机电传动控制第五版课后习题答案Word格式.docx
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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?
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。
第三章
3.1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成?
答:
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.
3.5一台直流发电机,其部分铭牌数据如下:
PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,ηN=89.5%,试求:
①该发电机的额定电流;
②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η=ηN)
解:
①PN=UNIN
180KW=230*IN
IN=782.6A
该发电机的额定电流为782.6A
②P=IN100/ηN
P=87.4KW
3.6已知某他励直流电动机的铭牌数据如下:
PN=7.5KW,UN=220V,nN=1500r/min,ηN=88.5%,试求该电机的额定电流和转矩。
PN=UNINηN
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,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Ω,其空载特性为:
U0/V
115184230253265
If/A
0.4420.8021.21.6862.10
今需在额定电流下得到150V和220V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=1.08A
3.8一台他励直流电动机的铭牌数据为:
PN=5.5KW,UN=110V,IN=62A,nN=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。
Ra=(0.50~0.75)(1-PN/UNIN)UN/IN
=0.6(1-5500/110*62)*110/62
=0.206Ω
n0=nNUN/(UN-INRa)
=1131r/min
TN=9.55*5500/1000
=52.525Nm
3.9一台并励直流电动机的技术数据如下:
PN=5.5KW,UN=110V,IN=61A,额定励磁电流Ifn=2A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,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/(UN-INRa)TN=9.55PN/nN
=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*5500/1500
=1687r/min=35Nm
3.10一台他励直流电动机的技术数据如下:
PN=6.5KW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性:
①固有机械特性;
②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性;
③电枢电压为UN/2时的人为机械特性;
④磁通φ=0.8φN时的人为机械特性;
并绘出上述特性的图形。
①n0=UNnN/(UN-INRa)
=220*1500/220-34.4*0.242
=1559r/min
=9.55*6500/1500
=41.38Nm
1559
41.38
②n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/KeKtφ2
=U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke2φ2
当3Ωn=854r/min
当5Ωn=311r/min
③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2
当UN=0.5UN时n=732r/min
n0=UNnN/2(UN-INRa)
=780r/min
④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82
当φ=0.8φ时n=1517r/min
n0=UNnN/0.8Keφ
=1964r/min
n0
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;
②额定励磁电流IfN;
③励磁功率Pf;
④额定转矩TN;
⑤额定电流时的反电势;
⑥直接启动时的启动电流;
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?
1PN=UNIaNηN
2200=110*IaN*0.8
IaN=25A
2Uf=RfIfN
IfN=110/82.7
=1.33A
③Pf=UfIfN
=146.3W
④额定转矩TN=9.55PN/nN
=14Nm
⑤额定电流时的反电势EN=UN-INRa
=110V-0.4*25
=100V
⑥直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra
=110/0.4
=275A
⑦启动电阻2IN>
UN/(Ra+Rst)
Rst>
1.8Ω
启动转矩
Keφ=(UN-INRa)/nN=0.066
Ia=UN/(Ra+Rst)T=KtIaφ
=52.9A=9.55*0.066*52.9
=33.34Nm
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。
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一个稳定运转状态,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?
为了满足启动,制动,反转和调速的要求,必须研究过渡过程的基本规律,研究系统各参数对时间的变化规律,如转速,转矩,电流等对时间的变化规律,才能正确的选择机电传动装置,为电机传动自动控制系统提供控制原则.设计出完善的启动,制动等自动控制线路,以求改善产品质量,提高生产率和减轻劳动强度.这就是研究过渡过程的目的和实际意义.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Ia=f(t),n=f(t)和R-C串联电路突加输入电压充电过程的过渡过程曲线ic=f(t)、uc=f(t)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-n=GD2n0dn/375Tstdt
τm=GD2n0/375Tst是反映机电传动系统机械惯性的物理量,表达形式有τm=GD2n0/375Tst和τm=ΔnLGD2/375TL和τm=GD2ns/375Td
4.5直流他励电动机数据如下:
PN=21kW,UN=220V,IN=115A,nN=980r/min,Ra=0.1Ω,系统折算到电动机轴上的总飞轮转矩GD2=64.7N/m2。
1求系统的机电时间常数τm;
2若电枢电路串接1Ω的附加电阻,则τm变为多少?
3若在上述基础上在将电动机励磁电流减小一半,又变为多少(设磁路没有饱和)?
①N0=nNUN/(UN-INRa)TN=9.55PN/nN
=1034r/min=9.55*21000/980
=205Nm
经过计算Tst=3926Nmτm=GD2n0/375Tst
=64.7*1034/375*3926
=0.04
系统的机电时间常数τm=0.045
②当电枢电路串接1Ω的附加电阻时
Δn=(Rad+Ra)TL/KeKtφKeφ=(UN-INRa)/nN
=0.212
τm=ΔnLGD2/375TL
=(Rad+Ra)GD2/375(Keφ)29.55
=0.438
③若在上述基础上在将电动机励磁电流减小一半,τm=ΔnLGD2/375TL
=(Rad+Ra)GD2/375(Keφ/4)29.55
=1.752s
4.6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GD2.2增加动态转矩Td.
