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电力拖动与控制复习思考题汇总

一 名词解释（5个*4=20分）
拖动系统的运动方程式
动态转矩
静态工作点及其稳定性
直流他励电机机械特性方程
直流电机的制动方式（三种）【发电反馈】
调速范围
静差率
恒转矩/恒功率调速
转差率
启动能耗
二 简答题（4道*10=40分）
简述机电传动系统运动方程中动态转矩的物理意义。
简述机电传动系统运动方程中双轴传动系统中静态转矩和动态转矩的折算方法。
简述静态工作点稳定性的判定条件。
简述传动系统的起停过程中减少过渡过程时间的方法。
简述直流他励电机三种制动方式的原理及特点
简述已知直流他励电机运行参数和固有机械特性时，人为机械特性的方法
直流他励电机的机械特性方程
直流电机制动运行的三种方式及其特点
四象限图
静差率、调速范围、最高工作转速和转速降落之间的关系
发电机-电动机调速系统的工作原理
异步电动机的固有特性公式及转差率s的含义
绕线转子电机串入电阻后人为特性曲线及固有特性曲线之间的关系
简述笼型转子异步电动机起动过程中能量损耗构成及减少转子回路能量损耗的办法。
简述通过改变异步电动机的定子绕组电压时，异步电动机人为特性曲线有什么特点？
异步电机传动系统启动应该注意哪些问题
异步电机启动过程的能耗组成及其特点
改变异步电机人为特性有哪些方法，各有什么特点
三 计算题（2道*15=30分）
例1-1和1-2 ：启动转矩计算
习题1-14

例2-2

例4-1和4-2：异步电机特性曲线的计算

例4-3 ： 计算启动电抗器的值

四 综述题（1道 *10=10分）
基于变频器的多电机传动系统的结构和特点。（自查）
直流电机自动调速系统中采用电压负反馈调速的原理及特点（速度反馈）：P42-P46

电力拖动及控制复习思考题汇总
第一章 电力拖动的基本知识
1、 拖动系统的运动方程是怎样建立的？怎样用它分析系统的运动状态？
答：系统运动方程式是依据动力学平衡条件及动力学定律建立。
（视系统转动惯量J为常量），由此方程知：电动机的轴转矩及负载转矩的差值及转速的变化率成正比。依据这一点分析系统运动状态。
2、 什么是转动惯量？转动惯量J及如何进行换算？
答：转动惯量J代表的是运动系统总的转动惯量，即等于电动机转子和生产机械的转动惯量之和。
的单位是：，两者在数值上关系为：。
3、 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态转矩和系统运动状态之间有何关系？
答：动态转矩即电动机的轴转矩及负载转矩的差值；当M及不相等时，系统的转速将发生变化，动态转矩出现；动态转矩及转速的变化率成正比。
4、 稳定工作过程及过度过程有什么区别？
答：稳定过程即稳定运行的过程，=0，且如果受到小幅的干扰可以自动恢复原有稳定工作状态；而过度过程指的是当系统从某一稳定运行状态变化到另一稳定运行状态时，它所需要的(加速或减速)时间过程。
5、 为什么要进行转矩何惯量折算，依据的原则是什么？
答：折算是为了将动力系统中各个轴上的功率流和能量流归算到某一个基准轴上，从而使计算简化。
其中静态转矩（负载转矩）、作用力F依据功率不变原则折算。
（电动机状态），
动态转矩按照能量平衡原则，质量m按照动能不变原则进行折算。
6、 为何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩符号？
答：首先定义转速的正方向，任选一转动方向为转动正方向。当电动机轴转矩及选定的方向一致时其值为正，反之为负。负载转矩的定义方法恰相反，当负载转矩及选定的转矩正方向一致时，其值为负，反之为正。
7、 在一个拖动系统中同时存在向上、向下运动的物体，在计算系统惯量时是否为一正一负？为什么？
答：否。由知，不论v的方向为正还是为负，系统惯量均为正。
8、 电动机的机械特性和工作机械的机械特性有何异同？
答：电机的机械特性——取决于电机的电磁作用关系，指电动机的电磁转矩M及转速n之间的关系，根据机械特性硬度分为绝对硬特性、硬特性、软特性，根据运行条件分为固有特性、人工特性；
工作机械的特性——取决于机械运动的负载变化，指工作机械的转矩及转速n函数关系，根据转矩随转速变化的关系分为恒转矩特性、变转矩特性，根据转矩相对转速的作用方向分为阻转矩特性、位势转矩特性。
9、 阻转矩和位势转矩的区别是什么？相应的机械特性曲线如何表示？
答：阻转矩：转速方向改变时，转矩的作用方向随之改变，同时其作用方向始终及运动方向相反，即起阻碍运动的作用。
位势转矩:转矩的作用方向始终及转速的方向无关，即负载的作用方向始终保持不变，这类负载据有储能特性。
相应的机械特性曲线，详见课本P3

