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第一章电气传动与自动控制第一节电力电子器件一、填空题1.电力电子技术是依靠电力电子器件实现电能的高效率的变换和控制。
2.按照载流子导电类型分，电力电子器件可分为双极型、单极性和混合型器件。
3.晶闸管是最古老的功率器件，也是目前容量最大的功率器件。
4.所谓半导体是指其导电性介于导体和非导体之间的物质。
5.半导体器件的特征是由带电粒子在半导体中如何运动来决定的。
6.载流子在半导体中的移动形成了电流。
7.半导体器件的基础是PN结，当在结的两端施加正向电压时，就有电流流过PN结。
8.当PN结的反向电压增大到一定程度后，其反向电流就会突然增大，这种现象叫PN结的反向击穿。
反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种。
9.场效应晶体管是一种多数载流子导电的半导体器件。
10.目前耐压最高、电流容量最大的全控型电力电子器件之一是GTO。
11.晶闸管是一种只能控制其导通，而不能控制其关断的半控型器件。
12.IGBT的选择主要有三个方面需要考虑：额定电压、额定电流和开关速度。
13.IGBT常用的保护电路由两种：过电压保护和过电流保护。
14.功率MOSFET具有工作效率高、驱动功率小、无二次击穿等优点。
15.根据反向恢复时间，功率二极管可以分为普通整流功率二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管和肖基特二极管等。
二、选择题1.高性能的高压变频调速装置的主电路开关器件采用（ B ）。
A、快速恢复二极管B、绝缘栅双极晶体管C、电力晶体管D、功率场效应晶体管2.（ D ）的本质是一个场效应管。
A、肖特基二极管B、电力晶体管C、可关断晶闸管D、绝缘栅双极晶体管3.晶体管串联型稳压电源中的调整管工作在（ C ）状态A、饱和B、截止C、放大D、任意4.电力晶体管（GTR）在使用时，要防止（ D ）A、时间久而失效B、工作在开关状态C、静电击穿D、二次击穿5.双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ A ）来表示的。
A、有效值B、最大值C、平均值6.双向晶闸管是用于交流电路中的，其外部有（ C ）电极。
电气传动平时作业答案第1章电气传动系统动力学基础一、问答题1.电气传动系统力学方程式中，TM，TL和n的正方向是如何规定的？如何表示它的实际方向？答：拖动转矩Tem与规定正向相同取正，相反取负；负载转矩TL与规定正向相同取负，相反取正。
惯性转矩Jd/dt的大小及正负符号由拖动转矩Tem及负载转矩TL的代数和来决定。
3.从动力学方程式中如何看出系统是处于加速、减速、匀速等运动状态。
答：运动方程式S=S(t),其S关于时间t的导数即为瞬时运动速度：V(t)='(t),瞬时速度V(t)关于时间t的导数即为瞬时运动加速度：a(t)=V'(t)=S''(t).故可知：a(t)>0，a(t)＜0，a(t)＝0时，相对于系统处于加速的,减速的,稳定的工作状态；当V(t)='(t)=0时，系统处于静止状态或匀速运动.4、分析多轴电气传动系统时为什么要折算为单轴系统？折算的原则是什么5.为什么低速轴转矩大？高速轴转矩小？答：转矩为力与力矩的乘积，一般来说，高速轴上的径向力要比低速轴上的径向力小，所以在力矩相差无几的情况下，低速轴的转矩要比高速轴的转矩大。
6.起重机提升和下放重物时，传动机构的损耗由电动机承担还是重物承担？提升和下放同一重物时，传动机构损耗的大小如果相同，传动机构的效率是否相等？答：电动机。
相等。
7.负载的机械特性有哪几种类型？各有什么特点？答：负载的机械特性有：恒转矩负载特性、风机、泵类负载特性以及恒功率负载特性，其中恒转矩负载特性又有反抗性恒转矩负载与位能性恒转矩负载，反抗性负载转矩的特点是它的绝对值大小不变，但作用方向总是与旋转方向相反，是阻碍运动的制动性转矩，而位能性转矩的特点是转矩绝对值大小恒定不变，而作用方向也保持不变。
