电力拖动与控制课后答案 李岚 梅丽凤

1-5 多轴电力拖动系统为什么要折算为等效单轴系统？

答: 多轴电力拖动系统，不同轴上有不同的转动惯量和转速，也有相应的反映电动机拖动的转矩及反映工作机构工作的阻转矩，这种系统比单轴拖动系统复杂，计算较为困难，为了简化计算，一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算为等小的单轴系统。 1-6 把多轴电力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算？各轴的飞轮力

矩按什么原则折算？

答:功率相等原则;能量守恒原则.

1-7 什么是动态转矩？它与电动机负载转矩有什么区别？

答:动态转矩是指转矩是时间的函数. 而负载转矩通常是转速的函数.

1-8 负载的机械特性有那几种类性？各有什么特点？

答：恒转矩负载特性：与n 无关，总是恒值；

恒功率负载特性：与n 成反比例变化； 通风机负载特性：与n 2成正比例变化。

1-9 某拖动系统如图1-11所示。当系统以1m/s 2的加速度提升重物时,试求电动机应产生的电磁转矩。折算到电动机轴上的负载转矩T meq =195N ·m, 折算到电动机轴上的系统总(包括卷筒)转动惯量J =2kg·m 2 ,卷筒直径d =0.4m ，减速机的速比j =2.57。计算时忽略电动机的空载转矩。

图1-11 拖动系统传动机构图 图1-12 拖动系统传动机构图

解：m eq T T -=J

dt

d Ω

，m ΩΩ,分别是电机转轴。 卷筒的机械角速度

m

ΩΩ

=j=2.57 m ΩR=V ∴ R dt d m Ω=dt dv =1?2=2

∴ dt

d Ω=7.252557.2=??=Ω?dt d j m

∴

m N dt

d J T T meq ?=?+=Ω

?+=4.2467.252195 1-10 试求图1-12所示拖动系统提升或下放罐笼时，折算到电动机轴上的等效负载转矩以及折算到电动机轴上的拖动系统升降部分的飞轮力矩。已知罐笼的质量m 0=300k ，重物的质量m =1000kg ，平衡锤的质量m p =600kg ，罐笼提升速度v m =1.5m/s ，电动机的转速n =980r/min ，传动效率η0=0.85。传动机构及卷筒的飞轮力矩略而不计.。 解：（1）系统以1.5m/s 提升罐笼时（g=9.81）

m p m meq V g m V g m m T ?-?+=?Ω?)(0η m N T meq ?=11.118

2

222

1)(21)602(42102

m

p m eq V m V m m n g GD ++=π

2

22

)(2

1)602(4210m

p eq V m m m n g GD ++=π m N g V m m m GD m p eq

?==?++=∴9.15)6.102(167751

4)60

()(2

22

20π （2）系统以1.5m/s 下放罐笼时

Ω?=??-?+meq m p m T y V g m V g m m ])[(0

m N T meq ?=???=

3.856

.10285

.05.181.9700

m N GD GD eq eq ?==9.15)()(2

2

上升下降

1-11 一台卷扬机，其传动系统如图1-13所示，其各部分的数据如下：

Z 1=20， 2211m N GD ?=；

Z 2=100，22

26m N GD ?=；

Z 3=30， 22

33m N GD ?=；

Z 4=124，22

410m N GD ?=；

Z 5=25， 22

58m N GD ?=；

Z 6=92， 22

614m N GD ?=。

卷筒直径d =0.6m ，质量m T =130kg ，卷筒回转半径ρ与卷筒半径R 之比ρ／R ＝0.76，重物质量m =600kg ，吊钩和滑轮的质量m 0=200kg,，重物提升速度νm =12m/min ，每对齿轮的传动效率ηcZ =0.95，滑轮的传动效率ηcn =0.97，卷轴效率ηcT =0.96，略去钢绳的质量。电动机

的数据为P N =20kW ，n N =950r/min ，22

R

m N 21GD ?=。试求：

（1） 折算到电动机轴上的系统总飞轮力矩；

（2） 以 v m =12m/min 提升和放下重物时折算到电动机轴上的负载转矩

图1-13 卷扬机传动系统图

解：1、（1）齿轮总飞轮矩

25634122

2623

4122524212

2

232221

2

)()()

(Z Z Z Z Z Z GD GD Z Z Z Z GD GD Z Z GD GD GD GD J

a

??++?++++=

2

2)

992.75(9105

.26414)65.20(182591++++

= m N ?=+++=4505.10483.00422.036.012

:2

J GD m d

R 3.02

==

，m R 228.03.076.076.0=?=?=ρ 75792.6228.013022=?==ρm J 2m Kg ?

22

9105.2648.9475792.64m N g J GD J ?=??=?=∴

（2）动滑轮的飞轮矩（包括钩子和重物）

由于动滑轮半径未知，故动滑轮旋转运动的飞轮矩忽略。

2212)950

.51(8.9)200600(365)(365??+=??=n V G GD H H

21268.022562500

2861600

m N ?==

1268.04505.1212

222++=++=∴H a R GD GD GD GD 总

25773.22m N ?=

2、（1）提升时

设绳的拉力为F

m cn V g y V F ??+=??)200600(绳绳

N V V F cn m m 24.404197

.028

.980028.9800=??=???=

η绳

N Z Z Z Z Z Z j R G T meq 3832.195475.62372

.121296.095.03.024.40413

5

63412==?????=??=

η （2）下放重物时

785.01

2=-

='η

η，cn m V G V F η??=?绳绳

N V V F m

m 4.3802297

.08.9800=???=

绳

N j T meq 78.11992

.75785

.03.04.38023.04.3802=??='??=

η

第二章 直流电机的电力拖动

2-1 他励直流电动机的机械特性指的是什么？是根据那几个方程式推倒出来的？

答：T C C R R C u n T e c

a e φ

φφ+-=

据以下三个方程：)(c a a a R R I E u ++=

n C E e a φ=

a T I C T φ=

2-2 他励直流电动机的机械特性的斜率与那些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？

答：β与所串电阻R C 及励磁磁场Φ有关；

β值较小的机械特性称硬特性，反之为软特性

2-3 为什么0n 称为理想空载转速？堵转点是否只意味着电动机转速为零？为什么？

答：因为实际中空载转矩T 0不可避免，故n 0达不到。

堵转就是n=0的点。

2-4 什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串电阻越大，机械特性越软？

答：人为机械特性指通过改变u 、φ、R 参数得到的机械特性。

2-5 为什么降低电源电压的人为机械特性是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？

答：u 与β值无关；因为φφ

β∴∝

1

减小，β增大，特性边软。

2-6 什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？

答：系统在某种外界扰动下离开原的平衡状态，在新的条件下获得的新的平衡；或当扰动消失后系统能自动恢复到原来的平衡状态。满足上述条件，系统就是稳定的。

系统稳定运行的充分必要条件是：

1）电机的机械特性与负载转矩特性必须有交点，在交点处L T T =； 2）在交点附近应有

dn

dT dn dT L

<。

2-7 他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或改变电

源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？ 答：I a 由负载T L 决定。不能。

2-8 他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？

答：起动开始瞬间，由于机械惯性的影响，电动机转速,0,0==a E n 这时起动电流为

a N st R U I =，因电枢电阻数值很小，因此，st I 很大，可达额定电流的（10~20）倍。

因此不能直接起动。

直接起动可能产生如下后果：1、大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易损坏绕组；2、使换向困难，主要是在换向器表面产生火花及环火，少坏电刷与换向器；3、过大的起动电流还会产生过大的起动转矩，从而使传动机构受到很大的冲击力，加速过快，易损坏传动变速机构；4、过大的起动电流会引起电网电压的波动，影响电网上其他用户的正常用电。

