机电传动控制期末考试复习题

机电传动与控制

一、填空题

1、凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换、和调节目的的电气元件统称为电器。

2、电器按工作电压等级分为低压电器和高压电器。

3、低压电器是指，工作电压在交流1200V或直流在1500V以下的各种电器。

4、高压电器是指，工作电压在交流1200V或直流在1500V以上的各种电器。

5、电器按用途分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器。

6、电器按工作原理分为电磁式电器和非电量控制电器。

7、电磁式电器大多主要由感测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）组成。

8、电磁机构是电磁式电器的感测部分，它的主要作用是将电磁能量转换为机械能量，带动触头动作，从而完成接通和分断电路。

9、电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁等组成。

10、常用的磁路结构分为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心、衔铁沿轴转动的拍合式铁心、衔铁直线运动的双E型直动式铁心。

11、电磁式电器分为直流和交流两大类，都是利用电磁感应原理制成。

12、吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量。

13、所谓电磁铁的吸力特性，是指电磁吸力Fat随衔铁与铁心间气隙δ变化的关系曲线。

14、所谓电磁铁的反力特性，是指反作用力Fr随衔铁与铁心间气隙δ变化的关系曲线。

15、交流电磁铁装短路环的作用是消除振动和噪声。

16、电器的触头主要有桥式触头和指形触头两种结构型式。

17、常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、灭弧罩灭弧和栅片灭弧等。

18、常用的开关电器主要有刀开关、转换开关、断路器和漏电保护断路器。

19、刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。

20、刀开关按刀数分为单极、双极和三极。

21、转换开关又称组合开关。

22、断路器俗称自动开关，是用于低压配电电路不频繁通断控制，在电路发生短路、过载或欠电压等故障时，能自动分断故障电路，是低压配电线路中应用广泛的一种保护电器。

23、漏电保护断路器是一种安全保护电器，在电路中作为触电和漏电保护之用。

24、熔断器是用于配电线路的严重过载和断路保护。

25、熔断器的安秒特性是指熔断器的熔断时间与熔断电流的关系曲线。

26、熔断器的类型主要有：插入式、螺旋式、封闭管式和新型熔断器四种。

27、选择熔断器时，其额定电压应大于或等于线路的工作电压。

28、熔体额定电流电流的大小与负载的大小及性质有关。

29、主令电器是自动系统中专用于发布控制指令的电器。

30、主令电器按作用分为控制按钮、位置开关、万能转换开关和主令控制器等。

31、行程开关是一种利用生产机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。

32、接近开关又称无触点行程开关，是以不直接接触方式进行控制的一种位置开关。

33、万能转换开关是一种多档位、控制多回路的组合开关，用于控制电路发布控制指令或用于远距离控制。

34、接触器能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。

35、接触器有交流接触器和直流接触器两类。

36、继电器是根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电器。

37、继电器按输出形式分为有触点和无触点两类。

38、继电器按用途分为控制用和保护用继电器。

39、时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触头延时接通和断开的自动控制电器。

40、时间继电器按延时方式分为通电延时型和断电延时型两类。

41、热继电器是利用电流的热效应原理实现电动机的过载保护，具有反时限保护特性。

42、速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，主要由转子、定子和触头三部分组成。

43、电气系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。

44、国家标准局颁布的GB4728-84表示“电器图用图形符号”、GB6988-87表示“电气制图”和

GB7159-87表示“电气技术中的文字符号制订通则”。

45、绘制电气原理图时按主电路和辅助电路两部分进行绘制。

46、三相笼型异步电动机一般有全压起动和减压起动两种方式。

47、常用的减压起动有定子串电阻、星形-三角形换接、自耦变压器及延边三角形起动。

48、三相笼型异步电动机制动方法有机械制动和电气制动两大类。

49、三相笼型异步电动机电气制动方法有反接制动和能耗制动两大类。

50、反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。

51、所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相电源之后，定子绕组上加一个直流电压，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。

