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1、机 电 传 动 控 制,2.3 试列出以下几种情况下(见题图2.3)系统的运动方程式,并针对各系统说明: 1) TM、TL的性质和符号并代入运动方程 2) 运动状态是加速、减速还是匀速?,符号 性质 状态,T - 制动转矩 TL + 制动转矩 运动方程:,T - 制动转矩 TL + 制动转矩 运动方程:,T - 制动转矩 TL + 制动转矩 运动方程:,系统运动状态为:减速状态,系统运动状态为:减速状态,系统运动状态为:减速状态,2.6 如图2.3(a)所示,电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2,转速nM900rmin;中间传动轴的转动惯量J1=2kgm2,转速n1300rmin;生产机械
2、轴的转动惯量JL16kgm2,转速nL=60rmin。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。,解:电动机轴与中间轴速比j1:,电动机轴与卷筒轴速比jL :,折算到电动机轴上的等效转动惯量JZ :,2.7 如图所示,电动机转速nM950rmin,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=1.05Nm2,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GDZ2,解:在电机轴速度:,中间轴速度:,卷筒速度:,重物提升速度:,折算到电
3、机轴上的静态转矩:,折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ2,2.10 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,试判定那些是系统的稳定平衡点?那些不是?,是平衡点,是平衡点,是平衡点,1.电动机和生产机械的机械特性曲线有交叉点; 2.当转速大于平衡点对应的转速时,TTL。 平衡点是稳定平衡点。,是平衡点,不是平衡点,例3.1:一台Z2系列他励直流电动机, PN=22KW,UN=220V,IN=116A,nN=1500r/min,试计算: 1.固有机械特性 2.电枢回路串Rad=0.4电阻的人为特性 3.电源电压降为100V时的人为特性 4.弱磁至=0.8N时的人为特性,
4、第三章 直流电机的工作原理及特性,解:(1)固有特性:,(2)串入Rad的人为特性:,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,其人为特性曲线如图中2所示,(3)降低电源电压的人为特性:,其人为特性曲线如图3所示,(4)弱磁时的人为特性:,其人为特性曲线如图4所示,例3-2 有一台他励电动机,PN5.6kW,UN220V,IN3lA,nN1000rmin,Ra0.4,负载转矩TL49Nm,电动机的过载倍数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小值是多少?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
5、恒转矩负载,要求以-300rmin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-1200rmin速度,在再生发电制动状态下,下放重物,电枢回路应串多大电阻?若电枢回路不串电阻,在再生发电制动状态下,下放重物的转速是多少?,解:(1)设能耗制动电阻为R1, 反接制动电阻为R2,电动状态的稳态转速,由于切换瞬间转速不变,而且最大制动电流为- IN, 所以所串电阻为,又,制动瞬间的制动转矩由过载系数限制为:,(2)倒拉反接制动和能耗制动时n= - 300r/m,电枢回路应串入电阻R3 ,R4 . 倒拉反接制动:,能耗制动时:,(3)
6、再生发电制动运行时n= - 1200r/m 的制动电阻R5 和不串电阻时的制动转速:,不串电阻时的制动转速:,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?,习题与思考,解: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1020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
7、电流,一般有两种方法:,习题与思考,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。,3.8 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?这时拖动系统中哪些量必然要发生变化? 答:,3.9 一台他励直
8、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El? 答:,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, N=88.5%, 试求该电机的额定电流和额定转矩。,解:电机的额定电流:,电机的转矩:,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: 解:,3.12 一台他励直流电动机的技术数据如下:PN6
