最新机电传动控制第五版课后习题答案.docx

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最新机电传动控制第五版课后习题答案

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-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0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）

TMTLTMTL

N

TM=TLTM

TM-TL>0说明系统处于加速。

TM-TL<0说明系统处于减速

TMTLTMTL

TM>TLTM>TL

系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速

TMTLTMTL

TM=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=Tω,p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2

2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？

因为P=Tω,P不变ω越小T越大，ω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=Tω，T=G∂D2/375.P=ωG∂D2/375.,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JM=2.5kgm2,转速nM=900r/min;中间传动轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60r/min。

试求折算到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/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15

J=JM+J1/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2

.2.8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,电动机的费轮转距GD2M=1.05Nm2,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TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。

ωM=3.14*2n/60=99.43rad/s.

提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s

v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s

TL=9.55FV/ηCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM

GD2Z=δGDM2+GDL2/jL2

=1.25*1.05+100*0.242/322

=1.318NM2

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。

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=KtφIau=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=IaKtφ,φ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,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）

PN=UNIN

180KW=230*IN

IN=782.6A

该发电机的额定电流为782.6A

P=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

1131

52.525

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

1687

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

TN=9.55PN/nN

=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

3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？

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/Ra

3.12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φ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>1.68Ω

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

3.16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。

1反馈制动

机械特性表达式:

n=U/Keφ-（Ra+Rad）T/keKtφ2

T为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是第一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,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.

3.21一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讲电枢电源突然反接，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？

1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.

2

ba

c

f

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.

第六章

6.1从接触器的结构特征上如何区分交流接触器与直流接触器？

为什么？

直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小,线圈也比较小,交流电磁铁的铁心是用硅钢片叠柳而成的.线圈做成有支架式,形式较扁.因为直流电磁铁不存在电涡流的现象.

6.2为什么交流电弧比直流电弧容易熄灭？

因为交流是成正旋变化的,当触点断开时总会有某一时刻电流为零,此时电流熄灭.而直流电一直存在,所以与交流电相比电弧不易熄灭.

6.3若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源，或直流电器的线圈误接入同电压的交流电源，会发生什么问题？

若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源,会因为交流线圈的电阻太小儿流过很大的电流使线圈损坏.直流电器的线圈误接入同电压的交流电源,触点会频繁的通短,造成设备的不能正常运行.

6.4交流接触器动作太频繁时为什么会过热？

因为交流接触启动的瞬间,由于铁心气隙大,电抗小,电流可达到15倍的工作电流,所以线圈会过热.

6.5在交流接触器铁心上安装短路环为什么会减少振动和噪声？

在线圈中通有交变电流时,再铁心中产生的磁通是与电流同频率变化的,当电流频率为50HZ时磁通每秒有100次通过零,这样所产生的吸力也为零,动铁心有离开趋势,但还未离开,磁通有很快上来,动铁心有被吸会,造成振动.和噪声,因此要安装短路环.

6.6两个相同的110V交流接触器线圈能否串联接于220V的交流电源上运行？

为什么？

若是直流接触器情况又如何？

为什么？

两个相同的110V交流接触器线圈不能串联接于220V的交流电源上运行,因为在接通电路的瞬间,两各衔铁不能同时工作,先吸合的线圈电感就增大,感抗大线圈的端电压就大,另一个端电压就小,时间长了,有可能把线圈烧毁.若是直流接触器,则可以.

6.7电磁继电器与接触器的区别主要是什么？

接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的.

6.8电动机中的短路保护、过电流保护和长期过载（热）保护有何区别？

电动机中的短路保护是指电源线的电线发生短路,防止电动机过大的电枢电路而损坏.自动切断电源的保护动作.

过电流保护是指当电动机发生严重过载时,保护电动机不超过最大许可电流.

长期过载保护是指电动机的短时过载保护是可以的,但长期过载时电动机就要发热,防止电动机的温升超过电动机的最高绝缘温度.

6.9过电流继电器与热继电器有何区别？

各有什么用途?

过电流继电器是电流过大就断开电源,它用于防止电动机短路或严重过载.热继电器是温度升高到一定值才动作.用于过载时间不常的场合.

6.10为什么热继电器不能做短路保护而只能作长期过载保护？

而熔断器则相反，为什么？

因为热继电器的发热元件达到一定温度时才动作,如果短路热继电器不能马上动作,这样就会造成电动机的损坏.而熔短期,电源一旦短路立即动作,切断电源.