2-9 起动他励直流电动机前励磁绕阻断线，没发现就起动了，下面两种情况会引起什么后

果？(1)空载起动；(2)负载起动，T L ＝T N 。 答：（1）电机飞车，转速太高，容易造成事故。

（2）电机电枢中电流很大，却很可能起动不了，由于C T I C T φ=， 此时磁场只有点剩磁很小。

2-10 如何判断他励直流电动机是处于电动运行状态还是制动运行状态？

答：电机所发出的电磁转矩与转速方向相同，即为电动状态。

若电磁转矩与转动方向相反，则为制动状态。

2-11 电动机在电动状态和制动状态下运行时机械特性位于哪个象限？

答：电动状态机械特性位于一、三象限； 制动状态机械特性位于二、四象限。

2-12 能耗制动过程和能耗制动运行有何异同点？

答：相同点：两种状态下，电磁转矩都与电机转向相反。

不同点：能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向；

而能耗运行中负载转矩与电磁转矩反向。

2-13 电压反接制动与电动势反接制动有何异同点？

答：相同点：两种状态都是制动状态，即电磁转矩都与转向相反。

不同点：电压反接制动中，电流方向发生改变；

而电动势方向制动中电流流向不变。

2-14 什么叫电力拖动系统的过渡过程？在过渡过程中为什么电动机的转速不能突变？

答：指系统从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定运行状态。

由于机械惯性时间远大于电磁惯性时间，在过渡过程中可以把电磁量任务是突变的，而机械量不能。

2-15什么是机械过渡过程？推导他励直流电动机拖动系统机械过渡过程解析式时作了哪些假定？

答：指机械量如转速的变化过程（从一个稳态到另一个稳态）

假设：1）电源电压u恒定不变

2）磁通φ恒定不变

3）负载转矩T L保持常数不变

2-16什么是他励直流电动机拖动系统机械过渡过程的三要素？机电时间常数的大小与哪些量有关？

答：三要素指：初始值、稳态值、机电时间常数。

机电时间常数与系统的转动惯量、所串电阻、及励磁磁场有关。

2-17 他励直流电动机有那几种调速方法？各有什么特点？

答：1）电枢串电阻调速

特点：优点：设备简单、初投资少；

缺点：1、有级调速，级数有限，平滑性差

2、轻载时，调速范围小

3、低速时，η低，电能损耗大

4、低速运行，转速稳定性差

适用于调速性能要求不高的场合。

2）降低电压调速

特点：优点：1、电源电压能连续调节，调速的平滑性好，可达到无级调速；

2、无论是高速或低速，机械特性硬度不变，低速时稳定性好；

3、低速时电能损耗小，效率高。

缺点：设备的初投资大。

适用于对调速性能要求较高的设备上。

3）减弱励磁磁通调速

特点：优点：1、电流较小的励磁电路中进行调节、控制方便，功率损耗小

2、用于调速的变阻器功率小，可较平滑调速，实现无级调速。 缺点：调速范围较小。

2-18 静差率与机械特性的硬度有何区别？

答：0

0n n

n -=

δ，机械特性越硬，δ越小。 可以利用δ来衡量机械特性的硬度。

2-19 调速范围与静差率有什么关系？为什么要同时提出才有意义？

答：调速范围min

max

n n D =

，其中n min 受到调速相对稳定性限制，而稳定性则通过δ（静差率）反映，故同时考察D 与δ对调速系统才有意义。

2-20什么叫恒转矩调速方式和恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各属于哪

种调速方式？

答： 恒转矩调速方式：当采用电枢串电阻调速和降低电枢电压调速时，N a N I I =Φ=Φ,，

则电动机容许输出的转矩为===N N N T cy T I C T φ常数。由此可见，这两种调速方法在整个调速范围内，不论转速等于多少，电动机容许输出的转矩都为一恒值，因此称为恒转矩调速方式。

恒功率调速方式：当采用弱磁调速时，磁通φ是变化的，因此容许输出转矩cy T 与转速n 成反比。而输出功率k n

n c T P cy =?=Ω=60

2π，即为一恒定值。故称为恒功率调速方式。

串电阻调速和降电压调速属于恒转矩调速方式，弱磁调速属于恒功率调速。

2-21 电动机的调速方式为什么要与负载性质匹配？不匹配时有什么问题？

答：电动机的容许输出转矩和容许输出功率，仅仅表示电动机的利用限度，并不代表电 动机的实际输出，电动机的实际输出是由负载的需要来决定的。负载有三种类型：恒转矩负载、恒功率负载、通风机型负载。每种类型的负载，在不同转速下所需要的转矩和电流是不同的。所以要根据电动机所拖动负载的性质来选择调速方式，达到合理使用电动机的目的。

2-22是否可以说他励直流电动机拖动的负载只要转矩不超过额定值，不论采用哪一种调速

方法，电动机都可以长期运行而不致过热损坏？

答：不可以。串电阻调速和降压调速可以这样认为，但弱磁调速时N L T T =时，绕组

N a I I >，故不能长时间运行。

2-23 一台他励直流电动机，铭牌数据为P N =60kW ，U N =220V ，I N =305A ，n N =1000r/min ，

试求：

（1） 固有机械特性并画在坐标纸上。 （2） T =0.75T N 时的转速。

（3） 转速n =1100r/min 时的电枢电流。

解：（1）Ω=?-?=-=

038.0)30530560000

305220(21)(212N N N N a I P I u R ， =

-=

ΦN

a N N N e n R I U C min 208.01000038

.0305220?=?-r V min 1058208

.0220

0r C U n N e N ===

φ m N I C T N N e N ?=??==8.605305208.055.955.9φ

∴通过（1058，0）及（1000，605.8）可以作出固有机械特性

（2）时N N

T N e N

a N e N T T C C T R C U n 75.0=∴-=

φφφ min 1016208

.0208.055.98

.60575.0038.0208.0220r n =????-=

（3）n=1100r/min

N N

e a N e N I C R

C U n φφ-=

A R C n C U I a N e N e N N 9.229038

.0208

.0)11001058()(

-=-=-=∴φφ 2-24 电动机的数据同上题，试计算并画出下列机械特性：

（1） 电枢回路总电阻为0.5R N 时的人为机械特性。

（2） 电枢回路总电阻为2R N 的人为机械特性。

（3） 电源电压为0.5U N ，电枢回路不串电阻时的人为机械特性。 （4） 电源电压为U N ，电枢不串电阻，ф=0.5фN 时的人为机械特性。

注：R N =U N /I N 称为额定电阻，它相当于电动机额定运行时从电枢两端看进去的等效电阻。 解：（1）Ω===

721.0305

220

N N N I U R 当外串后总电阻为0.5R n 时：

T T C C R C U n N

T N e n

N e N 874.010585.0-=?-=

φφφ （2）当电枢总电阻为Ω=442.12n R 时：

T T C C R C U n N

T N e n

N e N 49.310582-=?-=

φφφ （3）N U U 5.0=

T T C C R C U n N T e a

N e N 092.0529)(5.02

-=-=

φφ （4）N φφ5.0=

T T C C R C U n N T e a

N e N 368.02116)(25.05.02

-=-=

φφ

2-25 Z2—71型他励直流电动机,P N =7.5kW ， U N =110V ， I N =85.2A ， n N =750r/min ，R a =0.129Ω。采用电枢串电阻分三级起动,最大起动电流为2l n ，试计算各级起动电阻值。 解：选N I I 21=，Ω=?==

