機電傳動控制

機電傳動控制一鄧星鐘一第三版_課后答案機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎2.1說明機電傳動系統(tǒng)運動方程中的拖動轉矩，靜態(tài)轉矩和動態(tài)轉矩。拖動轉矩是有電動機產(chǎn)生用來克服負載轉矩，以帶動生產(chǎn)機械運動的。靜態(tài)轉矩就是由生產(chǎn)機械產(chǎn)生的負載轉矩。動態(tài)轉矩是拖動轉矩減去靜態(tài)轉矩。2.2從運動方程式怎樣看出系統(tǒng)是處于加速，減速，穩(wěn)態(tài)的和靜態(tài)的工作狀態(tài)。TM-TL0說明系統(tǒng)處于加速，TM-TL0說明系統(tǒng)處于減速，TM-TL=0說明系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)（即靜態(tài)）的工作狀態(tài)。2.3試列出以下幾種情況下（見題2.3圖）系統(tǒng)的運動方程式，并說明系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速，減速，還是勻速？（圖中箭頭方向表示轉矩的實際作用方向）TMTTM=TLTMTLTM-TL0說明系統(tǒng)處于加速。TM-TL0說明系統(tǒng)處于減速TMTLTMTLTMTLTMTL系統(tǒng)的運動狀態(tài)是減速系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速TMTLTTLTM=TLTM=TL系統(tǒng)的運動狀態(tài)是減速系統(tǒng)的運動狀態(tài)是勻速2.4多軸拖動系統(tǒng)為什么要折算成單軸拖動系統(tǒng)？轉矩折算為什么依據(jù)折算前后功率不變的原則？轉動慣量折算為什么依據(jù)折算前后動能不變的原則？因為許多生產(chǎn)機械要求低轉速運行，而電動機一般具有較高的額定轉速。這樣，電動機與生產(chǎn)機械之間就得裝設減速機構，如減速齒輪箱或蝸輪蝸桿，皮帶等減速裝置。所以為了列出系統(tǒng)運動方程，必須先將各轉動部分的轉矩和轉動慣量或直線運動部分的質量這算到一根軸上。轉矩折算前后功率不變的原則是P=Tw,p不變。轉動慣量折算前后動能不變原則是能量守恒MV=0.5Jw22.5為什么低速軸轉矩大，高速軸轉矩??？因為P=Tw,P不變3越小T越大，3越大T越小。2.6為什么機電傳動系統(tǒng)中低速軸的GD2逼高速軸的GD2大得多？因為P=T3，T=GD2/375.P=wGD2/375.,P不變轉速越小GD2越大，轉速越大GD2越小。2.7如圖2.3(a)所示，電動機軸上的轉動慣量JM=2.5kgm2,轉速nM=900r/min;中間傳動軸的轉動慣量JL=16kgm2,轉速nL=60r/min。試求折算到電動機軸上的等效專慣量。折算到電動機軸上的等效轉動慣量：j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15J=JM+J1/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2.2.8如圖2.3(b)所示，電動機轉速nM=950r/min，齒輪減速箱的傳動比J1=J2=4,卷筒直徑D=0.24m,滑輪的減速比J3=2,起重負荷力F=100N,電動機的費輪轉距GD2M=1.05Nm2,齒輪，滑輪和卷筒總的傳動效率為0.83。試球體勝速度v和折算到電動機軸上的靜態(tài)轉矩TL以及折算到電動機軸上整個拖動系統(tǒng)的飛輪慣量GD2z.。wM=3.14*2n/60=99.43rad/s.提升重物的軸上的角速度3=3M/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/sv=wD/2=0.24/2*3.11=0.373m/sTL=9.55FV/nCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGD2Z=。GDM2+GDL2/jL2=1.25*1.05+100*0.242/322=1.318NM22.9一般生產(chǎn)機械按其運動受阻力的性質來分可有哪幾種類型的負載？可分為1恒轉矩型機械特性2離心式通風機型機械特性3直線型機械特性4恒功率型機械特性,4種類型的負載.2.10反抗靜態(tài)轉矩與位能靜態(tài)轉矩有何區(qū)別，各有什么特點？反抗轉矩的方向與運動方向相反”方向發(fā)生改變時，負載轉矩的方向也會隨著改變，因而他總是阻礙運動的?位能轉矩的作用方向恒定，與運動方向無關，它在某方向阻礙運動，而在相反方向便促使運動。2.11在題2.11圖中，曲線1和2分別為電動機和負載的機械特性，試判斷哪些是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點？哪些不是?交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點.