机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案复习课程

机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题

及答案

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

和动态转矩的概念。

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）

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TM TL

N

TM=TL

TM-TL>0 说明系统处于加速。处于减速

TM TL

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TL TM

TM< TL

TM-TL<0 说明系统

TL TM

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TM> TM> TL

系统的运动状态是减速 速

TM TL

TM= TM= TL

系统的运动状态是减速 速

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TL

系统的运动状态是加

TL TM

TL

系统的运动状态是匀

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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 P=T ω, p 不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量 守恒 MV=0.5Jω

2

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 GD逼高速轴的 GD

大得多?

2 2

因为 P=Tω，T=G∂D/375. P=ωG∂D/375. ,P 不变 转速

越小 GD越大，转速越大 GD越小。

2.7 如 图 2.3 （ a ） 所 示 ， 电 动 机 轴 上 的 转 动 惯 量

2

2

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J =2.5kgm, 转速 n =900r/min; 中间传动轴的转动 M M

2

6r惯量 J=1kgm,转速n=60 r/min。试求折算到电动 机轴L L

2

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/j+ JL/j1=2.5+2/9+16/225=2.79kgm

2

2

2

. 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 GD=1.05N m, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效

M 2

2

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 GD

z.。

2

ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s.

提 升 重 物 的 轴 上 的 角 速 度 ω = ω

M

/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 GD=δGD + GD /j

Z

2 222

M L L

2

2

=1.25*1.05+100*0.24/32

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=1.318NM

2

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？

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交点是系统的稳定平衡点. 点

交点是系统的平衡 衡点

交点是系统的平衡点

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交点是系统的平衡

交点不是系统的平

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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

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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=.5%，试求：

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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

N

P=87.4KW

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 IN=63.5A, N=220V,

n N=2850r/min,Ra =0.25Ω，其空载特性为：

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U 0/ 115 265 184 230 253 I 0.442 2.10 0.802 1.2 1.686

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？ 由空载特性其空载特性曲线.

E

26 5 25 3 23 0 2 20

1 84 1 5 0

11 5

0.442 0.710.802 1.081.2 1.686

2.10 I f

当 U=150V 时 If=0.71A

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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, IN=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

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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, IN=61A,额定励磁电流 Ifn=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

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N

=220V, IN=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 时的人为机械特性； N/2

④磁通φ=0.8φN 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

41.38 只供学习交流用 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除

② n=U/K φ-(R +R )T/K K φe a ad e t

2

2

2

= U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke φ

当 3Ω n=854r/min 当 5Ω n=311 r/min

③ n= U/Keφ-RaT/9.55Ke φ

2 2

当 UN=0.5UN 时 n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780 r/min

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④ n= U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke φ 0.8

2 2 2

当φ=0.8φ时 n=1517 r/min

n0=UNnN/0.8Keφ =19 r/min

n0

3.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前 n=0,E=0,而 Ra 很小,所以将电动机直

接 接 入 电 网 并 施 加 额 定 电 压 时 , 启 动 电 流 将 很

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大.Ist=UN/Ra

3.12 他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何

实现？

他励直流电动机直接启动过程中的要求是 1 启动电 流不要过大,2 不要有过大的转矩.可以通过两种方 法来实现电动机的启动一 是降压启动 .二是在电枢 回路内串接外加电阻启动.

3.13 直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电

流加上？若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢 电源接通，这是会产生什么现象（试从 TL=0 和 TL=TN 两种情况加以分析）？当电动机运行在额定转速下， 若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？ 直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上 使因为主磁极靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁 绕阻的电源开关就把电枢电源接通，TL=0 时理论上电 动机转速将趋近于无限大,引起飞车, TL=TN 时将使电 动机电流大大增加而严重过载. 3.14 直流串励电动机能否空载运行?为什么？

串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极 高,所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外,还可 能串励电动机也可能反转运行.但不能用改变电源极

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性的方法,因这时电枢电流 Ia 与磁通φ同时反响,使 电瓷转矩 T 依然保持原来方向,则电动机不可能反 转.

3.15 一 台 直 流 他 励 电 动 机 ， 其 额 定 数 据 如 下 ：

PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min, N

=0.8,Ra=0.4Ω, Rf=82.7Ω 。试求：

① 额定电枢电流 IAn;

② 额定励磁电流 IfN;

③ 励磁功率 Pf;

④ 额定转矩 TN;

⑤ 额定电流时的反电势；

⑥ 直接启动时的启动电流；

⑦ 如果要是启动电流不超过额定电流的 2 倍，求启动电阻为多少欧？此时启动转矩又为多少？

1 PN=UNIaNη

N

2200=110*IaN*0.8

IaN=25A

2 Uf= RfIfN

IfN=110/82.7

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η

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=1.33A

③ Pf= UfIfN

=146.3W

④额定转矩 TN=9.55 PN/ nN

=14Nm

⑤ 额定电流时的反电势 EN=UN-INRa

=110V-0.4*25

=100V

⑥ 直接启动时的启动电流 Ist=UN/Ra

=110/0.4

=275A

⑦ 启动电阻 2IN> UN/ (Ra+Rst)

Rst>1.68Ω

启动转矩

Keφ=(UN-INRa)/nN

=0.066

Ia= UN/ (Ra+Rst)

T=KtIaφ

=9.55*0.066*52.9 =33.34Nm

=52.9A

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3.16 直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时，为什

么要逐渐切除启动电阻？如切出太快，会带来什么后 果？

如果启动电阻一下全部切除,,在切除瞬间,由于机 械惯性的作用使电动机的转速不能突变,在此瞬间转 速维持不变,机械特性会转到其他特性曲线上,此时 冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻的方法. 如切除太快,会有可能烧毁电机.

3.17 转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什

么区别 ？

速度变化是在某机械特性下,由于负载改变而引起的, 二速度调节则是某一特定的负载下,靠人为改变机械 特性而得到的.

