机电传动控制课后习题答案

折算到电机轴上的静态转矩TL：
9.55 F v TL 0.83 nM 9.55 100 0.375 0.83 950 0.454 N m 0.37 m / s
折算到电机轴上的飞轮转动惯量GD2：
2 G V 2 GDz2 GDM 365 2 nM
3.8 一台他励电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能 否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这时拖动系统中的哪些量必然要发生 变化？
不能改 变
T K t I a Ia T K t
T 常数 TL K t 常数 不变 电枢电压或电枢附加电阻改变时 Ia 不变 这时拖动系统反电势E=U-Ia R a 一定发生改变
由-n =
UN Ra R 5 TL得 2 KeN 9.55( KeN )
UN 9.55( KeN ) 2 R5 （ n） Ra 0.8 KeN TL 不串电阻时的制动转速： n= UN Ra 220 0.4 T L= 49 1105 r 2 2 min KeN 9.55( KeN ) 0.208 9.55 0.208
100 0.3752 1.1 1.05 365 9502 1.161N m 2
习题与思考
2.10 在题2.10图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判定哪些是系统的平 衡点？哪些不是？
n
1
2
n
1 2
n
1 2
0 (a)
T
0 (b) T
0 (c) T
n
1
n 2
1
2 `0 (d) T 0 (e) T
T TL T0 TL 常数
3.9 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？是等于，小于还是大于E1？
U E IaR a T TL Kt I a Ra , TL ,U不变时, 则Ia , E E<E1
R1 KeNns 0.208 1010 Ra 0.4 2.99 IN 2 31
又，制动瞬间的制动转矩
T Kt IN 9.55Ke IN 9.55 0.208 2 31 123.16 N m
由ns R2 （ns UN Ra R 2 ( T )得 KeN 9.55( KeN ) 2
n
1
2
n
1 2
n
1 2
0 (a)
T
0 (b) T
0 (c) T
不是平衡点
不是平衡点
是平衡点
（c）. 1.电机和生产机械的机械特性有交点。 2. 当转速大于平衡点所对应的转速时，T<TL ； . 当转速小于平衡点所对应的转 速时，T>TL。 所以此点是平衡点。
n
1
2
n
1 2
n
1 2
0 (a)
T
0 (b) T
第2章 机电传动系统的基础知识
习题与思考 2.3 试列出以下几种情况下（见图2.3）系统的运动方程式，并针对各系统说明： (1) T,TL的性质和符号，并带入运动方程。 (2) 运动状态是加速，减速还是匀速？
T
n
TL T
n
TL T
n
TL
T=TL
T<TL
T>TL
T
n
TL
T
n
TL
T
n
TL
T>TL
T<TL
T’L JL JM M
ωM T
ωL
J 1ω 1 (a) 旋转运动
习题与思考 2.7 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，电动机的飞轮转矩GDM2=1.05N •㎡,齿轮、滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试求提升速度V和折算到电机轴上的静 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GDZ2。
（3）降低电源电压的人为特性：
Ra U 100 0.916 n T T 7 5 8 1.18 T 2 2 Ke N 9.55 (Ke N ) 0.132 9.55 0.132
其人为特性曲线如图3所示 （4）弱磁时的人为特性：
n
UN Ra 100 0.196 T T 2083 1.84T 2 2 0.8Ke N 9.55(0.8Ke N ) 0.8 0.132 9.55 n(0.132 0.8)
0 (c) T
不是平衡点
不是平衡点
是平衡点
n
1
n 2
1
2 `0 (d) T 0 (e) T
是平衡点
不是平衡点
第3章 直流电机的工作原理及特性
例 3.1 一台Z2系列的他激直流电动机， PN =22KW, UN =220V, IN.=116A nN =1500r/min，试计算并绘制： （1）固有机械特性 （2）电枢回路串Rad =0.4Ω电阻的人为机械特性； （3）电源电压降至为100V时人为特性 （4）弱磁至Φ=0.8 ΦN 时的人为特性
百度文库
一是降压启动，即在启动的瞬间，降低供电电源电压，随着转速n
的升高，反电势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电 动机达到所要求的转速。 二是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流Ist=UN/(Ra+Rst)将受 到外加启动电阻Rst的限制，随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐 步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。
能耗制动： 由-n =Ra R 4 TL 2 9.55( KeN )
9.55( KeN ) 2 9.55 0.2082 有R4= n Ra 300 0.4 2.13 TL 49
（2）再生发电制动运行时的制动电阻R5 和不串电阻时的制动转速 再生发电制动运行时的制动电阻R5 ：
TL


