机电传动控制基础课后题答案

机 电 传 动 控 制,第二章机电传动系统的运动学基础,2.3 试列出以下几种情况下(见题图2.3)系统的运动方程式，并针对各系统说明：1） TM、TL的性质和符号并代入运动方程2） 运动状态是加速、减速还是匀速？,符号 性质 状态,T - 制动转矩 TL + 制动转矩 运动方程：,T - 制动转矩TL + 制动转矩 运动方程：,T - 制动转矩TL + 制动转矩 运动方程：,系统运动状态为：减速状态,系统运动状态为：减速状态,系统运动状态为：减速状态,2.6 如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2，转速nM900rmin；中间传动轴的转动惯量J1=2kgm2，转速n1300rmin；生产机械轴的转动惯量JL16kgm2，转速nL=60rmin。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。,解：电动机轴与中间轴速比j1：,电动机轴与卷筒轴速比jL ：,折算到电动机轴上的等效转动惯量JZ ：,2.7 如图所示，电动机转速nM950rmin，齿轮减速箱的传动比j1= j2=4，卷筒直径D=0.24m， 滑轮的减速比j3=2，起重负荷力F=100N，电动机的飞轮转矩GDM2=1.05Nm2，齿轮、滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试求提升速度v和折算到电动机轴上的静态转矩TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2,解：在电机轴速度：,中间轴速度：,卷筒速度：,重物提升速度：,折算到电机轴上的静态转矩:,折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2,2.10 在题2.10图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判定那些是系统的稳定平衡点？那些不是？,是平衡点,是平衡点,是平衡点,1.电动机和生产机械的机械特性曲线有交叉点；2.当转速大于平衡点对应的转速时，TTL。 平衡点是稳定平衡点。,是平衡点,不是平衡点,例3.1：一台Z2系列他励直流电动机， PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min，试计算： 1.固有机械特性 2.电枢回路串Rad=0.4电阻的人为特性 3.电源电压降为100V时的人为特性 4.弱磁至=0.8N时的人为特性,第三章 直流电机的工作原理及特性,解：（1）固有特性：,（2）串入Rad的人为特性：,在直角坐标系标出理想空载点和额定工作点，连接直线，如图3.8中1所示,其人为特性曲线如图2所示,（3）降低电源电压的人为特性：,其人为特性曲线如图3所示,（4）弱磁时的人为特性：,其人为特性曲线如图4所示,例3-2 有一台他励电动机，PN5.6kW，UN220V，IN3lA，nN1000rmin，Ra0.4，负载转矩TL49Nm，电动机的过载倍数2，试计算： (1)电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少?若采用反接制动停车，电阻最小值是多少? (2)电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以-300rmin速度下放重物，采用倒拉反接制动，电枢回路应串多大电阻?若采用能耗制动，电枢回路应串多大电阻? (3)想使电机以n-1200rmin速度，在再生发电制动状态下，下放重物，电枢回路应串多大电阻?若电枢回路不串电阻，在再生发电制动状态下，下放重物的转速是多少?,解：（1）设能耗制动电阻为R1， 反接制动电阻为R2,电动状态的稳态转速,由于切换瞬间转速不变，而且最大制动电流为- IN， 所以所串电阻为,又，制动瞬间的制动转矩由过载系数限制为:,（2）倒拉反接制动和能耗制动时n= - 300r/m，电枢回路应串入电阻R3 ,R4 . 倒拉反接制动：,能耗制动时：,（3）再生发电制动运行时n= - 1200r/m 的制动电阻R5 和不串电阻时的制动转速：,不串电阻时的制动转速：,3.4 直流电动机一般为什么不允许直接启动？如直接启动会发生什么问题？应采用什么方法启动比较好？,习题与思考,解：在电动机未启动之前n=0，E=0，而Ra很小。所以将电动机直接接入电网并施加电压启动电流很大，一般达到额定电流的1020倍。这样大的启动电流使电动机在换向过程中产生危险地火花，烧坏整流子，同时过大的电枢电流产生过大的电动应力，还可能引起绕组的损坏，而且产生与启动电流成正比例的启动转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲击，使机械传动部件损坏。 限制直流电动机的启动电流，一般有两种方法：,习题与思考,一. 是降压启动，即在启动的瞬间，降低供电电源电压，随着转速n的升高，反电势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的转速。 二. 是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流Ist=Un/(Ra+Rst)将受到外加启动电阻Rst的限制，随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。,3.8 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小?为什么?这时拖动系统中哪些量必然要发生变化?,3.9 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E=E1，如负载转矩TL常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?是大于、小于还是等于El?,3.10 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW,UN=220V, n N=1500r/min, N=88.5%，试求该电机的额定电流和额定转矩。