646.02

.852110

1I U R N m 711.1129

.0646

.033

===a m R R γ Ω=?==∴221.0129.0711.11γa R R Ω=?==378.0711.1221.012γR R

Ω=-=-=∴092.0129.0221.011a st R R R

Ω=-=-=157.0221.0378.0122R R R st Ω=-=-=268.0378.0646.0233R R R st

2-26 一台他励直流电动机，P N =7.5kW ，U N =220V ， I N =41A ， n N =1500r/min ，R a =0.376Ω，拖动恒转矩负载运行，T=T N 。当把电源电压降到U=180V 时，问：

（1） 降低电源电压瞬间电动机的电枢电流及电磁转矩是多少？ （2） 稳定运行时转速是多少？

解：1min 316.01500

376

.041220-?=?-=-=

r V n R I U C N a N N N e φ

∴机械特性 T C C R C U n N T e a

N e N ?-=

2

)

(φφ （1）当在额定点运行时 V n C E N N e N 2041500136.0=?=?=φ

∴降压瞬间 180a a R I ?+=204 A I a 8.63376

.0204

180-=-=

m N I C T a N T ?-=-??==9.82)8.63(136.055.9φ

(2) min 1211113132441136

.0376

.0136.0180r n =-=?-=

2-27上题中的电动机拖动恒转矩负载运行，T=T N ，若把磁通减小到φ=0.8φN ,。计算稳定

运行时电动机的转速是多少?电动机能否长期运行?为什么? 解: T C C R C n N

T N e a

N e φφφ-=

220 当T=T N ,N φφ8.0=时

41136.055.955

.9136.08.0136.08.0376

.0136.08.0220???????-?=

n

min 1845136

.064.041

376.02022r =??-=

A I C I C C T I N N T N N T N T N a 25.514

5

8.08.0==?=?=

φφφ

N a I I > ∴电机不能长期运行

2-28 他励直流电动机的数据为P N =13kW ，U N =220V ， I N =68.7A ， n N =1500r/min ，R a =0.224Ω。采用电枢串电阻调速，要求δ

max

=30%，求：

（1） 电动机拖动额定负载时最低转速。 （2） 调速范围。

（3） 电枢需串入的电阻值。

（4） 拖动额定负载在最低转速下运行时电动机电枢回路输入的功率，输出功率（忽略T 0）

及外串电阻上的消耗的功率。 解: (1)3.00

0≤-=

n n

n δ 0min 07.07.0n n n n =∴≥∴ r V n R I U C N a N N N e ?=?-=-=

-1min 136.01500

224

.07.68220φ

min 1618220

0r C n N

e φ=

min 113316187.0min r n =?=∴ (2) 324.11133

1500

min max ===

n n D (3) 11337.68136

.0224.0136.0220?+-=

n

R Ω=∴736.0n R 解得

(4) kW I U P N N 1.157.682201=?==

kW P 6.1060

1133

14.327.68136.055.92=???

??=

W R I P n N R n 3474736.07.6822

=?==

2-29 上题中的电动机，如果采用降低电源电压调速，要求δ

max

=30%，求：

（1） 电动机拖动额定负载运行时的最低转速。 （2） 调速范围。

（3） 电源电压需调到的最低数值。

（4） 电动机拖动额定负载运行在最低转速时，从电源输入的功率及输出功率（不计T 0）。

解: (1) min 118150016180r n n n N N =-=-=?

3.03.00

≤??

≤n n N

δ m i n 3933.0118min 0r n ==∴ min 275118393m in 0min r n n n N =-=?-=∴

(2) 5.52751500

min max ===

n n D (3) V U C U n N

e 4.53min min

0min =?=

φ (4) W I U P N 3672

7.684.53min 1=?== W T P N 256860

275

28.67.68136.055.92=??

??=Ω?=

2-30 他励直流电动机P N =29kW ，U N =440V ，I N =76A ， n N =1000r/min ，R a =0.376Ω，采用降低电源电压及弱磁调速，要求最低理想空载转速n 0min =250r/min ，最高理想空载转速

n 0max =1500r/min ，试求：

（1） T =T N 时的最低转速及此时的静差率。 （2） 拖动恒功率负载P 2=P N 时的最高转速。 （3） 调速范围。

解: 1min 411.01000

376

.076440-?=?-=-=

r V n R I U C N a N N N e φ

min 1071411

.0440

0r n ==

min 7110001071r n N =-=? (1) min 17971250m in 0min r n n n N =-=?-=

284.0250

179

250m in

m in 0min

0=-=

-=

n n n δ

(2) 1500411.0440

max 0=?=

x n (设x 为弱磁系数)

714.01500

1071==x

T C C R n N

T N e a

φφ714.0714.01500?-

=∴

当N P P =2时,设电机转速为n x ,转矩为T x

N x x P n T =?

∴602π ? x

N

x n P T π260= 代入机械特性n 中,整理有 09.12667515002

=+-x x n n

解得 =x n min 1410r 或min 90r

∴拖动恒功率N P P =2时最高转速为1410min r .

(3) 弱磁时拖动N T T =恒转矩负载的转速

min 136476714

.0411.0714.0376

.01500r n =???-

=

62.7179

1364

==

∴D 2-31 一台他励直流电动机P N =3KW ，U N =110V ，I N =35.2A ，n N =750r/min ，R a =0.35Ω。电动机原工作在额定电动状态下，已知最大允许电枢电流为I amax =2I N ，试问：

（1） 采用能耗制动停车，电枢中应串入多大电阻？ （2） 采用电压反接制动停车，电枢中应串入多大电阻？ （3） 两种制动方法在制动到n =0时，电磁转矩各是多大？

（4） 要使电动机以-500r/min 的转速下放位能负载，T L =T N ，采用能耗制动运行时电枢应

串入多大电阻？ 解: 1min 1304.0-?=-=

r V n R I U C N

a

N N N e φ

（1）V n C E N N e N 68.9775013024.0=?==φ

能耗制动：)(0n a a N R R I E ++= 代入数据，可解得 Ω=0375.1n R

（2）)(n a a N N R R I E U ++=- Ω=∴6.2n R （3）能耗制动时：n=0 则T=0；

反接制动时：T C C R R C U n N

T N e n

a N

e ?+-

=

φφφ

将U=V 110-，Ω=6.2R 代入： 得m N T ?-=3.46 （4）T C C R n N

T N e n

?-

=φφ2 Ω=∴5.1n R

2-32 一台他励直流电动机，P N =13KW ，U N =220V ，I N =68.7A ，n N =1500r/min ，R a =0.195Ω，拖动一台起重机的提升机构。已知重物的负载转矩T L =T N ，为了不用机械闸而由电动机的电磁转矩把重物吊在空中不动，问此时电枢回路中应串入多大电阻？

解：1min 138.01500

195

.07.68220-?=?-=-=

r V n R I U C N a N N N e φ

min 1594138

.02200r C U n N e N ===

φ 固有机械特性T C C R n N

T N e a

?-

=φφ1594

若使重物吊在空中不动，即0=n 时N T T =

∴7.68138

.0195.015941594?+-=?+-

=n

N N T N e n a R T C C R R n φφ

解得 Ω=3n R

2-33 他励直流电动机的技术数据为P N =29KW ，U N =440V ，I N =76A ，n N =1000r/min ，R a =0.377Ω，I amax =1.8I N ，T L =T N 。问电动机拖动位能负载以-500r/min 的转速下放重物时可能工作在什么状态？每种运行状态电枢回路中应串入多大电阻（不计传动机构中的损耗转矩和电动机的空载转矩）？要求画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500r/min 速度下放重物的转换过程。

