机电传动控制邓星钟第四版课后答案全面版.docx

1、机电传动控制邓星钟第四版课后答案全面版机电传动控制邓星钟第四版课后答案第六章6.1 有一台交流伺服电动机，若加上额定电压，电源频率为50Hz,极对数P=1，试问它的理想空在转速是多少？n0=60*f/p =60*50/1 =3000r/min理想空在转速是3000 r/min6.2何谓“自转”现象？交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？ 自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动. 克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm1的地方.当速度n 为正时,

2、电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象6.3有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化？ 当副在增加时, n=Uc/Ke-RT/KeKt2电磁转矩增大,转速变慢,根据 n=Uc/Ke-RaIa/Ke控制电流增大. 6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流Ia1=0.05A，转速n1=3000r/min;加负载后，电枢电流I a2=1A, 转速n2=1500r/min。试做出其机械特性n=

3、f (T)。 电动机的电磁转矩为T=BIaNLD/2, n 3000 1500 0.05A 1A T6.5 若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压Uc=100V时，理想空载转速n0=3000r/min;当Uc=50V时，n0等于多少？n0=120Uc/NBLD 电压与转速成正比,当Uc=50V时, n0等于1500 r/min6.6 为什么直流力矩电动机要做成扁平圆盘状结构？ 直流力矩电动机的电磁转矩为T=BIaNlD/2在电枢体积相同条件下,电枢绕组的导线粗细不变,式中的BIaNl/2紧思维常数,故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大.6.7 为什么多数数控机床的进给

4、系统宜采用大惯量直流电动机？ 因为在设计.制造商保证了电动机能造低速或阻转下运行,在阻转的情况下,能产生足够大的力矩而不损坏,加上他精度高,反应快,速度快线性好等优点.因此它常用在低俗,需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件.6.8 永磁式同步电动机为什么要采用异步启动？ 因为永磁式同步驶电动机刚启动时,器定子长生旋转磁场,但转子具有惯性,跟不上磁场的转动,定子旋转时而吸引转子,时而又排斥转子,因此作用在转子的平均转矩为零,转子也就旋转不起来了. 6.9 磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出的优点？ 磁阻式电磁减速同步电动机无需加启动绕组,它的结构简单,制造方便.,成本较低,它的转速

5、一般在每分钟几十转到上百专职践踏是一种常用的低速电动机.6.10 一台磁组式电磁减速同步电动机，定子齿数为46，极对数为2，电源频率为50Hz,转子齿数为50，试求电机的转速。 电动机的旋转角速度为=(Zr-Zs)2f/ZrP =(50-46)*2*3.14*50/50*2 =12.56rad =2n/60 n =60*/2 =120r/min6.11 交流测速发电机在理想情况下为什么转子不动时没有输出电压？转子转动后，为什么输出电压与转子转速成正比？ 因为测速发电动机的输出电压U=Kn=KKd/dt,所以转子不动时没有输出典雅,转子动时输出电压与转速成正比.6.12 何谓剩余电压、线性误差、

6、相位误差？剩余电压是只当测速发电动机的转矩为零时的输出电压. 线性误差是指严格的说输出电压和转速不是直线关系,由非线性引起的误差称为线性误差.相位误差;是指在规定的转速范围内,输出电压与励磁电压之间相位的变化量.6.13一台直流测速发电机，已知Ra=180,n=3000r/min，RL=2000,U=50V,求该转速下的输出电流和空载输出电压。 Ia=Ua/RL =50/2000 =0.025A Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50= Cen/(1+180/2000) Cen=Ua0=54.5V 输出电流是0.025A, 空载输出电压是54.5V6.14某直流测速发电机，在转速3000r/m

7、in时，空载输出电压为52V；接上2000的负载电阻后，输出电压为50V。试求当转速为1500r/min，负载电阻为5000时的输出电压。 在转速3000r/min时，空载输出电压为52V时 52= Ce3000 Ce=52/3000 当接上2000的负载电阻后，输出电压为50V时 Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50=52 /(1+ Ra/2000) Ra=80 当转速为1500r/min，负载电阻为5000时的输出电压为 Ua= Ce*1500/(1+80/5000) =26/1.016 =25V6.15直流测速发电机与交流测速发电机各有何优缺点？直流测速发电机的优点是没有相位不波动.没

8、有剩余电压,输出特性的斜率比交流测速发动机的大.缺点是由于有电刷和换向器,因而结构复杂,维护不便.摩擦转矩大.有换向火花,产生无线电干扰信号,输出特性不稳定,且正反转时,输出部对称.交流测速发电机的优点是不需要电刷和换向器,因而结构简单,维护容易,惯量小,无滑动接触,输出特性稳定,精度高,摩擦转矩小,不产生无线电干扰,工作可靠.正反转转向时输出特性对称,缺点是存在剩余电压和相位误差,切负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位.6.16 试简述控制式自整角机和力矩式自整角机的工作原理。控制式自整角机的工作原理是当发送机得力磁绕组通入励磁电流后,产生交变脉冲磁通,在相绕组中感应出感应,从而绕组中

9、产生电流,这些电流都产生脉冲磁场,并分别在自整角变压器的单相输出绕组中感应出相同的电动势.力矩式自整角机的工作原理是当接收机转子和发送机的转子对定子绕组的位置相同,所以两边的每相绕组中的电动势相等,因此在两边的三相绕组中没有电流.若发送机转子转动一个角度,于是发送机和接收机相应的每相定子绕组中的两个电动势就不能相互抵消,定子绕组中就有电流,这个电流和接受激励此磁通作用而产生转矩.6.17力矩式自整角机与控制自整角机有什么不同？试比较它们的优缺点。各自应用在什么控制系统中较好。 自整角机的输出电压需要交流放大器放大后去控制交流伺服电动机,伺服电动机同时带动控制对象和自整角变压器的转子,它的转动总