3.18 他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点

是什么？

他励电动机的调速方法： 第一改变电枢电路外串接电阻 Rad

特点在一定负载转矩下，串接不同的电阻可以得到不 同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性与如软， 稳定型越低，载空或轻载时，调速范围不大，实现无

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级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。 第二改变电动机电枢供电电压

特点 当电压连续变化时转速可以平滑无级调速，一般 只能自在额定转速以下调节，调速特性与固有特性相 互平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调 速范围较大，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒 转矩调速，适应于对恒转矩型负载。可以靠调节电枢 电压来启动电机，不用其它启动设备， 第三改变电动机主磁通

特点可以平滑无级调速，但只能弱词调速，即在额定 转速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件 等的，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电 流步变，属恒功率调速。

3.19 直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别

何在？

电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩 T 的 方向与转速 n 的方向相同.制动状态特点使电动机所 发的转矩 T 的方向与转速 n 的方向相反

3.20 他励直流电动机有哪几种制动方法？它们的机械特

性如何？试比较各种制动方法的优缺点。

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1 反馈制动

机械特性表达式:n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/keKtφ

2

T 为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是

第一象限电动状态下的机械特性第二象限内的延伸. 反馈制动状态下附加电阻越大电动机转速越高.为使 重物降速度不至于过高,串接的附加电阻不宜过大. 但即使不串任何电阻,重物下放过程中电机的转速仍 过高.如果放下的件较重.则采用这种制动方式运行 不太安全. 2 反接制动

电源反接制动 电源反接制动一般应用在生产机械要求

迅速减速停车和向的场合以及要求经常正反转的机 械上.倒拉反接制动倒拉反接制动状态下的机械特性 曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现 在第四象限中的延伸,若电动反向转在电动状态,则 倒拉反接制动状态下的机械特性曲就是第三象限中 电动状态下的机械特性曲线在第二象限延伸..它可 以积低的下降速度,保证生产的安全,缺点是若转矩 大小估计不准,则本应下降的重物可能向上升,机械 特硬度小,速度稳定性差. 3 能耗制动

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机械特性曲线是通过原点,且位于第二象限和第四象 限的一条直线,优点是不会出现像倒拉制动那样因为 对 TL 的大小估计错误而引起重物上升的事故.运动速 度也较反接制动时稳定.

3.21 一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构，在电动机

拖动重物匀速上升时讲电枢电源突然反接，试利用机 械特性从机电过程上说明：

①从反接开始到系统新的稳定平衡状态之间，电动机经历

了几种运行状态？最后在什么状态下建立系统新的 稳定平衡点？

②各种状态下转速变化的机电过程怎样？

1 从反接开始到系统到达新的稳定平衡状态之间,电动

机经历了电动机正向电动状态,反接制动状态,反向 电动状态,稳定平衡状态.

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2 b 只供学习交流用

a c

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f

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.

第六章

6.1 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.

6.2 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.

6.3 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？

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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. 6.4 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. 6.5 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. 6.6 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

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了,有可能把线圈烧毁.若是直流接触器,则可以.

6.7 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.

6.8 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.

6.9 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.

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6.10 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.

6.11 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.

6.12 时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思？

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

6.13 机电传动装置的电器控制线路有哪几种？各有何用

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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.

6.14 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.,

6.15 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

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应部分还未降温,热继电器的触点还处于断开状态. 6.16 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。

S B 1 SB 1 K M S B 2 2 KM S B 3 3K M

1K M K M 1KM 2 M 2 KM 3K 6.17 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.

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6.18 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。

F U

3 S B 4 S B 1 K M 1 S B 2 S B 5 SB 1 K M F R

1 KM ST FR

M

6.19 为了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。

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FU

1 S B 3 S B 1 K M 1KM

2 KM

1 K M 2 S B 2 K M FR

2 K M

M

6.20 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。

FU

S B 1 S B 1 K M 1KM

2KM

3KM

1 K M 2 S B 2 K M

FR

2 K M 3 K M 3 K M

M

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6.21 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。

2 S B

1 SB B 3 S M 1 K 1 K M

6.22 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。

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FU

1 S B 3 S B K M 2 K M 1 1 K M 1KM

2KM

n> KS

1 K M 2K M FR

M

6.23 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.

6.24 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.

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6.25 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。

F U F U 1 SB 3 SB 1K T 1 KM

1 KM 2 KM 2S B 1 KM 1

FR

F R

3S B 4 SB 1KM 2KM

1M 2 M

6.26 题 8.26 图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其

中接触器 KM 为润滑油泵电动机启停用接触器（主电

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路为画出），控制线路可使润滑有规律地间歇工作。 试分析此线路的工作原理，并说明开关 S 和按钮 SB 的作用。

S K M K S B 1 K T 1 K T K

K 3 K T 2 K T

SB 按钮为人 工的点动控制.

S 自动的间歇润滑,按下后 KM 得电,电动机工作,1KT 得电,

经过一段时间后,动合触点闭合 K 得电,同时 KM 失电, 电动机停止工作,2KT 得电一段时间后,动断触点断 开,K 闭合电动机重新工作.

6.27 试设计 1M 和 2M 两台电动机顺序启，停的控制线路。 要

求：

启动后，2M 立即自动启动； 1 1M

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停止后，延时一段时间，2M 才自动停止； 2 1M

能点动调整工作； 3 2M

4 两台电动机均有短路，长期过载保护。

FU 1K M

F U 2K M 1S B

2S B

1 KM

FR

F R 1 KM

1 K T 2K T

FU

1 M

2 M 3S B

2K T 1K T

2 KM

4S B

6.28 试设计某机床主轴电动机控制线路图。要求：

1 可正反转，且可反接制动；

2 正转可点动，可在两处控制启，停；

3 有短路和长期过载保护；

4 有安全工作照明及电源信号灯。

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FU 4 SB

1 S B 2S B

2 K M 1 KM

FR

6S B

1 KM

3S B 1K M

2K M

FR

2K M

M 6.29 试设计一个工作台前进——退回的控制线路。工作

台有电动机 M 拖动，行程开关 1ST,2ST 分别装在工作 台的原位和终点。要求：

1 能自动实现前进——后退——停止到原位；

2 工作台前进到达终点后停一下在后退；

3 工作台在前进中可以人为地立即后退到原位；

4 有终端保护.

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S B 1 S B 1 S T 1 K M K 2 K M 1 KM 1 K T F U

2 ST 2 KT 1 S T 1 K M K 2 KM 4 S B 2 KM

K

第七章

7.1 PLC 由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什

么？

PLC 由处理器 CPU,存储器,输入输出接口,编程器组

成.

处理器 CPU 是核心,它的作用时接受输入的程序并存

储程序.扫描现场的输入状态,执行用户程序,并自诊 断.

存储器用来存放程序和数据, 输入接口采集现场各种开关接点的信号状态,并将其转化

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成标准的逻辑电平,输出接口用于输出电信号来控制 对象.

编程器用于用户程序的编制,编辑,调试,检查和监视.还

可以显示 PLC 的各种状态.

