机电传动与控制整理教学提纲.docx

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机电传动与控制整理教学提纲

第一章

Ea=KeφnEa=UN-Ia-RaEa——电动势n——电枢转速

If=UN/RfIa=IN-If

TM=KmφIaTM——电磁转矩Ia——电枢电流

TN=9.55PN/nNTN——额定转矩

U=Ea+IaRa（电压平衡方程）KeφN=（UN-INRa）/nN

KMφN=9.55KeφNUa=Ea+IaRa=Ia（Ra+Rd）

TM-TL=Jdω/dt

1-10答：

（a）稳定TM＞TL，输出大于负载始终趋于平衡。

（b）稳定（c）稳定

（d）不稳定dT/dn小于等于0dTM/dn-dTL/dn＞0，TM＜TL输出小于负载始终趋于不平衡。

1—17有一台Z2-61型并励直流电动机，其电气性能数据为：

PN=17kW，UN=220V，IN=88.9A，nN=3000r/min，电枢回路总电阻

（1）额定负载时，电枢电势为多少？

（2）固有特性方程式；

（3）设轴上负载转矩为0.9TN时，电动机在固有机械特性上的转速。

解：

（1）If=UN/Rf=220V/181.5Ω≈1.21A

Ia=IN-If=88.9-1.21=87.69A

Ea=UN-Ia.Ra=220-87.69×0.087=212.97V

（2）固有特性

Ra=0.5（UNIN-PN×103）/IN2

=0.5（220×88.9-17×103）/88.92≈0.29Ω

CeφN=（UN-INRa）/nN=（220-88.9×0.29）/3000≈0.065

n0=UN/CeφN=220/0.065≈3385r/min

TN=9.55PN/nN=9.55×17×103/3000=54N.m

（3）n=9.55PN/TN=9.55×17×103/54×0.9=3340r/min

1—19有一台塔里直流电动机，PN=1.7kW，UN=110V，IN=20.1A，nN=1450/min。

试计算并绘制：

（1）固有机械特性曲线；

（2）50%UN时的人为特性曲线；

（3）电枢回路串接3Ω电阻时的人为特性曲线；

（4）Φ=80%ΦN时的人为特性曲线。

解：

（1）△P=UNIN-PN=110×20.1-1.75×103=461W

IN2Ra=50%△P可得：

Ra=0.57

Ua=Ea+IaRa110=KeΦ.1450+0.57×20.1

得KeΦ=0.068

n0=110/0.068=1617r/min

TN=9.55PN/nN=9.55×1.75×103/10.50=16.5（N.m）

（2）UN=50%UN=0.5×110=55V

n01=U/CeφN=55/0.068=809r/min

此时△WN不变对应T=TN的转速为

n02=n02-△nN=808-（1617-1450）=641（r/min）

由（T=0,n=n01=809r/min）和（T=TN=11.5N.m,n=nN2=642r/min）,画图

（3）nN=n0（-Ra+RΩ）/（CeφNCmφN）TN

=1618-（0.57+3）/（0.068×0.068×9.55）×11.5

≈689r/min

由（T=0,n=n0=1618r/min）和（T=TN=11.5N.m,n=nN1=689r/min两点在n-T平面上作曲线）

（4）n03=UN/0.8CeφN=110/0.8×0.068=2022r/min

nN3=n03-Ra/0.82×9.55（CeφN）2TN

=2022-0.57÷0.82×9.55×0.0682×11.5

=1790r/min

由（T=0,n=n03=2022r/min）和（T=TN=11.5N.m,n=nN3=1790r/min两点决定的曲线如图1-13中曲线所示，这时T=TN对应的电枢电流大于额定电流IN。

1-22有一台他励直流电动机，PN=18kW,UN=220V,IN=41A,nN=1500r/min,Ra=0.38Ω，拖动横转矩负载运行，且TL=TN。

现将电源电压降到U=150V,问：

（1）降压瞬间转速来不及变化，电枢电流及电磁转矩各为多大？

（2）稳定运行转速是多少？

解：

（1）固有机械特性

CeφN=（UN-INRa）/nN=（220-41×0.38）÷1500≈0.136

n0=UN/CeφN=220÷0.136≈1618r/min

TN=9.55PN/nN=9.55×7.5×103÷1500=47.75N.m

n=UN/CeφN-Ra/CeφN2T

=1618-0.38÷9.55×0.1362=1616r/min

降压后瞬间启动U=Ea+IaRa

CeφNnN=U-RaIa

Ia=U-CeφNnN=（150-0.136×1500）÷0.38≈-142.1A

T=9.55CeφNIa=9.55×0.136×（-142.1）≈-183.6N.m

（2）n=U/CeφN-（Ra/CeφNCmφN）TL

=150÷0.136-0.38÷9.55×0.1362×45.75

=1000r/min

1-24有一台他励直流电动机，PN=29kW,UN=440V,IN=76A,

nN=1000r/min,Ra=0.377Ω，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500r/min的转速下放负载，在每种方法中电枢回路应串接的电阻为多大？