10、如何判断拖动系统静态工作点的稳定性？
答：首先假定：系统在外来扰动作用下，产生一个转速偏差±Δn；随后分析：动态转矩的大小是否能使系统恢复原有平衡状态，若可以便为稳定。或观察Δn及两者符号是否相反，相反时系统稳定。
11、运动系统中那些因素对过渡过程时间有影响？如何减少过渡过程时间？
答：影响因素：拖动系统总转动惯量J、动态转矩
减少过渡过程时间的方法：1）、减小电动机的转动惯量,如采用细长转子（或电枢）的电动机、采用双电动机拖动。2）、充分利用电动机过载能力，增大加速或减速转矩。3）、选择适当的传动比，使折算到电动机轴上的拖动系统转动惯量J值较小。

第二章 直流电动机的机械特性
1、固有特性和人为特性在运行条件上有何区别？
答:固有特性在额定运行条件下，即额定端电压、额定他励磁通，且电枢回路中无附加电阻的条件下得到的机械特性。改变运行参数即可得到人为特性
2、直流他励电动机的理想空载转速和转速降落由那些参数确定？
答：:及电枢的端电压、一个磁极的磁通量有关。
：及电枢电路总电阻R、一个磁极的磁通量、转矩M有关。
3、直流他励电动机带有恒转矩负载运行，分别改变其外施电压、电枢串联电阻及励磁电流，当重新达到稳定状态后，电动机电流将如何变化？
答：由于稳定运行时必有,保持不变，而,故当改变外施电压、电枢串联电阻时电动机电流I均不变；当励磁电流增大时，I降低，当励磁电流减小时，I增大。
4、怎样绘制直流他励电动机的机械特性曲线？需要那些原始数据和条件？
答：由于其机械特性为一条直线，只需求得两点的数据，即可绘出机械特性曲线。一般选择理想空载点（M=0,）及额定运行点（,）较为方便。
需要知道的原始数据是：额定功率、额定电压、额定电流、额定转速。
5、电动及制动两种状态的基本区别是什么？
答：从拖动动力学角度看，电动状态下电动机产生的电磁转矩M及其转速n的方向一致，克服负载转矩并带动生产机械加速或等速运行；制动状态下，电动机作发电机运行，它所产生的电磁转矩M及转速n的方向相反，对拖动系统的运动起限制或阻碍作用。
6、直流他励电动机在电动状态下运行时，需采取那些操作使它转入发电制动、反接制动和动力制动状态？
答：发电制动：在电动机接线不变的条件下，当转速n增大并超过理想空载转速时，电动机即由电动状态转变为发电反馈制动状态。
反接制动：有两种方式。1）、转速反向的反接制动，电动机接通电源并在电枢中串接阻值较大的电阻，使电动机的起动转矩小于负载位势转矩，于是系统在位势转矩作用下反向运行，电动机进入反接制动状态。2）、将电源电压反极性接到电枢上，同时串入附加电阻，此时极性反向的电源电压及感应电势E的方向一致，电枢电流反向，转矩反向，电动机进入反接制动状态。
动力制动：将电动机电枢及电网断开（励磁绕组仍接在电源上），在电枢回路中串入适当的附加电阻形成闭合回路，即可实现动力制动。
7、用能量传递和转换观点分析，比较直流他励电动机三种制动状态的共同点和区别，并说明各个制动方法的优缺点。
答:共同点：1）、制动时，电动机产生的转矩方向及电机的实际运行方向相反。
2）、在磁通方向不变的条件下，电枢电流的方向改变。
3)、制动状态下，电动机均处于发电运行状态，电动机将机械能转换为电能，其能量来源为拖动系统中存储的动能或势能。
不同点：1）、电枢电流改变具体实现条件分别为：发电反馈制动时E>U；动力制动时U=0；反接制动时E、U方向相同。
2）、三者均将存储的机械能转换成电能，但能量的流向有所不同。发电反馈制动时将电能回馈电网；动力制动时将电能消耗在电枢及制动电阻中转变为热能。反接制动时不但将由系统储存转换的电能消耗在电枢及制动电阻中，由于E及U的方向相同，其将制动期间电网提供的电能UI一并消耗在电阻中了，损耗较大。
发电反馈制动优点：勿需要改变电动机的接线方式，同时有电能反馈电网，经济效果较好。缺点：此时如果要使电动机减速，只能转换为其他的电气制动方式或采用机械制动。
动力制动优点：接线方法简单，不消耗电网电能；缺点：将储存的机械能直接转化为热能，致使电枢发热。
反接制动优点：书上没有，缺点：能量消耗较大。
8、什么是四象限图？有何作用？
答：将电动机正反转特性包括各自的电动状态和制动状态，绘于同一个坐标的四个象限中，就是电动机双向运行可能具有的各种运行状态的坐标图，称四象限图。作用：其是分析拖动系统运行状态的重要工具。
9、保证电动机正常启动的条件？
答：拖动系统正常起动的基本条件是在全部起动过程中保持起动转矩大于负载转矩，其次是获得平稳的起动过程。
10、当直流他励电动机负载为阻转矩时，可否用电动运行状态使拖动系统停车？
答：不可以。电动运行状态可以使其限速、减速，但不能让其停车。
11、直流串励电动机的机械特性有何特点？
答：串励电动机的机械特性属于软特性、具有非线性特性；当负载转矩增大时，转速随之下降，电动机输出功率变化不大；起动转矩较大。
12、在串励电动机双机拖动系统中采用动力制动为何要应用交叉接线方式？
答：此时两台电机的负荷可以得到平衡，当某台电机负荷增大时，同时会使另一台励磁增强，增加输出，使负荷得到平衡。