7.2 输入、输出接口电路中的光电耦合器件的作用是什

么？

作用是 1 实现现场与 plc 主机的电器隔离,提高抗干扰

性.

2 避免外电路出故障时,外部强电侵入主机而损坏主机.

3 电平交换,现场开关信号可能有各种电平,光电耦合起

降他们变换成 PLC 主机要求的标准逻辑电平. 7.3 何谓扫描周期？试简述的工作过程.。 扫描周期是每执行一遍从输入到输出所需的时间. 工作过程是 1 输入现场信号:在系统的控制下,顺序扫描

各输入点,读入的输入点的状态.

2 顺序扫描用户程序中的各条指令,根据输入状态和指令

内容进行逻辑运算.

3 并输出控制信号,根据逻辑运算的结果,输出状态寄存

器向各输出点发出相应的控制信号.实现所要求的逻 辑控制功能.

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7.4 PLC 有哪些主要特点？

PLC 的主要特点是① 应用灵活,扩展性好.

②操作方便

③标准化的硬件和软件设计,通用性强.

④完善的监视和诊断功能.

⑤可适应恶劣的工业应用环境.

⑥控制功能强

7.5 写出题 9.5 图梯形图的指令程序。

401 402 100 101 430 400 102 103 403 105 104 404

题9 .5 图

LD OR

401 400

ANI 402 LD

403

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AND 105

ORB

LDI 100 ANI 101 LD

102

ANI 103 ORB

LD 104

ORB ANB OR 404 OUT

430

7.6 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。

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只供学习交流用400 401 4 02 430 40 3 400 40 1 40 2 4 31 400 401 4 30 402 40 3 404 431 402 401

430

403

400

( a)

LD 402

OR 403 AND 401 OR 400 OUT 430

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4 0 0 4 0 1

4 3 0

只供学习交流用L D 4 0 0A N D 4 0 1O U T 4 3 0L D 4 0 0A N D 4 0 2O U T 4 3 14 0 0

4 0 2

4 3 1

( b )

403 40 4

401 402

430

400 403 40 4

431

400

( C)

LD 4 03

AND 4 04 OR 4 00 AND 4 01 AND 4 02 OUT 4 30 LD 4 03 AND 4 04 OR 4 00 OUT 4 31

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7.7 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. 7.8 试用 PLC 设计出习题 8.16 的控制程序。

COM SB 1 SB 2 SB3 SB4 40 0 40 1 40 2 403

P LC

430 431 432 C OM

1K M 2K M 3K M

4 00 4 30 401 431 4 02 4 32 403 4 30 43 0 4 03 431 431 4 03 4 32

7.9 试用 PLC 设计出习题 8.25 的控制程序。

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C OM

PL C

COM

SB 1 SB 2 S B 3 S B 4 400 401

402 4 03 4 05

430 431 1 KM 2 KM

S B 5

40 0 45 0 43 0 40 3 43 0 40 2 40 1 43 1 430 450 4 31 4 30 403 4 02

7.10 试用 PLC 设计出习题 8.26 的控制程序。

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CO M S B 1 S B 2 400 401

PL C

430 CO M

1 KM

4 00 40 1 101 401 1 01 4 50 4 50 101

430

450

101 451

4 51

7.11 试用 PLC 设计出习题 8.27 的控制程序。

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C O M C O M P L C F U 1 K M 2 K M 电 源 F S B 1 S B 2 S B 2 S B 2

4 3 0 4 0 0 4 0 1 4 0 2 4 0 3 4 3 1

4 0 1 4 0 2

4 3 0

4 3 0 4 3 0

4 0 2 4 5 0 4 5 1 4 5 0

4 5 1 4 0 3 4 3 1 4 0 0

7.12 试用 PLC 设计出习题 8.29 的控制程序。

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C O M S B 1 4 0 0 4 0 1 S B 3 1 S T 2 ST 4 0 2 4 0 3 P L C 4 3 0 4 3 1 C O M FU 1 K M 2 K M 电 源 F R 4 0 4

4 3 0 4 0 0 4 0 1 4 31 4 0 3 3 0 1 0 1 4 4 0 4 4 5 0 4 3 1 1 0 1 4 0 2

4 5 0 4 0 3 4 3 1 1 0 1

7.13 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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400 107 401 402 SFT 100 107 RST - 430 OUT 100 102 104 106 101 103 105 107 (C)

431 7.14 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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CO M S 1 S 2 S0 4 00 4 01

4 02

P LC

43 0 431 C OM

1KM 2 KM

40 4

40 0

4 02 101

4 30 4 50

K 1

450

451

101

45 1 K 1 40 4

40 1

4 02 102

4 31 4 52 K 1

452

453

102

45 3 K 1 40 1 40 1

454 K9 0

7.15 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。

7.16 题 9.16 图所示为由三断组成的金属板传送带，电动

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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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C OM P L C 40 0 40 1 40 2 40 3 4 3 0 4 3 1 4 3 2 C O M FU 1K M 2K M 3K M 电 源 F R 启 动 接 近 开 关 1

S B 1 1S T 2S T 3S T 电 动 机 1 电 动 机 2 电 动 机 3

接 近 开 关 2 接 近 开 关 3

4 0 0 43 0 4 0 1 43 1 4 0 1 4 0 2 43 2 4 0 2 4 5 0 43 0 4 5 1 4 31 4 50 4 32 4 5 1 4 51

7.17 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；

5s，加料结束； 2 加料定时

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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.

C O M

P L C C O M F U

电源 F R

单 周装载 4 0 0 4 3 0 装 料 连 续装载 4 0 5

1 S T 4 3 1 料车上 升 下行 程 4 0 1 上 行程 2 S T 4 3 2 3 K M 4 0 2 料车下 降 卸 料到位 2 S T 4 3 3 3 K M

4 0 3 料 车卸料

卸 料复位 2 S T 4 3 4 3 K M

4 0 4

料 车复位

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4 0 5 1 0 1 1 01 1 0 1 1 0 3 4 3 0 4 0 0 4 5 0 4 10 3 4 3 0 1 0 2 4 5 4 3 0 4 3 0 4 5 1 K = 1 44 5 1 4 0 2 4 0 0 4 5 2 K = 14 5 1 4 0 3 4 4 0 0 4 5 3 K = 1 0 4 4 5 3 4 0 4 4 3 4 4 0 1 4 3 2 4 0 1 1 0 1 1

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八章电力电子学

8.1 晶闸管的导通条件是什么？导通后流过晶闸管的电

流决定于什么？晶闸管由导通转变为阻断的条件是 什么？阻断后它所承受的电压决定于什么？

晶闸管的导通条件是:(1) 晶闸管的阳极和阴极之间 加正向电压。（2）晶闸管的阳极和控制极通时加正相 电压市晶闸管才能导通.

