(2025年)機(jī)電傳動(dòng)控制復(fù)習(xí)題B(附答案)一、選擇題（每題2分，共20分）1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻調(diào)速時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，調(diào)速后的電樞電流與原電流相比（）。A.增大B.減小C.不變D.無法確定答案：C（他勵(lì)直流電機(jī)電樞電流由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定，T=KtΦIa，Φ不變時(shí)Ia與T成正比，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變則Ia不變）2.三相異步電動(dòng)機(jī)采用變極調(diào)速時(shí)，其調(diào)速性質(zhì)為（）。A.恒功率B.恒轉(zhuǎn)矩C.既非恒功率也非恒轉(zhuǎn)矩D.視極對(duì)數(shù)變化而定答案：A（變極調(diào)速時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n0=60f/p，極對(duì)數(shù)p變化會(huì)導(dǎo)致n0變化，輸出功率P=TΩ，當(dāng)p增大時(shí)n0降低，若保持T不變則P降低，但實(shí)際變極調(diào)速多通過改變繞組接法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速）3.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是（）。A.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)，且交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率大于負(fù)載特性斜率B.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)，且交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率小于負(fù)載特性斜率C.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性無交點(diǎn)D.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率為正答案：B（穩(wěn)定運(yùn)行需滿足兩個(gè)條件：存在交點(diǎn)；在交點(diǎn)附近，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏離平衡值時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)，即電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率（dT/dn）小于負(fù)載特性斜率（dTL/dn），通常負(fù)載特性斜率為正，故電動(dòng)機(jī)特性應(yīng)更“軟”）4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θ與（）無關(guān)。A.定子相數(shù)mB.轉(zhuǎn)子齒數(shù)zC.通電方式kD.電源頻率f答案：D（步距角公式θ=360°/(mzk)，其中k為拍數(shù)與相數(shù)的比值，與電源頻率無關(guān)，頻率影響轉(zhuǎn)速）5.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的主要作用是（）。A.抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)B.消除靜差C.限制最大電流D.提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)答案：A（電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，主要作用是快速跟隨電流給定，抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)電流的影響；速度環(huán)作為外環(huán)，主要消除靜差，保證穩(wěn)態(tài)精度）6.三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，需向定子繞組通入（）。A.三相交流電B.單相交流電C.直流電流D.脈沖電流答案：C（能耗制動(dòng)原理是切斷交流電源后，向定子繞組通入直流電流，產(chǎn)生靜止磁場，轉(zhuǎn)子切割磁場產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路）7.交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式不包括（）。A.幅值控制B.相位控制C.頻率控制D.幅相控制答案：C（交流伺服電動(dòng)機(jī)常用控制方式為幅值控制、相位控制和幅相控制，通過改變控制電壓的幅值或相位實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，頻率控制一般用于變頻調(diào)速系統(tǒng)）8.PLC的掃描周期主要由（）決定。A.輸入點(diǎn)數(shù)B.用戶程序長度C.輸出點(diǎn)數(shù)D.CPU主頻答案：B（PLC掃描周期包括輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，其中用戶程序執(zhí)行時(shí)間與程序長度（指令數(shù)量）直接相關(guān)，是掃描周期的主要部分）9.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是一條（）。A.直線B.拋物線C.雙曲線D.指數(shù)曲線答案：A（他勵(lì)直流電機(jī)機(jī)械特性方程n=(U-IRa)/(KeΦ)，當(dāng)U、Φ恒定時(shí)，n與T成線性關(guān)系，故機(jī)械特性為直線）10.異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系為（）。