机电传动课后习题答案

2.1从运动方程式怎样看出系统是加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状

态？ 答：运动方程式：

Td>0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速

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？ 答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部

分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。

由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。 由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。

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？ 答：恒转矩型、泵类、直线型、恒功率型。

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？

答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。

位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向无关。

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？

dt d J T T L M ω=-d L M T T T =-

在交点转速以上有：TMTL

交点是系统的稳定平衡点 交点是系统的稳定平衡点

在交点转速以上有：TM

交点不是系统的稳定平衡点

在交点转速以上有：TM

交点是系统的稳定平衡点

3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩 TL=常数，当电枢电压或附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这时拖动系统中哪些量要发生变化？

• 答：不能。因为，常数= TL =T=Kt φIa 。

• 但Ia 并不是始终不变。因U=E+Ia （Ra+Rad ），Rad ↑， Ia ↓，T ↓，

n ↓， Ia ↑， T ↑， T=Kt φIa = TL =常数。

• 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定运行时，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定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？

答：因为

当Φ ↓时，→ Ia ↑

由U=E+IaRa ，E ＝U －IaRa ，当Ia ↑时， →E ↓，所以：E

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，若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通，这时会产生什么现象（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，若突然将励磁绕组断开，此时又将出现什么情况？

答： 当TL=0启动时：因为励磁绕组有一定剩磁，使Φ≈0；启动时，n ＝0，E ＝0，根据UN=E+IaRa 知，UN 全加在电阻Ra 上，产生很大的Ia （(10~20)IN ） ，但因为Φ≈0，所以 T ＝Kt ΦIa 并不大，因为TL ≈0，所以动转矩大于0，系统会加速启动；启动后，虽有n ，使E 变大点，但因为Φ≈0，所以E 仍不大， UN 大部分仍要加在电阻Ra 上，产生很大Ia 和不大的T ，使系统不断加速；当系统达到“飞车”时，在相当大的某一n 稳速运行时， T ＝Kt ΦIa=TL ≈0，所以Ia ≈0，此时，E 相当大，UN 几乎和E 平衡。

当TL=TN 启动时：n ＝0，E ＝0，根据UN=E+IaRa 知，UN 全加在电阻Ra 上，产生很大的Ia （(10~20)IN ），但因为Φ≈0，所以 T ＝Kt ΦIa 并不大，因为TL= TN ，所以系统无法启动。

当电动机运行在额定转速下， T ＝Kt ΦNIaN = TL ＝TN ，n ＝nN ，此时断开励磁， Φ≈0，虽然仍有n ＝nN ，但E ≈0，根据UN=E+IaRa 知，UN 全加在电阻Ra 上，产生很大的Ia ，但因为Φ≈0，所以 T ＝Kt ΦIa 并不大，因为TL= TN ，所以T ＜ TL ，系统逐渐减速到停车。

• 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, ηN=0.8,Ra=0.4Ω, Rf=82.7Ω 。试求：

• ① 额定电枢电流IaN;

• PN=UNIaN ηN

• 2200=110×IaN ×0.8

• IaN=25A

• ② 额定励磁电流IfN;

• Uf= RfIfN

• IfN=110/82.7=1.33A

• ③ 励磁功率Pf;

• Pf= UfIfN=146.3W

• ④ 额定转矩TN;

常数==Φ=L a t T I K T

•TN=9.55 PN/ nN=14Nm

•⑤额定电流时的反电势；

•EN=UN-INRa=110-0.4×25=100V

•⑥直接启动时的启动电流；

•Ist=UN/Ra=110/0.4=275A

•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？

•启动电阻：2IN= UN/ (Ra+Rst)

• Rst=1.8Ω

•启动转矩：Keφ=(UN-INRa)/nN=0.0667

•T=KtφIa =9.55×0.0667×50=31.8Nm

3.16 直流电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？切除太快，会带来什么后果？

答：见书上图3.23。如果只一段启动电阻，当启动后，把电阻一下切除，则电流会超过2IN，冲击大。所以应采用逐级切除电阻办法，切除太快，也会产生电流冲击大，见书上图3.24。

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？

答：调速：在一定负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。

速度变化：由于电动机负载转矩发生变化而引起的电动机转速变化。

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？

答：电动：电动机发出的转矩T与转速n方向相同；制动：T与n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。

答：反馈制动：运行在二、四象限，转速大于理想空载转速。用于起重机调速下放重物，电网吸收电能，运行经济。

电源反接制动：制动迅速，能量靠电阻吸收，但容易反向启动。

倒拉反接制动：可得较低下降速度，对TL大小估计不准，本应下降，也许

会上升，特性硬度小，稳定性差，电阻消耗全部能量。

能耗制动：用于迅速准确停车及恒速下放重物，电阻消耗全部能量。

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将电枢电源突然反接，试利用机械特性从机电过程上说明：

（1）从反接开始到系统达到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？

答：（1）经历反接制动、反向电动、反向回馈制动，最后在反向回馈制动运行状态下建立系统新的稳定平衡点。

（2）当电压反向时，n不变，电压平衡方程式：

－U＝E＋Ia(Ra+Rad)，Ia=(-U-E)/(Ra+Rad)<0

所以T反向，与n方向相反，制动；

T与TL一起使n ↓，→E↓→反向Ia↓→反向T ↓，最后到c点，n=0；

此时，TL和T使电动机n反向，重物下降。处于反向电动状态。因为n反向，所以E也反向， Ia=(-U＋E)/(Ra+Rad)，即反向电流Ia ↓→反向T↓；