导通后流过晶闸管的电流决定于(电压不变时)限流 电阻(使用时由负载)决定.

晶闸管由导通转变为阻断的条件是当减少阳极电压或 增加负载电阻时,阳极电流随之减少,当阳极电流小 于维持电流时,晶闸管便从导通状态转化维阻断状 态.

阻断后它所承受的电压决定于阳极和阴极的反向转折 电压.

8.2 晶闸管能否和晶体管一样构成放大器？为什么？

晶闸管不能和晶体管一样构成放大器,因为晶闸管只 是控制导通的元件,晶闸管的放大效应是在中间的 PN 节上.整个晶闸管不会有放大作用.

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8.3 试画出题 10.3 图中负载电阻 R 上的电压波形和晶闸

管上的电压波形。

U2

t

Ug

t Ud

t Us

t 10.4 如题 4 如题 10.4 图所示，试问：

1

在开关 S 闭合前灯泡亮不亮？为什么？ 在开关 S 闭合后灯泡亮不亮？为什么？ 再把开关 S 断开后灯泡亮不亮？为什么？

2

3

S 闭合前灯泡不亮,因为晶闸管没有导通. 1 在开关

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S 闭合后灯泡亮,因为晶闸管得控制极接正电, 2 在开关

导通.

S 断开后灯泡亮,因为晶闸管导通后控制极 3 再把开关

就不起作用了.

10.5 如题 10.5 图所示，若在 t1 时刻合上开关 S，在 t2

时刻断开 S，试画出负载电阻 R 上的电压波形和晶闸 管上的电压波形。

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U2

t Ug

t2 t1 t UR

t

Us

t

10.6 晶闸管的主要参数有哪些？

晶闸管的主要参数有①断态重复峰值电压 UDRE :在控制 极断路何竟闸管正向阻断的条件下,可以重复加在晶 闸管两端的正向峰值电压,其数值规定比正向转折电 压小 100V.

5 反向重复峰值电压 URRM:在控制极断路时,可以重复加

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在晶闸官元件上的反向峰值电压.

6 额定通态平均电流

(额定正向平均电流)IT.

7 维持电流 IH:在规定的环境温度和控制极断路时,维持

元件导通的最小电流.

10.7 如何用万用表粗测晶闸管的好坏？

良好的晶闸管,其阳极 A 与阴极 K 之间应为高阻态. 所以,当万用表测试 A-K 间的电阻时,无论电表如何 接都会为高阻态,而 G-K 间的逆向电阻比顺向电阻大. 表明晶闸管性能良好.

10.8 晶闸管的控制角和导通角是何含义？ 晶闸管的控制角是晶闸官元件承受正向电压起始到触发

脉冲的作用点之间的点角度.

导通角是晶闸管在一周期时间内导通得电角度.

10.9 有一单相半波可控整流电路， 其交流电源电压

U2=220V ,负载电阻 RL=10 Ω,试求输出电压平均值 Ud 的调节范围,当α=π/3，输出电压平均值 Ud

和电流平均值 Id 为多少？并选晶闸管.

U =1/2π∫ √2sinwtd(wt)=0.45U2(1+cosα)/2 d α

π

=0.45*220(1+1)/2

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=99V

输出电压平均值 Ud 的调节范围 0-99V 当

α=π/3 时 Ud= 0.45U2(1+cosα)/2 =0.45*220*（1+0.866）/2

=92.4V

输出电压平均值 Ud=92.4V 电流平均值 Id= Ud/RL

=92.4/10

=9.24A

10.10 续流二极管有何作用？为什么？若不注意把它的

极性接反了会产生什么后果？

续流二极管作用是提高电感负载时的单相半波电路整流

输出的平均电压。导通时，晶闸管承受反向电压自行 关断，没有电流流回电源去，负载两端电压仅为二极 管管压降，接近于零，所以由电感发出的能量消耗在 电阻上。

若不注意把它的极性接反会造成带电感性负载不会得电。 10.11 试画出单相半波可控整流电路带不同性质负荷时，

晶闸管的电流波形与电压波形。

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带电阻性负载的可控整流电路

带电感性负载的可控整流电路

U 2

U 2

带电感性负载有续流二极 整流电路

U 2

t t

U g

U g U g

t t U vs

U vs U vs

t t i vs

i vs i vs t t 10.12 有 一 电 阻 型 负 载 ， 需 要 直 流 电 压 Ud=60V, 电 流

Id=30A 供电，若采用单相半波可控整流电路，直接接 在 220V 的交流电网上，试计算晶闸管的导通角θ。 Ud=0.45U2(1+cosα)/2 60=0.45*220*（1+ cosα）/2 α=77.8

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α+θ=π θ=102.2

晶闸管的导通角θ

10.13 有一电阻负载需要可调直流电压 Ud= 0V~60V, 电

流 Id=0A~10A,现选用一单相半控桥式可控制流电路， 试求电源变压器副边的电压和晶闸管与二极管的额 定电压和电流。

Ud=0.9U2(1+cosα)/2 60=0.9* U2(1+1)/2 U2=66.7V

电源变压器副边的电压为 66.7V

10.14 三相半波可控整流电路，如在自然换相点之前加入

触发脉冲会出现什么现象？画出这时负载侧的电压 波形图。 三相半波可控整流电路，如在自然换相点之前加入触发脉

冲 Ua 使 VS1 上电压为正,若 t1 时刻向 VS1 控制极加触 发脉冲, VS1 立即导通,,当 A 相相电压过零时, VS1 自动关断.

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U 2

t

U g

t

10.15 三相半波电阻负载的可控整流电路，如果由于控制

系统故障，A 相的触发脉冲丢失，试画出控制角α=0 时的整流电压波形。

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U 2

t

U 2

t

U v s

t 10.16 三相桥式全控整流电路带电阻性负载，如果有一只

晶闸管被击穿，其它晶闸管会受什么影响？ 如果有一只晶闸管被击穿，其它晶闸管会受影响. 造成三相桥式全控整流电路失控.