解：若只可进行一次变换则有可能的工作状态：

能耗制动，转速反向的反接制动。 i ） 能耗制动

a N N N R I U E -=

4113.0==

N N N e n E C φ a N

e c a I C R R n ?+-=∴φ 若-500下放，则N N

e c

a I C R R ?+-

=-φ500

则Ω=+706.2c a R R ，Ω=-=33.2377.0706.2c R 此时校核制动瞬间的电流

a I 4113

.0706

.21000-

= A I a 152-=∴

A I I N a 8.1368.1max ==

可见 max a a I I > 故不可采用。 ii ）a N

e n

a N e N I C R R C U n ?+-=

φφ 将（I N ，-500）代入得Ω=109.8c R 变换瞬间N a I I < ∴满足要求 如图

转换过程：C B A →→

2-34 电动机的数据同上题，拖动一辆电车，摩擦负载转矩T L1=0.8T N ，下坡时位能负载转矩T L2=1.2T N ，问：

（1） 电车下坡时在位能负载转矩作用下电动机的运行状态将发生什么变化？ （2） 分别求出电枢不串电阻及电枢串有0.5Ω电阻时电动机的稳定转速。

解：（1）在位能负载转矩作用下，电机从正向电动状态逐渐过渡到正向回馈制动的发电状态。

（2） N N N L L L T T T T T T 4.0)2.1(8.021-=-+=+=

电机不串电阻时：

min 109828107076)4.0(4113

.0377

.04113.0440r n =+=?-?-=

电机串0.5Ω电阻时：

min 113565107076)4.0(4113

.05

.0377.04113.0440r n =+=?-?+-=

2-35 一台他励直流电动机的数据与题2－33相同，拖动起重机的提升机构，不计传动机构的损耗转矩和电动机的空载转矩，求：

（1） 电动机在反向回馈制动状态下下放重物，I a =60A ，电枢回路不串电阻，求电动机的

转速及转矩各为多少？回馈到电源的功率多大？

（2） 采用电动势反接制动下放同一重物，要求转速n =-850r/min ，问电枢回路中应串入多

大电阻？电枢回路从电源吸收的功率是多大？电枢外串电阻上消耗的功率是多少？

（3） 采用能耗制动运行下放同一重物，要求转速n =-300r/min ，问电枢回路中应串入的电

阻值为多少？该电阻上消耗的功率为多少？ 解： （1）V U R A I n a 440,0,60-===

min 1125604113

.0377

.04113.0440r n -=?-=

m N I C T a N e N ?=??==7.235604113.055.955.9φ W U I P a 26400

604401-=?-== （2）n R V U r n ,440,min 850=-=

604113

.0377.04113.0440850?+-=

-n

R Ω=∴785.12n R

W I U P a N 26400

604401=?== W R I P n a R n 46026785.126022

=?==

（3）n R U r n 串,0,min 300=-=

Ω=∴?+-

=-68.1604113

.0377.0300n n

R R

W R I P n a R n 604868.16022

=?==

2-36 设题2－33中的电动机原工作在固有特性上，T =0.8T N ，如果把电源电压突然降到400V ，求：

（1） 降压瞬间电动机产生的电磁转矩T =？画出机械特性曲线并说明电动机工作状态的

变化；

（2） 电动机最后的稳定转速为多少？

解：（1）N N U T T ,8.0=

min 101456107076)8.0(4113

.0377

.04113.0440r n =-=??-=

电源电压降到400V ，V n C E N e a 41710144113.0=?==φ

a a a R I E U += ∴A R E U I a

a

a 1.45-=-=

m N I C T a N e ?-=-??==1.177)1.45(4113.055.955.9φ

A 点跳变到

B 点, 态,最终稳定到

C 点

（2）min 9175697376)8.0(4113

.0377

.04113.0440r n =-=??-=

2-37 Ｚ2－52型他励直流电动机，P N =4kW ，U N =220V ，I N =22.3A ，n N =1000r/min ，R a =0.91Ω。T L =T N ，为了使电动机停转，采用电压反接制动，已知电枢回路串入的制动电阻R c =9Ω，求：

（1） 制动开始时电动机产生的电磁转矩； （2） 制动结束时电动机所发出的电磁转矩；

（3） 如果是反抗性负载，在制动到n =0时不切断电源，不用机械闸制动，电动机能否反

转？为什么？ 解：1min 2.01000

91

.03.22220-?=?-=-=

r V n R I U C N a N N N e φ

（1）V U 220-=，Ω=9c R ，V n C E N N e a 20010002.0=?==φ

a a a R I E U += A I 5.461

-=∴ m N T ?-=-??=5.881)5.461(2.055.9

（2）0=n 时

T 2

2.055.99

91.02.02200?+--=

m N T ?-=∴4.42 （3）m N n P T N N N ?===2.381000

4

95509550

L T T > ∴不采用机械抱闸，电机会反向起动。

2-38 他励直流电动机的数据为P N =17kW ，U N =110V ，I N =185A ，n N =1000r/min ，R a =0.035Ω， GD 2

R =30N ﹒m 2，拖动恒转矩负载运行，T L =0.85T N ，采用能耗制动或反接制动停车，最大允许电枢电流为 1.8I N 。求两种停车方法的停车时间是多少（取系统总飞轮矩GD 2=1.25

GD 2R ）?

解：1min 1035.01000

035

.0185110-?=?-=-=

r V n R I U C N a N N N e φ

（1）能耗制动

min 101018585.01035

.0035.01035.0110r n =??-=

V n C E N e a 10510101035.0=?==φ

)(0n a a a R R I E ++= 取N a I I 8.1-= 得Ω=28.0n R

∴m

T t e

n --+=)01010(0 2

2375N

T e m C C R

GD T φ?=3.0= 0=∴n 代入，3.10100t e -= 得∞=t 取t=s T m 2.14=

（2）)(110n a a N R R I E ++=- N a I I 8.1-=

m N T R m n ?=Ω=615.0,611.0

min 204418585.01035

.0646

.01035.0110r n L -=??--=

∴ )0,(==n t t x

s T t m x 246.0)

2044(0)

2044(1010ln

=----=

第三章 三相异步电动机的电力拖动

3-1 何谓三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性?

答：固有特性：异步电机在额定电压和频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外接

电阻为零时的n 与T 的关系。

人为特性：人为改变电动机参数或电源参数而得到的机械特性。

3-2 三相笼型异步电动机的起动电流一般为额定电流的4～7倍，为什么起动转矩只有额定转矩的0.8～1.2倍?

答：由起动时s=1，由22

2222)(cos x s

r s r '+'

'=

θ很小，约0.2左右；

另一方面，st I 大，引起定子漏阻抗压降大，电动势E 1减小，主磁通m φ减小。 由于这两方面原因所致。

3-3 异步电动机的最大转矩T max 受哪个参数变化的影响最大?试从物理意义上解释其原。 解：max T 受电压参数变化影响很大。

3-4 三相异步电动机的机械特性，当0＜s ＜s m 时，电磁转矩T 随转差率s 的增大而增加，当s m ＜s ＜1时，电磁转短随转差率的增大而减小，为什么? 答：由于22

1212221212111)()()

(

L L w s r sr r sw w u p m T '++'+'

= 当s 很小时，忽略分母中s 各项， s r sw w u p m T ∝'

≈212111)(

； 当)1,(m s s ∈时，可以忽略式中分母中的2r '，即

s L L w r s r w w u p m T 1

])([)(

22

12121212111∝

'++'≈ 3-5 为什么通常把异步电动机机械特性的直线段称为稳定运行区，而把它的曲线段称为不稳定运行区?曲线段是否有稳定运行点?