9、.5kW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242, 试计算出此电动机的如下特性: 固有机械特性; 电枢附加电阻分别为3和5时的人为机械特性; 电枢电压为UN2时的人为机械特性; 磁通0.8N时的人为机械特性。 并绘出上述特性的图形。,3.19 有一台他励电动机:PN=10kW,UN=220V,IN=53.8A,nN=1500rmin,Ra=0.29,试计算: (1)直接起动瞬间的堵转电流Iu; (2)若限制起动电流不超过2IN,采用电枢串电阻启动时,应串入启动电阻的最小值是多少?若用降压启动,最低电压应为多少?,3.20 有一台他励直流电动机:PN=18k
10、W,UN=220V,IN=94A,nN=1000rmin,在额定负载下,求: (1)想降至800rmin稳定运行,外串多大电阻?采用降压方法,电源电压应降至多少伏? (2)想升速到1100rmin稳定运行,弱磁系数N为多少?,解:固有特性:,串电阻:,调电压:,3.20 有一台他励直流电动机:PN=18kW,UN=220V,IN=94A,nN=1000rmin,在额定负载下,求: (1)想降至800rmin稳定运行,外串多大电阻?采用降压方法,电源电压应降至多少伏? (2)想升速到1100rmin稳定运行,弱磁系数N为多少?,解:固有特性:,调电压:,串电阻:,3.21 有一台他励直流电动机,
11、PN7.5kW,UN220V,IN=4l A,nN 1500rmin,Ra0.38,拖动恒转矩负载,且TLTN,现将电源电压降到U=150V,问: (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少?,解:固有特性:,降压后瞬间电流和转矩:,(2) 稳定运转速度:,3.22 有一台他励直流电动机,PN=21kW,UN220V,IN=115A,nN980rmin,Ra=0.1,拖动恒转矩负载运行,弱磁调速时从N调到0.8N,问: (1)调速瞬间电枢电流是多少?(TLTN) (2)若TLTN和TL0.5TN,调速前后的稳态转速各是多少?,解:固有特性:,2. 若TL=TN,调速前
12、转速为: nN=980 r/min 调速后转速为:,1.弱磁调速瞬间电流:,2. 若TL=0.5TN,调速前转速为:,2. 若TL=0.5TN, 调速后转速为:,3.23 有一台他励直流电动机,PN29kW,UN440V,IN76A,nN1000rmin,Ra0.377,负载转矩TL=0.8TN,最大制动电流为1.8IN。求当该电动机拖动位能性负载时,用哪几种方法可使电动机以500rmin的转速下放负载,在每种方法中电枢回路应串电阻为多少欧?并画出相应的机械特性,标出从稳态提升重物到以500rmin转速下放重物的转换过程。,解:固有特性:,负载转矩TL=0.8TN=221.56时的速度n1为:
13、,1.采用能耗制动,电枢串电阻R1,转速n2=-500R/min,转换时n=n1的转矩T1为,转换时的转矩T1为小于最大允许转矩1.8TN, 此方法允许实现转换。,2.采用倒拉反接制动,电枢串电阻R2,转速n2=-500R/min,3.如果采用反接制动,稳定转速n3的绝对值大于 n0=1071 r/min,本题要求稳定转速为-500r/min,所以不能采用反接控制方式实现。,3.24 有一台Z252型他励直流电动机,PN4kW,UN220V,IN22.3A,nN1000rmin,Ra0.91,TLTN,为了使电动机停转,采用反接制动,如串入电枢回路的制动电阻为9,求:(1)制动开始时电动机所发
14、出的电磁转矩; (2)制动结束时电动机所发出的电磁转矩; (3)如果是摩擦性负载,在制动到n0时,不切断电源,电机能否反转?为什么?,解:计算固有特性:,固有特性:,1.制动开始时, 电机的转矩T1为:,2.制动结束时n=0,电机的转矩T2为:,3.如果是摩擦转矩,制动结束时n=0,电机的转矩 T2为-42.4N*m, TN =28.2 N*m |T2 | TN 如果不切断电源,电机会反转。,例5.1 有一生产机械要求调速范围D=5,静差率5,电动机额定数据为10KW,220V,55A,1000r/min,电枢回路总电阻R=1,Ke =0.1925 V.r/min,问开环系统能否满足要求?,解
15、:由式(5.2),要满足D,S 要求,在额定负载时允许的稳态速降为:,开环系统中,当电流连续时,有:,第5章 直流传动控制系统,开环系统中,速度降为:,开环系统中速度降大大的超过了允许的转速降落,为了改善调速系统, 要求采用闭环负反馈控制。,55 有一直流调速系统,其高速时的理想空载转速n01=1480rmin,低速时的理想空载转速n02=157rmin,额定负载时的转速降nN10rmin。试画出该系统的静特性(即电动机的机械特性),求出调速范围D和静差度S,解:调速范围D为:,静差度S为:,511 某一有静差调速系统的速度调节范围为75rmin1500rmin,要求静差度S2,该系统允许的静
16、态速降是多少?如果开环系统的静态速降是100rmin,则闭环系统的开环放大倍数应有多大?,解:调速范围D为:,允许的闭环静态速降为:,设开环放大倍数K,则:,512 某一直流调速系统调速范围D10,最高额定转速nmax=1000rmin,开环系统的静态速降是100rmin。试问该系统的静差度为多少?若把该系统组成闭环系统,保持n02不变的情况下,使新系统的静差度为5,试问闭环系统的开环放大倍数为多少?,解:静差度S为:,保持n02不变的情况下,使新系统的静差度Sf =5,闭环系统的开环放大倍数K为:,第六章 交流电动机的工作原理及特性,第8章 继电器-接触器控制系统,第9章 可编程序控制器(PLC),1. M0.8改为M1.0。 2. M0.4与I0.2对调。 3. T1000改为T37。 4. 两个Q0.3的其中一个改为Q0.2。 5. I0.4改为Q0.4。,