10.17 晶闸管对触发电路有哪些要求？触发电路主要有

那三个环节？每个环节的功能是什么？

晶闸管对触发电路的要求是① 触发电路应能够供给足够

大的触发电压和触发电流. ②由于晶闸管由截止状 态到完全导通需要一定的时间因此,触发脉冲的宽度 必须在 10 微秒以上,才能保证晶闸管可靠触发.③不

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触发时,触发电路的输出电压应该小于 0.15-0.20V 为了提高抗干扰能力,必要时可在控制极上加一个 1V-2V 的负偏压.④触发脉冲的前沿要陡,前沿最好 在 10 微秒以上.⑤在晶闸管整流等移相控制的触发 电路中,触发脉冲应该和主回路同步.

10.18 单结晶体管自震荡电路的震荡频率是由什么决定

的？为获得较高的震荡频率，减小充电电阻 R 与减小 电容 C 效果是否一样？R 的大小受哪些因素的？ 为什么？

振荡周期 T=RCln1/1-η,主要决定于放电时间 常数 RC. 减小充电电阻 R 与减小电容 C 效果不一样, R 的大小受峰点电流和谷点电流的.因为为确保 单接晶体管由截止转为导通,实际通过充电电阻流入 单接晶体管的电流,必须大于峰点电流.当发射极电 压等于谷点电压时,为确保单结晶体管导通后恢复截 止,实际流过单接晶体管的电流必须小于谷点电流. 10.19 为什么晶闸管的触发脉冲必须与主电路的电压同

步？

因为实际应用的晶闸管触发电路,必须是触发脉冲与 主电路电压同步,要求在晶闸管承受正向电压的半周

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内,控制极获得一个正向的触发脉冲的时刻相同,否 则由于每个正半周的控制角不同,输出电压就会忽大 忽小的波动,为此,在电源电压正半周经过零点时,触 发电路的电容 c 必须把电全部放掉,在下一个正半周 重新从零开始充电,只有这样才能确保每次正半周第 一个触发脉冲出现的时间相同.

10.20 在单结晶体管触发电路中，改变电阻 R 为什么能实

现移相？移相的目的是什么？

移相控制时只要改变 R ,就可以改变电容电压 uc 上升到 Up 的时间,亦即改变电容开始放电产生脉 冲使晶闸管触发导通的时刻,从而达到移向的目的. 10.21 试简述有源逆变器的工作原理，逆变得条件和特点

是什么?

有 源 逆 变 器 的 工 作 原 理 在 ω t1 时 刻 触 发 VS1 使 之 导

通,ud=uA,在 1-2 区间,ud>Ud.id 是增加的,感应电势 eL 的极性是左正右负,电感存储能量,到 2 点时, ud0,要使电路 工作于逆变状态,必须使 Ud 及 E 的极性与整流状态

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相反,并且要求 E>=Ud,只有满足这个条件才能将直流 侧电能反送到交流电网实现有源逆变.

10.22 试论述单相晶闸管桥式逆变器的基本工作原理，如

何实现电压控制？逆变器的换流过程是怎样进行 的？

单相晶闸管桥式逆变器,如果 VS1 导通,UAN=Ud,如果 VS3

导通时,B 点相对于负极 N 电位正,即 UBN=Ud.当 VS1 关断而 VS2 导通时,A 点电位为负,当关断 VS3 而触发导 通 VS4 时,B 点电位为负,因此周期性得导通和关断 VS1 和 VS2 就会产生一系列正脉冲电压 UAN,同样周期性的 导通和关断 VS3 和 VS4,会产生同样的正脉冲电压.控 制α的导通时间就会实现电压的控制.

10.23 晶闸管元件串联时，应注意哪些问题？元件的均

流，均压方法有那几种？

晶闸管元件串联时，应注意均压问题，元件的均 压问题可采取在每个串联工作的元件两端并联点组 合电容元件，或才采取用变压器次级线圈分组的方 法。元件的均流措施有以下三种方法串联电阻均流， 串电抗均流，变压器分组均流。 10.24 晶闸管元件的过电压、过电流保护有哪些方法？ 晶闸管元件的过电压保护方法有阻容保护装

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置，可以保护交流，也可以保护支流侧。硒堆和压敏 电阻电阻保护。

晶闸管元件的过电流保护方法有：设置快速熔断器，装设

过流继电器及快速开关，整流触发脉冲移相保护。 第九章

9.1 何谓开循环控制系统？何谓闭循环系统？两者各有

什么优缺点？

系统只有控制量(输出量)的单向控制作用,而不存在被控

制量的影响和联系,这称之为开环控制系统.优点是 结构简单能满足一般的生产需要.缺点是不能满足高 要求的生产机械的需要.

负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统,其特

点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用,又有 反向的反馈控制作用,形成一个闭环控制系统或反馈 控制系统.缺点是结构复杂,优点可以实现高要求的 生产机械的需要.

9.2 什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？

怎样才能扩大调速范围。

电动机所能达到的调速范围,使电动机在额定负载下所许

可的最高转速何在保证生产机械对转速变化率的要

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求前提下所能达到的最低转速之比(D).转速变化率 即调速系统的静差度电动机有理想空载到额定负载 时转速降与理想空载转速的比值(S) 两者之间的关 系时

D=nmaxS2/ΔnN(1-S2),在保证一定静差度的前提下,扩大系

统调速范围的方法是提高电动机的机械特性的硬度 以减小ΔnN

9.3 生产机械对调速系统提出的静态、动态技术的指标

有哪些？为什么要提出这些技术指标？

生产机械对调速系统提出的静态技术的指标有静差度,调

速范围,调速的平滑性.动态技术指标有最大超调量, 过渡过程时间,振荡次数.

因为机电传动控制系统调速方案的选择,主要是根据生产

机械对调速系统提出的调速指标来决定的.

9.4 为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性

想适应？两者如何配合才能算适应。

电动机在调速过程中,在不同的转速下运行时,实际输出

转矩和输出功率能否达到且不超过其润许长期输出 的最大转矩和最大功率,并不决定于电动机本身,而 是决定于生产机械在调速过程中负载转矩及负载功 率的大小和变化规律,所以,为了使电动机的负载能

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力得到最充分的利用,在选择调速方案时,必须注意 电动机的调速性质与生产机械的负载特性要适合. 负载为恒转矩型的生产机械应近可能选择恒转矩性质的

调速方法,且电动机的额定转矩应等于或略大于负载 转矩,负载为转矩恒功率型的生产机械应尽可能选用 恒功率性质的调速方法,且电动机的额定功率应等于 或略大于生产机械的负载转矩.