并画出相应的机械特性曲线，标出从稳态提升重物到以500r/min的转速下放重物的转换过程。

解：

固有机械特性

CeφN=（UN-INRa）/nN=（440-0.377×76）÷1000=0.411

n0=UN/CeφN=440÷0.411≈1071r/min

TN=9.55PN/nN=9.55×29×103÷1000=276.95N.m

n=UN/CeφN-Ra/CeφN2T

=1071-0.377÷9.55×0.4112T=1071-0.234T

依载转矩TL=0.8TN

1071-0.377÷9.55×0.4112×0.8=1071-52=1019r/min

（1）采用能耗制动n取500r/minT取0.8

n=-Ra+ReT

-500=（0.377+R1）/（9.55×0.4112）×0.8×276.95

R1=3.264Ω

转换n=n1的转矩TD

n1=-（（Ra+R1）/9.55（CeφN）2）T1

1019=-（0.377+3.264）÷9.55×0.4112

T=-451.48N.m

由电源转矩T=CeφNIa知，且题最大制动电流为1.8TM

Imax=1.8IN，则Tmax=1.8TN

又∵1.8TN=1.8×276.95=498.51N.m

且：

T1=-451.48N.m

︱T1︱〈1.8TN

故允许转矩下为小于最大转矩1.87N,故允许转换。

（2）采用倒拉反接制动的方法

n2=UN/CeφN-（（Ra+R2）/9.55KeφN2）TL

1-25有一台Z2-52型他励直流电动机，PN=4kW，UN=220V，

IN=22.3A,nN=1000r/min，Ra=0.91Ω，TL=TN。

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9Ω，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，则在制动到n=0时，不切断电源，电动机能否反转？

为什么？

解：

固有机械特性

CeφN=（UN-RaIN）/nN=（220-0.91×22.3）÷1000=0.200

n0=UN/CeφN=220÷0.2=1100r/min

TN=9.55PN/nN=9.55×4000÷1000=38.2N.m

n=UN/CeφN-Ra/9.55（CeφN）2T=1100-2.38T

（1）nN=-UN/CeφN-（（Ra+R1）/9.55（CeφN）2）T1

1000=-1100-（0.91+9）÷9.55×0.22T1

9.91T1=-802.2

T1=-80.9N.m

（2）0=-UN/CeφN-（Ra+R1）/9.55（CeφN）2T2

1100=-（1÷9.55×0.22）9.91T2

9.91T2=-420×2

T2=-42.4N.m

（3）如果摩擦转矩制动结束时，n=0电机的转矩T2为-42.4N.m，TN=38.2N.m,︱T2︱〉TN,如不切断电源，电机会反转。

第二章

s=（n0-n）/n0s—转差率

n0=60f=60f/pp—磁极对数

2—5有一台Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下：

功率/kW

转速/（r/min）

电压/V

效率/（%）

功率因数

Ist/IN

Tst/TN

Tmax/TN

45

1480

380

92.3

0.88

7.0

1.9

2.2

试求：

（1）额定电流IN;

（2）额定转差率sN；（3）额定转矩TN，最大转矩Tmax，启动转矩Tst。

0

解：

（1）ηN=PN/根号3UN.INcosψN.100%

故nN=PN/P1NP1N=根号3UN.INcosψN

IN=PN×103/根号3UNcosψN

=45×103÷根号3×380×0.88×0.923

=84.2A

（2）SN=（n0-n）/n0=（1500-1480）÷1500=1.33%

（3）TN=9.55PN/nN=290.37（N.m）

TST=（TST/TN）TN=1.9×290.4=551.8（N.m）

Tmax=（Tmax/TN）TN=2.2×290.4=638.9（N.m）

2—15有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：

PN/kW

nN/（r/min）

UN/V

ηN/（%）

cosψN

IST/IN

TST/TN

Tmax/TN

接法

40

1470

380

90

0.9

0.9

1.2

2.0

△

（1）当负载转矩为250N.m时，在U=UN和U,=0.8UN两种情况下，电动机能否启动？

（2）欲在用Y-△换接启动，在负载转矩为0.45TN和0.35TN两0种情况下，电动机能否启动？

（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。

解：

（1）TN=9.55PN/nN=9.55×40×103÷1470≈260（N.m）

又∵TST=1.2TN

∴TST=260×2=312（N.m）

TST=KR2U2/R22+X202=312N.m

312N.m〉250N.m

∴U=UN时，电动机能启动。

当U=0.80时，

TST=0.82KR2U2/（R22+X202）=0.64×312=199N.m

又∵TST〈TL

∴电动机不能启动

（2）TSTY=1/3TST△=1/3×1.2TN=0.4TN

当负载转矩为0.45TN1时，电动机不可启动。

当负载转矩为0.35TN时，电动机可启动。

（3）IN=PN/UNηNcosψN根号3

=40×103÷380×0.9×0.9×根号3

=75A

故IST/IN=6.5,故IST=7.5×6.5=487.5A

降压比为0.64时，电流R2IST=0.642×487.5=200A

故电动机启动转矩T=K2TST=0.642×312=127.8（N.m）

第三章

步进电动机通电方式：

三相单三拍：

U→V→W→UU→W→V→U

三相双三拍：

UV→VW→WU→UV

三相六拍：

U→UV→V→VW→W→WU

4、给多音字选择正确的音节。

贝（宝贝）虾（河虾）写（写字）3-5有一直流伺服电动机，电枢控制电压Uc=110V时，电枢电流Ia1=0.05A，转速n1=3000r/min；加负载后，电枢电流Ia2=1A,转速n2=1500r/min。

试作出其机械特性n=f（T）.

