機(jī)電傳動控制基礎(chǔ)課后題答案

1、機(jī) 電 傳 動 控 制,第二章    機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ),2.3 試列出以下幾種情況下(見題圖2.3)系統(tǒng)的運(yùn)動方程式，并針對各系統(tǒng)說明：1） TM、TL的性質(zhì)和符號并代入運(yùn)動方程2） 運(yùn)動狀態(tài)是加速、減速還是勻速？,符號 性質(zhì) 狀態(tài),T -

2、 制動轉(zhuǎn)矩 TL + 制動轉(zhuǎn)矩 運(yùn)動方程：,T - 制動轉(zhuǎn)矩TL + 制動轉(zhuǎn)矩 運(yùn)動方程：,T -

3、 制動轉(zhuǎn)矩TL + 制動轉(zhuǎn)矩 運(yùn)動方程：,,,,系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)為：減速狀態(tài),系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)為：減速狀態(tài),系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)為：減速狀態(tài),2.6 如圖2.3(a)所示，電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量JM=2.5kg·m2，轉(zhuǎn)速nM＝900r／min；中間傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量J1=2kg·m2，轉(zhuǎn)速n1＝300r／m

4、in；生產(chǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)動慣量JL＝16kg·m2，轉(zhuǎn)速nL=60r／min。試求折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量。,解：電動機(jī)軸與中間軸速比j1：,電動機(jī)軸與卷筒軸速比jL ：,折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量JZ ：,2.7 如圖所示，電動機(jī)轉(zhuǎn)速nM＝950r／min，齒輪減速箱的傳動比j1= j2=4，卷筒直徑D=0.24m， 滑輪的減速比j3=2，起重負(fù)荷力F=100N，電動機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩GDM2=1.05N·m2，齒

5、輪、滑輪和卷筒總的傳動效率為0.83。試求提升速度v和折算到電動機(jī)軸上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩TL以及折算到電動機(jī)軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GDZ2,解：在電機(jī)軸速度：,中間軸速度：,卷筒速度：,重物提升速度：,折算到電機(jī)軸上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩:,折算到電動機(jī)軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GDZ2,2.10 在題2.10圖中，曲線1和2分別為電動機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性，試判定那些是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？那些不是？,,是平衡點(diǎn),是平衡點(diǎn),是平衡點(diǎn),,,,1.電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)

6、械的機(jī)械特性曲線有交叉點(diǎn)；2.當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，TTL。 平衡點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。,是平衡點(diǎn),不是平衡點(diǎn),,,例3.1：一臺Z2系列他勵直流電動機(jī)， PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min，試計(jì)算： 1.固有機(jī)械特性 2.電樞回路串Rad=0.4Ω電阻的人為特性 3.電源電壓降為100V時的人為特性

7、 4.弱磁至Φ=0.8ΦN時的人為特性,第三章    直流電機(jī)的工作原理及特性,,解：（1）固有特性：,（2）串入Rad的人為特性：,在直角坐標(biāo)系標(biāo)出理想空載點(diǎn)和額定工作點(diǎn)，連接直線，如圖3.8中1所示,其人為特性曲線如圖2所示,（3）降低電源電壓的人為特性：,其人為特性曲線如圖3所示,（4）弱磁時的人為特性：,其人為特性曲線如圖4所示,例3-2 有一臺他勵電動機(jī)，PN＝5.6kW，UN＝220V，IN

8、＝3lA，nN＝1000r／min，Ra＝0.4Ω，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝49N·m，電動機(jī)的過載倍數(shù)λ＝2，試計(jì)算： (1)電動機(jī)拖動摩擦性負(fù)載，采用能耗制動過程停車，電樞回路應(yīng)串入的制動電阻最小值是多少?若采用反接制動停車，電阻最小值是多少? (2)電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求以-300r／min速度下放重物，采用倒拉反接制動，電樞回路應(yīng)串多大電阻?若采用能耗制動，電樞回路應(yīng)串多大電阻?

9、 (3)想使電機(jī)以n＝-1200r／min速度，在再生發(fā)電制動狀態(tài)下，下放重物，電樞回路應(yīng)串多大電阻?若電樞回路不串電阻，在再生發(fā)電制動狀態(tài)下，下放重物的轉(zhuǎn)速是多少?,解：（1）設(shè)能耗制動電阻為R1， 反接制動電阻為R2,電動狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速,由于切換瞬間轉(zhuǎn)速不變，而且最大制動電流為- λIN， 所以所串電阻為,又，制動瞬間的制動轉(zhuǎn)矩由過載系數(shù)λ限制為:,（2）倒拉反接制動和能耗制動時n= - 300r/m，電樞回路應(yīng)串入電阻R3