52、电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零电压及欠电压保护及弱磁保护等。

53、常用的断路保护元件有熔断器和断路器等。

54、

55、

56、PLC按结构形式分为整体式和模块式PC。

57、PLC按I/O点数和存储容量分为小型、中型和大型。

58、PLC按功能分为低档机、中档机和高档机。

59、PLC的主机是由CPU、存储器、I/O单元和电源单元组成。

60、PLC的存储器分程序存储器和用户（应用软件）存储器、数据存储器。

61、PLC控制系统主要由I/O扩展模块和扩展单元、I/O特殊功能模块、编程器及外围设备等组成。

62、输入接口电路的输入方式有直流输入、交流输入和交直流输入三种。

63、PC的编程器主要由键盘、显示屏、工作方式选择开关和外存储器接口等部件组成。

64、通常PLC一个扫描周期分三个阶段进行，即输入采样、用户程序执行阶段和输出刷新，三个阶段周期重复循环进行。

65、PLC的编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图、级式、逻辑图和高级编程语言。

66.三相异步电动机根据转子绕组的结构型式分为鼠笼式转子和绕线式转子电动机。

67.三相异步电动机主要由定子(静止部分) 和转子(旋转部分)两部分组成。根据转子绕组的结构不同，分为鼠笼式和绕线式电动机。

68.异步电动机转子旋转方向总是与旋转磁场的方向相同。

69.旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要把接到定子绕组上的任意两根电源线对调即可实现。

70.一台在工频电源作用下的两极三相异步电动机，其旋转磁场的转速为3000 r/min，当磁极对数P=2或3时，旋转磁场的转速为1500或 1000 r/min。

71.所谓转差率，就是转速差与同步转速的比值，其数学表达为s=(n1-n)/n1。

72.异步电动机的转子转速总是低于同步转速。

73.一台四级异步电动机，通入工频三相交流电，若转差率S=4%，则电动机的转速为 1440 r/min，同步转速为1500 r/min。

74.三相鼠笼式异步电动机稳定运行时，如果负载加重，则电动机转速降低，而电磁转矩将增大，直到转矩平衡，电动机将以较低的转速重新稳定运行。如果阻力矩超过最大转矩，则电动机的转速将很快下降，直到停止运行。

75.直流电动机由定子和转子（又称电枢）两个主要部分组成。

76.直流电动机按照主磁极绕组（又称励磁绕组）与电枢绕组连接方式的不同可分为并励式、串励式、他励式、复励式。

77.若三相笼式异步电动机铭牌上电压为380V/220V，当电源电压为380V，定子绕组应接成 Y 形；当电源电压为220V时，定子绕组应接成△形。

78.一台三相交流电机通入三相对称电流后产生的磁势具有幅值大小不变及旋转速度为60f1/p

r/min的特点。

79. 常用于机械设备的电气工程图有三种：电气原理图、电器元件布置图和电器元件接线图。其中，电气原理图一般分主电路、控制电路两部分画出，当电路图垂直布置时，电源线应水平（垂直/水平）画，其它电路水平画,控制电路的耗能元件画在电路的下端。

80.笼型异步电动机降压起动常用的方法有定子串电阻降压起动、星形—三角形降压起动和自耦变压器降压起动。

81.机床电气控制中常用的制动方法有电气制动和能耗制动。

82.在电气控制中“停止”和“急停”按钮的颜色必须为红色，起动按钮的颜色为绿色。

83.电弧是一种气体放电现象，电弧的存在既妨碍了电路及时可靠的分断，又使触头受到磨损。低压电器中常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧和灭弧罩灭弧等。

84.常用的控制继电器有速度继电器、时间继电器、压力继电器、热继电器等。

85.电磁式低压电器是利用电磁感应现象实现低压电器功能的电器。就其结构而言，大都由三部分组成，电磁机构、触头系统及灭弧装置。

86.电磁式低压电器中的触头结构形式主要由单断点指形触头和双断点桥式触头，后者的灭弧效果好。

87.接触器的主要参数有额定电压、额定电流、吸引线圈额定电压、分断能力、操作频率等。

88.热继电器在电路中主要对交流电动机起过载保护，但不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可采用装入电动机内部的温度继电器。对于三角形接法的电动机，必须采用带断相保护的热继电器。

89. PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式，其工作过程可分为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。

