩Tlmax.3启动能力 必须使电动机能可靠启动TL<λstTN

7.5 电动机有哪几种工作方式？当电动机的实际工作方式与铭牌上标注的工作方式不一致时，应注意哪些

问题？

电动机有连续工作制,短时工作制,重复短时工作之三种方式. 当电动机的实际工作方式与铭牌上标

注的工作方式不一致时, 应注意最高工作温度是否小于电动机的最高许可工作温度,启动转矩是否大于负载转矩.

7.6 一台室外工作的电动机，在春、夏、秋、冬四季其实际允许的使用容量是否相同？为什么？ 实际允许的使用容量不相同,周围空气的温度发生了变化,对电动机的散热快慢有很大影响. 7.7 有一抽水站的水泵向高度H=10m处送水，排水量Q=500m3/h，水泵的效率η1=0.9，传动装置的效率η

2

=0.78，水的重度r=1000kg/m3，试选择一台电动机拖动水泵。

PL=QγH/102η1η2

=10*1000*500/102*0.9*0.78*3600 =19.4KW

查手册选择Y200L2-6,额定功率22KW满载转速是970r/min,最大转矩/额定转矩=1.8

7.8 有一生产机械的实际负载转矩曲线如题7.8图所示，生产机械要求的转速nN=1450r/min，试选一台容

量合适的交流电动机来拖动次生产机械。 用等効转矩法,先求初等効转矩

18

T=√(4**20+92*10+42*40+72*40+122*6)/116 =6.3Nm 等效功率是PL=Tdn/9550 =6.3*1450/9550 =0.96KW

查手册选择Y90S-4电动机 ,额定功率是1.1KW.满载转速1400r/min,最大主转矩/额定转矩=2.2 所选电动机的额定转矩为TN=9550PN/nN =9550*1.1/1400 =7.5 Nm

电动机的最大转矩是Tmax=2.2 TN=16.5 Nm>6.3 Nm 所选电动机符合要求.

7.9 一生产机械需要直流电动机拖动，负载曲线如题7.9图所示,试选择电动机的容量。 电动机的等效功率Pd=√(P1t1+P2t2+P3t3)/( t1+ t2+ t3) =√(52*2+32*3+42*5)/10 =4KW 电动机的容量为4KW

7.10 有台35Kw，工作时间30min的短时工作电动机，欲用一台Th=90min的长期工作制电动机代替。若不

考虑其他问题（如过载能力等），试问长期工作制电动机的容量应选多大？ 等效功率法 Ps2ts=Pp2tp 35*30= Pp*90 Pp=20.2 Kw

长期工作制电动机的容量应选20.2 Kw

7.11 暂载率ε表示什么？当ε=15%时，能否让电动机工作15min,休息85min?为什么？试比较ε=15%，30kW

和ε=40%，20kW两个重复短时工作制的电动机，哪一台容量大些？

暂载率ε表示重复短时工作制的工作情况, 即ε=工作时间/(工作时间+停车时间) =tp/(tp+t0)

当ε=15%时，不能让电动机工作15min,休息85min,因为规定一个周期的总时间tp+t0不能超过十分钟. 把20KW电动机换算成ε=15%的,相对应的等效负载功率为 Ps=P√ε/ε =32.7KW

所以ε=40%，20Kw的短时工作制电动机容量大些.

7.12 有一生产机械的功率为10kW，其工作时间tp=0.72min, t0=2.28min,试选择所用电动机的容量。 ε= tp/(tp+t0) =0.72/(2.28+0.72) =0.24 换算成额定负载暂载率ε =10*√24%/15% =12.65kw

所用电动机的容量为12.65kw

第八章

8.1 从接触器的结构特征上如何区分交流接触器与直流接触器 ？为什么？

直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小,线圈也比较小,交流电磁铁的铁心是用硅钢片

叠柳而成的.线圈做成有支架式,形式较扁.因为直流电磁铁不存在电涡流的现象.

sNSn2

2

2

2

2

=20*√0.4/0.15 =25%时,其所需要的相对应的等效负载功率为 Ps=P√ε/ε

sN

19

8.2 为什么交流电弧比直流电弧容易熄灭？

因为交流是成正旋变化的,当触点断开时总会有某一时刻电流为零,此时电流熄灭.而直流电一直存在,所以与交流电相比电弧不易熄灭.

8.3 若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源，或直流电器的线圈误接入同电压的交流电源，会发生什

么问题？

若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源,会因为交流线圈的电阻太小儿流过很大的电流使线圈损坏. 直流电器的线圈误接入同电压的交流电源,触点会频繁的通短,造成设备的不能正常运行. 8.4 交流接触器动作太频繁时为什么会过热？

因为交流接触启动的瞬间,由于铁心气隙大,电抗小,电流可达到15倍的工作电流,所以线圈会过热. 8.5 在交流接触器铁心上安装短路环为什么会减少振动和噪声？

在线圈中通有交变电流时,再铁心中产生的磁通是与电流同频率变化的,当电流频率为50HZ时磁通每秒有

100次通过零,这样所产生的吸力也为零,动铁心有离开趋势,但还未离开,磁通有很快上来,动铁心有被吸会,造成振动.和噪声,因此要安装短路环.