10、 ,R4 . 倒拉反接制動：,能耗制動時：,（3）再生發(fā)電制動運(yùn)行時n= - 1200r/m 的制動電阻R5 和不串電阻時的制動轉(zhuǎn)速：,不串電阻時的制動轉(zhuǎn)速：,3.4 直流電動機(jī)一般為什么不允許直接啟動？如直接啟動會發(fā)生什么問題？應(yīng)采用什么方法啟動比較好？,習(xí)題與思考,解：在電動機(jī)未啟動之前n=0，E=0，而Ra很小。所以將電動機(jī)直接接入電網(wǎng)并施加電壓啟動電流很大，一般達(dá)到額定電流的10—20倍。這樣大的啟動電流使電動機(jī)在

11、換向過程中產(chǎn)生危險地火花，燒壞整流子，同時過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動應(yīng)力，還可能引起繞組的損壞，而且產(chǎn)生與啟動電流成正比例的啟動轉(zhuǎn)矩，會在機(jī)械系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機(jī)械傳動部件損壞。 限制直流電動機(jī)的啟動電流，一般有兩種方法：,習(xí)題與思考,一. 是降壓啟動，即在啟動的瞬間，降低供電電源電壓，隨著轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢E增大，再逐步提高供電電壓，最后達(dá)到額定電壓UN時，電動機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。 二. 是在電

12、樞回路內(nèi)串接外加電阻啟動，此時啟動電流Ist=Un/(Ra+Rst)將受到外加啟動電阻Rst的限制，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的升高，反電勢E增大，再逐步切除外加電阻一直到全部切除，電動機(jī)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)速。,3.8 一臺他勵直流電動機(jī)所拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)，當(dāng)電樞電壓或電樞附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下電樞電流的大小?為什么?這時拖動系統(tǒng)中哪些量必然要發(fā)生變化?,3.9 一臺他勵直流電動機(jī)在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行時，電樞反電勢E=E1

13、，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大于、小于還是等于El?,3.10 已知某他勵直流電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=7.5kW,UN=220V, n N=1500r/min, ? N=88.5%，試求該電機(jī)的額定電流和額定轉(zhuǎn)矩。,解：電機(jī)的額定電流：,電機(jī)的轉(zhuǎn)矩：,3.11一臺他勵直流電動機(jī)的名牌數(shù)據(jù)為：PN=5.5kW,UN=110V, I

14、N=62A nN=1000r/min ，試?yán)L制出它的固有機(jī)械特性曲線：解：,3.12 一臺他勵直流電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN＝6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242Ω, 試計(jì)算出此電動機(jī)的如下特性：①固有機(jī)械特性； ②電樞附加電阻分別為3Ω和5Ω時的人為機(jī)械特性；③電樞電壓為UN／2時的人為機(jī)械特性；④磁通Φ＝0.8ΦN時的人為機(jī)械特性。并繪出上述

15、特性的圖形。,3.19 有一臺他勵電動機(jī)：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500r／min，Ra=0.29Ω，試計(jì)算： (1)直接起動瞬間的堵轉(zhuǎn)電流Iu； (2)若限制起動電流不超過2IN，采用電樞串電阻啟動時，應(yīng)串入啟動電阻的最小值是多少?若用降壓啟動，最低電壓應(yīng)為多少?,3.20 有一臺他勵直流電動機(jī)：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r／min，在額定負(fù)載

16、下，求： (1)想降至800r／min穩(wěn)定運(yùn)行，外串多大電阻?采用降壓方法，電源電壓應(yīng)降至多少伏? (2)想升速到1100r／min穩(wěn)定運(yùn)行，弱磁系數(shù)Φ／ΦN為多少?,解：固有特性：,串電阻：,調(diào)電壓：,3.20 有一臺他勵直流電動機(jī)：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r／min，在額定負(fù)載下，求： (1)想降至800r／min穩(wěn)定運(yùn)行，外串多大電阻?采用降壓方

17、法，電源電壓應(yīng)降至多少伏? (2)想升速到1100r／min穩(wěn)定運(yùn)行，弱磁系數(shù)Φ／ΦN為多少?,解：固有特性：,調(diào)電壓：,串電阻：,3.21 有一臺他勵直流電動機(jī)，PN＝7.5kW，UN＝220V，IN=4l A，nN ＝1500r／min，Ra＝0.38Ω，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且TL＝TN，現(xiàn)將電源電壓降到U=150V，問： (1)降壓瞬間的電樞電流及電磁轉(zhuǎn)矩各多大? (2)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速是多少?,

18、解：固有特性：,降壓后瞬間電流和轉(zhuǎn)矩：,（2） 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度：,3.22 有一臺他勵直流電動機(jī)，PN=21kW，UN＝220V，IN=115A，nN＝980r／min，Ra=0.1Ω，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，弱磁調(diào)速時Φ從ΦN調(diào)到0.8ΦN，問： (1)調(diào)速瞬間電樞電流是多少?(TL＝TN) (2)若TL＝TN和TL＝0.5TN，調(diào)速前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速各是多少?,解：固有特性：,2. 若TL=TN，調(diào)速前轉(zhuǎn)速為:

