机电传动控制_简要复习笔记

第一章绪论

1.什么是机电传动？机电传动的目的是什么？

机电传动，是指以电动机为原动件驱动生产机械运行的系统总称；

目的：将电能转化为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，保证生产过程的正常运行。

2.机电系统经历了哪几个阶段？控制系统经历了哪几个阶段？

机电系统的发展：成组拖动、单电机拖动、多电机拖动

控制系统：接触器-继电器系统、电机放大机控制系统、晶闸管、计算机数字控制系统

第二章机电传动系统动力学基础

1.单轴拖动系统的运动方程式是什么？

式中的375有加速度的量纲。

2.多轴传动系统转化为单轴系统的原则是什么？

折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在能量关系上或功率关系上保持不变。

3.典型的负载特性有哪些？

恒转矩型负载特性：分为反抗性恒转矩负载和位能性转矩负载。

离心式通风机型负载特性

直线型负载特性

恒功率型负载特性

4.机电系统稳定运行是什么意思？稳定运行的必要条件是什么？充分条件是什么？

一是系统应能以一定速度匀速运转；二是系统受某种外部干扰作用(如电压波动、负载转矩波动等)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。

必要条件：电动机轴上的拖动转矩和折算到电动机轴上的负载转矩相互平衡。从T-n坐标平面上看，这意味着电动机的机械特性曲线n＝f(TM)和生产机械的机械特性曲线n＝f(TL)必须有交点，交点常称为拖动系统的平衡点。

充分条件：受到扰动还能恢复到原来的状态。

5.判断下图中b点是稳定点吗？

第三章直流电机的工作原理及特性

1.直流电机由哪几部分组成？分别有什么作用？

由定子和转子两大部分组成。

定子又称磁极，主要用于产生主磁场和在机械上支撑电机，由主磁极、换向极、机座、端盖和轴承等组成；

转子又称电枢，产生感应电动势及产生机械转矩，由铁芯、绕组、换向器、轴等组成。

2.在磁场中，左手定则和右手定则分别如何使用？

左力右电，意思为左手定则用来判断力的方向，右手定则用来判断电的方向。

左手定则判断安培力的方向：伸出左手，使大拇指与四指垂直，让磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，此时大拇指所指的方向即为导线所受安培力的方向。

右手定则判断电动势方向：右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，让磁感线从掌心进入（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流（动生电动势）的方向。

3.写出直流电动机的力矩公式和作为发电机时的电压公式。

4.电机在不同的运行方式下E和T分别有什么作用?

Ra为绕组电阻，Ia为电枢电流，Tm为电磁转矩，Tl为负载转矩，T0为空载转矩。

6.什么是机械特性硬度？根据机械特性硬度，可将机械特性分为哪几种？

为了衡量机械特性的平直程度，引进机械特性硬度的概念，计算式为转矩变化dT与引起的转速变化dn的比值。

将电动机机械特性分为三类：

（1）绝对硬特性，硬度趋于无穷大

（2）硬特性，硬度大于10

（3）软特性，硬度小于10

7.什么是固有机械特性？直流他励电动机正反转时的固有机械特性如何？

固有机械特性，是指在额定条件下的n=f(T)曲线。对于直流他励电动机，就是指额定电压、额定磁通下，电枢电路内不接任何电阻时的n=f(T)曲线。

8.什么是人为机械特性？直流他励电动机有哪些人为特性？原理图如何?分别有哪些特点？

人为机械特性是指供电电压或磁通不是额定值、电枢电路串接附加电阻时的机械特性。

串接附加电阻时的人为机械特性：

改变电枢电压时的人为机械特性：

改变磁通时的人为机械特性

9.为什么直流他励电动机启动前必须先加励磁电流？运转过程中，可以断开励磁电路断开或励磁电流为0？

他励直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：

10.为什么电动机不能直接接入电网并施加额定电压？常用的启动方法有哪几种？

启动时n=0、E=0，Ra很小，直接接入电网并施加额定电压，启动电流是额定电流的十几倍，可能会损坏电机。

降压启动、电枢回路串接外加电阻。

11.降压启动和串接外加电阻启动的原理图和启动特性如何？

降压启动：在启动瞬间，降低供电电源电压．随着转速n的升高．反电势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的转速。

串电阻启动：此时启动电流Ist=U/(Ra+ Rst)将受到外加启动电阻Rst的限制.随着电动机转速n的升高，反电势互增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。