交點是系統(tǒng)的平衡點交點是系統(tǒng)的平衡交點不是系統(tǒng)的平衡點交點是系統(tǒng)的平衡點弟三早3.1為什么直流電記得轉子要用表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成？直流電機的轉子要用表面有絕緣層的硅鋼片疊加而成是因為要防止電渦流對電能的損耗..3.2并勵直流發(fā)電機正傳時可以自勵，反轉時能否自勵？不能,因為反轉起始勵磁電流所產(chǎn)生的磁場的方向與剩余磁場方向相反，這樣磁場被消除,所以不能自勵.3.3一臺他勵直流電動機所拖動的負載轉矩TL=常數(shù)，當電樞電壓附加電阻改變時，能否改變其穩(wěn)定運行狀態(tài)下電樞電流的大??？為什么？這是拖動系統(tǒng)中那些要發(fā)生變化？T=Kt^Iau=E+IaRa當電樞電壓或電樞附加電阻改變時,電樞電流大小不變.轉速n與電動機的電動勢都發(fā)生改變.3.4一臺他勵直流電動機在穩(wěn)態(tài)下運行時，電樞反電勢E=E1,如負載轉矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化？是大于，小于還是等于E1？T=IaKt@中減弱,T是常數(shù),Ia增大.根據(jù)EN=UN-IaRa,所以EN減小.,小于E1.3.5一臺直流發(fā)電機，其部分銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,nN=89.5%，試求：該發(fā)電機的額定電流；電流保持為額定值而電壓下降為100V時，原動機的輸出功率（設此時n二nN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A該發(fā)電機的額定電流為782.6AP=IN100/nNP=87.4KW3.6己知某他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=7.5KW,UN=220V,nN=1500r/min,nN=88.5%,試求該電機的額定電流和轉矩。PN二UNINnN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm一臺他勵直流電動機：PN=15KW,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Q，其空載特性為：今需在額定電流下得到150V和220V的端電壓，問其勵磁電流分別應為多少？由空載特性其空載特性曲線.當U=150V時If=0.71A當U=220V時If=1.08A一臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為：PN=5.5KW,UN=110V,IN=62A,nN=1000r/min,試繪出它的固有機械特性曲線。Ra=(0.50?0.75)(1-PN/UNIN)UN/IN二0.6(1-5500/110*62)*110/62=0.206Qn0二nNUN/(UN-INRa)=1131r/minTN=9.55*5500/1000=52.525Nm3.9一臺并勵直流電動機的技術數(shù)據(jù)如下：PN=5.5KW,UN=110V,IN=61A,額定勵磁電流Ifn=2A,nN=1500r/min，電樞電阻Ra=0.2Q，若忽略機械磨損和轉子的銅耗，鐵損，認為額定運行狀態(tài)下的電磁轉矩近似等于額定輸出轉矩，試繪出它近似的固有機械特性曲線。n0=UNnN/(UN-INRa)TN=9.55PN/nN=110*1500/(110-61*0.2)=9.55*5500/1500=1687r/min16873.10一臺他勵直流電動機的技術數(shù)據(jù)如下：PN=6.5KW,UN=220V,IN=34.4A,nN=1500r/min,Ra=0.242Q,試計算出此電動機的如下特性：固有機械特性；電樞服加電阻分別為3Q和5Q時的人為機械特性；電樞電壓為UN/2時的人為機械特性；磁通中=0.8中N時的人為機械特性；并繪出上述特性的圖形。n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1500/220-34.4*0.242=1559r/minTN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm41.38n=U/Ke中-(Ra+Rad)T/KeKt中2=U/Ke中-(Ra+Rad)T/9.55Ke2中2當3Qn=854r/min當5Qn=311r/minn=U/Ke中-RaT/9.55Ke2中2當UN=0.5UN時n=732r/minn0=UNnN/2(UN-INRa)=780r/minn=U/0.8Ke^-RaT/9.55Ke2中20.82當中二0.8中時n=1517r/minn0二UNnN/0.8Ke中3.11為什么直流電動機直接啟動時啟動電流很大？電動機在未啟動前n=0,E=0,WRa很小，所以將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時啟動電流將很大.1st=UN/Ra3.12他勵直流電動機直接啟動過程中有哪些要求？