90. PLC的主要性能指标有I/O点数、扫描速度、存储器容量等。

91. PLC控制器的输出有三种形式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。

92. PLC从结构上可分为整体式和模块式两种。

93. PLC通常提供的编程语言有：梯形图、语句表、顺序功能流程图、功能块图等。

94. S7-200系列的PLC的程序由用户程序、数据块、参数快组成。

95. S7-200 PLC为用户提供了三种类型的定时器：接通延时定时器、带记忆接通延时定时器、断电延时定时器。

96. 在S7-200 PLC中，接通延时定时器的实际定时时间是设定值与分辨率的乘积，当前值等于设定值时，定时器的位为“ON”，当前值仍连续计数到32767。

97. S7-200 PLC为用户提供了三种类型的计数器：增计数器、减计数器、增减计数器。

98．可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器、用户程存储器序及数据存储器等三种。

99．S7-200 PLC寻址方式有立即寻址、直接寻址、间接寻址。

二、单项选择题

1.三相异步电动机旋转磁场的转速是（ B ）

A额定转速 B同步转速

2. 三相异步电动机在正常工作时,转子的转速总是( B ）

A大于同步转速 B小于同步转速C等于同步转速

3. 一台三相异步电动机铭牌上标明额定转速nN=960/min,电源频率f=50Hz,则该电动机的磁极数为（ C ）

A 2极

B 4极

C 6极

D 8极

4. 一般三相异步电动机旋转磁场的旋转方向是三相电源的（ B ）

A相位 B相序 C频率 D电压值

5. 在电源电压和频率一定的条件下,三相异步电动机从启动到稳定运行整个过程中,它的电磁转矩T 与转子电流I2,转子功率因数COSφ2的关系，准确的说法应是（ C ）

A T随着I2的增大而增大

B T随着COSφ2的增大而增大

C T随着I2COSφ2的增大而增大

6. 三相异步电动机启动的必要条件是（ B ）

A Tst>Tm

B Tst>TL

C Tst>TN

D Tst=TN

7. 三相异步电动机铭牌上的功率因数COSφ是指下列哪种电压与电流之间相位差的余弦值( B )

A 额定工况下定子线电压与线电流

B 额定工况下定子相电压与相电流

C 额定工况下转子相电压与相电流

8. 电动机等速运转的条件是 ( D )

A T>TL

B T

C T>TN

D T=TL

9. 某三相鼠龙式异步电动机的额定电压为380/220V,接法为Y/r,如果电源电压为380V,则电动机定子绕组应采用 ( A )

A 星形接法

B 三角形接法

C 前两者均可

D 延边三角形

10. 三相异步电动机的电磁转矩达到最大值Tm是在（ B ）

A 启动瞬间

B 启动后某时刻

C 达到额定转速后

D 停止瞬间

11. 当电源频率和电动机的结构一定时，三相异步电动机的转矩与（ B ）

A 加在定子绕组上的电压成正比

B 加在定子绕组上的电压的平方成正比

C 所加电压无关

D 与加在定子绕组电压成反比

12. 单相异步电动机不能自行启动的原因是（ D ）

A 电源为单相

B 磁极数太少

C 电能太少

D 单相正弦电流通过定子绕组时，产生的是交流脉动磁场

三、简答题

1.为了检查三相电动机是否过载，常用电流表测量其线电流，观察它是否超过铭牌上的额定电流值。如果被测试的电动机定子绕组是接成三角形的，那么是否要把测得的数据换算成相电流，再与铭牌上的额定电流进行比较，以确定它是否过载？

答：三相异步电动机不管是星型接法,还是三角形接法,其铭牌上的额定电流是指它的线电流,用电流表测得电动机的线电流,可以直接与铭牌上数据比较,不必进行换算。

2.异步电动机在低于额定电压下运行，这对电动机寿命有何影响？

答：异步电动机电源电压下降,若负载转矩不变,则定子电流必然增大.如果电动机拖动的负载较小,除起动转矩有所降低外,不会影响电动机的寿命.但如果电动机满载运行,由于电源电压低于额定电压;会使电动机电流超过额定值,影响电动机的寿命.

3.为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？

答：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,启动电流将很大.Ist=U N/Ra

4.他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？

答：他励电动机的调速方法：

（1）电枢电路外接电阻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，电阻越大则特性越软，稳定性越低，载空或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。

（2）改变电动机电枢电压

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，调速的稳定性较高，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，

（3）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限制，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。

5. 异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？

①调压调速这种办法能够无级调速，但调速范围不大

②转子电路串电阻调速这种方法简单可靠，但它是有机调速，随着转速降低特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。

③改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价格稍高，只能有机调速，但是结构简单，效率高特性高，且调速时所需附加设备少。

④变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩，是一种很好的调速方法。

6.电动机的选择包括哪些内容？

答：电动机的选择包括:（1）电动机的类型的选择（2）电动机容量选择（3）电动机电压等级的选择（4）电动额定转速的选择 (5) 电动机结构型式的选择

7.选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素？

答：（1）发热:电动机在运行的实际最高工作温度θmax等于或小于电动机的最高工作温度θa。

（2）过载能力 :所选电动机的最大转矩T max或最大电流I max必须大于运行过程中可能出现的最大负载电流I Lmax和最大负载转矩T lmax。

（3）启动能力：必须使电动机能可靠启动T L<λst T N。

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？

答：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.