19、 nN=980 r/min調(diào)速后轉(zhuǎn)速為:,1.弱磁調(diào)速瞬間電流：,2. 若TL=0.5TN，調(diào)速前轉(zhuǎn)速為:,2. 若TL=0.5TN，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為:,3.23 有一臺他勵直流電動機(jī)，PN＝29kW，UN＝440V，IN＝76A，nN＝1000r／min，Ra＝0.377Ω，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.8TN，最大制動電流為1.8IN。求當(dāng)該電動機(jī)拖動位能性負(fù)載時，用哪幾種方法可使電動機(jī)以500r／min的轉(zhuǎn)速下放負(fù)載，在每種方法中電樞回路

20、應(yīng)串電阻為多少歐?并畫出相應(yīng)的機(jī)械特性，標(biāo)出從穩(wěn)態(tài)提升重物到以500r／min轉(zhuǎn)速下放重物的轉(zhuǎn)換過程。,解：固有特性：,負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.8TN=221.56時的速度n1為：,1.采用能耗制動，電樞串電阻R1，轉(zhuǎn)速n2=-500R/min,轉(zhuǎn)換時n=n1的轉(zhuǎn)矩T1為,轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)矩T1為小于最大允許轉(zhuǎn)矩1.8TN，此方法允許實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。,2.采用倒拉反接制動，電樞串電阻R2，轉(zhuǎn)速n2=-500R/min,3.如果采用反接制動，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n3

21、的絕對值大于n0=1071 r/min,本題要求穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為-500r/min,所以不能采用反接控制方式實(shí)現(xiàn)。,3.24 有一臺Z2—52型他勵直流電動機(jī)，PN＝4kW，UN＝220V，IN＝22.3A，nN＝1000r／min，Ra＝0.91Ω，TL＝TN，為了使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，采用反接制動，如串入電樞回路的制動電阻為9Ω，求：(1)制動開始時電動機(jī)所發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩； (2)制動結(jié)束時電動機(jī)所發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩； (3

22、)如果是摩擦性負(fù)載，在制動到n＝0時，不切斷電源，電機(jī)能否反轉(zhuǎn)?為什么?,解：計(jì)算固有特性：,固有特性：,1.制動開始時，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T1為：,2.制動結(jié)束時n=0，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2為：,3.如果是摩擦轉(zhuǎn)矩，制動結(jié)束時n=0，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2為-42.4N*m, TN =38.2 N*m|T2 | >TN 如果不切斷電源，電機(jī)會反轉(zhuǎn)。,例5.1 有一生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D=5，靜差率≤5％，電動機(jī)額定數(shù)據(jù)為10KW，22

23、0V，55A，1000r/min，電樞回路總電阻R=1Ω，KeΦ =0.1925 V.r/min，問開環(huán)系統(tǒng)能否滿足要求？,解：由式（5.2），要滿足D，s 要求，在額定負(fù)載時允許的穩(wěn)態(tài)速降為：,開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)電流連續(xù)時，有：,第5章 直流傳動控制系統(tǒng),開環(huán)系統(tǒng)中，速度降為：,開環(huán)系統(tǒng)中速度降大大的超過了允許的轉(zhuǎn)速降落，為了改善調(diào)速系統(tǒng)，要求采用閉環(huán)負(fù)反饋控制。,5．5 有一直流調(diào)速系統(tǒng)，其高速時的理想空載轉(zhuǎn)速n0

24、1=1480r／min，低速時的理想空載轉(zhuǎn)速n02=157r／min，額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降△nN＝10r／min。試畫出該系統(tǒng)的靜特性(即電動機(jī)的機(jī)械特性)，求出調(diào)速范圍D和靜差度S．,解：調(diào)速范圍D為：,靜差度S為：,5．11 某一有靜差調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍為75r／min—1500r／min，要求靜差度S＝2％，該系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少?如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r／min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大?,解：調(diào)速范圍D為

25、：,允許的閉環(huán)靜態(tài)速降為：,設(shè)開環(huán)放大倍數(shù)K，則：,5．12 某一直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍D＝10，最高額定轉(zhuǎn)速nmax=1000r／min，開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r／min。試問該系統(tǒng)的靜差度為多少?若把該系統(tǒng)組成閉環(huán)系統(tǒng)，保持n02不變的情況下，使新系統(tǒng)的靜差度為5％，試問閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為多少?,解：靜差度S為：,保持n02不變的情況下，使新系統(tǒng)的靜差度Sf =5％，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K為：,第六章 交流電動機(jī)的工作原