《机电传动控制》期末考试试题及答案.pdf
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1、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。拖动转矩是由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。TMTLTLTMTM=TLTM=TL系 统 的 运 动 状 态 是 减 速系统的运动状态是匀速%=2.5kgm2,转产:nM=900r/min;中间传的 转 动 惯 量人=啾&仁,转速牝=60 r/mino试求折R 触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/N 1 =900/300=3,j 1 =Nm/Nl=15J=JM+JI/j2
2、+JL/j 俨=2.5+2/9+16/225=2.79kgm22.2 从运动方程式怎样看出系2.4 多轴拖动系统为什么要折算.2.8 如图2.3(b)所示,电动统是处于加速,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=O说明系统处于稳态(即静态)的工作状态。2.3 试列出以卜一几种情况下(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)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
3、,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,必须先将各转动部分机转速为=950 r/m in,齿轮减速箱的传动比Ji=J2=4,卷 筒 直 径 D=0.24m,滑轮的减 速 比 J3=2,起重负荷力F=I()ON,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拖动系统的飞轮T MT LT M后 动 能 不 变 原 则 是 能 量 守 恒的转矩和转动惯量或直线运动部疝州量这算到一根轴上
4、。转矩 吵 p t 后功率不变的原则是P=T哥不变。转动惯量折算前M(j 筋=99.43/4*4*2=311 rad/sTM=TLMV=0.5Jw2v=TM TLTM-TL TLTM TL系 统 的 运 动 状 态 是 减 速系统的运动状态是加速2.5 为什么低速轴转矩大,高速轴转矩小?因为P=T s,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g轴 的 GD2比高速轴的GD2大、多?因 为 P=T 3,T=GaD2/375.P=3G“)2/375.,P 不变转速越 小 GD2越大,转速越大 G D?越小。2.7 如图2.3(a)所示,电动机轴 上 的 转 动 惯 量D
5、/2=0.24/2*3.ll=0.373m/sTL=9.55FV/ncnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGDM2+GDL2/jL2yHM)*0.242/322/=1.318NM22.9 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.2.1 0反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别,各有什么特磁场方向相反,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牌 数 据 如 下:PN=7.5KW,L J N=220V,n N=1 50 0
6、 r/m i n,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。2.1 1在 题2.1 1图中,曲 线1和2的 负 载 转 矩T(=常数,当电枢电压附加电阻改变时,能否改变其稳定运行状态卜电 枢 电 流 的 大 小?为什么?这是拖动系统中那些要发生变化?T=K,Ia 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”=8 8.5%,试求该电机的额定电流和转矩。PN=UNM n N7500W=220V*IN*0.88 5IN=38.5A
7、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?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TN=9.55P NN=47.75Nm态下运行时、电枢屏电势3.7 -台 他 励 直 流 电 动 机:E=E|,如负载转矩数,外加电压和电枢1 1=常电路中的电阻均不变,问减弱励磁使 转 速 上 升 到 新 的 逵后,电枢反电势将如何变化?PN=15KAU N=220V,In是大于,小于还是等于E 1?T=IaK(,小减弱,T是常数,h增大.根据E N=U N-I,Ra,所以EN减小.,小 于E pN=2 8 5 0 r/m i就=0.2 5。,其3.5 -台直流发