12.什么是速度调节？什么是速度变化？

速度调节—–在一定的负载下，人为改变参数，达到改变电动机稳定转速；

速度变化—–由于负载发生变化而引起电动机转速改变。

13.速度调节有哪几种方法？分析每种方法对应的机械特性并简述该方法的特点。

改变电枢电路串接电阻

负载转矩较小时，调速范围不大；无级调速困难，电阻耗能大；机械特性变软，稳定性降低；

目前使用较少，仅在一些起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中使用。

改变电动机电枢供电电压

连续平滑调速，在额定转速以下调速；调速时硬度不变，电流不变，转矩不变；

改变电动机主磁通

只能在额定转速以上进行无级调速；机械特性变软，调速范围不大，轻载时容易发生飞车；

通常同调压调速配合使用（n0以下用调压，n0以上用调磁通的方法）。

14.什么是制动状态？什么是电动状态？制动和自然停车是一样的意思吗？

制动是指从稳定转速开始减速到停止或者限制位能负载下降速度的一种运转状态。

制动时，转矩T与转速n方向相反，电机处于发电机状态；

电动时，电动机发出的T和n方向相同。

自然停车：电动机脱离电源，靠很小的摩擦转矩消耗机械能，使转速慢慢下降，直到转速为0而停车；

制动：生产机械需要加快停车过程，需要实现精准停车等，要求电动机运行在制动状态；

15. 反馈制动中，反馈是什么意思?反馈制动有哪些方法？

电动机变成发电机，机械能变成电能向电源馈送，称为反馈；

降压调速过程中的反馈制动

调磁通调速过程中的反馈制动

反馈制动只在调磁降速过程中产生

下放重物时的反馈制动

16.他励电动机如何进入反接制动状态？

当他励电动机的电枢电压U或电枢电动机E中的任一个在外部条件作用下改变了方向，即两者由方向相反变成了方向一致时，电动机都将运行于反接制动状态。

17.如何使电机进入能耗制动状态？

把外加电枢电压U突然将为0，而将电枢串接一个附加电阻Rad短接起来，电机便进入了能耗制动状态。

第4章交流电动机的工作原理及特性

1.三相异步电动机的基本结构包括哪几部分？

分为定子和转子。定子包括铁芯、绕组及机座。转子由铁芯和绕组组成。定子和转子之间存在一定的气隙。

2.简述三相异步电动机的工作原理，并解释三相异步电动机中的“异步”含义。

线圈；跟着磁铁转，两者转动方向一致，但是线圈比磁场转得慢，即异步。如果两者转速相等，转子和旋转磁场没有相对运动，转子将不会继续旋转，因此，转速差是保证转子旋转的主要因素。

3.如何表达转子转速与磁场转速的不同步？

将转速差n0-n与同步转速n0的比值称为异步电动机的转差率。

S=（n0-n）/ n0

4.定子绕组有什么连接方式？分别在什么情况下使用？

定子绕组有星形（Y）和三角形（△）两种不同的接法。

视电源的线电压而定，如果接入电动机电源的线电压等于电动机的额定相电压（即每相绕组的额定电压），应该接成三角形；如果线电压是相电压的√3 倍，则应该接成星形。

铭牌上标有 △/Y 220/380

5.三相异步电动机的固有机械频率是什么样的？

6.三相异步电动机的人为机械特性如何？分别有什么特点？

降低电动机电源电压时的人为机械特性

电压降低后特性变化的特点：

n0、 Sm不变；

Tmax大大减小，对U敏感；

机械特性变软；

定子电路串入电阻或电抗

n0、 Sm不变；

Tmax减小（与降压引起同样Tst时的 Tmax相比大一些)；

机械特性变软；

转子电路串入电阻（绕线式电动机）

改变电源频率时的特性

7. 三相异步电动机启动时为什么不能过大的电流？

因为过大的启动电流冲击，对电网和电动机本身都是不利的。对电网而言，他会引起较大的线路压降，特别是电源容量较小时，电压下降的太多，会影响接在同一电源上的其他负载；对电动机本身而言，引起绕组发热，加速绕组绝缘层老化，且在大电流的冲击下，电动绕组端部受电动力的作用，可能发生位移或变形，容易造成短路事故。

8.画出Y—△降压启动的原理图，并简述其操作过程。

知识补充：相电压就是任一相线(火线)与零线之间的电压；任意两根相线之间的电压，称为线电压。IstY=Ist△ / 3。

启动时，KM和KM1闭合，KM2断开，定子绕组接成星形；待速度上升后，KM1断开，KM2闭合，成三角形连接。

9.三相异步电动机的调速方法有哪些？

在一定负载下稳定运行的条件下，可变极对数、变转差率（即机械硬度）、变电源频率f。

10.简述电磁转差离合器调速原理。

电磁转差离合器的基本工作原理是基于电磁感应原理。电磁转差离合器调速系统，实质上就是在笼型转子异步机轴上装一个电磁转差离合器，通过晶闸管控制装置控制离合器绕组的电流，改变这一电流，即可以调节离合器的输出转速。

11.分析调压调速的机械特性、转子串电阻的机械特性、变频调速的机械特性。

12.三相异步电动机的制动方式有哪些？

反馈制动、电源反接制动、倒拉制动、能耗制动。

13.单相异步电动机有何特点？有何启动方法？

特点：

（1）单相异步电动机没有启动能力

(当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。)

（2）在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定。

启动方法：电容分相式异步电动机、罩极式异步电动机

14.同步电动机有何启动特性和运行特性？如何启动同步电动机？

同步电动机不能自行启动，启动后转速不随负载变化，恒定转速。

异步启动法。

第五章控制电动机

1、在机电设备中常用的控制电动机有哪些？

步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、力矩电动机、直线电动机

2、步进电机有何作用？优缺点如何？

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角β），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。

优点：角位移与输入脉冲严格成正比，响应速度快，可以在开环控制下精确定位或者同步运行。

缺点：不能达到很高的转速，存在低频振荡和高频失步问题，噪声和振动较大。

3、直流伺服电机有何缺点？如何克服？

（1）电枢绕组在转子上不利于散热；

（2）绕组在转子上，转子惯量较大，不利于高速响应；

（3）电刷和换向器易磨损

如果能将电刷和换向器去掉，再把电枢绕组移到定子上，就可克服这些缺点。交流伺服电机就是这种结构的电机。

4、交流伺服电机有哪几种？有何特点？

无刷直流电机、永磁同步电机。

电枢在定子上，散热性能好；没有电刷及换向机构，不需要经常维护；控制比直流伺服电机要复杂的多。

5、直流力矩电动机有何特点？

转矩大、转速低。

第八章晶闸管及其基本电路

1.晶闸管工作原理如何？有何特点？

工作原理：

特点：

晶闸管电流只能从阳极流向阴极。

阳极和控制极都加正向电压，晶闸管才能导通。

晶闸管导通后，控制极失去作用。

欲使晶闸管关断，必须使阳极正向电压降到一定值（或断开，或反向）

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