如何實現(xiàn)？他勵直流電動機直接啟動過程中的要求是1啟動電流不要過大,2不要有過大的轉矩.可以通過兩種方法來實現(xiàn)電動機的啟動一是降壓啟動.二是在電樞回路內串接外加電阻啟動.3.13直流他勵電動機啟動時，為什么一定要先把勵磁電流加上？若忘了先合勵磁繞阻的電源開關就把電樞電源接通，這是會產(chǎn)生什么現(xiàn)象（試從TL=0和TL=TN兩種情況加以分析）？當電動機運行在額定轉速下，若突然將勵磁繞阻斷開，此時又將出現(xiàn)什么情況？直流他勵電動機啟動時，一定要先把勵磁電流加上使因為主磁極靠外電源產(chǎn)生磁場.如果忘了先合勵磁繞阻的電源開關就把電樞電源接通，TL=0時理論上電動機轉速將趨近于無限大，引起飛車,TL=TN時將使電動機電流大大增加而嚴重過載.3.14直流串勵電動機能否空載運行?為什么？串勵電動機決不能空載運行，因為這時電動機轉速極高，所產(chǎn)生的離心力足以將繞組元件甩到槽外，還可能串勵電動機也可能反轉運行.但不能用改變電源極性的方法，因這時電樞電流Ia與磁通中同時反響，使電瓷轉矩T依然保持原來方向，則電動機不可能反轉.3.15一臺直流他勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,nN=0.8,Ra=0.4Q,Rf=82.7Q。試求：額定電樞電流IAn;額定勵磁電流IfN;勵磁功率Pf;額定轉矩TN;額定電流時的反電勢；直接啟動時的啟動電流；如果要是啟動電流不超過額定電流的2倍，求啟動電阻為多少歐？此時啟動轉矩又為多少？PN=UNIaNnN2200=110*IaN*0.8IaN=25AUf=RfIfNIfN=110/82.7=1.33APf=UfIfN=146.3W額定轉矩TN=9.55PN/nN=14Nm額定電流時的反電勢EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V直接啟動時的啟動電流Ist=UN/Ra=110/0.4=275A啟動電阻2INUN/(Ra+Rst)Rst1.68Q啟動轉矩Ke中二(UN-INRa)/nN=0.066Ia=UN/(Ra+Rst)T二Ktla中=52.9A=9.55*0.066*52.9=33.34Nm3.16直流電動機用電樞電路串電阻的辦法啟動時，為什么逐漸切除啟動電阻？如切出太快，會帶來什么后果？如果啟動電阻一下全部切除”在切除瞬間，由于機械慣性的作用使電動機的轉速不能突變，在此瞬間轉速維持不變，機械特性會轉到其他特性曲線上，此時沖擊電流會很大,所以采用逐漸切除啟動電阻的方法.如切除太快會有可能燒毀電機.3.17轉速調節(jié)(調速)與固有的速度變化在概念上有什么區(qū)別？速度變化是在某機械特性下，由于負載改變而引起的,二速度調節(jié)則是某一特定的負載下,靠人為改變機械特性而得到的.3.18他勵直流電動機有哪些方法進行調速？它們的特點是什么？他勵電動機的調速方法：第一改變電樞電路外串接電阻Rad特點在一定負載轉矩下，串接不同的電阻可以得到不同的轉速，機械特性較軟，電阻越大則特性與如軟，穩(wěn)定型越低，載空或輕載時，調速范圍不大，實現(xiàn)無級調速困難，在調速電阻上消耗大量電量。第二改變電動機電樞供電電壓特點當電壓連續(xù)變化時轉速可以平滑無級調速，一般只能自在額定轉速以下調節(jié)，調速特性與固有特性相互平行，機械特性硬度不變，調速的穩(wěn)定度較高，調速范圍較大，調速時因電樞電流與電壓無關，屬于恒轉矩調速，適應于對恒轉矩型負載。可以靠調節(jié)電樞電壓來啟動電機，不用其它啟動設備，第三改變電動機主磁通特點可以平滑無級調速，但只能弱詞調速，即在額定轉速以上調節(jié)，調速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制，調速范圍不大，調速時維持電樞電壓和電流步變，屬恒功率調速。在？電動機的電動狀態(tài)特點是電動機所發(fā)出的轉矩T的方向與轉速n的方向相同.制動狀態(tài)特點使電動機所發(fā)的轉矩T的方向與轉速n的方向相反3.20他勵直流電動機有哪幾種制動方法？它們的機械特性如何？試比較各種制動方法的優(yōu)缺點。1反饋制動機械特性表達式:n=U/Ke中-(Ra+Rad)T/keKt中2T為負值，電動機正轉時,反饋制動狀態(tài)下的機械特性是第一象限電動狀態(tài)下的機械特性第二象限內的延伸.反饋制動狀態(tài)下附加電阻越大電動機轉速越高.為使重物降速度不至于過高,串接的附加電阻不宜過大.但即使不串任何電阻,重物下放過程中電機的轉速仍過高.如果放下的件較重.則采用這種制動方式運行不太安全.2反接制動電源反接制動電源反接制動一般應用在生產(chǎn)機械要求迅速減速停車和向的場合以及要求經(jīng)常正反轉的機械上.倒拉反接制動倒拉反接制動狀態(tài)下的機械特性曲線實際上是第一象限電動狀態(tài)下的機械特性區(qū)現(xiàn)在第四象限中的延伸，若電動反向轉在電動狀態(tài)，則倒拉反接制動狀態(tài)下的機械特性曲就是第三象限中電動狀態(tài)下的機械特性曲線在第二象限延伸..它可以積低的下降速度，保證生產(chǎn)的安全，缺點是若轉