8、电机,其部分铭今需在额定电流卜得到牌 数 据 如 下:PN=1 8 0 k W,U N=2 3 0 V,n N=1 4 5 0 r/m i n,nN=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1 0 0 V时,原动机的输出 功 率(设此 时n=nN)解:PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电1 5 0 V和2 2 0 V的端电的损耗.流 为7 8 2.6 A3.2并励直流发电机正传时可以p=iNioo/nN自励,反转时能否自励?P=8 7.4 KW不能,因为反转起始励磁电流所 产 生 的 磁 场的方向与剩与3.6已知某他励直流
9、电动机的铭时术 数 据 如 下:PN=5.5KW,U的人为机械特性;当 U=220V1,=1.08 AN=110V,/卡 61A,额定励磁 磁 通 6=0.8 6 N时的3.8 一台他励直流电动机的铭牌电流 I fn=2A,n N=1 500r/min,人为机械特性;数据为:PN=5.5KW,电枢电阻Ra=0.2Q,若忽略并绘出上述特性的U N=U 0 Y /N=62A,n机械磨损和转子的铜耗,铁图形。N=1 OOOr/min,试绘出它的固损,认为额定运行状态下的有机械特性曲线。电磁转矩近似等于额定输叫=5厮/(仄-片叱)出转矩,试绘出它近似的固Ra=(0.50M),75)(l-PN/UNIN
10、)U有机械特性曲线。=220*1500/220-34.4*0.242n0=NnN(N-lNa)=1559r/minTpsj=9.55Pj/nNTN=9.55PN/nN=0.6(1-5500/110*62)*110/62=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*6500/1500=0.206 a=9.55*5500/1500=41.38Nmn()=nNUN/(UN-INRa)=1687r/min1559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 是降41.38 n=U/0.8 K。力 压启动.二是在电枢回路内-RaT/9.5 5 K,220.82
11、 串接外加电阻启动.当小=0.8 9时n=1 5 1 7 3.1 3直流他励电动机启动时,为r/m i n什 么 定 要 先 把 励 磁 电 流 n=U/Ke巾no=UNnN/0.8 Kc 加 上?若忘了先合励磁绕-(Ra+Ra d)T/KeK.*2。阻的电源开关就把电枢电=UK 巾=1 9 6 4 r/m i n 源接通,这 是会产生什么现-(R a+R a d)T/9.5 5 Kc22象(试 从T 0 和 TL=TN 两当 3 Q n=8 5 4 r/m i n种情况加一当 5 Q n=3 1 1 r/m i n n()机运行在劄 定转速下,若突然将励磁综 阻断开,此时乂将出现什么 情况?
12、直流他励1 1 1动机启动时,一定 要 先 把。力磁电流加上使因为主:磁方4靠外电源产生 n=U/K 0 i)磁场.如果;荥了先合励磁绕-RaT/9.5 5 K e22 3.1 1 为 彳r么直流电动机直接启 阻 的 电 源JF关就把电枢电当UN=0.5UN时 动时启司 电流很大?源接通,TL=O时理论上电n=7 3 2 r/m i n 电力 机在未启动前n=0,E=0,动机转速将趋近于无限大,而R a很,卜,所以将电动机直接接 引起飞车,TL=TN时将使电n o=UNnN/2(UN-INRa)入电网并施加额定电压时,启动 动机电流大 大 增 加 而 严 重=7 8 0 r/m i n 电 流
13、 将彳旧 大.IsL U/R a 过载.3.1 2 他A嘎 我 电 动 机 直 接 启 动 3.1 4直流串励电动机能否空载过无!中有捕透 求、姐到 运行?为什么?实现串励电动机决不能空载运他励:茎 流 电 动 赢 而 动 过、行,因为这时电动机转速极_ Elt的 要 求 是1启动电流_ _ _ _ _ _ _ _ _0,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l a与 磁 通4)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.3.1 5 一台直流他励电动机,其额定数据如下:PN=2.2 K W,
14、UN=U f=l 1 0 V,nN=l 5 0 0 r/m i n,n N=0.8,Ra=0.4Q,R(=8 2.7 Q o 试求:额定电枢电流1 A n;额 定 励 磁 电 流I 励 磁 功 率Pf;额 定 转 矩TN;额 定 电 流 时 的 反 电势;直 接 后 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,求后动电阻为多少欧?此 时 启 动 转 矩 又为多少?PN=UNI3N HN2 2 0 0=1 1 0*Ia N*0.8IaN=2 5 A RM1 =1 1 0/8 2.7=1.3 3 A P f=U f l M=1 4 6.3 W 额 定
15、转 矩TN=9.5 5PN/nN=1 4 N m 额 定 电 流 时 的 反 电势 EN=UN-INRaIIO V-O.4*2 51 0 0 V 直 接 启 动 时 的 启动电流 kt=U N/R a=1 1 0/0.4=2 7 5 A 启 动 电 阻2 INU 5 (R a+R JR s l.8Q启动转矩Ke=(U NN R a)/nN=0.066Ia=UN/(R a+R JT=KtIa e=5 2.9 A=9.5 5*0.0 6 6*5 2.9=3 3.3 4 N m3.16 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,会啼来什么后果
