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1、精品】机电传动控制第五版课后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-TLgt0 说明系统处于加速， TM-TLlt0 说明系统处于减速， TM-TL0 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
2、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 ） TM TL TMTL N TMTL TMltTLTM-TLgt0 说明系统处于加速。 TM-TLlt0 说明系统处于减速 TM TL TMTL TMgt TL TMgt TL 系统的运动状态是减速 系统的运动状态是加速 TM TL TMTL TM TL TM 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。
3、 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 PT p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是 能量守恒MV0.5J 22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小,因为P T P不变 越小 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 T 越大，GD2大得多 因为PT, TGD2/375. P 3 GD2/375. P不变 转速越小GD2越 大，转 2 速越大 GD 越小。2.7 如图 2.3 (a)
4、 所示，电动机轴上的转动惯量JM2.5kgm2转速nM900r/min中间传动轴的转动惯量 JL16kgm2转速nL60r/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:jNm/N1900/3003j1Nm/NI15JJMJ1/j2 JL/j122.52/916/2252.79kgm2. 2.8如图 2.3(b) 所示,电动机转速 nM950 r/min ,齿轮减速箱的传动比 J1 J24 , 卷 筒直径D0.24m滑轮的减速比J32，起重负荷力F100N电动机的2 2费轮转距GD M1.05N m 齿轮,滑轮和卷筒总的传动效率为 0.83 。试球体 胜速度
5、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 动系统的飞轮惯量 GD2z.。 3M3.142n/6099.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度33M/j1 j2j399.43/4423.11rad/sV3 D/20.24/23.110.373m/s TL9.55FV/ n CnM9.551000.373/0.839500.45NMGD2诊 GDM2 GDL2/jL2 1.251.051000.242/322 1.318NM22.9 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
6、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
7、, 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 ,TKt la uElaRa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
8、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,TlaKt 减弱T是常数la增大.根据ENUN-laRa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 : PN180kW U N230Vn N1450r/min n N89.5，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100V时，原动机的输出功率（设此时n n N） PNUNIN 180KW230IN lN782.6A 该发电机的额定电流为 782.6A P lN100/ nN P87.
9、4KW3.6 已 知 某 他直 流 电 动 机 的 铭 牌 数 据 如 下 ： PN7.5KW U N220V n N1500r/min励n N88.5 试求该电机的额定电流和转矩。PNUNlNn N 7500W220VlN0.885 lN38.5A TN9.55PN/nN 47.75Nm 3.7 一台他励直流电动机 ：PN15KW U N220V lN63.5A n N2850r/minRa 0.25 Q,其空载特性为：U 0/ V 115 184 230 253 265 If/A 0.442 0.8021.2 1.686 2.10 今需在额定电流下得到 150V 和 220 V 的端电压,
10、问其励磁 电流分由空载特性其空载特性曲线 . E 26 5 25 3 23 0 2 20 1 84 150 11 5别应为多少,0.442 0.710.802 1.08 1.2 1.686 2.10 If当 U150V 时 If0.71A 当 U220V时If1.08A3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为 ：PN5.5KW U N110V I N62A n N1000r/min 试绘出它的固有机械特性曲线。 Ra0.500.751-PN/UNINUN/IN 0.615500/11062110/62 0.206 Q n0nNUN/UN-INRa 1131r/min TN9.555500/100
11、0 52.525Nm 1131 52.5253.9 一台并励直流电动机的技术数据如下 ：PN5.5KWU N110V I N61A 额定励 磁电流 I fn2A n N1500r/min 电枢电阻 Ra 0.2Q 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。 n0UNnN/UN-INRa TN9.55PN/nN 1101500/110610.2 9.555500/1500 1687 r/min 35Nm 16873.10 一台他励直流电动机 的技术数据如下 ：PN6.5KWU N220V I N34.4A n N15
12、00r/min Ra 0.242 Q 试计算 出此电动机的如下特性 ： ? 固有机械 ?匦裕 ?电枢服加电阻分别为 3Q 和 5Q 时的 人为机械特性；？电枢电压为U N/2时的人为机械特性；？磁通 0.8 N时的人为械特性; 并绘出上述特性的图形。 ? n0UNnN/UN-INRa 2201500/22034.40.2421559r/min TN9.55PN/nN 9.556500/1500 41.38Nm 1559 41.38 ?nU/Ke - RaRadT/KeKt 2 U/Ke - RaRadT/9.55Ke2 2 当 3Q n854r/min 当 5Q n311 r/min ? n
13、U/Ke - RaT/9.55Ke2 2 当 UN0.5UN 时 n732 r/min n0UNnN/2UNI-NRa 780 r/min ? n U/0.8Ke -RaT/9.55Ke2 20.82 当 0.8 时n1517 r/min n0UNnN/0.8Ke 1964 r/min n03.11 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 n0E0 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 .IstUN/Ra3.12 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
14、 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 TL0 和 TLTN 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， TL0 时理 论上电动机转速将趋近于无限大引起飞车 TLTN 时将使电 动机电流大大
15、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la与磁通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， P 其额定数据如下 :N2.2KWUUf110VnN1500r/min n N0.8Ra0.4Q Rf82.7 Q。试求：？ 额定电枢 电流 lAn ? 额定励磁电流 lfN ? 励磁功率 Pf ? 额定转矩 TN ? 额定电流时的反直接启动时的启动电流 ; ?
16、 如果要是启动电流不超过额定电流的 2 倍，电 势; ?求启动电阻为多少欧 ,此时启动转矩又为多少 , ? PNUNlaNnN 2200110laN0.8laN25A ? Uf RflfN lfN110/82.7 1.33A ? Pf UflfN 146.3W ?额定转矩TN9.55 PN/ nN 14Nm ? 额定电流时的反电势 ENUN-lNRa 110V-0.425 100V ? 直接 启动时的启动电流 lstUN/Ra 110/0.4 275A ? 启动电阻 2lNgt UN/ RaRst Rstgt1.68 Q启动转矩 KeUN-lNRa/nN 0.066 la UN/ RaRst
17、TKtla 52.9A 9.550.06652.933.34Nm3.16 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
18、法进行 调速, 它们的特点是什么 , ? 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
19、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：nU/Ke - RaRadT/keKt 2T为负值电动机正转时反馈制 动状态下
20、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
21、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 : ? 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, ? 各种状态下转速变化
22、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 . ? b a 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c 到 f 速度逐渐增加 . 稳定平衡状态反向 到到达 c 时速度为零 反向电动状 态由达 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
23、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
24、 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
25、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
26、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
27、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 , 得电延 动断触点 失电 延时闭合的动断触 点 失 电时闭 合的动合触点 得电延时断 开的延时断开的动 合触点 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 .