答：对于恒转矩负载而言，只有特性的直线段满足稳定运行条件，曲线段不满足。但若是对于风机、泵类负载整条特性都满足条件，都是稳定工作区域。

3-6 三相异步电动机电磁转矩与电源电压大小有什么关系?如果电源电压比额定电压下降30％，电动机的最大转矩T max 和起动转矩T st 将变为多大?若电动机拖动的额定负载转矩不变，问电压下降后，电动机转速n 、定于电流I l 、转于电流I 2、主磁通φm 、定子功率因数cos φl 和转子功率因数cos φ2将有什么变化?

答：2

u T ∝，若N u u 7.0='，则st st T T T T 49.0,49.0max max

='='，当电压下降后，n 减小，I 1与2

I '增大，m φ减小，1cos φ与2cos φ降低。 3-7 容量为几个千瓦时，为什么直流电动机不允许直接起动，而笼型异步电动机可以直接

起动?

电力拖动控制线路与技能训练试卷及答案

52、生产机械的位置控制，是将生产机械的运动限制在一定围，也称限位控制，利用位置 开关（也称行程开关）和运动部件上的机械挡铁来实现（） 53、电力拖动的特点。方便经济、效率高、调解性能好、易于实现生产过程的自动化。（） 54、电力拖动系统的组成电源、电动机、控制设备、传动机构。（） 55、蠕动型行程开关的触头使用寿命高于瞬动型。（） 56、三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和 断相）现象。（） 57、热继电器动作电流的调节是通过旋转调节旋钮来实现的。调节旋钮为一个偏心轮，旋 转调节旋钮可以改变传动杆和动触点之间的传动距离，距离越长动作电流就越大。 （） 58、空气阻尼式时间继电器的优点是结构简单、延时围大、寿命长、价格低廉，且不受电 源电压及频率波动的影响，其缺点是延时误差大、无调节刻度指示，一般适用延时精度要求不高的场合。（） 59、当热继电器与其它电器装在一起时，应装在电器下方且远离其它电器50mm以上， 以免受其它电器发热的影响。（） 60、交流接触器安装与接线时，切勿把零件失落在接触器部，以免引起卡阻，或引起短路 故障。（） 二．单项选择题。（每题1分，共40 分） 1、熔断器串接在电路中主要用作 ( )。 A.短路保护 B.过载保护 C.欠压保护 2、熔断器的核心是 ( )。 A.熔体 B.熔管 C.熔座 3、熔断器在电气线路或设备出现短路故障时，应（）。 A.不熔断 B.立即熔断 C.延时熔断 4、DZ5-20系列低压断路器中的热脱扣器的作用。 A.欠压保护 B.短路保护 C.过载保护 5、DZ5-20系列低压断路器中的电磁脱扣器的作用是（）。 A.欠压保护 B.短路保护 C.过载保护 6、组合开关用于控制小型异步电动机的运转时，开关的额定电流一般取电动机额定电流 的（）倍。 A.1.5～2.5 B.1～2 C.2～3 7、直流电动机电枢回路串电阻调速只能使电动机转速在额定转速（）围进行调节。 Ａ。以下。Ｂ。以上。Ｃ。±１０﹪ 8、常开按钮只能（）。 A.接通电路 B.断开电路 C.接通或断开电路 9、常闭按钮只能（）。 A.接通电路 B.断开电路 C.接通或断开电路 10、双轮旋转式行程开关为（）。 A.非自动复位式 B.自动复位式 C.自动或非自动复位式11、交流接触器E形铁心中柱端面留有0.1~0.2mm的气隙是为了（）。 A.减小剩磁影响 B.减小铁心震动 C.散热 12、对于CJ10—10型容量较小的交流接触器，一般采用（）灭弧。 A.栅片灭弧装置 B.纵缝灭弧装置 C.双断口结构的电动力灭弧装置 13、辅助电路编号按“等电位”原则，按从上之下、从左至右的顺序用（）依此编号。A。数字或字母；Ｂ。字母；Ｃ。数字 14、对于容量较大的40A交流接触器，多采用（）灭弧。 A.栅片灭弧装置Ｂ.纵缝灭弧装置Ｃ.双断口结构的电动力灭弧装置 15、直流接触器的磁路中常垫有非磁性垫片，其作用是（）。 A.减小铁心涡流 B.减小吸合时的电流 C.减小剩磁影响 16、交流接触器一般应安装在垂直面上，倾斜度不得超过（）。 A.15· B.10· C.5· 17、过电流继电器的吸合电流为（）倍的额定电流。 A.1.1～ 4 B.0.9～ 1.2 C.0.3～ 0.65° 18、零电压继电器是（）的一种特殊形式。 A.欠压继电器 B.过电压继电器 C.过电流继电器 D.欠电流继电器 19、将JS7-A系列断电延时型时间继电器的电磁机构旋出固定螺钉后反转（）安装， 即可得到通电延时型时间继电器。 A.360· B.180· C.90· D.60· 20、热继电器中主双金属片的弯曲主要是由于两种金属材料的（）不同。 A.机械强度 B.导电能力 C.热膨胀系数 21、一般情况下，热继电器中热元件的整定电流为电动机额定电流的（）倍。 A.4～7 B.0.95～1.05 C.1.5～2 22、如果热继电器出线端的连接导线过细，会导致热继电器（）。 A.提前动作 B.滞后动作 C.过热烧毁 23、对有直接电联系的交叉导线的连接点（）。 A.只画小黑圆点 B.不画小黑圆点 C.可画小黑圆点也可不画小黑圆点 24、同一电器的元件在电路图和接线图中使用的图形符号、文字符号要（）。 A.基本相同； B.不同； C.完全相同。 25、主电路的编号在电源开关的出线端按相序依次为（） A.U、V、W B.L1、L2、L3 C.U11、V11、W11 26、工作在交流额定电压A V及以下、直流额定电压B V及以下的电器称为低压电器。这里A、B分别代表（） A.1200、1500 ； B.2000、2200 ； C.3000、3500. 27.断路器、负荷开关必须（）安装，保证合闸状态时手柄朝上。 A.水平； B.垂直； C.任意位置都可以。 28、按钮的触头允许通过的电流较小，一般不超过（）A. A。5；Ｂ。3；Ｃ。2。

电力拖动自动控制系统(第三版)_陈伯时_习题答案(全部)

第一章：闭环控制的直流调速系统00000 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使U g1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞U d，很快使电流i d反向，VD2截止，在t on≤t＜T时，U g2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+t on(即下一周期的0≤t＜T on)时，VT2关断，-i d沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后i d经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”?答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母

电力拖动自动控制系统练习题最终版汇总

判断题 采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√）只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√）直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 静差率和机械特性硬度是一回事。（×） 使用PI调节器构成的无静差调速系统稳态精度不受反馈检测装置的影响。 电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压的大小并非仅取决于速度给定的大小。（√） 转速、电流反馈控制无静差可逆调速系统稳态时电力电子装置控制电压的大小取决于电流调节器输入信号的大小。（×） 反馈控制系统的精度只取决于给定的精度。（×） 双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（×） 对于有环流可逆V-M系统，在一般情况下允许两组晶闸管同时处于整流状态。（×）逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（×） 可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（×） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（×） α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） α=β配合工作制的有环流可逆调速系统的正向制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器不饱和。（×） 转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（×） 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 闭环系统可以改造控制对象。（√） 闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 V-M系统中平波电抗器的电感量一般按照额定负载时保证电流连续的条件来选择。（×）直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（×） 电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√）

电力拖动自动控制系统-课后答案.