9.过电流继电器与热继电器有何区别？各有什么用途?

答：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。用于过载时间不长的场合。

10.PLC 有哪些主要特点？

答：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

11.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，3o /1.5o

，这是什么意思？什么是单三拍、单双六拍和双六拍？

答：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, 3o 是单拍时的步矩角. 1.5o 是单双拍或双拍似的步矩角.

单三拍:每次只有一相绕组通电,每个循环有三次通电

单双六拍:第一次通电有一相绕组通电,然后下一次又两相通电,这样交替循环运行,每次循环有六次通电.

双三拍:每次有又两相绕组通电,每个循环由六次通电。

四、计算题：

1. 已知某直流电动机铭牌数据如下，额定功率N P =75kW ,，额定电压N U =220V ，额定转速

，额定效率ηN =88.5%,试求该电机的额定电流。

参考答案： 对于直流电动机， 故该电机的额定电流

2. 并励直流发电机N P =7.5kW , N U =220V , N I =40.6A , N n =3000r/min,Ra=0.213 .额定励磁电流fN I =0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。

解： a I =N I -fN I =40.6-0.683=40A

P 1=N U N I =22040.6?=8932W

N η=1N p p 100%?=75008932

100%?=84% 2T =9550

N N p n =95507.53000?=24N ·m cua p =2a I Ra=240?0.213=341W

2203220.683

N f fN U R I ===Ω 2cuf fN f p I R =?=2200.683N fN U I ?=?=150W

0189327500341150941N cua cuf p P P p p =---=---=

189323411508441M cua cuf P p p p =--=--=W

T =9550M N p n =95508.4413000

=27 N ·m 02T T T =-=27-24=3 N ·m

3. 一台他励直流电动机，铭牌数据为60N P kW =，220N U V =，305N I A =，1000/min N n r =，试求：（1）若R a =0.038Ω，求n 0，。（2）0.75N T T =时的转速。（3）转速1100/min n r =时的电枢电流。 解：（1）a N N a E U I R =-，

2203050.038a E =-?，2203050.0380.2081000a e N E C n -?Φ=

==， 02201058/min 0.208

N e U n r C ===Φ， 9.559.550.208305606N e N T C I N m =Φ=??=?。

（2）当0.75N T T =时的转速：

2

2200.3080.75606105841.81016.2/min 0.2089.550.208N a e e T U R n T r C C C =-=-??=-=ΦΦΦ?（3）当1100/min n r =时的a I ：

2200.20811002320.038

N a a a U E I A R --?===-。 可见当01100/min 1058/min n r n r =>=时电动机运行在回馈制动状态。

4. 一台直流他励电动机，其额定数据如下：P N =2.2KW,U N =U f =110V,n N =1500r/min, ηN =0.8,R a =0.4Ω, R f =82.7Ω 。试求：

① 额定电枢电流I An ; ② 额定励磁电流I fN ; ③ 励磁功率P f ;④ 额定转矩T N ;

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？ 解：

① P N =U N I aN ηN 2200=110*I aN *0.8 I aN =25A

② U f = R f I fN I fN =110/82.7=1.33A

③ P f = U f I fN =146.3W

④ 额定转矩T N =9.55 P N / n N =14Nm

⑤ 额定电流时的反电势E N =U N -I N R a =110V-0.4*25=100V

⑥ 直接启动时的启动电流I st =U N /R a =110/0.4 =275A

⑦ 启动电阻 2I N > U N / (R a +R st ) R st >1.68Ω

启动转矩 K e φ=(U N -I N R a )/n N =0.066

Ia= U N / (R a +R st ) =52.9A

T=K t I a φ=9.55*0.066*52.9 =33.34Nm

5. 异步电动机,75N P kW =,380N U V =,139N I A =,N n =975r/min,cos N φ=0.8, N f =50Hz,试问该电机的极对数P,额定转差率N S 和额定负载时的效率各为多少?

解： 975/min N n r = 11000/min n r ∴=

!1N N n n S n -==0.025 16060501000

N f p n ?===3

1cos 3801390.87N N N p I φ=??kW

1

100%N N P P η=?=94.9% 6. 三相异步电动机2P=4, N n =1440r min ,在额定负载下，保持11E f ＝常数，将定子频率降至25HZ 时，电动机的调速范围和静差率各是多少？ 答：2P=4 1n =1500r min 1500144060min N n r ?=-=

'

11606025750min 2

f n r p ?=== '

min 175060690min N n n n r =-?=-=