10、是要使使调角减小,指导=0时为止.它适合于大转矩的情况. 力矩式自整角机既可以带动控制对象,也可以带动自整角变压器的转子,由于负载很轻,所以不需要用伺服电动机,而是由自整角机直接来实现转角随动.6.18一台直线异步电动机，已知电源频率为50Hz，极矩为10cm，额定运行时的滑差率为0.05，试其额定速度。 次级线圈的额定速度是V=(1-S)2f =(1-0.05)*2*50*0.1 =9.5m/s6.19直线电动机较之旋转电动机有哪些优缺点。直线电动机的优点是1 直线电动机无需中间传动机构,因而使整个机构得到简化,提高了精度,减少了振动和噪声.2反应快速.3 散热良好,额定值高,电流密度可取大

11、值,对启动的限制小.4装配灵活,往往可将电动机的定子和动子分别于其他机体合成一体.缺点是存在着效率和功率因数低,电源功率大及低速性能差等. 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出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL0说明系统处于加速，TM-TL0 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。2.3 试列出以下几种情况下（见题2

12、.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）TM TL TM TL N TM=TL TM0说明系统处于加速。 TM-TL TL TM TL系统的运动状态是减速 系统的运动状态是加速TM TL TM TL TM= TL TM= TL系统的运动状态是减速 系统的运动状态是匀速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

13、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=T, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5J22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= T,P不变越小T越大，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=T，T=GD2/375. P=GD2/375. ,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

14、量JL=16kgm2,转速nL=60 r/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/Nl=15J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2 . 2.8 如图2.3（b）所示，电动机转速nM=950 r/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=1.05N m2, 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T L 以及折算到电动机轴上整个

15、拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 M=3.14*2n/60=99.43 rad/s.提升重物的轴上的角速度=M/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/sv=D/2=0.24/2*3.11=0.373m/sTL=9.55FV/CnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGD2Z=GDM2+ GDL2/jL2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM22.9 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

16、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？哪些不是？交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡 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

17、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=KtIa u=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

18、，小于还是等于E1？T=IaKt, 减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa ,所以EN减小.,小于E1.3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,N=89.5%，试求： 该发电机的额定电流；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） PN=UNIN 180KW=230*IN IN=782.6A该发电机的额定电流为782.6AP= IN100/N P=87.4KW3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, N=88.5%

19、, 试求该电机的额定电流和转矩。PN=UNINN 7500W=220V*IN*0.885 IN=38.5A TN=9.55PN/nN =47.75Nm 3.7一台他励直流电动机：PN=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,Ra =0.25，其空载特性为：U 0/ V115 184 230 253 265 I f/A0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在额定电流下得到150V 和220 V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. 当U=150V时 If=0.71A当U=220V时 If=1.08A3.8 一台他

20、励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5KW, U N=110V, I N=62A, n N=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。 Ra=(0.500.75)(1-PN/UNIN)UN/IN =0.6(1-5500/110*62)*110/62 =0.206 n0=nNUN/(UN-INRa) =1131r/min TN=9.55*5500/1000 =52.525Nm 1131 52.5253.9 一台并励直流电动机的技术数据如下：PN=5.5KW,U N=110V, I N=61A,额定励磁电流I fn=2A, n N=1500r/min,电枢电阻Ra =0.2,若忽略机械磨损和

21、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出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。n0=UNnN/(UN-INRa) TN=9.55PN/nN =110*1500/(110-61*0.2) =9.55*5500/1500 =1687 r/min =35Nm 16873.10一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5KW,U N=220V, I N=34.4A, n N=1500r/min, Ra =0.242,试计算出此电动机的如下特性： 固有机械特性；电枢服加电阻分别为3和5时的人为机械特性；电枢电压为U N/2时的人为机械特性； 磁通=0.8N时的人为机械特性；并绘出

22、上述特性的图形。 n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm 1559 41.38 n=U/Ke-(Ra+Rad)T/KeKt2 = U/Ke-(Ra+Rad)T/9.55Ke22当3 n=854r/min当5 n=311 r/min n= U/Ke-RaT/9.55Ke22当UN=0.5UN时 n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780 r/min n= U/0.8Ke-RaT/9.55Ke220.82 当=0.8时n=1517

23、r/min n0=UNnN/0.8Ke =1964 r/min n03.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？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/Ra3.12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

24、 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？ 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

25、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, N=0.8,Ra=0.4, Rf=82.7 。试求： 额定电枢电流IAn; 额定励磁电流IfN; 励磁功率Pf; 额定转矩TN; 额定电流时的反电势； 直接启动时的启动电流； 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？1 PN=UNIaNN2200=110*IaN*0.8 IaN=25A2 Uf= RfIfN IfN=110/82.7 =1.33A Pf= UfIfN =146.3W额定转矩TN=9.55 PN/ nN =14Nm 额定电

26、流时的反电势EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V 直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra =110/0.4 =275A 启动电阻 2IN UN/ (Ra+Rst) Rst1.68 启动转矩 Ke=(UN-INRa)/nN =0.066Ia= UN/ (Ra+Rst) T=KtIa =52.9A =9.55*0.066*52.9 =33.34Nm3.16 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

27、,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

28、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

29、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/keKt2T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

30、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.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：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？ 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