9.5 有一直流调速系统， 其高速时理想的空载转 速

n01=1480r/min,低速时的理想空载转速 n02=157/min, 额定负载时的转矩降ΔnN=10 r/min,试画出该系统的 静特性.求调速范围和静差度。 调速范围 D = n01/n02

=1480/157

=9.23

静差度 S=ΔnN/ n01

=10/1480

=0.0068

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1470 r/min

TN

9.6 为什么调速系统中加负载后转速会降低，闭环调速

系统为什么可以减少转速降？

当负载增加时，Ia 加大，由于 IaR∑的作用，所以电动机

转矩下降。闭环调速系统可以减小转速降是因为测速 发电机的电压 UBR 下降，是反馈电压 Uf 下降到 Uf’，但 这时给定电压 Ug 并没有改变，于是偏差信号增加到 ΔU‘=Ug- Uf’，使放大器输出电压上升到 Uk’，它使 晶闸管整流器的控制角α减小整流电压上升到 Ud’， 电动机转速又回升到近似等于 n0。

9.7 为什么电压负反馈顶多只能补偿可控整流电源的等

效内阻所引起的调速降？

因为电动机端电压即使由于电压负反馈的作用而维持不

变，但负载增加时，电动机电枢内阻 Ra 所引起的内 压降仍然要增大，电动机速度还是要降低。 9.8 电流正负反馈在调速系统中起什么作用？如果反馈

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强度调得不适当会产生什么后果？ 电流正负反馈，是把反映电动机电枢电流大小的量 IaRa

取出，与电压负反馈一起加到放大器输入端，由于市 政反馈，当反馈电流增加时，放大器输入信号也增加， 使晶闸管整流输出电压 Ud 增加，以次来补偿电动机 电枢电阻所产生的压降，由于这种反馈方式的转降落 比仅有电压负反载时小了许多，因此扩大了调速范 围。

如果反馈强度调得不适当会产生不能准确的反馈速度，静

特性不理想。。

9.9 为什么由电压负反馈和电流正反馈一起可以组成转

速反馈调速系统？

因为由于电压反馈调速系统对电动机电枢电阻压降引起

的转速降落不能与以补偿，因而转速降落较大，静特 性不够理想，使润许的调速范围减小。为了补偿电枢 电阻压降 IaRa，就需要在电压反馈的基础上再增加 一个电流正负反馈环节。

9.11 电流截止负反馈的作用是什么？转折点电流如何

选？堵转电流如何选？比较电压如何选？

电流负反馈会使ΔU 随着负载电流的增加而减小，会使

电 动机的速度迅速降低，可是这种反馈却可以人为地只供学习交流用

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造

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成阻转，防止电枢电流过大而烧坏电动机。堵转电流 IAo=（2—2.5）IAn 一般转折电流 I0 为额定电流 IAn 的 1.35 倍.且比较电压越大,则电流截止负载的转折点 电流越大,比较电压小,则转折点电流小.一般按照转 折电流 I0=KIAn 选取比较电压.

9.12 某 一 有 静 差 调 速 系 统 的 速 度 调 节 范 围 为

75r/min~1500r/min,要求静差度 S=2%，该系统允许 的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降 是 100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ S=ΔnN/n0

0. 02=ΔnN/1500

ΔnN=30

闭环系统的开环放大倍数为 K=γKPKS/Ce

9.13 某一直流调速系统调速范围 D=10，最高额定转速

nmax=1000r/min，开环系统的静态速降是 100r/min。 试问该系统的静差度是多少？若把该系统组成闭环 系统，保持 n02 不变的情况下，是新系统的静差度为 5%，试问闭环系统的开环放大倍数为多少？ D=nmax/nmin 10=1000/ nmin

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nmin=100 r/min

D =nmaxS2/ΔnN(1-S2) 10=1000S2/100(1- S2) S2=0.5

该系统的静差度是 0.5

9.14X2010A 型龙门铣床进给拖动系统的移相触发器有哪

几个部分组成？试说明各个部分的作用和工作原理。 X2010A 型龙门铣床进给拖动系统的移相触发器是矩齿

波形成器,移相控制,脉冲形成三个环节组成. 矩齿 波形成器的作用是为了扩大移相范围,U2 滞后 U160 度, 增加灵活和增加线性度, U1 超前晶闸管阳极电压 uc30 度.移相控制环节的主要作用是利用 u1c 与控制电压 Uco 相比较,去控制晶体管 1VT 的通断而实现得.脉冲 输出环节主要由晶闸管 4VT 和脉冲变压器 T 组成.当 u1c 刚大于控制电压 Uco1 时,二极管 7V 和电阻 9R 充 电,4VT 导通,在 2C 充电为饱合和或脉冲变压器铁心 未饱和前,T 负边绕阻感应出平顶脉冲电压.在 2C 充 电完毕, T 负边绕阻感应平顶脉冲电压消失

9.15 积分调节器在调速系统中为什么能消除静态系统的

静态偏差？在系统稳定运行时，积分调节器输入偏差 电压△U=0，其输出电压决定于什么？为什么？

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因为在积分调节器系统中插入了 PI 调节器是一个典型的

无差元件,它在系统出现偏差时动作以消除偏差.当 偏差为零时停止动作.可控整流电压 Ud 等于原晶态时 的数值 Ud1 加上调节过程进行后的增量(ΔUd1+ ΔUd2), 在调节过程结束时,可控整流电压 Ud 稳定在一个大于 Ud1 的新的数值 Ud2 上.增加的那一部分电压正好补偿 由于负载增加引起的那部分主回路压降.

9.16 在无静差调速系统中，为什么要引入 PI 调节器？ 因为无差系统必须插入无差元件,它在系统出现偏差时动

作以消除偏差.当偏差为零时停止工作. PI 调节器是 一个典型的无差元件.所以要引入.

9.17 无静差调速系统的稳定精度是否受给定电源和测速

发电机精度的影响？为什么？

无静差调速系统的稳定精度受给定电源和测速发电机精

度的影响,因为给定电源的信号要与速度反馈信号比 较,速度调节信号要经过测速发电机转化为电压信 号.

9.18 由 PI 调节器组成的单闭环无静差调速系统的调速性

能以相当理想，为什么有的场合还要采用转速、电流 双闭环调速系统呢？

因为采用 PI 调节器组成速度调节器 ASR 的但闭环节调速

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范围,既能得到无静差调节,又能获得较快的动态相 应,速度调节系统基本满足要求.但在生产机械经常 处于正反转工作状态,为了提高生产率,要求尽量缩 短启动,制动和反转过渡过程的时间,当然可用加大 过渡中的电流即加大动态转矩来时间,但电流不能超 过晶闸管和电动机的许可值,为了解决这个矛盾可以 采用电流截止负反馈,这样就要求由一个电流调节 器.