6.11自动空气断路器有什么功能和特点？

功能和特点是具有熔断器能直接断开主回路的特点,又具有过电流继电器动作准确性高,容易复位,不会造成单相运行等优点.可以做过电流脱扣器,也可以作长期过载保护的热脱扣器.

6.12时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思？

6.13机电传动装置的电器控制线路有哪几种？

各有何用途？

电器控制线路原理图的绘制原则主要有哪些？

电器控制线路有1:

启动控制线路及保护装置.2正反转控制线路.3:

多电动机的连锁控制线路.4:

电动控制线路.5:

多点控制线路.6:

顺序控制线路.7:

多速异步电动机的基本控制线路.8:

电磁铁.电磁离合器的基本控制线路.

电器控制线路原理图的绘制原则主要有

1:

应满足生产工艺所提出的要求.

2:

线路简单,布局合理,电器元件选择正确并得到充分.

3操作,维修方便

4设有各种保护和防止发生故障的环节.

5能长期准确,稳定,可靠的工作.

6.14为什么电动机要设有零电压和欠电压保护？

零电压和欠电压保护的作用是防止当电源暂时供电或电压降低时而可能发生的不容许的故障.,

6.15在装有电器控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，若立即按钮则不能开车，这可能是什么原因？

有可能熔短器烧毁,使电路断电.或者是热继电器的感应部分还未降温,热继电器的触点还处于断开状态.

6.16要求三台电动机1M、2M、3M按一定顺序启动：

即1M启动后，2M才能启动；2M启动后3M才能启动；停车时则同时停。

试设计此控制线路。

6.17如题8.17图所示的启停控制线路，试从接线、经济、安全、方便等方面来分析一下，有什么问题？

（a）控制不方便.

（b）从控制柜到按钮盒多接了线,并且接线复杂,造成了不必要的麻烦.

（c）电路容易造成故障,不安全.

（d）停止按钮没有在主会路上,停止控制不安全.

6.18试设计一台异步电动机的控制线路。

要求：

①能实现启停的两地控制；　　②能实现点动调整；

③能实现单方向的行程保护；　④要有短路和长期过载保护。

6.19为了限制电调整时电动机的冲击电流，试设计它的电气控制线路。

要求正常运行时为直接启动，而点动调整时需输入限流电阻。

6.20试设计一台电动机的控制线路。

要求能正反转并能实现能耗制动。

6.21冲压机床的冲头，有时用按钮控制，又实用脚踏开关操作，试设计用转换开关选择工作方式的控制线路。

6.22容量较大的鼠笼式异步电动机反接制动时电流较大，应在反接制动时在定子回路中串入电阻，试按转速原则设计其控制线路。

6.23平面磨床中的电磁吸盘能否采用交流的？

为什么？

平面磨床中的电磁吸盘不能采用交流的,因为交流电是成正旋波变化的,某一时刻电流会为零,.此时工件受力会甩出,造成事故.

6.24起重机上的电动机为什么不采用熔断器和热继电器作保护？

因为如果使用熔断器和热继电器作保护,当它们作用的时候,电动机断电的时候,电动机没有转矩,重物由于重力会迅速下降,就会造成事故.

6.25试设计一条自动运输线，有两台电动机，1M拖动运输机，2M拖动写料及。

要求：

①1M先启动后，才允许2M启动；

②2M先停止，经一段时间后1M蔡自动停止，且2M可以单独停止；

③两台电动机均有短路、长期过载保护。

6.26题8.26图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其中接触器KM为润滑油泵电动机启停用接触器（主电路为画出），控制线路可使润滑有规律地间歇工作。

试分析此线路的工作原理，并说明开关S和按钮SB的作用。

SB按钮为人工的点动控制.

S自动的间歇润滑,按下后KM得电,电动机工作,1KT得电,经过一段时间后,动合触点闭合K得电,同时KM失电,电动机停止工作,2KT得电一段时间后,动断触点断开,K闭合电动机重新工作.

6.27试设计1M和2M两台电动机顺序启，停的控制线路。

要求：

11M启动后，2M立即自动启动；

21M停止后，延时一段时间，2M才自动停止；

32M能点动调整工作；

4两台电动机均有短路，长期过载保护。

6.28试设计某机床主轴电动机控制线路图。

要求：

1可正反转，且可反接制动；

2正转可点动，可在两处控制启，停；

3有短路和长期过载保护；

4有安全工作照明及电源信号灯。

6.29试设计一个工作台前进——退回的控制线路。

工作台有电动机M拖动，行程开关1ST,2ST分别装在工作台的原位和终点。

要求：

1能自动实现前进——后退——停止到原位；

2工作台前进到达终点后停一下在后退；

3工作台在前进中可