风机、泵类、负载特性的特点是其转矩与转速的二次方成正比即，这类生产机械只能单方向旋转。
恒功率负载特性的特点是在不同速度下负载转矩与转速n差不多成反比即常数。
第1章电气传动系统的组成一、电动机的基本知识1。
1异步交流电动机是怎样转起来的?异步交流电动机分定子和转子两个部分;定子的铁心里放置的是三相绕组，把三相交流电通到三相绕组，就产生旋转磁场；转子绕组因切割旋转磁场的磁力线而产生感应电动势和电流,转子电流又和旋转磁场相互作用而产生电磁力和电磁转矩,使转子旋转。
1.2异步交流电机的铭牌参数1 电机型号YTSP112M—4 YTSP：电机型号；112M:机座号；4：4极电机2 电机额定功率 4kW3 电机额定电压 380V4 电机额定电流 9A5 电机额定频率 50Hz6 电机接线方法 Y形7 定额 S1 电机工作制：S1连续工作制8 电机额定转矩电机额定转速25。
4 N.m 1437r/min9 恒转矩范围3—50Hz 电机的运行方式型号:表示电动机的系列品种、性能、防护结构形式、转子类型等产品代号；电机额定功率：表示额定运行时电动机轴上输出的额定机械功率，单位KW或HP，1HP=0。
736KW；电机额定电压：直接到定子绕组上的线电压(V)，电机有Y形和△形两种接法,其接法应与电机铭牌规定的接法相符,以保证与额定电压相适应；电机额定电流：电动机在额定电压和额定频率下，并输出额定功率时定子绕组的三相线电流;电机额定频率：指电动机所接交流电源的频率，我国规定为50HZ±1 电机额定转速：电动机在额定电压、额定频率、额定负载下，电动机每分钟的转速（r/min）;电机额定转矩：在额定电压下、额定负载下，电动机转轴上产生的电磁转矩T(N。
m）.工作定额:指电动机运行的持续时间；绝缘等级：电动机绝缘材料的等级，决定电机的允许温升。
额定负载（额定状态）:可以这样理解，就是电机输出轴所连接的机械负载和电机标牌标定的输出功率相同（负载功率=电机额定功率)，这样的负载，称为额定负载.或也可以这样理解：给电机加上额定电压,能够使电机的电流为额定电流的负载就是额定负载. 1.3电机学里面的几个重要公式:定子旋转磁场的转速，常称为同步转速；转子转速与同步转速之差成为转差(转子转速始终低于同步转速)；转差与同步转速之比,称为转差率。
一、课程设计任务书：双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
本次实验将利用实验台已有设备和示波器、万用表等测试电机及晶闸管的电气参数，设计电流调节器和转速调节器以达到设计一个直流双闭环调速系统的任务。
二、课题的发展情况研究意义：随着各种处理器的出现和发展，国外对直流调速系统的研究也在不断的进步和完善，80年代该方面的研究达到最盛的时期。
大型的直流电动机的调速系统一般均采用晶闸管触发脉冲，研究人员对控制算法作了大量的研究：提出模糊PID算法、自适应PID算法、内模控制的算法和I-P控制器取代PI调节器的算法等。
目前，国外一些电气公司，如瑞典的ABB，德国的西门子、AEG，日本的三菱、东芝，美国的GE、西屋等，均已开发出多个数字直流调速装置，有较成熟的标准化、系列化、模板化的应用产品。
从20世纪60年代初随着我国第一只硅晶闸管试制成功以来，双闭环直流调速系统的设计与仿真得到了广泛的应用和迅速的发展。
双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。
采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。
此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个生产领域。
三、设备选型：直流电机参数：型号：130SZ01产品类型：有刷直流电动机额定电压：110V额定电流：4.4A额定功率：355W额定转速：1500rpm额定转矩：2.256NM外形尺寸：直径130mm允许顺逆转速差：0.28 r/min市场价格：元四、实验台各个模块及功能简介：4.1 ASR和ACR原型模块图PI型电路调节器的组成如上图所示，为需要设计的电流调节器和转速调节器的模型图，只要计算得到电阻和电容即可构造调节器。
