机电传动控制习题答案.docx

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机电传动控制习题答案

习题与思考题

第二章机电传动系统的动力学基础

2.1说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

答：

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.4多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？

转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？

转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？

答：

因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。

这样，电动机与生产机械之间就得装设减速，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。

所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω,p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2

2.9一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？

答：

可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载.

2.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？

答：

反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。

第三章

3.3一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？

为什么？

这是拖动系统中那些要发生变化？

T=KtφIau=E+IaRa

当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.

3.4一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E1？

T=IaKtφ,φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa,所以EN减小.,小于E1.

3.11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=UN/Ra

3.12他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？

如何实现？

答：

他励直流电动机直接启动过程中的要求是1启动电流不要过大,2不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一是降压启动.二是在电枢回路串接外加电阻启动.

3.13直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？

若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这是会产生什么现象（试从TL=0和TL=TN两种情况加以分析）？

当电动机运行在额定转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？

答：

直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，TL=0时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车,TL=TN时将使电动机电流大大增加而严重过载.

3.16直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时，为什么要逐渐切除启动电阻？

如切出太快，会带来什么后果？

答：

如果启动电阻一下全部切除,,在切除瞬间,由于机械惯性的作用使电动机的转速不能突变,在此瞬间转速维持不变,机械特性会转到其他特性曲线上,此时冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻的方法.如切除太快,会有可能烧毁电机.

3.17转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什么区别？

答：

速度变化是在某机械特性下,由于负载改变而引起的,二速度调节则是某一特定的负载下,靠人为改变机械特性而得到的.

3.18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：

第一改变电枢电路外串接电阻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，电阻越大则特性与如软，稳定型越低，载空或轻载时，调速围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。

第二改变电动机电枢供电电压

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，调速的稳定度较高，调速围较大，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，

第三改变电动机主磁通

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，调速围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，属恒功率调速。

3.19直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？

答：

电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩T的方向与转速n的方向相同.制动状态特点使电动机所发的转矩T的方向与转速n的方向相反

3.20他励直流电动机有哪几种制动方法？

它们的机械特性如何？

试比较各种制动方法的优缺点。

1反馈制动

机械特性表达式:

n=U/Keφ-（Ra+Rad）T/keKtφ2

T为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是第一象限电动状态下的机械特性第二象限的延伸.

反馈制动状态下附加电阻越大电动机转速越高.为使重物降速度不至于过高,串接的附加电阻不宜过大.但即使不串任何电阻,重物下放过程中电机的转速仍过高.如果放下的工件较重.则采用这种制动方式运行不太安全.

2反接制动

电源反接制动

电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速停车和反向的场合以及要求经常正反转的机械上.

倒拉反接制动

倒拉反接制动状态下的机械特性曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现在第四象限中的延伸,若电动反向转在电动状态,则倒拉反接制动状态下的机械特性曲线，就是第三象限中电动状态下的机械特性曲线在第二象限延伸..它可以极低的下降速度,保证生产的安全,缺点是若转矩大小估计不准,则本应下降的重物可能向上升,机械特性硬度小,速度稳定性差.

3能耗制动

机械特性曲线是通过原点,且位于第二象限和第四象限的一条直线,优点是不会出现像倒拉制动那样因为对TL的大小估计错误而引起重物上升的事故.运动速度也较反接制动时稳定.

第四章

4.4机电时间常数的物理意义是什么？

它有那些表示形式？

各种表示式各说明了哪些关系？

机电时间常数的物理意义是ns-n=GD2n0dn/375Tstdt

τm=GD2n0/375Tst是反映机电传动系统机械惯性的物理量,表达形式有τm=GD2n0/375Tst和τm=ΔnLGD2/375TL和τm=GD2ns/375Td

4.6加快机电传动系统的过渡过程一般采用哪些方法？

加快机电传动系统的过渡过程一般采用1减少系统GD2.2增加动态转矩Td.

4.7为什么大惯量电动机反而比小惯量电动机更为人们所采用？

大惯量电动机电枢作的粗短,GD2较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到10倍,快速性能好,且低速时转矩大,电枢短粗,散热性好过载持续时间可以较长.

第五章

5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？

为什么？

答：

如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反.

5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速（n0-n）增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高.

5.5三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？

如何变化？

若电源电压降低,电动机的转矩减小,电流也减小.转速不变.

5.6有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。

型号

PN/kW

UN/V

满载时

Ist/IN

Tst/TN

Tmax/TN

nN/r·min-1IN/AηN×100cosφ

Y132S-6

3

220/380

96012.8/7.2830.75

6.5

2.0

2.0

试求：

①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？

②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist；

③额定负载时电动机的输入功率是多少？

1线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法.

2TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm

Tst/TN=2Tst=2*29.8=59.6Nm

Tmax/TN=2.0Tmax=59.6Nm

Ist/IN=6.5Ist=46.8A

一般nN=（0.94-0.98）n0n0=nN/0.96=1000r/min

SN=（n0-nN）/n0=（1000-960）/1000=0.04

P=60f/n0=60*50/1000=3kw

3η=PN/P输入

P输入=3/0.83=3.61kw

5.7三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？

对电动机有何影响？

答：

电动机电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.

5.10三相异步电动机为什么不运行在Tmax或接近Tmax的情况下?

答：

根据异步电动机的固有机械特性在Tmax或接近Tmax的情况下运行是非常不稳定的，有可能造成电动机的停转。

5.11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：

PN/kW

nN/r·min-1

UN/V

ηN×100

cosφN

Ist/IN

Tst/TN

Tmax/TN

接法

40

1470

380

90

0.9

6.5

1.2

2.0

△

1当负载转矩为250N·m时，试问在U=UN和U`=0.8UN两种情况下电动机能否启动？

TN=9.55PN/nN

=9.55*40000/1470

=260N.m

Tst/TN=1.2

Tst=312Nm

Tst=KR2U2/（R22+X202）

=312Nm

312Nm>250Nm所以U=UN时电动机能启动。

当U=0.8U时Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202）

=0.64*312

=199Nm

Tst

2欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45TN和0.35TN两种情况下,电动机能否启动？

TstY=Tst△/3

=1.2*TN/3

=0.4TN

当负载转矩为0.45TN时电动机不能启动

当负载转矩为0.35TN时电动机能启动

3若采用自耦变压器降压启动，设降压比为0.64，求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动转矩。

IN=PN/UNηNcosφN√3

=40000/1.732*380*0.9*0.9

=75A

Ist/IN=6.5

Ist=487.5A

降压比为0.64时电流=K2Ist

=0.642*487.5=200A

电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642312=127.8N