機電傳動課后習(xí)題答案

2.1從運動方程式怎樣看出系統(tǒng)是加速的、減速的、穩(wěn)定的和靜止的各種工作狀

態(tài)？

TM-TL=J^

答：運動方程式:at

TM-TL=Td

Td>0時：系統(tǒng)加速；Td=O時：系統(tǒng)穩(wěn)速；Td<0時，系統(tǒng)減速或反向加

速

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(zhuǎn)矩的實際作用方向）

TI=TLTLTB=TL

TM<TLn>in>TLan,

(I)

(a)(b)(c)(d)(?)

TM-TL=0TII-TL<0-TM-TL<0TM-TL>0-TM-TL<0-TH-(-TL)=0

系統(tǒng)勻速系統(tǒng)減速系統(tǒng)減速系統(tǒng)加速系統(tǒng)減速系統(tǒng)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(zhuǎn)矩折算為什么依據(jù)折算前

后功率不變的原則？轉(zhuǎn)動慣量折算為什么依據(jù)折算前后動能不變的原則？

答：在多軸拖動系統(tǒng)情況下，為了列出這個系統(tǒng)運動方程，必須先把各傳動部

分的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量或直線運動部分的質(zhì)量都折算到電動機軸上。

由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩是靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，所以可根據(jù)靜態(tài)時功率守恒原則進行折算。

由于轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩與運動系統(tǒng)動能有關(guān)，所以可根據(jù)動能守恒原則

進行折算。

2.9一般生產(chǎn)機械按其運動受阻力的性質(zhì)來分可有哪幾種類型的負(fù)載？

答：恒轉(zhuǎn)矩型、泵類、直線型、恒功率型。

2.10反抗靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與位能靜態(tài)轉(zhuǎn)矩有何區(qū)別，各有什么特點？

答：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒與運動方向相反。

位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載作用方向恒定，與運動方向無關(guān)。

2.11在題2.11圖中，曲線1和2分別為電動機和負(fù)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？

在交點轉(zhuǎn)速以上有：TM<TL在交點轉(zhuǎn)速以下有：TM>TL

交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點

在交點轉(zhuǎn)速以上有：TM<TL在交點轉(zhuǎn)速以下有：TM<TL

交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點交點不是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點

在交點轉(zhuǎn)速以上有：TM<TL

交點是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點

3.3一臺他勵直流電動機所拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，當(dāng)電樞電壓或附加電阻改

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？這時拖動系統(tǒng)中哪

些量要發(fā)生變化？

?答：不能。因為，常數(shù)=TL=T=Kt61a。

?但la并不是始終不變。因U=E+Ia(Ra+Rad),Radt,la!,TI,

nI,lat,Tt,T=Kt6Ia=TL=常數(shù)。

?轉(zhuǎn)速n與電動機的電動勢都發(fā)生改變。

3.4—臺他勵直流電動機在穩(wěn)定運行時，電樞反電勢E=E1,如負(fù)載轉(zhuǎn)矩11=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(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)定

值后，電樞反電勢將如何變化？是大于、小于還是等于E1?

答：因為7=￡0)/“=7；=常數(shù)

當(dāng)①I時，flat

由U=E+IaRa,E=U-IaRa,當(dāng)lat時，—El,所以：E<E1

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

磁繞組的電源開關(guān)就把電樞電源接通，這時會產(chǎn)生什么現(xiàn)象(試從TL=O和

TL=TN兩種情況加以分析)？當(dāng)電動機運行在額定轉(zhuǎn)速下，若突然將勵磁繞組

斷開，此時又將出現(xiàn)什么情況？

答：當(dāng)TL=O啟動時：因為勵磁繞組有一定剩磁，使中心0；啟動時，n=0,E

=0,根據(jù)UN=E+IaRa知，UN全加在電阻Ra上，產(chǎn)生很大的la((10~20)IN),

但因為①仁0,所以T=Kt①la并不大，因為TL^O,所以動轉(zhuǎn)矩大于0,系統(tǒng)

會加速啟動；啟動后，雖有n,使E變大點，但因為力七0,所以E仍不大，UN

大部分仍要加在電阻Ra上，產(chǎn)生很大la和不大的T,使系統(tǒng)不斷加速；當(dāng)系

統(tǒng)達到“飛車”時，在相當(dāng)大的某一n穩(wěn)速運行時，T=Kt①Ia=TL所以

la弋0,此時，E相當(dāng)大，UN幾乎和E平衡。

當(dāng)TL=TN啟動時：n=0,E=0,根據(jù)UN=E+IaRa知，UN全加在電阻Ra上,

產(chǎn)生很大的la((10~20)IN),但因為①七0,所以T=Ktela并不大，因為TL=

TN,所以系統(tǒng)無法啟動。

當(dāng)電動機運行在額定轉(zhuǎn)速下，T=Kt①NIaN=TL=TN,n=nN,此時斷開勵

磁，中弋0,雖然仍有n=nN,但E20,根據(jù)UN=E+IaRa知，UN全加在電

阻Ra上，產(chǎn)生很大的la,但因為0比0,所以T=Kt①la并不大，因為TL=TN,

所以TVTL,系統(tǒng)逐漸減速到停車。

?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：

?①額定電樞電流laN;