第五章 异步电动机的电气制动
1、感应电动机有哪几种电气制动状态？及直流他励电动机相比，其物理现象及工作原理有何异同？
答：其制动方式也有发电反馈制动、反接制动、动力制动三种。
两者物理现象及工作原理基本相同。及直流电动机不同的是，感应电动机，通过采用变频电源并降低电源频率来实现的降低。
2、实现发电反馈制动的条件是什么？在拖动系统中如何应用？
答：条件有两个：1）、负载转矩的作用方向及电动机定子旋转磁场的方向（即电动机在电动状态下的旋转方向）一致。2）、电动机转速高于同步转速。
应用：1）在恒频电源下，通过重力负载实现制动，用于重力负载的 限速制动， n>n0 。（备注特点：勿需改变正常接线方式； 不增加任何设备 ;节能效果好——向电网反馈电能）2）、 采用变频电源，通过调频实现制动，用于减速或限速制动，n<n0 。（备注特点：采用变频电源；制动力矩可调，制动效果好；但不能向电网反馈电能，只能消耗在电阻中。）
3、反接制动的特点是什么？当下放重物时转子电路不加电阻或电阻较小会出现什么现象？
　答：反接制动的特点：优点，方法简单、制动力矩大，能实现减速和低于同步转速的限速制动； 缺点， S>1，能量损耗较大。
　　　如果转子中不加电阻或加电阻不够大，会出现电动机转矩在下放的整个过程中一直小于，下放中，下放速度一直在增加而且越增加越快，失去限速作用。
４、动力制动的特点是什么？动力制动转差率ｓ和等效电流的物理意义是？
　答：动力制动特点：1）特性变化及电动机状态机械特性形状相类似 ，分为稳定工作区 和非稳定工作区；2）可实现减速和限速两种制动；3）具有能耗小，制动平稳可靠、控制性能好等优点。
　　动力制动转差率ｓ：表示转子导体及磁场的相对速度。　
等效电流：表示直流励磁电流的等效电流值。
５、动力制动计算的条件是什么？已知电动机转子回路无附加电阻时的动力制动特性，给出转子附加电阻后，如何求相应的人工特性？
答：已知条件：1）异步电动机磁化曲线 2）定子绕组及转子绕组的变比3）转子绕组电阻r2和漏电抗x2，及转子附加电阻R2 4）定子给定的励磁电流Id或I1。
如果已知无附加电阻时的动力制动特性，根据一台电动机的两条机械特性在同一转矩下的转差率ｓ之比等于其转子回路的电阻之比这一结论，迅速求得给出转子附加电阻后的人为特性。
６、电动机四象限图：