9.19 双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏

差（给定与反馈之差）是多少？它们的输出电压是多 少？为什么？

来自速度给定电位器的信号 Ugn 与速度反馈信号 Ufn 比较

后,偏差ΔUn=Ugn-Ufn,送到速度调节器 ASR 的输入 端,速度调节器的输入 Ugi 与速度反馈信号 Ufi 比较 后,偏差为ΔUi=Ugi-Ufi,送到电流调节器 ACR 的输 入端,电流调节器的输入 Uk 送到触发器,以控制可控 整流器,整流器为电动机提供直流电压 Ud.

9.20 在双闭环调速系统中转速调节器的作用是什么？它

的输出限副值按什么来整定？电流调节器的作用是 什么？它的限副值按什么来整定？

转速调节器的作用是产生电压负反馈(速度反馈信号 Ufn),

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与给定电位器的信号 Ugn.相比较. 它的输出限副值 按电压整定,电流调节器的作用是把速度调节器的输 出作为电流调节器 ACR 的给定信号,与电流反馈信号 Ufi 比较.它的限副值按电流整定.

9.21 欲改变双闭环调速系统的转速，可调节什么参数？

改变转速反馈系数γ行不行？为改变最大允许电流 （堵转电流），则应调节什么参数？ 欲改变双闭环调速系统的转速，可调节电压参数和电流

参数,改变转速反馈系数γ行,未改变最大许可电流, 则应调节 Ufi .

9.22 直流电动机的调速系统可以采取哪些办法组成可逆

系统。

直流电动机的调速系统可以采取 1;利用接触器进行切换

的可逆线路,2 利用晶闸管切换的可逆线路 3 采用两 套晶闸管变流器的可逆线路.

9.23 试论述三相半波反并联可逆线路逻辑控制无环流工

作的基本工作原理。

电动机要正转时,应控制供养机组的α1 角由 90 度逐渐

减 小,与此同时封锁供养机组的触发脉冲.共阴极组输 出直流电压 Udα1 由零逐渐增加,电动机启动并正转加 速.若欲使电动机制动应利用逻辑电路封锁共阴只供学习交流用

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极组

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触发脉冲使之停止给电动机供电,电动机由于惯性转 速瞬间降不下来,其反电动势的极性为上正下负,开 放共阳极阻使之投入工作,控制共阳极组的α2 角由 180 度逐渐减小,共阳极组输出直流电压平均值 Udβ2 的极性为上正下负,且使 Udβ2<=E,以产生足够的制动 电流,使电动机转速很快制动到零,当电动机转速制 动为零时,若使共阳极组电路的α2 角在 0-90 度范围 变化,则输出电压 Udβ2 逐渐增加,即行为上负下正,电 动机启动并反转加速,电动机工作在反转电动状态.

9.24 试简述直流脉宽调速系统的基本工作原理和主要特

点。

基本工作原理：三相交流电源经整流滤波变成电压恒定的

直流电压，VT1~VT4 为四只大功率晶体三极管，工作 在开关状态，其中，处于对角线上的一对三极管的基 极，因接受同一控制信号而同时导通或截止。若 VT1 和 VT4 导通，则电动机电枢上加正向电压；若 VT2 和 VT3 导通，则电动机电枢上加反向电压。

主要特点：（1）主电路所需的功率元件少。（2） 控制电路简单。（3）晶体管脉宽调制（PWM）放大器 的开关频率一般为 1KHZ~3KHZ，有的甚至可达 5KHZ。 它的动态响应速度和稳速精度等性能指标比较好。晶

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体管脉宽调制放大器的开关频率高，电动机电枢电流 容易连续，且脉动分量小。因而，电枢电流脉动分量 对电动机转速的影响以及由它引起的电动机的附加 损耗都小。（4）晶体管脉宽调制放大器的电压放大系 数不随输出电压的改变而变化，而晶闸管整流器的电 压放大系数在输出电压低时变小。

9.25 双极性双极式脉宽调节放大器是怎样工作的？ 双极性双极式脉宽调制放大器中四只晶体管分为两组， VT1 和 VT4 为一组，VT2 和 VT3 为另一组。同一组中的两 只三极管同时导通，同时关断，且两组三极管之间可 以是交替地导通和关断。

11．25 电动机停止不动，但电枢电压 U 的瞬时值不等于

零，而是正、负脉冲电压的宽度相等，即电枢电路中 流过一个交变的电流 ia。这个电流一方面增大了电动 机的空载损耗，但另一方面它使电动机发生高频率微 动，可以减小静摩擦，起着动力润滑的作用。 9.26 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电

枢两端是否还有电压，电枢电路中是否还有电流？为 什么？

电动机停止不动，但电枢电压 U 的瞬时值不等于零，而是

正、负脉冲电压的宽度相等，即电枢电路中流过一个

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交变的电流 ia。这个电流一方面增大了电动机的空载 损耗，但另一方面它使电动机发生高频率微动，可以 减小静摩擦，起着动力润滑的作用。

9.27 试论述脉宽调速系统中控制电路各部分的作用和工

作原理。

控制电路由（1）速度调节器 ASR 和电流调节器 ACR （2） 三角波发生器 由运算放大器 N1 和 N2 组成，N1 在开 环状态下工作，它的输出电压不是正饱和值就是负饱 和值，电阻 R3 和稳压管 VZ 组成一个限幅电路， N1 输出电压的幅值。N2 为一个积分器，当输入电压 U1 为正时，其输出电压 U2 向负方向变化；当输入电压 U1 为负时，其输出电压 U2 向正方向变化。当输入电压 U1 正负交替变化时，它的输出电压 U2 就变成了一个三 角波。（3）电压-脉冲变换器 当运算放大器 N 工作 在开环状态。当它的输入电压极性改变时，其输出电 压总是在正饱和值和负饱和值之间变化，这样，它就 可以实现把连续的控制电压 UK 转换成脉冲电压，再 经限幅器（由电阻 R4 和二极管 V 组成）削去脉冲电 压的负半波，在 BU 的输出端形成一串正脉冲电压 U4。 （4）脉冲分配器及功率放大

