机电传动控制第四版习题及其答案.docx
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机电传动控制第四版习题及其答案
机电传动控制第四版习题及其答案
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。
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岀系统是处于加速，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-TLvO说明系统处于减速，TM-TL=O说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？
（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）
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？
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机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列岀系统运动方程，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
MV=0.5J3
P=T3,p不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小?
因为P=T3,P不变3越小T越大，3越大T越小。
2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多？
因为P=T3,T=G?
D2/375.P=3G?
D2/375.,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。
2.7如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2,转速nM=900r/min;中间传动轴的转动惯量
jL=16kgm2,转速nL=60r/min。
试求折算到电动机轴上的等效专惯量。
折算到电动机轴上的等效转动惯量：
j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/NI=15
222
J=JM+J1/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm
.2.8如图2.3（b）所示，电动机转速nM=950r/min，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,电动机的费轮转距GD2m=1.05Nm2,齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。
试球体胜速度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GD2z。
3M=3.14*2n/60=99.43rad/s.
提升重物的轴上的角速度3=3M/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s
v=3D/2=0.24/2*3.11=0.373m/s
Tl=9.55FV/ncnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM
2222
GDz=SGDm+GDl/jL
22
=1.25*1.05+100*0.24132
2
=1.318NM
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？
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？
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。
2.11在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？
哪些
交点是系统的平衡点
交点不是系统的平衡点
交点是系统的平衡点
第三章
3.1为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？
直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗..
3.2并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？
不能，因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反，这样磁场被消除，所以不能自
励.
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=KtlaU=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=E卩如负载转矩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=IaKt©,©减弱,T是常数,la增大.根据EN=UN-IaRa，所以En减小.，小于E’.
3.5一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：
PN=180kW，UN=230V，nN=1450r/min，nn=89.5%，试求：
1该发电机的额定电流；
2电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时n=nN）
Pn=UnIn
180KW=230*In
In=782.6A
该发电机的额定电流为782.6A
P=In100/nn
P=87.4KW
3.6已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：
Pn=7.5KW,Un=220V,nN=1500r/min,nn=88.5%,试求该
电机的额定电流和转矩。
Pn=UnInnn
7500W=220V*In*0.885
In=38.5A
TN=9.55PMnN
=47.75Nm
3.7一台他励直流电动机：
Pn=15KW,U
n=220V,In=63.5A,
nN=2850r/min,Ra=0.25Q，其空载特性为:
U0/V
115
184
230
253
265
If/A
0.442
0.802
1.2
1.686
2.10
今需在额定电流下得到150V和220V的端电压，问其励磁电流分别应为多少?
由空载特性其空载特性曲线
0.442）.70.8021.08.21.6862.10
当U=150V时lf=0.71A
当U=220V时If=l.08A
3.8—台他励直流电动机的铭牌数据为：
Pn=5.5KW,
的固有机械特性曲线。
Un=110V,In=62A,nN=1000r/min,试绘出它
Ra=（0.50~0.75）（1-Pn/UnIn）Un/In=0.6（1-5500/110*62）*110/62
=0.206Q
no=nNUN/（UN-INRa）
=1131r/min
TN=9.55*5500/1000
=52.525Nm
52.525
3.9—台并励直流电动机的技术数据如下：
Pn=5.5KW,
Un=110V,In=61A,额定励磁电流Ifn=2A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.2Q，若忽略机械磨损和转子的铜耗,
铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输岀转矩，试绘岀它近似的固有机械特性曲线。
=110*1500心10-61*0.2）
计算岀此电动机的如下特性:
=9.55*5500/1500
1固有机械特性；
2电枢服加电阻分别为3Q和5Q时的人为机械特性;
3电枢电压为Un/2时的人为机械特性；
4磁通©=0.8©N时的人为机械特性；并绘岀上述特性的图形。
①n°=UNnN/（UN-INRa）
=220*1500/220-34.4*0.242
=1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm
1559
②n=U/Ke©-（Ra+Rad）T/KeKM2
22
=U/Ke©-（Ra+Rad）T/9.55Ke2©
当3Qn=854r/min
当5Qn=311r/min
=780r/min
4n=U/0.8Ke©-RaT/9.55K]©20.82
当©=0.8©时n=1517r/min
no=UNnN/O.8Ke©
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？
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.二是在电枢回路内串接外加电阻启动.
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，此时又将岀现什么情况？
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.
3.14直流串励电动机能否空载运行？
为什么？
串励电动机决不能空载运行，因为这时电动机转速极高，所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外，还可能串励电动机也可能反转运行.但不能用改变电源极性的方法，因这时电枢电流Ia与磁通©同时反响,使电瓷转矩T依然保持原来方向，则电动机不可能反转.
3.15一台直流他励电动机，其额定数据如下：
Pn=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,nN=0.8,Ra=0.4Q,
Rf=82.7Q。
试求:
①额定电枢电流IAn;
②额定励磁电流IfN;
③励磁功率Pf;
④额定转矩TN;
5额定电流时的反电势；
6直接启动时的启动电流；
7如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？
此时启动转矩又为多少？
1Pn=UnlaNnN
2200=110*IaN*0.8
laN=25A
2Uf=RflfN
lfN=110/82.7
=1.33A
③Pf=UflfN
=146.3W
4额定转矩TN=9.55PN/nN
=14Nm
5额定电流时的反电势EN=UN-lNRa
=110V-0.4*25
=100V
6直接启动时的启动电流lst=UN/Ra
=110/0.4=275A
⑦启动电阻2lN>UN/（Ra+Rst）
Rst>1.68Q
启动转矩
Ke©=（UN-INRa）/nN
=0.066
=33.34Nm
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？
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？
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？
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，调速范围不大，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，调速范围较大，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，调速范围不大，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？
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/Ke©-（Ra+Rad）T/keK诃2
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内的延伸.