?PN=UNIaNqN

?2200=110XIaNX0.8

?IaN=25A

?②額定勵磁電流IfN；

?Uf=RfltN

?IfN=110/82.7=1.33A

?③勵磁功率Pf；

?Pf=UflfN=146.3W

?④額定轉(zhuǎn)矩TN;

?TN=9.55PN/nN=14Nm

?⑤額定電流時的反電勢；

?EN=UN-INRa=110-0.4X25=100V

?⑥直接啟動時的啟動電流；

?Ist=UN/Ra=110/0.4=275A

?⑦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(zhuǎn)矩又為多少？

?啟動電阻：2IN=UN/(Ra+Rst)

?Rst=1.8Q

?啟動轉(zhuǎn)矩：Ke=(UN-INRa)/nN=0.0667

?T=Kt<1)la=9.55X0.0667X50=31.8Nm

3.16直流電機用電樞電路串電阻的辦法啟動時，為什么要逐漸切除啟動電阻？

切除太快，會帶來什么后果？

答：見書上圖3.23。如果只一段啟動電阻，當(dāng)啟動后，把電阻一下切除，則電

流會超過2IN,沖擊大。所以應(yīng)采用逐級切除電阻辦法，切除太快，也會產(chǎn)生電

流沖擊大，見書上圖3.24。

3.17轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(調(diào)速)與固有的速度變化在概念上有什么區(qū)別？

答：調(diào)速：在一定負(fù)載條件下，人為地改變電動機的電路參數(shù)，以改變電動機

的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

速度變化：由于電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化而引起的電動機轉(zhuǎn)速變化。

3.19直流電動機的電動與制動兩種運轉(zhuǎn)狀態(tài)的根本區(qū)別何在？

答：電動：電動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同；制動：T與n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。

答：反饋制動：運行在二、四象限，轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速。用于起重機調(diào)速

下放重物，電網(wǎng)吸收電能，運行經(jīng)濟。

電源反接制動：制動迅速，能量靠電阻吸收，但容易反向啟動。

倒拉反接制動：可得較低下降速度，對TL大小估計不準(zhǔn)，本應(yīng)下降，也許

會上升，特性硬度小，穩(wěn)定性差，電阻消耗全部能量。

能耗制動：用于迅速準(zhǔn)確停車及恒速下放重物，電阻消耗全部能量。

3.21一臺直流他勵電動機拖動一臺卷揚機構(gòu)，在電動機拖動重物勻速上升時將

電樞電源突然反接，試?yán)脵C械特性從機電過程上說明：

(1)從反接開始到系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)之間，電動機經(jīng)歷了幾種運

行狀態(tài)？最后在什么狀態(tài)下建立系統(tǒng)新的穩(wěn)定平衡點？

(2)各種狀態(tài)下轉(zhuǎn)速變化的機電過程怎樣？

答：(1)經(jīng)歷反接制動、反向電動、反向回饋制動，最后在反向回饋制動運行

狀態(tài)下建立系統(tǒng)新的穩(wěn)定平衡點。

(2)當(dāng)電壓反向時，n不變，電壓平衡方程式：

-U=E+la(Ra+Rad),Ia=(-U-E)/(Ra+Rad)<0

所以T反向，與n方向相反，制動；

T與TL一起使n反向lai-反向TI,最后到c點，n=0；

此時，TL和T使電動機n反向，重物下降。處于反向電動狀態(tài)。因為n反

向，所以E也反向，Ia=(-U+E)/(Ra+Rad),即反向電流laI-反向TI；

在T和TL作用下，反向nt-反向Et,在某一時刻，一U+E=0,

fIa=0,T=0,即達到d點。

但此時仍有TL-反向nf-*反向Et--U+E>0-*Ia>0,T>0,

產(chǎn)生制動。當(dāng)TVTL時，還會f反向ntfEtflat->Tt,達到T

=TL,達到e點，穩(wěn)速運行。

5.1有一臺四極三相異步電動機，電源電壓的頻率為50Hz,滿載時電動機的轉(zhuǎn)

差率為0.02,求電動機的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流頻率。

答.60/60x50.、

口.%=——=-----=1500(r/min)

P2

因為鼠=〃°一,nN=(l-SA,>0=(1-0.02)x1500=1470r/min

人=SN<=0.02x50=l(”z)

5.4當(dāng)三相異步電動機的負(fù)載增加時，為什么定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的增加而

增加？

答：當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子電流增加；因為轉(zhuǎn)子相當(dāng)于變壓器的副邊，而定子相

當(dāng)于變壓器的原邊，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子電流增加時，定子電流也會增加。