A.f2=sf1B.f2=f1/sC.f2=(1-s)f1D.f2=f1答案：A（轉(zhuǎn)子電流頻率f2=sf1，其中f1為定子電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，當(dāng)電機(jī)靜止時(shí)s=1，f2=f1；額定運(yùn)行時(shí)s≈0.02~0.06，f2≈1~3Hz）二、填空題（每空1分，共20分）1.機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為__________，其中J為__________，dn/dt為__________。答案：T-TL=J(dn/dt)；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；轉(zhuǎn)速變化率2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有__________、__________和__________。答案：改變電樞電壓；改變電樞回路電阻；改變勵(lì)磁磁通3.三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0=__________，額定轉(zhuǎn)差率sN一般為__________。答案：60f1/p；0.02~0.064.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=__________（單位：r/min），其中θ為步距角，f為脈沖頻率。答案：60fθ/360=θf/6（或簡化為n=60f/(mzk)，因θ=360/(mzk)）5.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）通常采用__________調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器（ACR）通常采用__________調(diào)節(jié)器。答案：PI（比例積分）；PI（比例積分）6.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為保持氣隙磁通恒定，應(yīng)采用__________控制方式，其電壓與頻率的關(guān)系為__________。答案：恒壓頻比（U/f恒定）；U1/f1=常數(shù)7.PLC的工作方式是__________，其輸入輸出采用__________處理方式。答案：循環(huán)掃描；集中采樣、集中輸出8.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)的影響是__________和__________。答案：氣隙磁場畸變；去磁作用9.交流伺服電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是__________和__________。答案：調(diào)速范圍寬；響應(yīng)速度快（或無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、控制特性線性度好）10.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程中，機(jī)電時(shí)間常數(shù)τm=__________，其物理意義是__________。答案：(GD2R)/(375KeKtΦ2)；系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變化到最終值的63.2%所需的時(shí)間三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能的主要差異。答案：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能優(yōu)異，可實(shí)現(xiàn)寬范圍平滑調(diào)速（尤其是低轉(zhuǎn)速段），機(jī)械特性硬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，控制簡單（通過調(diào)節(jié)電樞電壓或勵(lì)磁電流）；但存在電刷和換向器，維護(hù)復(fù)雜，成本高，不適用于易燃易爆環(huán)境。交流電動(dòng)機(jī)（尤其是異步電動(dòng)機(jī)）結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、可靠性高，但傳統(tǒng)調(diào)速方法（如變極、轉(zhuǎn)子串電阻）調(diào)速范圍窄、效率低；變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展后，交流調(diào)速性能接近直流，但控制復(fù)雜（需變頻器），低速段轉(zhuǎn)矩特性略差。2.分析三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，低頻段需要適當(dāng)提高電壓的原因。答案：異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢E1=4.44f1N1Φm，當(dāng)頻率f1降低時(shí)，若保持U1/f1恒定，U1≈E1，Φm基本不變。但低頻時(shí)定子繞組電阻壓降IR1不可忽略（U1=E1+IR1），若仍按U1/f1=常數(shù)調(diào)節(jié)，E1會(huì)減小，導(dǎo)致Φm下降（Φm=E1/(4.44f1N1)），電磁轉(zhuǎn)矩T=KtΦmI2cosφ2降低。因此，低頻段需適當(dāng)提高電壓（即增大U1/f1比值），補(bǔ)償定子電阻壓降，維持Φm基本恒定，保證足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。3.說明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的“失步”現(xiàn)象及產(chǎn)生原因。答案：失步指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際步數(shù)與輸入脈沖數(shù)不一致的現(xiàn)象，分為丟步和越步。丟步是轉(zhuǎn)子未到達(dá)預(yù)定位置，越步是轉(zhuǎn)子超過預(yù)定位置。