T n
T -
制动转矩
减速
拖动转矩 GD 2 2 d n N m r /min T N m TL N m 0 375 d t s 运动方程： TL +
T<TL
习题与思考 2.6 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J=2.5㎏•㎡，转速nM=900r/min；中间传 动轴的转动惯量J1= 2㎏•㎡，转速n1=300r/min；生产机械轴的转动惯量JL=16 ㎏•㎡， 转速nL=60r/min。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。
T n
TL
符号 T +
性质 拖动转矩
T N m TL N m
TL +
运动方程： 状态：匀速 T TL +
制动转矩
GD
2
N m 2
d nr /min d ts
375
0
T=TL TL T n
制动转矩
加速
T>TL
拖动转矩 GD 2 d nr /min N m 2 T N m TL N m 0 运动方程： 375 d ts
3.10 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW,UN=220V, n N=1500r/min, ŋ N=88.5%，试求该电机的额定电流和额定转矩。
PN N UN IN IN PN 7.5 1000 38.52 A NU N 220 88.5% PN
PN TN 9.55 nN 9.55 7.5 1000 47.75 N m 1500

UN 9.55( KeN ) 2 ） Ra 6.54 KeN T
（2）倒拉反接制动和能耗制动时，电枢回路应串入电阻R3 ,R4 . 倒拉反接制动：
由 n UN Ra R 3 TL得 KeN 9.55( KeN ) 2
UN 9.55( KeN ) 2 220 9.55 0.2082 R3 （n ） Ra （ 300） 0.4 11.05 KeN TL 0.208 49
解：设卷筒速度为n2
n0 nM 950r / min 1 1 950 237.5r / min 4 4 1 n2 n1 59.375r / min 4 59.375r / min 3.14 0.24m v n2 Dj2 0.375m / s 2 60 n1 n0
n n0 nN
UN n0 NKe
110 1170 r 0.094 min
PN 5500 TN 9.55 9.55 52.53N M NN 1000
TN
T
第3章 直流电机的工作原理及特性
习题与思考
第3章 直流电机的工作原理及特性
3.4 直流电动机一般为什么不允许直接启动？如直接启动会发生什么问题？应采用什么方 法启动比较好？ 答：在电动机未启动之前n=0，E=0，而Ra很小。所以将电动机直接接 入电网并施加电压启动电流很大，一般达到额定电流的10—20倍。这样大的 启动电流使电动机在换向过程中产生危险地火花，烧坏整流子，同时过大的 电枢电流产生过大的电动应力，还可能引起绕组的损坏，而且产生与启动电 流成正比例的启动转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲 击，使机械传动部件损坏。 限制直流电动机的启动电流，一般有两种方法：
3.11一台他励直流电动机的名牌数据为：PN=5.5kW,UN=110V, IN=62A nN=1000r/min ，试绘制出它的固有机械特性曲线： 答：
Ra 0.75
ke N
UN RaN 110 0.26 62 0.094 nN 2 1000

UnN PN 110 62 5500 0.75 0.26 2 2 n 62
KeN UN INRa 220 31 0.4 0.208 nN 1000
电动状态的稳态转速
ns UN Ra 220 0.4 49 T L 1010 r 2 2 min KeN 9.55( KeN ) 0.208 9.55 0.208
由于切换瞬间转速不变，而且最大制动电流为—λIN， 所以所串电阻为
2083 1667 758 4 1 2 3 0 TL T 图3.8改变不同参 数时的人为特性
其人为特性曲线如图4所示
例 3.2有 一台他激电动机， PN =5.6KW, UN =220V, IN=31A， nN =1000r/min，Ra =0.4Ω，负载转矩TL =49N▪m，电动机的过载倍数λ=2，试 计算： （1）电动机拖动摩擦性负载，采用能耗制动过程停车，电枢回路应串入的制动电阻 最少值是多少？若采用反接制动停车，电阻最小值是多少？ （2）电动机拖动位能性恒转矩负载，要求300r/min速度下放重物，采用倒拉反接 制动，电枢回路应串多大电阻？若采用能耗制动，电枢回路应串多大电阻？ （3）想使电机以n=-1200r/min速度在发生制动状态下，电枢回路应串入多大电阻 ？若电枢回路不串电阻，在再发生电制动状态下，下放重物的转速时多少？ 解：（1）设能耗制动电阻为R1， 反接制动电阻为R2
解：（1）固有特性：
U N N PN 103 220 116 22000 Ra 0.75 0.75 0.196 2 N 1162 Ke N n0 U N N Ra 220 116 0.916 0.132 nN 1500
UN 220 1667 r min K e N 0.132 Ra 0.196 T 1667 T 1667 1.18T 2 9.55( K e N ) 9.55 0.132 2
n n0
在直角坐标系标出理想空载点和额定工作点，连接直线，如 图3.8中1所示 （2）串入Rad的人为特性：
n n0 Ra Rad 0.196 0.4 T 1667 T 1667 3.58T 2 2 9.55( Ke N ) 9.55 0.132
其人为特性曲线如图2所示