习题解答（供参考） 习题二 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=

378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= (1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=Ω,Ce=?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器放 大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数 减至γ=，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）* (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) * (1)12(12150.35)15) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么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？ 解： 1）()s n s n D N N -?=1/

《电力拖动控制线路与技能训练》期末测试题

1 2013-2014学年度第二学期《电力拖动控制线路与技能训练》期末测试题 班级姓名分数 一、判断（30分） 1、熔断器的额定电流与熔体的额定电流含义相同。（） 2、熔断器的熔断时间随电流的增大而减小。（） 3、在电动机控制线路中，熔断器既可以作短路保护电器使用，也可以作过载保护电器使用。（） 4、熔断器对短路反应灵敏，但对过载反应很不灵敏。（） 5、在照明和电加热电路中，熔断器既可作过载保护也可作短路保护。（） 6、对易燃易爆的工作场合应禁止使用半封闭结构的RC1A系列瓷插式熔断器。（） 7、当熔体的规格过小时，不能轻易改变熔体的规格，更不准随意使用铜丝或铁丝代替熔体。（） 8、压断路器只能起控制电路接通和断开的作用，不能起保护的作用。（） 9、低压断路器中电磁脱扣器的作用是实现失压保护。（） 10、DZ5系列断路器的热脱扣器和电磁脱扣器均设有电流调节装置。（） 11、HK开启式负荷开关没有专门的灭弧装置，因此不适于操作频繁的电路。（） 12、开启式负荷开关既可以垂直安装也可以倒装或平装在控制屏或开关板上（） 13、组合开关的通断能力较低，不能用来分断故障电路。（） 14、按钮既可以在控制电路中发出指令或信号，去控制接触器、继电器等电器，也可直接控制主电路的通断。（） 15、按钮的安装应牢固，安装按钮的金属板或金属盒必须可靠接地。（） 16、光标按钮可用于需长期通电显示处，兼做指示灯使用。（） 17、当按下然后松开时，其常开触头一直处于闭合接通状态。（） 18、接触器除用来通断大电流电路外，还具有欠电压和过电压保护功能。（） 19、交流接触器中主要的发热部件是铁心。（） 20、交流接触器的线圈一般做成细而长的圆筒形，以增强铁心的散热效果（） 21、CJ10系列交流接触器的触头一般采用双断点桥式触头，在触头上装有压力弹簧片，用以消除有害振动。（） 22、接触器触头的常开和常闭是指电磁系统未通电动作前触头的状态。（） 23、.接触器的常开触头和常闭触头是同时动作的。（） 24、交流接触器的线圈电压过高或过低都会造成线圈过热，甚至烧毁。（） 25、带灭弧罩的交流接触器不得在不带灭弧罩或破损的灭弧罩的情况下运行。（） 26、直流接触器的铁心也会因为产生涡流和磁滞损耗而发热，所以也需要用硅钢片叠压制成。（） 27、直流接触器铁心端面不需要嵌装短路环。（） 28、直流接触器的发热以铁心发热为主。（） 29、为了使直流接触器线圈散热良好，常常将线圈做成长由薄的圆筒形。（） 30、在同样电气参数下，熄灭直流电弧比熄灭交流电弧要难。（） 二选择（20分） 1、熔断器串联在电路中主要作（） A短路保护B过载保护C欠压保护 2、一个额定电流等级的熔断器可以配用若干各额定电流等级的熔体，但要保证熔断的额定电流值（）所装熔体的额定电流值。 A大于 B 大于或等于C小于

电力拖动自动控制系统习题答案_第四版

第二章 2-1：答：在制动阶段，VT1始终不导通。VT2导通期间，并能耗制动；VT2不导通期间， VD1续流，并回馈制动。 2-2：由 10100 1000== D ； rpm s D s n n n N N cl 04.298 .01002.01000) 1(=??≤ -= ?=?； 2-3：已知 rpm n n n N 1500max max 0=?+= rpm n n n N 150min min 0=?+= max n n N =，rpm n N 15=? 所以1115 150151500min max =--= = n n D 1.015 11148515 11=?+?= ?+?= D n n D n s N N N 2-4： r v n R I U C N a N N e min/1478.0/)(?=-= rpm C R R I n e s a N op 1.1151478.0/045.0378/)(=?=+=? 1.38.0*1.115 2.0*1430) 1(==-?=s n s n D N N 32 .57 .0*1.1153.0*1430) 1(== -?= s n s n D N N 2-5： rpm C R I n e N op 5.2742.0/18.0305/=?==? /()27.45%N op N op s n n n =?+?= rpm s D s n n n N N cl 63.295 .02005.01000) 1(=??≤ -= ?=? 2-6： v K K U K K U s p u s p dcl 121 =+= γ 264==u s p dop U K K U 22/=dcl dop U U v U K K K K U dcl s p s p u 6.41=+= γ 2-7： 10=D

《电力拖动自动控制系统——运动控制系统(第5版)》阮毅第10章习题解答

第10章习题解答 10-1 伺服系统的结构如图所示， 计算三种输入下的系统给定误差：（1）)(121* t m ?=θ；（2）)(12 * t t m ?=θ； （3）*21 (1)1()2 m t t t θ=++?。 解：系统开环传递函数500()(0.11)W s s s = + 系统给定误差 *00*2* 00() ()lim ()lim ()lim 1() ()()(0.11)lim lim 500(0.11)5001(0.11) m sr sr sr t s s m m s s s s e e t sE s W s s s s s s s s s s θθθ→∞→→→→∞===++==+++ + （1）)(121* t m ?= θ，* 1()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)(0.11) ()lim lim 0(0.11)5002(0.11)500 m sr s s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （2）)(12* t t m ?= θ，* 21()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)0.111 ()lim lim (0.11)5002[(0.11)500]1000 m sr s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （3）* 21(1)1()2 m t t t θ=++?，2* 2331111()m s s s s s s s θ++=++= 系统给定误差22* 001 (0.11)()(0.11)()lim lim (0.11)500(0.11)500 m sr s s s s s s s s s e s s s s θ→→++++∞===∞++++ 10-2 直流伺服系统控制对象如图10-8所示，机械传动机构的传动比10j =，驱动装置的放大系数40s K =及滞后时间常数0.001s T s =，直流伺服电机等效参数0.086m T s =，

电力拖动自动控制系统论文

A C 1 异步电机的矢量控制理论 本章首先阐述异步电动机的三相坐标系下的数学模型，然后根据坐标变换理论，得到了它在两相静止坐标系下和两相同步坐标系下的数学方程，在此基础之上介绍了异步电机的矢量控制原理【14】。 1.1 异步电机的数学模型 由于异步电机矢量控制调速系统的控制方式比较复杂，要确定最佳的方式，必须对系统动静态特性进行充分的研究。异步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为了便于研究，一般进行如下假设: （1)三相定子绕组和转子绕组在空间均分布，即在空间互差所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦分布，并忽略空间谐波; (2)各相绕组的自感和互感都是线性的，即忽略磁路饱和的影响; (3)不考虑频率和温度变化对电阻的影响; (4)忽略铁耗的影响。 无论三相异步电动机转子绕组为绕线型还是笼型，均将它等效为绕线转子，并将转子参数换算到定子侧，换算后的每相绕组匝数都相等。这样异步电机数模型等效电路如图1.1所示。 120o