第六章　交流异步电动机的调速
１、交流调速的基本方法有那几种？

答：由交流异步电动机的调速方法分为两类：１）、改变定子旋转磁场速度；２）、改变转差率ｓ。其中属于第一类的有：改变定子供电电源的频率；改变极对数ｐ；属于第二类的有：改变定子电压、转子回路串入附加电阻或阻抗、转子回路引入外加电势等。
２、变频调速的调速特性是怎样的？试简要说明。
答：其调速特性和直流调速特性相似。基频以下的调速为恒转矩调速相当于直流电动机的调速，U1/ f1 =常数，fN>f1↓调速，调速过程中，电机力矩M不随转速n变化，或转矩M和电流I保持正比关系。基频以上为恒功率调速相当于直流电动机的弱磁控制，U1=UN，fN<f1↑调速，调速过程中，保持输出功率P不变，并等于PN。
3、在推导变频调速机械特性时，常忽略定子电阻的影响，当考虑这个影响时，机械特性将有如何变化？
答：如果考虑则随着的降低，最大转矩将减小，并且在同一转矩下速度的降落将随着的降低而增大。
4、变频调速的优点是什么？适用于何种情况？
答：变频调速系统的起动电流小，起动过程中转子回路不再有很大的额外能量损失，而且平均起动转矩很大。适用于起动要求频繁快速的拖动系统。
5、单绕组变极接法的基本原理是什么？
答：基本原理：由多极对数变到少极对数时，总有半数线圈组内的电流相反。
6、定子调压调速的优点是什么？适用于何种场所？
答：优点：方法简单，调速平滑，当采用闭环控制时还能达到理想的调速精度（注:缺点：调速范围窄，电机转子损耗比较大）。
适用的场合：通风机、水泵一类的机械的调速。
7、说明斩波器脉冲调阻的基本原理。
答:回路的等效电阻,斩波器通过调节斩波器占空比，使在0到1之间变化，对应等效电阻平滑的在到0之间变化，实现调阻。
8、异步电动机串级调速的基本原理是什么？试绘出它的调速特性。
答：基本原理：在转子回路接入外接电压Uk，利用外接电压Uk来改变转差率S的大小。
调速特性：调速时，电动机机械特性最大转矩保持恒定不变；在不同Uk条件下机械特性硬度及电动机自然特性的硬度大致相同。

9、如何通过控制转子回路外加电压来改善电动机的功率因数，它的优点是什么？
答：通过改变的水平分量，即相位上及成90°的方向上的分量，改变电动机的功率因数。优点：可以平滑、连续、快速的改变功率因数，提高系统的效率，改善其电气制动特性。
10、异步电动机串级调速有哪几种类型，各自的特点是什么？
答：有两类：一类是直接使用变频电源，如变频机组、交-变变频器、交流整流子电机；另一类是经过一个直流中间环节，即将不同频率的转子电压经过整流器变成直流，再设法控制该直流电压来实现调速。其中前者技术较为复杂，后一类较简单，后者避免了随着转速改变而同步改变外加电压频率的困难。
11、异步电动机串级调速的优缺点是什么？适用于何种场合？
答：优点：1）系统总效率高，可达90%以上 2）当调速范围不大时，所需外加电源容量小，设备费低 3）可靠性高。 缺点：系统功率因数低，电气制动特性不够理想。此外由于不具有发电反馈制动特性，虽然实现制动，不能像直流调速系统那样平滑地过渡到制动状态。
适用场合：应用广泛，主要用于轧钢、轻纺、水泥等工业和水泵、风机等生产机械上。
12、双电动机拖动的优点是什么？使用中应该注意什么问题？
答：优点：1）、系统中电动机转动惯量比同容量的单一电动机转动惯量小；2）、调速性能较好；3）、工作可靠性高提高，一台损坏，另一台仍可工作；4）、带有减速器时由于减速器有两个受力点，使同容量的设备重量大为减轻。
应注意：两个电动机间的的负载分配问题。
13、电磁离合器的结构特点及特性见课本P117

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