,解：电机的额定电流：,电机的转矩：,3.11一台他励直流电动机的名牌数据为：PN=5.5kW,UN=110V, IN=62A nN=1000r/min ，试绘制出它的固有机械特性曲线：解：,3.12 一台他励直流电动机的技术数据如下：PN6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242, 试计算出此电动机的如下特性：固有机械特性； 电枢附加电阻分别为3和5时的人为机械特性；电枢电压为UN2时的人为机械特性；磁通0.8N时的人为机械特性。并绘出上述特性的图形。,3.19 有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500rmin，Ra=0.29，试计算： (1)直接起动瞬间的堵转电流Iu； (2)若限制起动电流不超过2IN，采用电枢串电阻启动时，应串入启动电阻的最小值是多少?若用降压启动，最低电压应为多少?,3.20 有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求： (1)想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电源电压应降至多少伏? (2)想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数N为多少?,解：固有特性：,串电阻：,调电压：,3.20 有一台他励直流电动机：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000rmin，在额定负载下，求： (1)想降至800rmin稳定运行，外串多大电阻?采用降压方法，电源电压应降至多少伏? (2)想升速到1100rmin稳定运行，弱磁系数N为多少?,解：固有特性：,调电压：,串电阻：,3.21 有一台他励直流电动机，PN7.5kW，UN220V，IN=4l A，nN 1500rmin，Ra0.38，拖动恒转矩负载，且TLTN，现将电源电压降到U=150V，问： (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少?,解：固有特性：,降压后瞬间电流和转矩：,（2） 稳定运转速度：,3.22 有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN220V，IN=115A，nN980rmin，Ra=0.1，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时从N调到0.8N，问： (1)调速瞬间电枢电流是多少?(TLTN) (2)若TLTN和TL0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少?,解：固有特性：,2. 若TL=TN，调速前转速为: nN=980 r/min调速后转速为:,1.弱磁调速瞬间电流：,2. 若TL=0.5TN，调速前转速为:,2. 若TL=0.5TN，调速后转速为:,3.23 有一台他励直流电动机，PN29kW，UN440V，IN76A，nN1000rmin，Ra0.377，负载转矩TL=0.8TN，最大制动电流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时，用哪几种方法可使电动机以500rmin的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧?并画出相应的机械特性，标出从稳态提升重物到以500rmin转速下放重物的转换过程。,解：固有特性：,负载转矩TL=0.8TN=221.56时的速度n1为：,1.采用能耗制动，电枢串电阻R1，转速n2=-500R/min,转换时n=n1的转矩T1为,转换时的转矩T1为小于最大允许转矩1.8TN，此方法允许实现转换。,2.采用倒拉反接制动，电枢串电阻R2，转速n2=-500R/min,3.如果采用反接制动，稳定转速n3的绝对值大于n0=1071 r/min,本题要求稳定转速为-500r/min,所以不能采用反接控制方式实现。,3.24 有一台Z252型他励直流电动机，PN4kW，UN220V，IN22.3A，nN1000rmin，Ra0.91，TLTN，为了使电动机停转，采用反接制动，如串入电枢回路的制动电阻为9，求：(1)制动开始时电动机所发出的电磁转矩； (2)制动结束时电动机所发出的电磁转矩； (3)如果是摩擦性负载，在制动到n0时，不切断电源，电机能否反转?为什么?,解：计算固有特性：,固有特性：,1.制动开始时，电机的转矩T1为：,2.制动结束时n=0，电机的转矩T2为：,3.如果是摩擦转矩，制动结束时n=0，电机的转矩T2为-42.4N*m, TN =38.2 N*m|T2 | TN 如果不切断电源，电机会反转。,例5.1 有一生产机械要求调速范围D=5，静差率5，电动机额定数据为10KW，220V，55A，1000r/min，电枢回路总电阻R=1，Ke =0.1925 V.r/min，问开环系统能否满足要求？,解：由式（5.2），要满足D，s 要求，在额定负载时允许的稳态速降为：,开环系统中，当电流连续时，有：,第5章 直流传动控制系统,开环系统中，速度降为：,开环系统中速度降大大的超过了允许的转速降落，为了改善调速系统，要求采用闭环负反馈控制。,55 有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480rmin，低速时的理想空载转速n02=157rmin，额定负载时的转速降nN10rmin。试画出该系统的静特性(即电动机的机械特性)，求出调速范围D和静差度S,解：调速范围D为：,静差度S为：,511 某一有静差调速系统的速度调节范围为75rmin1500rmin，要求静差度S2，该系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态速降是100rmin，则闭环系统的开环放大倍数应有多大?,解：调速范围D为：,允许的闭环静态速降为：,设开环放大倍数K，则：,512 某一直流调速系统调速范围D10，最