脉冲分配器其作用是把 BU 产生的矩形脉冲电压 U4（经光

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电隔离器和功率放大器）分配到主电路被控三极管的 基极。当 U4 为高电平时，门 1 输出低电平，一方面 它使门 5 的输出 UC1，4 为高电平，V1 截止，光电管 B1 也截止，则 UR1=0，经功率放大电路，其输出 Ub1,4 为 低电平，使三极管 VT1、VT4 截止；另一方面门 2 输 出高电平，其后使门 6 的输出 UC2，3 为低电平，V2 导通 发光，使光电管 B2 导通，则 UR2 为高电平，经功率放 大后，其输出 Ub2，3 为高电平，使三极管 VT2、VT3 可以 导通。反之，当 U4 为高电平时，UC2，3 为高电平，B2 截止，Ub2，3 为低电平，使 VT2、VT3 截止；而 UC1，4 为 低电平，B1 导通，Ub1，4 为高电平，使 VT1、VT4 可以导 通。随着电压 U4 的周期性变化，电压 Ub1，4 与 Ub2，3 正、 负交替变化，从而控制三极管 VT1 、VT4 与 VT2 、VT3 的交替导通与截止。 功率放大电路的作用是把控 制信号放大，使能驱动大功率晶体三极管。（5）其他 控制电路 过流失速保护环节。当电枢电流过大和 电动机失速时，该环节输出低电压，封锁门 5 和门 6， 其输出 UC1，4 和 UC2，3 均为高电平，使 Ub1，4 和 Ub2，3 均为 低电平，从而关断三极管 VT1~VT4，致使电动机停转。 9.28 微型计算机控制的直流传动系统有哪些主要特

点？

微型机算计机控制的直流传动系统 这种系统的控制规律

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主要由软件实现，只需配备少量的接口电路就能形成 一个完整的控制系统；其硬件结构简单，可以通过容 易更改的软件来实现不同的控制规律或不同的性能 要求。此外单片微机除了能实现系统的控制外，还具 有系统的保护、诊断和自检等功能。

第十一章

11.1 通过分析步进电动机的工作原理和通电方式，可 得出

哪几点结论？

步进电动机的位移和输入脉冲数严格成正比,这就 不会引起误差的积累.其转速与脉冲频率和步矩角有 关,控制输入脉冲数量,频率即电动机各组的接通次 序,可以得到各种需要的运行特征.

11.2 步进电动机的运行特性与输入脉冲频率有什么关 系？

当点流为矩形波频率增加时,由于电动机绕组中 感应又阻止电流变化的作用,因此电流波形发生畸变. 当脉冲频率很高时,电流还未来得及赶上稳定值就开 始下降,与时电流幅值降低,因而产生的转矩减小,致 使带负载的能力下降,频率过高会使不仅电动机启动 不了,或运行时停下来.

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11.3

列出三相六拍形分配器的反向环形分配表。

单元内容 对应通电电相 存储单元地 址 K+0 K+1 K+2 K+3 K+4 K+5 01H(0001) 05H(0101) 04H(0100) 06H(0110) 02H(0010) 03H(0011) A CA C BC B AB

11.4 试修改环形分配器子程序，以实现步进电动机的 反向

运转。

HXFB: LD A,B

CP A, 03H JR Z, DYY INC A JR ROUT

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DYY:

LD A, 00H

ROUT:

LD L, A LD L, 00H ADD HL ,K LD A, (HL) OUT (PIODRA), A RET

11.5 步进电动机对驱动电路有何要求？常用驱动电路

有什么类型？各有什么特点？

步进电动机的驱动电路实际上是一个脉冲放大电路,使脉

冲具有一定的功率驱动能力,由于功率放大输出直接 驱动电动机绕阻,因此,功率放大的性能对步进电动 机的运行性能有很大的影响.因此对驱动电路的要求 是如何提高不尽电动机的快速性和平稳性. 类型由 1 但电压限流型驱动,电阻 R 上有功率消耗为了 提高快速性需要加大 R 的组织,由于阻值加大电源的 电压也势必提高,功率消耗也进一步加大正因为这样, 此电路使用受到.

2 高低压切换型驱动电压 优点: 功耗小,启动力 矩大,突跳频率和工作频率高.缺点:大功率管的数量

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要多一倍,增加了驱动电源.

11.6

使用步进电动机需注意哪些主要问题？

驱动电源的优劣对不仅电动机控制系统的运行影响

1 极大,使用时要特别注意,需要根据运行要求,尽量采 用先进的驱动电源,以满足不仅电动机的运行性能.

2 若所带负载转矩较大,则应在低频下启动,然后在上 升到工作频率,停车时也应从工作频率下降到适应频 率在停车.

3 在工作过程中,应尽量避免由于负载突变而引起误 差.

4 若在工作过程中发生失步现象,首先应检查负载是 否过大.电源是否正常,在检查驱动电源输出波形是 否正常.在处理问题时不应随便更换元件.

11.7 步进电动机的步距角之含义是什么？一台步进电

动机可以有两个步距角，例如，3/1.5，这是什么意 思？什么是单三拍、单双六拍和双六拍？

每当输入一个电脉冲时,电动机转过的一个固定的角度,

这个角度称之为步矩角.

一台步进电动机有两个步矩角,说明它有两种通电方式, 3

得意思是单拍时的步矩角. 1.5得意思是单双拍或

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o

o

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双拍似的步矩角.

单三拍:每次只有一相绕阻通电,而每个循环只有三次 通电

单双六拍:第一次通电有一相绕阻通电,然后下一次又两

相通电,这样交替循环运行,而每次循环只有六次通 电.

双三拍:每次又两相绕阻通电,每个循环由六次通电.

11.8 一台五相反应式步进电动机，采用五相十拍运行

方式时，步距角为 1.5，若脉冲电源的频率为 3000Hz， 试问转速是多少？ n=βf*60/2π

o=1.5*3000*60/2*3.14

=42993.6r/min 转速是 42993.6r/min 11.9 o

一台五相反应式步进电动机， 其步距角 为

o

1.5/0.75，试问该电机的转子齿数是多少？

1.5=360/ZKM

1.5=360/Z*5*1 Z=48

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电机的转子齿数是 48

11.10 步距角小、最大静转距大的步进电动机，为什么

启动频率和运行频率高？ n=βf*60/2π

f=nπ/β *30 β越小运行 f 就越高

11.11 负载转矩和转动惯量对步进电动机的启动频率和

运行频率有什么影响？ T

0

f/Hz

负载转矩和转动惯量越大,步进电动机的启动转矩和运 行频率越高

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