16、?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.3.1 7 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卜.,靠人为改变机械特性而得到的.3.1 8 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
17、较软,电阻越大则特性与如软,稳定型越低,我空或轻载时,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
18、功率调速。3.1 9 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儿种制 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/Kc-(Ra+RjujJT/kjKt 2T为负值,电动机正转时,反馈制动 状 态下的机械特性是第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
19、,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
20、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.3.2 1 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?最后在什么状态卜.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?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.程的基本科律,研究系统各参数对时间的变化规律,如转速,转矩,电流/切电的变华规律,、才 能 正 确 向 诜
21、氤m传司曼1.为电机传动自动控制系 赢 酒X,控 制 原 则 设 计 出 完 善 勺启动,j等自小控制线路,以求改善-e-,提一生产率和诫较劳动强 G 曦是研究过渡过程的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.第四章4.1 什么叫过渡过程?什么叫稳定运行过程?试举例说明之。当系统中的转矩或负载转矩发生改变时,系统就要由一个稳定的运转状态变化到另个稳定运转状态,这个变化过程称为过渡过程.如龙门刨床的工作台,可逆式轧钢机的启动,制动,反转和调速.当系统中德福在转
22、矩和拖动转矩相等时,没有动态转矩,系统恒速运转,这个过程叫稳定运行过程,如不经常启动,制动而长期运行的工作机械.4.2 研究过渡过程有什么实际意义?试举例说明之。为了满足后动,制动,反转和调速的要求,必须研究过渡过目的和实际意义.如造纸机要求衡转矩.4.3 若不考虑电枢电感时,试将电动机突加电枢电压启动的 过 渡 过 程 曲 线L=f ,n=f 和 R-C 串联电路突加输入电压充电过程 的 过 渡 过 程 曲 线i 产f(t)、Ue=f 加以比较,并从物理意义上说明它们的异、同点。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-
23、n=G D2nc ln/3 7 5 Tst d tT 产 G D2no/3 7 5 Ts,是反映机电传动系统机械惯性的物理量,表达形式有T,.=G D?%/3 7 5 TM 和 T.=Ani G D 7 3 7 5 1 Y 和 r =G D2n,/3 7 5 Td4.5 直流他励电动机数据如下:Ps=2 1 kW,Ux=2 2 0 V,L=1 1 5 A,n、=9 8 0 r/mi n,R,=0.1 Q ,系统折算到电动机轴上的总飞轮转矩 G D2=6 4.7 N/m2,.求系统的 机 电 时 间 常数 T”;若 电 枢 电 路 串 接 1。的附加电阻,则 J变为多少?若在上述 基 础 上 在
24、 将电动机励磁电流减小一半,又变为多少(设磁路没有饱和)?N 产M x/(Uh R.)L 5 5 P*/ns=1 0 3 4 r/mi n=9.5 5*2 1 0 0 0/9 8 02 0 5 N m经 过 计 算 T“=3 9 2 6 N m的旋转方向相反.T=G D 2 nli/3 7 5 T”.=6 4.7*1 0 3 4/3 7 5*3 9 2 6=0.0 4系 统 的 机 电 时 间 常 数T.=0.0 4 5当电枢电路串接1。的附加电阻时A n=(&+&)Tj K K t 4 dU ERj/m=0.2 1 2T 产A t h G D 7 3 7 5 Ti=(R“+R.)G D 7
25、3 7 5 (K e4)29.5 5=0.4 3 8 若 在 上 述 基 础 上 在 将电动机励磁电流减小一半,T=AIILGD7375TL=(Rr f+R.)G D 7 3 7 5(K,./4)29.5 5=1.7 5 2 s4.6 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 G D2 2增加动态转矩T.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,G D?较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到 1 0 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.
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