A A A s A s A B B B s B s B C C C s C s C d u i R i R p dt d u i R i R p dt d u i R i R p dt ψψψψψψ?=+=+???=+=+?? ? =+=+?? a a a r a r a b b b r b r b c c c r c r c d u i R i R p dt d u i R i R p dt d u i R i R p dt ψψψψψψ? =+=+?? ? =+=+?? ? =+=+?? /du dt 图1.1 异步电机的物理模型 图1.1中，定子三相对称绕组轴线A 、B, C 在空间上固定并且互差 ， 转子对称绕组的轴线a 、b 、 c 随转子一起旋转。我们把定子A 相绕组的轴线作 为空间参考坐标轴，转子a 轴和定子A 轴间的角度作为空间角位移变量。规定各绕组相电压、电流及磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这样，我们可以得到异步电机在三相静止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 1.1.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 1、三相定子绕组的电压平衡方程为 (1-1) 式中以微分算子P 代替微分符号 相应地，三相转子绕组折算到定子侧的电压方程 (1-2) 式中：为定子和转子相电压的瞬时值； 为定子和转子相电流的瞬时值； 为定子和转子相磁链的瞬时值； 为定子和转子电阻。 将定子和转子电压方程写成矩阵形式： 120o θ,,,,,A B C a b c u u u u u u ,,,,,A B C a b c i i i i i i ,,,,,A B C a b c ψψψψψψ,s r R R

电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题答案完整版

电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题 答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.020.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不 变，试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2Vmin/r, 求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) (1)]10000.050.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节 器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压 d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值开环时的输出电压是闭环是的多少倍（3）若把反 馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）*(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??=

02297电力拖动自动控制系统习题集附带答案

一、选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A ．PID B ．PI C ．P D ．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率 A ．越小 B ．越大 C ．不变 D ．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是 A ．降电压调速 B ．串级调速 C ．变极调速 D ．变压变频调速 根据能量转换的角度看，把调速系统分为三类 第一类：转差功率消耗型，包括将电压调速，转差离合器调速，转子串电阻调速 第二类：转差功率馈送型，包括串级调速，双馈电动机调速 第三类：转差功率不变型，包括变极调速，变频变压调速 4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A ．比例控制 B ．积分控制 C ．微分控制 D ．比例微分控制 积分控制可以使系统在无警察的情况下保持恒速运行，实现无静差调速 5．控制系统能够正常运行的首要条件是 A ．抗扰性 B ．稳定性 C ．快速性 D ．准确性 控制系统正常工作，稳定性是首要条件。 6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越低,则系统的稳定精度 A ．越高 B ．越低 C ．不变 D ．不确定 截止频率与相角裕度对应，截止频率越高，系统响应变快，但稳定性变差。 7．常用的数字滤波方法不包括 A ．算术平均值滤波 B ．中值滤波 C ．中值平均滤波 D ．几何平均值滤波 8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A ．ACR B ．A VR C ．ASR D ．A TR 9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A ．转速调节阶段 B ．电流上升阶段 C ．恒流升速阶段 D ．电流下降阶段 10．三相全波整流电路的平均整流电压为 A ．20.9cos U α B ．21.17cos U α C ．22.34cos U α D ．21.35cos U α 11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A ．饱和非线性控制 B ．转速超调 C ．准时间最优控制 D ．饱和线性控制 12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是 A ．降电压调速 B ．变极对数调速 C ．变压变频调速 D ．转子串电阻调速 13．SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的 A ．正弦波 B ．方波 C ．等腰三角波 D ．锯齿波 14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是 A ．高阶 B ．低阶 C ．非线性 D ．强耦合 15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是 A ．故障保护 B ．PWM 生成 C ．电流调节 D ．转速调节 16．比例微分的英文缩写是

电力拖动自动控制系统论文

东华大学研究生课程论文封面 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的课程论文，是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人 亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：洪豪 注：本表格作为课程论文的首页递交，请用水笔或钢笔填写。

步 电 机 的 矢 量 控 制 理 论 本章首先阐述异步电动机的三相坐标系下的数学模型，然后根据坐标变换理论，得 到了它在两相静止坐标系下和两相同步坐标系下的数学方程，在此基础之上介绍了异步 电机的矢量控制原理【14 】。 1.1异步电机的数学模型 由于异步电机矢量控制调速系统的控制方式比较复杂，要确定最佳的方式，必须对 系统动静态特性进行充分的研究。异步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变 量系统，为了便于研究，一般进行如下假设： (1) 三相定子绕组和转子绕组在空间均分布， 即在空间互差1200 所产生的磁动势沿 气隙圆周按正弦分布，并忽略空间谐波； (2) 各相绕组的自感和互感都是线性的，即忽略磁路饱和的影响 ； (3) 不考虑频率和温度变化对电阻的影响； (4) 忽略铁耗的影响。 无论三相异步电动机转子绕组为绕线型还是笼型，均将它等效为绕线转子，并将转 子参数换算到定子侧，换算后的每相绕组匝数都相等。这样异步电机数模型等效电路如 图1.1所示。 图1.1异步电机的物理模型 图1.1中，定子三相对称绕组轴线 A 、B, C 在空间上固定并且互差1200 ，转子对 称绕组的轴线 a 、 b 、 c 随转子一起旋转。我们把定子 A 相绕组的轴线作为空间参考坐标 轴，转子a 轴和定子A 轴间的角度，作为空间角位移变量。规定各绕组相电压、电流及 磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这样，我们可以得到异步电机在三相静 止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 1.1.1异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 1、三相定子绕组的电压平衡方程为 (1-1) 式中以微分算子P 代替微分符号 相应地，三相转子绕组折算到定子侧的电压方程 (1-2) 式中：U A ,U B ,U C ,U a ，U b ,U c 为定子和转子相电压的瞬时值； iA ，iB ，i C ，ia ，ib ，ic 为定子和转子相电流的瞬时值； 屮 屮 屮 屮 屮 屮 A, B, C, a, b, c 为定子和转子相磁链的瞬时值； Rs,Rr 为定子和转子电阻。 将定子和转子电压方程写成矩阵形式：

电力拖动控制线路图及原理分析报告

手动开关控制连续与点动混合正转控制电路 工作原理分析 1、SA打开： 控制线路中的自锁回路断路，KM自锁触头的开合不改变自锁回路的工作状态，线路控制表现为点动控制状态。 2、SA闭合： 控制线路中的自锁回路恢复正常功能，控制线路表现为接触器自锁控制，线路表现为连续正转控制。

复合按钮控制连续与点动混合正转控制线路 工作原理分析 1、连续控制 按下SB1启动电动机，KM自锁触头闭合，自锁回路功能正常，电动机连续运转。 2、点动控制 按下SA启动电动机时，SA复合按钮的常闭触头断开，自锁回路功能丧失，控制线路表现为点动控制状态。

按钮、接触器双重联锁的正反转控制线路 工作原理分析 1、双重联锁：一重是交流接触器常闭触头与另一线圈串联而构成的联锁；另一重是复合按钮常闭触头串联在对方电路当中构成的联锁。 2、正转控制 按下SB1SB1常闭触头先分断对KM2联锁（切断反转控制电路） SB1常开触头后闭合KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合自锁 KM1主触头闭合KM1联锁触头分断对KM2联锁电机M 启动连续正转 3、反转控制 SB2常闭触头分断 SB2常闭触头后闭合 KM1线圈失电KM1主触头分断 KM1自锁触头分断 KM1联锁触头恢复闭合电机M 失电KM2线圈得电KM2主触头闭合 KM2自锁触头闭合自锁KM2联锁触头分断对KM1联锁（切断正转控制电路）电机M 启动连续反转按下SB2