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,GD2较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到10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.
4.8试说明电流充满系数的概念?
充满系数是电流曲线与衡坐标所包围的面积除以矩形曲线的面积.
4.9具有矩形波电流图的过渡过程为什么称为最优过渡过程?
它为什么能加快机电传动系统的过渡过程?
充满系数越接近1越好,说明整个动态过程中电流保持在最大值不变,整个过渡过程终电流越大,加快过渡过程.从而可获得最短的过程.
4.1有一台四极三相异步电动机,电源电压的频率为50HZ,满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。
n0=60f/pS=(n0-n)/n0
=60*50/20.02=(1500-n)/1500
=1500r/minn=1470r/min
电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470r/min,
转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1HZ
5.3有一台三相异步电动机,其nN=1470r/min,电源频率为50HZ。
设在额定负载下运行,试求:
1定子旋转磁场对定子的转速;
1500r/min
2定子旋转磁场对转子的转速;
30r/min
3转子旋转磁场对转子的转速;
4转子旋转磁场对定子的转速;
5转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。
0r/min
5.6有一台三相异步电动机,其技术数据如下表所示。
型号
PN/kW
UN/V
满载时
Ist/IN
Tst/TN
Tmax/TN
nN/r·
min-1IN/AηN×
100cosφ
Y132S-6
3
220/380
96012.8/7.2830.75
6.5
2.0
试求:
①线电压为380V时,三相定子绕组应如何接法?
②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist;
③额定负载时电动机的输入功率是多少?
1线电压为380V时,三相定子绕组应为Y型接法.
2TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8Nm
Tst/TN=2Tst=2*29.8=59.6Nm
Tmax/TN=2.0Tmax=59.6Nm
Ist/IN=6.5Ist=46.8A
一般nN=(0.94-0.98)n0n0=nN/0.96=1000r/min
SN=(n0-nN)/n0=(1000-960)/1000=0.04
P=60f/n0=60*50/1000=3
3η=PN/P输入
P输入=3/0.83=3.61
5.11有一台三相异步电动机,其铭牌数据如下:
min-1
ηN×
100
cosφN
接法
40
1470
380
90
0.9
1.2
△
1当负载转矩为250N·
m时,试问在U=UN和U`=0.8UN两种情况下电动机能否启动?
TN=9.55PN/nN
=9.55*40000/1470
=260Nm
Tst/TN=1.2
Tst=312Nm
Tst=KR2U2/(R22+X202)
=312Nm
312Nm>
250Nm所以U=UN时电动机能启动。
当U=0.8U时Tst=(0.82)KR2U2/(R22+X202)
=0.64*312
=199Nm
Tst<
TL所以电动机不能启动。
2欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45TN和0.35TN两种情况下,电动机能否启动?
TstY=Tst△/3
=1.2*TN/3
=0.4TN
当负载转矩为0.45TN时电动机不能启动
当负载转矩为0.35TN时电动机能启动
3若采用自耦变压器降压启动,设降压比为0.64,求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动转矩。
IN=PN/UNηNcosφN√3
=40000/1.732*380*0.9*0.9
=75A
Ist/IN=6.5
Ist=487.5A
降压比为0.64时电流=K2Ist
=0.642*487.5=200A
电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642312=127.8Nm
5.15异步电动机有哪几种调速方法?
各种调速方法有何优缺点?
1调压调速这种办法能够无级调速,但调速范围不大
2转子电路串电阻调速这种方法简单可靠,但它是有机调速,随着转速降低特性变软,转子电路电阻损耗与转差率成正比,低速时损耗大。
3改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩,虽然体积稍大,价格稍高,只能有机调速,但是结构简单,效率高特性高,且调速时所需附加设备少。
4变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩,是一种很好的调速方法。
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3000r/min
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Ia2=1A,转速n2=1500r/min。
试做出其机械特性n=f(T)。
电动机的电磁转矩为T=BIaNLD/2,
3000
1500
0.05A1AT
6.5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/πNBLD电压与转速成正比,当Uc=50V时,n0等于1500r/min
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ω=(Zr-Zs)2πf/ZrP
=(50-46)*2*3.14*50/50*2
=12.56rad
ω=2πn/60
n=60*ω/2π
=120r/min
6.13一台直流测速发电机,已知Ra=180Ω,n=3000r/min,RL=2000Ω,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54.5V
6.14某直流测速发电机,在转速3000r/min时,空载输出电压为52V;
接上2000Ω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5000Ω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2000Ω的负载电阻后,输出电压为50V时
50=52/(1+Ra/2000)
Ra=80Ω
当转速为1500r/min,负载电阻为5000Ω时的输出电压为Ua=Ce*1500/(1+80/5000)
=26/1.016
=25V
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