原因包括：負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過最大靜轉(zhuǎn)矩（啟動(dòng)時(shí)）；脈沖頻率過高（轉(zhuǎn)子慣性大，無法及時(shí)響應(yīng)）；電源電壓波動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩不足；繞組電流上升時(shí)間過長（驅(qū)動(dòng)電路性能差）；電磁干擾引起脈沖丟失。4.簡述PLC在機(jī)電傳動(dòng)控制中的應(yīng)用優(yōu)勢。答案：PLC優(yōu)勢包括：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（采用光電隔離、冗余設(shè)計(jì)等）；②編程簡單（梯形圖語言接近繼電器控制電路，易掌握）；③靈活性好（模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)）；④維護(hù)方便（故障自診斷，模塊更換快捷）；⑤適應(yīng)工業(yè)環(huán)境（耐溫、防潮、抗振動(dòng)）；⑥可與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。5.比較異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)的特點(diǎn)。答案：能耗制動(dòng)：切斷交流電源，通入直流電流產(chǎn)生靜止磁場，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)平穩(wěn)，能量消耗在轉(zhuǎn)子回路（低速時(shí)制動(dòng)力矩?。m用于要求準(zhǔn)確停車的場合；反接制動(dòng)：改變定子繞組電源相序（或轉(zhuǎn)子串電阻），使旋轉(zhuǎn)磁場反向，轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、時(shí)間短，但能量消耗大（電源和轉(zhuǎn)子共同提供能量），需在轉(zhuǎn)速接近零時(shí)切斷電源（否則會(huì)反向啟動(dòng)），適用于快速停車或反向的場合。四、計(jì)算題（共30分）1.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=85%，Ra=0.5Ω。求：（1）額定電流IN；（2）額定運(yùn)行時(shí)的電樞電動(dòng)勢EN；（3）理想空載轉(zhuǎn)速n0。（8分）答案：（1）額定輸入功率P1=PN/ηN=10/0.85≈11.765kW額定電流IN=P1/(UN)=11765/220≈53.48A（或直接用PN=UNINηN，IN=PN/(UNηN)=10000/(220×0.85)≈53.48A）（2）電樞電動(dòng)勢EN=UN-INRa=220-53.48×0.5≈220-26.74=193.26V（3）KeΦ=EN/nN=193.26/1500≈0.1288V·min/r理想空載轉(zhuǎn)速n0=UN/(KeΦ)=220/0.1288≈1708r/min2.一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，額定頻率f1=50Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，轉(zhuǎn)子電阻R2=0.02Ω，轉(zhuǎn)子漏抗X20=0.08Ω（歸算后）。求：（1）額定轉(zhuǎn)差率sN；（2）額定轉(zhuǎn)矩TN；（3）最大轉(zhuǎn)矩Tmax及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm。（10分）答案：（1）同步轉(zhuǎn)速n0=60f1/p=60×50/2=1500r/min額定轉(zhuǎn)差率sN=(n0-nN)/n0=(1500-1440)/1500=0.04（2）額定轉(zhuǎn)矩TN=9550PN/nN（需假設(shè)PN，若題目未給，可用T=9.55×(P2)/nN，P2=√3UNINηcosφ，但此處缺數(shù)據(jù)，改用電磁轉(zhuǎn)矩公式T=K×(sR2)/(R22+(sX20)2)，但更簡單的方法是TN=9550×(P2)/nN，若假設(shè)P2=PN=10kW（題目未明確，可能需調(diào)整），則TN=9550×10/1440≈66.32N·m（3）最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率sm=R2/X20=0.02/0.08=0.25最大轉(zhuǎn)矩Tmax=(3pU12)/(2πf1[R2+√(R22+X202)])（或用簡化公式Tmax=λmTN，λm為過載倍數(shù)，通常異步電機(jī)λm=1.8~2.5，但需精確計(jì)算）歸算后，Tmax=(3U12)/(2πf1)×1/(2[R2+√(R22+X202)])（假設(shè)U1=UN，忽略定子阻抗）代入數(shù)據(jù)：Tmax=(3×(220/√3)2)/(2×π×50)×1/(2×0.02+2×√(0.022+0.082))≈(3×(48400/3))/(314)×1/(0.04+2×0.0825)≈(48400)/314×1/(0.205)≈154.14×4.878≈751N·m（注：此計(jì)算假設(shè)定子電壓為相電壓，實(shí)際需根據(jù)題目條件調(diào)整，可能更簡單的方式是用Tmax=(K×Φm2)/(2sm)，但需結(jié)合具體公式）3.某步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍通電方式，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，脈沖頻率f=1000Hz。求：（1）步距角θ；（2）轉(zhuǎn)速n；（3）若改為三相雙三拍通電，步距角變?yōu)槎嗌?？?分）答案：（1）三相六拍時(shí)，拍數(shù)N=6，相數(shù)m=3，k=N/m=2（k為拍數(shù)與相數(shù)的比值）步距角θ=360°/(mzk)=360/(3×40×2)=360/240=1.5°（2）轉(zhuǎn)速n=60fθ/360=60×1000×1.5/360=60×1000×0.004167≈250r/min（或n=60f/(mzk)=60×1000/(3×40×2)=60000/240=250r/min）（3）三相雙三拍時(shí)，拍數(shù)