位置控制线路 工作原理分析 1、行车向前运动 2、行车向后运动

自动往返控制线路 工作原理分析 1、SQl、SQ2的作用： 自动换接电动机正反转控制电路，实现台车的自动往返行程控制； 2、SQ 3、SQ4的作用： 被用来作终端保护，以防止SQ1、SQ2失灵，台车越过限定位置而造成事故。 行程开关SQ1的常闭触头串接在正转电路中，把另一行程开关SQ2的常闭触头串接在反转电路中。当台车运动到所限位置时，其挡铁碰撞位置开关，使其触头动作，自动换接电动机正反转控制电路。控制线路中的SB1和SB2分别作正转启动按钮和反转启动按钮。

《电力拖动自动控制系统》答案(全)

1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。 1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？ 答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2 变正，于是VT 2导通， VT 2导通，VT 1关断。 1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么 关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？ 答：生产机械要求电动机提供的最高转速 max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围， 用字母D 表示，即：min max n n D = 负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ? 与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：min 0n n s N ?= 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为： ) 1(s n s n D N N -?= 由于在一定的N n 下，D 越大，min n 越小N n ? 又一定，则S 变大。所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易， 1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为min /1500max 0r n =，最低转速特性为 min /150min 0r n =，带额定负载的速度降落min /15r n N =?，且不同转速下额定速降N n ?不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？ 解 1115 150151500min 0max 0min max =--= ?-?-= = N N n n n n n n D %10150 15min 0== ?=n n s

电力拖动运动控制系统平时作业

第一章 1、请简述《电力拖动运动控制系统》课程与《电机学》课程的关系 答：电机学是电力拖动运动控制系统的基础，电力拖动运动控制系统：了解电机的工作原理，研究如何控制电机的启动、稳速、调速和制动等电机学：研究电机的工作原理、设计和制造工艺等 2、请画出运动控制系统及其组成的框图。 答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下： 3、请你叙述如何设计一辆电动自行车的思路。 答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等 =====================================================================第二章 1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。

答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ， I是电枢电流，R是电枢回路的电阻 φ是励磁磁通，k是感应电动势常数 所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。 2、什么是调速范围和静差率调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了” 3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性 为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 = 15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少系统允许的静差率s是多少

电力拖动自动控制知识点总结

第1章 绪论 1、电机的分类？ ①发电机(其她能→电能)直流发电机与交流发电机 ②电动机(电能→其她能) 直流电动机:有换向器直流电动机(串励、并励、复励、她励)与 无换向器直流电动机(又属于一种特殊的同步电动机) 交流电动机:同步电动机 异步电动机:鼠笼式、绕线式、伺服电机 控制电机:旋转变压器 自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机(反应式、永磁式、混合式) 2、根据直流电机转速方程 n — 转速(r/min); U — 电枢电压(V) I — 电枢电流(A); R — 电枢回路总电阻( Ω ); Φ — 励磁磁通(Wb);Ke — 由电机结构决定的电动势常数。 三种方法调节电动机的转速:(1)调节电枢供电电压 U ; (2)减弱励磁磁通 Φ;(3)改变电枢回路电阻 R 。 调压调速:调节电压供电电压进行调速,适应于:U ≤Unom,基频以下,在一定范围内无级平滑调速。 弱磁调速:无级,适用于Φ≤Φnom,一般只能配合调压调速方案,在基频以上(即电动机额定转速以上)作小范围的升速。 变电阻调速:有级调速。 问题3:请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点,并说明今后电力传动系统的发展的趋势。 * 直流电机调速系统 优点:调速范围广,易于实现平滑调速,起动、制动性能好,过载转矩大,可靠性高,动态性能良好。 缺点:有机械整流器与电刷,噪声大,维护困难;换向产生火花,使用环境受限;结构复杂,容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统(正好与直流电机调速系统相反) 优点:异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉,使用环境广,运行可靠,便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点:调速性能比直流电机差。 * 发展趋势:用直流调速方式控制交流调速系统,达到与直流调速系统相媲美的调速性能;或采用同步电机调速系统、 第2章 闭环控制的直流调速系统 1、常用的可控直流电源有以下三种 ? 旋转变流机组——用交流电动机与直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压。 ? 相控整流器——把交流电源直接转换成可控的直流电源。 ? 直流斩波器或脉宽调制变换器——先用不可控整流交流电变换成直流电,然后用PWM 脉宽调制方式调节输出的直流电压。 2、由原动机(柴油机、交流异步或同步电动机)拖动直流发电机 G 实现变流,由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电,调节G 的励磁电流 i f 即可改变其输出电压 U ,从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称G-M 系统,国际上通称Ward-Leonard 系统。 3、晶闸管-电动机调速系统(简称V-M 系统,又称静止的Ward-Leonard 系统), 4、晶闸管触发与整流装置的放大系数与传递函数 在动态过程中,可把晶闸管触发与整流装置瞧成就是一个纯滞后环节,其滞后效应就是由晶闸管的 Φ-=e C IR U n

电力拖动自动控制系统习题答案_陈伯时

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题 2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的稳态速降是 多少？ 解：系统允许的稳态速降 sn 0 02 × 100 ? n N = = = 2 04( r min ) ( 1 ? s ) ( 1 ? 0 02) 2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机 = 60 k W ， P N U N = 220 V ， I N = 305 A ， n N = 1000 r m in ， 主 电 路 总 电 阻 R = 0 18? ， C = 0 2 V ? min r ，求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 ?n 为多少？ N （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s 多少？ N （3）额定负载下的转速降落 ?n 为多少，才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。 N 解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 I R 305 × 0 18 N ? n = = = 274 5( r min ) N C 0 2 （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 ? n 274 5 N s = = ≈ 0 215 = 21 5% N n + ? n 1000 + 274 5 N N （3）额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落 n s 1000 × 0 05 N ? n = = ≈ 2 63 ( r min ) N D ( 1 ? s ) 20 × ( 1 ? 0 05) 2-6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压 U u = 8 8 V , 比例调节放大 系数 K = 2, 晶闸管装置放大系数 K = 15, 反馈系数 γ = 0 7 。求： p （1）输出电压 U ； d （2）若把反馈线断开， U 为何值？开环时的输出电压是闭环时的多少倍？ d （3）若把反馈系数减至 γ = 5 U 应为多少？ u 解：（1）输出电压 K K 2 × 15 p s U = U = × 8 8 = 12( V ) ； d u 1 + K K γ 1 + 2 × 15 × 0 7 p s （2）若把反馈线断开， U = K K U = 2 × 15 × 8 8 = 264 ( V) ；开环时的输出电压是闭环 d p s u 时的 264 12 = 22 倍。 （3）若把反馈系数减至 γ = 5 ，当保持同样的输出电压时，给定电压 1 + K K γ 1 + 2 × 15 × 0 35 p s U = U = × 12 = 4 6( V ) 。 u d K K 2 × 15 p s

电力拖动运动控制系统平时作业 答案

第一章 1、请画出运动控制系统及其组成的框图。 答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下： 2、如果请你设计一辆电动滑板车，请问这个电动滑板车的构成？ 答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等 ===================================================================== 第二章 1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。 答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ， I是电枢电流，R是电枢回路的电阻 φ是励磁磁通，k是感应电动势常数 所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。

2、什么是调速范围和静差率？调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了”？ 3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性 为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 = 15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少？系统允许的静差率s是多少？ 解： 4、转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统还有克服什么干扰的能力？ 答： 1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征 ①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。 ②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统 最突出的特征之一。 ③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。3）能够改变转速，因为转速和反馈电压比有关。