8.6 两个相同的110V交流接触器线圈能否串联接于220V的交流电源上运行？为什么？若是直流接触器情

况又如何？为什么？

两个相同的110V交流接触器线圈不能串联接于220V的交流电源上运行,因为在接通电路的瞬间,两

各衔铁不能同时工作,先吸合的线圈电感就增大,感抗大线圈的端电压就大,另一个端电压就小,时间长了,有可能把线圈烧毁.若是直流接触器,则可以. 8.7 电磁继电器与接触器的区别主要是什么？

接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的.

8.8 电动机中的短路保护、过电流保护和长期过载（热）保护有何区别？

电动机中的短路保护是指电源线的电线发生短路,防止电动机过大的电枢电路而损坏.自动切断电源的

保护动作.

过电流保护是指当电动机发生严重过载时,保护电动机不超过最大许可电流.

长期过载保护是指电动机的短时过载保护是可以的,但长期过载时电动机就要发热,防止电动机的温升

超过电动机的最高绝缘温度.

8.9 过电流继电器与热继电器有何区别？各有什么用途?

过电流继电器是电流过大就断开电源,它用于防止电动机短路或严重过载. 热继电器是温度升高到一定值才动作.用于过载时间不常的场合.

8.10为什么热继电器不能做短路保护而只能作长期过载保护？而熔断器则相反，为什么？

因为热继电器的发热元件达到一定温度时才动作,如果短路热继电器不能马上动作,这样就会造成电动

机的损坏.而熔短期,电源一旦短路立即动作,切断电源. 8.11自动空气断路器有什么功能和特点？

功能和特点是具有熔断器能直接断开主回路的特点,又具有过电流继电器动作准确性高,容易复位,不会造成单相运行等优点.可以做过电流脱扣器,也可以作长期过载保护的热脱扣器. 8.12时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思？

20

得电延时闭合的动合触点得电延时断开的动断触点失电延时闭合的动断触点失电延时断开的动合触点

8.13机电传动装置的电器控制线路有哪几种？各有何用途？电器控制线路原理图的绘制原则主要有哪些？

电器控制线路有1:启动控制线路及保护装置.2正反转控制线路.3:多电动机的连锁控制线路.4:电动控制线路.5:多点控制线路.6:顺序控制线路.7:多速异步电动机的基本控制线路.8:电磁铁.电磁离合器的基本控制线路.

电器控制线路原理图的绘制原则主要有 1:应满足生产工艺所提出的要求.

2:线路简单,布局合理,电器元件选择正确并得到充分. 3操作,维修方便

4设有各种保护和防止发生故障的环节. 5能长期准确,稳定,可靠的工作.

8.14为什么电动机要设有零电压和欠电压保护？

零电压和欠电压保护的作用是防止当电源暂时供电或电压降低时而可能发生的不容许的故障.,

8.15在装有电器控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，若立即按钮则不能开车，这可能是什么原

因？

有可能熔短器烧毁,使电路断电.或者是热继电器的感应部分还未降温,热继电器的触点还处于断开状态. 8.16要求三台电动机1M、2M、3M按一定顺序启动：即1M启动后，2M才能启动；2M启动后3M才能

启动；停车时则同时停。试设计此控制线路。

21

SB1SB1KMSB22KMSB33KM 8.17如题8.17图所示的启停控制线路，试从接线、经济、安全、方便等方面来分析一下，有什么问题？ (a)控制不方便.

(b)从控制柜到按钮盒多接了线,并且接线复杂,造成了不必要的麻烦. (c)电路容易造成故障,不安全.

(d)停止按钮没有在主会路上,停止控制不安全. 8.18试设计一台异步电动机的控制线路。要求：

①能实现启停的两地控制； ②能实现点动调整；

③能实现单方向的行程保护； ④要有短路和长期过载保护。

1KM1KM2KM2KM3KM 22

FU3SB4SB1KM1SB2SB5SB1KMFR1KMSTFRM

8.19 为了限制电调整时电动机的冲击电流，试设计它的电气控制线路。要求正常运行时为直接启动，而点

动调整时需输入限流电阻。

FU1SB3SB1KM1KM2KM2SB1KM2KM2KMFRM

23

8.20试设计一台电动机的控制线路。要求能正反转并能实现能耗制动。

FUSB1SB1KM1KM2KM3KM2SB1KM2KM2KMFR3KM3KMM

8.21冲压机床的冲头，有时用按钮控制，又实用脚踏开关操作，试设计用转换开关选择工作方式的控制线

路。

2SB1SB3SB1KM1KM 8.22 容量较大的鼠笼式异步电动机反接制动时电流较大，应在反接制动时在定子回路中串入电阻，试按转

速原则设计其控制线路。

24

FU1SB3SB2KM1KM1KM2KMn>KS1KM2KM1KMFRM

8.23平面磨床中的电磁吸盘能否采用交流的？为什么？

平面磨床中的电磁吸盘不能采用交流的,因为交流电是成正旋波变化的,某一时刻电流会为零,.此时工件受力会甩出,造成事故.