例：

月儿弯弯的像小船。

小燕子的尾巴像剪刀。

风字框（风凤）王王字旁（球玩）解：

n=n0-△n=U/KeΦ-Ra/KeΦKmΦ

王马日巴义里那力对云心日Ua=Ea+IaRa=KeΦn+IaRa

刂立刀旁（别剑到）灬四点底（热熟）110=KeΦ3000+0.05Ra

（1）、懒洋洋地（晒太阳）慢吞吞地（说）兴冲冲地（走进来）110=KeΦ15000+Ra→得KeΦ=0.0357，Ra=56.4Ω

n0=110÷0.0357=3081r/min

马上＝立刻＝赶紧＝赶快很多＝许多替=帮=为=给T=9.55×0.357×1=0.34（N.m）

一（竿）翠竹一（方）鱼塘一（列）火车一（道）小溪

你是学生，我也是学生。

高高的山高高的房子高高的大树

（18）青蛙小的时候叫蝌蚪。

贝（宝贝）虾（河虾）写（写字）

荷叶像一把小圆伞。

我们像花儿一样美丽。

例一、寸过（过去）；巴口吧（来吧）。

王字旁：

玩、球

弟弟多可爱呀！

大家快来呀！

一座菜园一块点心一只耳朵一双耳朵一件衣服4、把下面的成语补充完整。

①亮晶晶凉冰冰绿油油胖乎乎光秃秃

清清的河水火红的枫叶高大的雪松

温暖的春天炎热的夏天凉爽的秋天寒冷的冬天

一面红旗一个朋友一对朋友一条木船一条小河

一（口）井一（辆）小车一（块）石碑一（口）水缸

4、乐于运用阅读和生活中学到的词语，把话写完整、写通顺。

如：

爱（爱人）（亲爱）（爱情）（可爱）（热爱）（友爱）例：

我替爸爸拿拖鞋。

我给妈妈洗手绢。

飞机越飞越高。

我越长越高。

1、音节补充声母、韵母、声调。

（平翘舌、前后鼻、二三声调）

3-6若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压Uc=110V时，理想空载转速n0=3000r/min，当Uc=50V时，n0等于多少？

解：

由题意可知，直流伺服电动机的励磁电压一定，则电枢控制电压N/2导体串联后的感应电动势Ea且在理想空载条件下，外加电压Ua应与Ea相平衡，且直流伺服电动机的理想空载转速与控制电压成正比，故Ua=Ea=NBCπDn0/120

n0=120/π×Ua/NBCD

故，当Uc=50V时，知100÷3000=50÷n0，得n0=1500r/min

3-15若有一台四相反应式步进电动机，其步距角为1.8°/0.9°。

（1）步进电动机转子的齿数为多少？

（2）写出四相八拍运行方式时的通电顺序；

（3）测得电流频率为600Hz，其转速为多少？

解；

（1）θ=360°/Kmz

z=360°/θKm=360÷（2×4×0.9）=50（个）

（2）四相八拍运行方式时的通电顺序：

A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A

（3）n=60f/Kmz=60×600/2×4×50=90（r/min）

5-11三台电动机M1、M2和M3按一定顺序先后启动，即M1启动后，M2才能启动；M2启动后，M3才能启动；停车时则同时停止。

试设计其控制线路。

5-12三台鼠笼式电动机，要求按M1、M2、M3顺序启动。

但每两台电动机的启动时间应顺序相差一段时间，停车时则同时停止。

试画出其控制电路。

5-13试设计一条自动运输线。

电动机M1拖动运输车，M2拖动卸料车。

现要求：

（1）运输车先启动，然后运料到达目的地自动停车；

（2）运输车在目的地停车时，卸料车才启动进行工作；

（3）运输车停车30s后自动返回出发地点停车；

（4）卸料车停止工作5s后，运输车才能离开目的地；

（5）两台电动机均有短路和过载保护。

5-14试设计机床主轴电动机控制线路，要求；

（1）可以正反转；

（2）正转可以点动，且能实现反接制动；

（3）有短路和过载保护。

5-16有一台直流他励电动机，是设计其控制线路（试采用时间继电器和直流接触器设计），要求：

（1）启动采用电枢回路中串限流电阻，在电枢回路所串电阻启动至一定时刻应自动分两段切除；

（2）在励磁绕组两端并联放电电阻；

（3）具有过电流保护，欠励磁保护。