《电气传动与调速系统》章节测试参考答案第一章电气传动的动力学基础1-1 电气传动系统的运动方程、多轴系统和机械特性一、单选题1.电气传动系统中，除了电源和生产机械外，还有（）A. 发动机、传动机构和控制设备B. 电动机、传动机构和控制设备C. 电动机、传动机构和显示设备D. 电动机、传动机构和显示设备2.动态转矩时，系统处于（）A. 加速运动的过渡状态B. 恒转速稳定状态C. 静止状态D. 减速运动的过渡状态3.电动机为发电状态时，传送到电机的功率（）工作机构轴上的功率A. 小于B. 等于C. 均有可能D. 大于4.在电动机转子、工作机构和传动机构中，飞轮矩所占比重最大的是（）A. 均有可能B. 传动机构C. 工作机构D. 电动机转子5.对于反抗性恒转矩负载，n为正方向时TL为正值，n为负方向时TL也为负值，所以反抗性恒转矩负载特性曲线应在（）内A. 第二和第四象限B. 第二和第三象限C. 第一和第二象限D. 第一和第三象限6.图示机械特性曲线中，（C）是恒功率负载特性。
A. B.C. D.二、判断题7.由电气传动系统作旋转运动时的运动方程可知，T与TL都是有方向的变量，电磁转矩T的正方向与n相同，负载转矩TL的正方向与n相反。
（√）8.将多轴系统折算为一个等效的单轴系统后，折算前后系统传递的功率及系统所存储的动能不变。
（√）9.电动机带动工作机构旋转时，传动损耗由工作机构负担。
（×）10.下放重物时，重物在重力作用下拉着整个系统反向运动，电动机的电磁转矩是制动转矩，传动机构的损耗由电动机承担。
（×）11.起重机的重物升降运动中，重物不论是做提升还是下放运动，重物的重力所产生的负载转矩的方向总是不变的。
（√）12.泵类负载的生产机械中，介质对机器叶片的阻力与转速成正比关系。
（×）1-2 电气传动系统稳定运行条件一、单选题1.电气传动系统稳定运行的必要条件是，电动机的机械特性曲线与负载的机械特性曲线（）A. 要经过原点B. 一定要有交点C. 要在第一象限D. 一定不能有交点2.恒转矩负载稳定运行的充分条件为（）。
电力传动自动控制系统2013-03-30第1章电力传动系统基础1.1 电力传动系统的目的、要求和分类主要讨论电力传动系统的基本概念及其发展概况。
一．电力传动及其基本组成1．传动以原动机带动生产机械运行，完成一定的生产任务。
古代动力的来源是人力、畜力。
后来出现了借助于风力、水力传动的生产机械。
再以后，发明了热机(蒸汽机、内燃机、柴油机)，就以高温蒸汽为动力。
直到十九世纪出现了电能，就以电能为动力带动生产机械，从此，人类从繁重的体力劳动中解放出来。
气动、液压传动、电动(电力传动或电气传动)电力传动以电动机作为原动机，带动生产机械运行。
早期的机械能来源于水力、蒸汽。
比如，水车、蒸汽机车等。
电、电机出现以后，由于电能具有变换、传输、分配、使用和控制都非常方便、经济，而且易于大量生产、集中管理和实现自动控制的优点，就由电力传动代替了水力和蒸汽。
在现代工业生产中，大量的生产机械采用电力传动，电力传动极为普遍，约占80%。
如机床、汽车、电车等。
2．电力传动系统的基本组成电力传动系统是电气与机械综合的系统。
由以下四部分组成：1)电动机及其供电电源——把电能转换成机械能2)传动机构——把机械能转化成所需要的运动形式并进行传递与分配3)工作机构——完成生产工艺任务(或称为执行机构)4)电气控制装置——控制系统按照生产工艺的要求来工作，并对系统起保护作用或进行更高层次的自动化控制。
工作机械的运动形式是多种多样的。
车床的主轴做旋转运动，龙门刨床的工作台做直线往复运动，吊车的卷扬机构做上下直线运动，冲剪床的执行机构做简谐运动。
在电力传动系统中，原动机是电动机，一般做旋转运动。
通过传动机构可获得各种不同形式的运动。
以车床为例的电力传动系统如图1-1所示。
图1-1 车床的电力传动系统示意图绘成方框图如图1-2所示。