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
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
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..它可以积低的下降速度，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
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，优点是不会岀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.
3.21一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构，在电动机拖动重物匀速上升时讲电枢电源突然反接，试利用
机械特性从机电过程上说明：
1从反接开始到系统新的稳定平衡状态之间，电动机经历了几种运行状态？
最后在什么状
态下建立系统新的稳定平衡点？
2各种状态下转速变化的机电过程怎样？
1从反接开始到系统到达新的稳定平衡状态之间，电动机经历了电动机正向电动状态，反接制动
状态,反向电动状态，稳定平衡状态.
②
电动机正向电动状态由a到b特性曲线转变；反接制动状态转速逐渐降低，到达c时速度为零，反向电动
状态由c到f速度逐渐增加.稳定平衡状态，反向到达f稳定平衡点，转速不再变化.
第五章
5.1有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50Hz，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步
转速、转子转速和转子电流频率。
no=60f/p
=60*50/2
S=（no-n）/no
0.02=（1500-n）/1500
=1500r/min
n=1470r/min
电动机的同步转速
1500r/min.转子转速1470r/min,
转子电流频率.f2=Sfi=0.02*50=1Hz
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？
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相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2n/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.
5.3有一台三相异步电动机，其nN=1470r/min，电源频率为50Hz。
设在额定负载下运行，试求：
1定子旋转磁场对定子的转速；
1500r/min
2定子旋转磁场对转子的转速；
30r/min
3转子旋转磁场对转子的转速；
30r/min
4转子旋转磁场对定子的转速；
1500r/min
5转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。
0r/min
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
■1
minIn/A
nnX100
cos©
Y132S-6
3
220/380
960
12.8/7.2
83
0.75
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no,p,SN,TN,Ts订max和Ist；
2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=（O.94-O.98）nono=nN/0.96=1000r/min
SN=（n°-nN）/n°=（1000-960）/1000=0.04
P=60f/n0=60*50/1000=3
3n=Pn/P输入
P输入=3/0.83=3.61
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？
电动机的电流会迅速增加，如果时间稍长电机有可能会烧毁.
5.8三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？
而在运行时断了一线，为什么仍能继续转动？
这两种情况对电动机将产生什么影响？
三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的转矩，而且转矩大小相等。
故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能自行启动，而在运行时断了一线，仍能继续转动转动方向的转矩大于反向转矩，这两种情况都会使电动机的电流增加。
5.9三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流是否相同？
启动转矩是否相同？
三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启动转矩都相同
Tst=KR2U2/（R22+X220）I=4.44f1N2/R与U，R2，X?
。
有关
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？
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
nnx100
COS©N
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
=260Nm
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=199NmTst2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=TstA13
=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/Unnncos©nV3
=40000/1.732*380*0.9*0.9
=75A
Ist/IN=6.5Ist=487.5A
降压比为0.64时电流=K2Ist
2
=0.642*487.5=200A
电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642312=127.8Nm
5.12双鼠笼式、深槽式异步电动机为什么可以改善启动性能？
高转差率鼠笼式异步电动机又是如何改善启动性能的？
因为双鼠笼式电动机的转子有两个鼠笼绕组，外层绕组的电阻系数大于内层绕组系数，在启动时S=1，f2=f,转子内外两层绕组的电抗都大大超过他们的电阻，因此，这时转子电流主要决定于转子电抗，此外外层的绕组的漏电抗小于内层绕组的漏电抗，因此外笼产生的启动转矩大，内层的启动转矩小，启动时起主要作用的是外笼。
深槽式异步电动机的启动性能得以改善的原理。
是基于电流的集肤效应。
处于深沟槽中得导体，可以认为是沿其高度分成很多层。
各层所交链漏磁通的数量不同，底层一层最多而顶上一层最少，因此，与漏磁通相应的漏磁抗，也是底层最大而上面最小，所以相当于导体有效接面积减小，转子有效电阻增加，使启动转矩增加。
高转差率鼠笼式异步电动机转子导体电阻增大，即可以限制启动电流，又可以增大启动转矩，转子的电阻率高，使转子绕组电阻加大。
5.13线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？
线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大
5.14为什么线绕式异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大？
Tst=KR2U2/（R22+X202）当转子的电阻适当增加时，启动转聚会增加。
5.15异步电动机有哪几种调速方法？
各种调速方法有何优缺点？
1调压调速这种办法能够无级调速，但调速范围不大
2转子电路串电阻调速这种方法简单可靠，但它是有机调速，随着转速降低特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。
3改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价格稍高，只能有机调速，但是结构简单，效率高特性高，且调速时所需附加设备少。
4变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩，是一种很好的调速方法。
5.16什么叫恒功率调速？
什么叫恒转矩调速？
恒功率调速是人为机械特性改变的条件下，功率不变。
恒转矩调速是人为机械特性改变的条件下转矩不变。
5.仃异步电动机变极调速的可能性和原理是什么？
其接线图是
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