机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案(共88页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上机电传动控制冯清秀邓星钟第五版习题及答案专心-专注-专业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 和动态转矩的概念。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 2.3 图)系统的运动方 程式,并说明系统
2、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)TLTMTMTLNTM=TLTM0 说明系统处于加速。TM-TL TLTMTL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加 速TLTMTMTLTM= TLTM=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蜗杆,皮带等减 速装置。所以为了列出系统运动方程,必须先
3、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MMLLJ =2.5kgm2, 转速 n =9
4、00r/min; 中间传动轴的转动 惯量 J=kkkkggggmmmm2,转转转转速速速速nnnn= rrrr/mmmmiiiinnnn。试试试试求求求求折折折折算算算算到到到到电电电电动动动动 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=2.79kgm2Mz.。. 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
5、费 轮转距 GD2 =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拖动系统的 飞轮惯量 GD2M=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/s TL=9.55FV/CnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD2 =GD 2+ GD 2/j 2ZMLL=1.25*1.05+100*0.242/322=1.318NM22.9 一般生
6、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
7、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=KtIau=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
8、 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=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
9、180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电流为 782.6A P= IN100/NP=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%, 试求该电机的 额定电流和转矩。PN=UNINN 7500W=220V*IN*0.885 IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.7 一台他励直流电动机:PN=15KW, U N=220V, INNNN=.5555AAAA,n N=2850r/min,Ra =0.25,其空载特性为:U 0/115265184230253I0.4422
10、.100.8021.21.686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.E26 525 323 02 201 841 5 011 50.442 0.710.8021.081.21.6862.10If当 U=150V 时If=0.71A当 U=220V 时If=1.08A3.8 一 台 他 励 直 流 电 动 机 的 铭 牌 数 据 为 : PN=5.5KW, U N=110V, IN=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-
11、5500/110*62)*110/62=0.206 n0=nNUN/(UN-INRa)=1131r/min TN=9.55*5500/1000=52.525Nm113152.5253.9一台并励直流电动机的技术数据如下:PN=5.5KW,UN=110V, INNNN=AAAA,额额额额定定定定励励励励磁磁磁磁电电电电流流流流 IIIIffffnnnn=2222AAAA, nnnn NNNN=00000rrrr/mmmmiiiinnnn,电枢电阻 Ra =0.2,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 输出转矩,试绘出它近似的固有机械特性曲线。n0=UNnN
12、/(UN-INRa)TN=9.55PN/nN=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*5500/1500=1687 r/min=35Nm16873.10 一台他励直流电动机的技术数据如下:PN=6.5KW,UN=220V, IN=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; 并绘出上述特性的图形。 n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1500/220-34.4*0.242= 1559r/m
13、in TN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm155941.38eaade tn=U/K -(R +R )T/K K 222= U/Ke-(Ra+Rad)T/9.55Ke 当 3 n=854r/min 当 5 n=311 r/min22n= U/Ke-RaT/9.55Ke 当 UN=0.5UN 时n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa)=780 r/min222n= U/0.8Ke-RaT/9.55Ke 0.8当=0.8时 n=1517 r/min n0=UNnN/0.8Ke=1964 r/minn03.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流
14、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 和 TL=TN 两种情况加以分析)?当电动机
15、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,则电动机不可能反 转.3.15
16、 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?1PN=UNIaNN 2200=110*IaN*0.8IaN=25A2Uf= RfIfN IfN=110/82.7=1.33A Pf= UfIfN=146.3W额定转矩 TN=9.55 P
17、N/ nN=14Nm 额定电流时的反电势 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
18、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
19、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
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