— 1 —图1-2 电力传动系统方框图随着生产的发展，生产工艺对电力传动系统在准确性、快速性、经济性、先进性等方面提出愈来愈高的要求，因此，需要不断地进行改进和完善电气控制设备，使电力传动自动化得到不断发展。
第一章 电气传动系统动力学基础1.1电气传动系统的运动方程式电力拖动装置通常由电动机、工作机构、控制设备和电源四部分组成。
电动机和工作机构之间一般还有传动机构，把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。
（一） 运动方程式对于直线运动，方程式为F －F Z = m dt dv(N)式中 F －拖动力 F Z －阻力 m dt dv－惯性力 m 的单位为kg对于旋转运动，方程式为T －T Z =J dt d Ω（N ·m ）式中 T －拖动转矩T Z －阻转矩（或称负载转矩）J dt d Ω－惯性转矩（或称加速转矩）通常将转动惯量J 用飞轮矩GD 2来表示，它们之间的关系为J=mp 2=g 4GD2式中 m 与G －转动部分的质量（kg ）与重量（N ）；ρ与D －惯性半径与直径（m ）；g=9.81m/s 2 －重力加速度再将机械角速度Ω用转速n 表示，则可得运动方程式的实用形式T – T Z =3752GD dt dn式中 GD 2－飞轮矩 N ·m 2电动机的工作状态可由运动方程式判断M ωM +T LM图2.1 单轴拖动系统（1） 当 T=T Z ， dt dn=0 ， 则n=0 或 n=常值 电动机静止或等速旋转，即拖动系统稳定运行。
（2） 当 T>T Z ， dt dn>0 ， 电力拖动系统加速运行。
（3） 当 T<T Z ， dt dn<0 ， 电力拖动系统减速运行。
（二）运动方程式中转矩的正负号分析根据电动机和生成机械负载类型及运转状态的不同，运动方程式中的T 和T Z 都有方向变化带来的正负号问题，一般可作如下规定：先规定某一方向为n 的正方向，则转矩T 的方向与此方向相同为正，反之为负，转矩T Z 的方向与此方向相反为正，相同为负。
dt dn的大小及正负符号由T 及T Z 的代数和来决定。
上述运动方程式是对一根轴而言的，适用于单轴系统。
题目：电气传动基础知识（总第1讲）讲授内容提要：绪论、电气传动的概念和类型、电气传动的组成结构和作用、电气传动系统的工作原理。
教学目的：掌握课程的性质、内容；掌握电气传动的概念、组成结构和工作原理。
教学重点：重点掌握电气传动的概念、组成结构和工作原理。
教学难点：电气传动系统的工作原理。
采用教具和教学手段：多媒体图片展示及实物展示。
授课时间：2014年9月1日授课地点：第一教学楼1203 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第一讲绪论1.本课程的性质、特点，考核方式及要求。
2.本课程的任务掌握通用变频器的工作原理和操作方法；会使用MM420/440变频器进行控制。
3.变频器图片展示4.变频器技术的发展第1章电气传动基础知识背景知识1、现代传动技术现代传动技术是机电工业的关键基础技术。
它主要包括机械传动技术、流体传动技术和电气传动技术。
现代传动技术主要承担能量传递、改变运动形态、实现对能量的分配和控制、保证传动精度和效率等功能。
2、运动系统和元件轴承：在总体水平提高的基础上，向三高方向发展，即高速度、高精度、高性能方向发展。
滚珠丝杠、滚动导轨：产品向高速、高精度方向发展。
齿轮传动：通用齿轮向成套化方向发展，各种型式齿轮箱得到广泛应用；齿轮传动和其他类型传动相结合。
3、液压传动与控制技术节省能耗，提高效率；用AC电机或变频电机驱动定量泵；使用电液控制阀、电磁阀、液压定位油缸等；4、气动传动与控制技术向轻量化、小型化和低能耗方向发展；与电子技术结合发展气动伺服系统，智能化元件、阀岛及总线连接系统；向高速、高频、高寿命和高可靠性方向发展；5、电气传动所谓电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。
推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。