8.24起重机上的电动机为什么不采用熔断器和热继电器作保护？

因为如果使用熔断器和热继电器作保护,当它们作用的时候,电动机断电的时候,电动机没有转矩,重物

由于重力会迅速下降,就会造成事故.

8.25试设计一条自动运输线，有两台电动机， 1M拖动运输机，2M拖动写料及。要求：

①1M先启动后，才允许2M启动；

②2M先停止，经一段时间后1M蔡自动停止，且2M可以单独停止； ③两台电动机均有短路、长期过载保护。

25

ANI 402 LD 403 AND 105 ORB LDI 100 ANI 101 LD 102 ANI 103 ORB LD 104 ORB ANB OR 404 OUT 430

9.6 简化或改正题9.6图所示梯形图，并写出改正后的指令程序。400401402430403400401402431400401430402403404431 31

402401430403400(a)LD402OR403AND401OR400OUT430400401430400402431(b)LD400AND401OUT430LD400AND402OUT43132

403400403400404401402430404431(C)LDOR403400AND404AND401AND402OUT430LDOR403400AND404OUT431

9.7 在程序末了，使用或不使用END指令是否有区别？为什么？

使用或不使用END指令是有区别的,END指令用于程序结束,即表示程序终了.当有效程序结束后,协一条END指令,可以缩短扫描周期.PLC扫描到END指令,便自动返回.如果没有END程序将一直执行到PLC的最后一行这样既增加运算周期,也易引起系统出错. 9.8 试用PLC设计出习题8.16的控制程序。

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COMPLCSB1SB2SB3SB4COM1KM4004014024034304314322KM3KM400430401431402432430403431403430431403432 9.9 试用PLC设计出习题8.25的控制程序。

COMPLCSB1SB2SB3SB4SB5COM1KM4004014024034054304312KM400450430430403402401431430430450431403402

9.10 试用PLC设计出习题8.26的控制程序。

34

COMSB1SB2

9.11 试用PLC设计出习题8.27的控制程序。

PLCCOM1KM40043040140040110143040110145045045110145045110135

COMPLCSB1400SB2SB2SB2401402403431430COMFU1KM电源FR2KM401402430430430450402451450400451431403

9.12试用PLC设计出习题8.29的控制程序。

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COMPLCSB1400SB2SB31ST2ST401402403404430COMFU1KM2KM电源FR431400401430431403450403431101430404450431101402101

9.13 试用PLC的一个8位移位寄存器设计循环移位输出，具体要求是：

(1) 实现一个亮灯循环移位； (2) 实现两个连续亮灯循环移位； (3) 实现一个亮一个灭灯循环移位。

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400107401402SFT100RST-107OUT100102104106430101103105107(C)431 9.14 设计PLC控制汽车拐弯灯的梯形图。具体要求是：汽车驾驶台上有一开关，有三个位置分别控制左闪

灯亮、右闪灯亮和关灯。

当开关扳到S1位置时，左闪灯亮(要求亮、灭时间各1s)；当开关扳到S2位置时，右闪灯亮(要

求亮、灭时间各1s)；当开关扳到S0位置时，关断左、右闪灯；当司机开灯后忘了关灯，则过1.5min后自动停止闪灯。

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COMS1S2S0400401402PLC430431COM1KM2KM404400402101430450K1450451101451K1431404401402102452K1452453102453K1401401454K90

9.15 试用PLC设计按行程原则实现机械手的夹紧-正转-放松-反转-回原位的控制。

9.16 题9.16图所示为由三断组成的金属板传送带，电动机1、2、3分别用于驱动三断传送带，传感器（采

用接近开关）1、2、3用来检测金属板的位置。

当金属板正在传送带上传送时，其位置由一个接近开关检测，接近开关安放在两断传送带相邻接的地

方，一旦金属板进入接近开关的检测范围，可编程序控制器便发出一个控制输出，使下一个传送带的电动机投入工作，当金属板迁出检测范围时，定时器开始计时，在达到整定时间时，上一个传送带电动机便停止运行。即只有载有金属板的传送带在运转，而未载有金属板的传送带则停止运行。这样就可节省能源。

试用PLC实现上述要求的自动控制。

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COMPLC400401402403430COMFU1KM2KM电源FR启动接近开关1接近开关2接近开关3SB11ST2ST3ST电动机1电动机2电动机34313KM432400430450430401431401450431451402432402432451451

9.17 设计一条用PLC控制的自动装卸线。自动结构示意图如题9.17图所示。电动机M1驱动装料机加料，

电动机M2驱动料车升降，电动机M3驱动卸料机卸料。

装卸线操作过程是：

① 料车在原位，显示原位状态，按启动按钮，自动线开始工作； ② 加料定时5s，加料结束； ③ 延时1s，料车上升； ④ 上升到位，自动停止移动； ⑤ 延时1s ,料车自动卸料； ⑥ 卸料10s,料车复位并下降； ⑦ 下降到原位，料自动停止移动.

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