5.5三相異步電動機帶動一定的負(fù)載運行時,若電源電壓降低了，此時電動機

的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？如何變

化？

答：原來運行在a點，當(dāng)電壓減小時，運行

在b點，因為n不變，s不變，所以cos62

不變

因為U^El=4.44KflNl①,所以當(dāng)UI

一①I->I2I時，根據(jù)丁=1<111612（：0562

知：TI,此后：nI-st-*12ff

Tt直到c點。

c點和a點比，因為UIf①I,而且st

-cos<l>2I,根據(jù)T=Km①12cos62=TL=圖5.2$改變電源電壓時的人為特性

常數(shù)，

知：12t

5.11有一臺三相異步電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下:

PN/kWnN/r-min-1UN/VnNXioocos6NIst/INTst/TNTmax/TN接法

401470380900.96.51.22.0△

①當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為250N-m時，試問在U=UN和U'=0.8UN兩種情況下電動機能否

啟動？

TN=9.55PN/nN=9.55X40000/1470=260Nm

Tst/TN=1.2Tst=TNX1.2=312Nm

312Nm>250Nm,所以U=UN時電動機能啟動。

當(dāng)U=0.8U時，由于TzU2,所以Tst'=0.82XTst=0.64X312=199Nm,

Tsf<TL所以電動機不能啟動。

②欲采用Y-△換接啟動,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.45TN和0.35TN兩種情況下，電動機能

否啟動？

TstY=TstA/3=1.2XTN/3=0.4TN

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.45TN時電動機不能啟動

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.35TN時電動機能啟動

③若采用自耦變壓器降壓啟動，設(shè)降壓比為0.64,求電源線路中通過的啟動電流

和電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。

IN=PN/V3UNnNcos4)N=40000/(1.732X380X0.9X0.9)=75A

Ist/IN=6.5Ist=INX6.5=487.5A

降壓比為0.64時，電流Isf=K2Ist=0.642X487.5=200A

電動機的啟動轉(zhuǎn)矩T=K2Tst=0.642X312=127.8Nm

5.15異步電動機有哪幾種調(diào)速方法？各種調(diào)速方法有何優(yōu)缺點？

答：調(diào)壓調(diào)速：可無級調(diào)速，但減小U時，T按U2減少，所以調(diào)速范圍不大。

轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速：只適于線繞式。啟動電阻可兼作調(diào)速電阻，簡單、

可靠，但屬有級調(diào)速。隨轉(zhuǎn)速降低，特性變軟，低

速損耗大，用在重復(fù)短期運轉(zhuǎn)的機械，如起重機。

變極對數(shù)調(diào)速：多速電動機，體積大，價貴，有級調(diào)速。結(jié)構(gòu)簡單，效率

高，調(diào)速附加設(shè)備少。用于機電聯(lián)合調(diào)速。

變頻調(diào)速：用于一般鼠籠式異步電動機，采用晶閘管變頻裝置。

5.16什么叫恒功率調(diào)速？什么叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速？

答：在調(diào)速過程中，無論速度高低，當(dāng)電動機電流保持不變時，電磁轉(zhuǎn)矩也不

變，這種調(diào)速叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

在調(diào)速過程中，無論速度高低，當(dāng)電動機電流保持不變時，功率也不變，叫

恒功率調(diào)速。

5.17異步電動機變極調(diào)速的可能性和原理是什么？其接線圖是怎樣的？

答：使每相定子繞組中一半繞組內(nèi)的電流改變方向，即可改變極對數(shù)，也就

改變了轉(zhuǎn)速。

接線圖如書上圖5.39。

5.25異步電動機有哪幾種制動狀態(tài)？各有何特點？

答：反饋制動：用于起重機高速下放重物，反饋制動時，動能變?yōu)殡娔芑仞?/p>

給電網(wǎng)，較經(jīng)濟，只能在高于同步轉(zhuǎn)速下使用。

反接制動：電源反接時，制動電流大，定子或轉(zhuǎn)子需串接電阻，制動速度

快容易造成反轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確停車有一定困難，電能損耗大。當(dāng)?shù)估?/p>

動時，用于低速下放重物，機械功率、電功率都消耗在電阻上。

能耗制動：比較常用的準(zhǔn)確停車方法，制動效果比反接制動差。

5.30同步電動機的工作原理與異步電動機的有何不同？

答：定子繞組通三相交流電后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子繞組通直流電，產(chǎn)生固

定的磁場，極對數(shù)和旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)一樣，旋轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子磁極異性相吸,

所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

而異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電

流，電流在磁場中產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速。

5.31一般情況下，同步電動機為什么要采用異步啟動法？

答：定子通三相電后，立即產(chǎn)生nO,很快，而轉(zhuǎn)子n=0,有慣性，當(dāng)SO吸

引N,N0吸引S時，轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)動趨勢，但還沒等轉(zhuǎn)起來，S0對S,N0對N又

排斥，這樣一吸一斥，轉(zhuǎn)子始終轉(zhuǎn)不起來，所以要用異步啟動法。

6.2何謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象？交流伺服電動機是怎樣克服這一現(xiàn)象，使其當(dāng)控制信號

消失時，能迅速停止。

答：工作原理同單相異步電動機。WC上加Uc,WF上加Uf時，兩相繞組

便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)WC上的Uc去掉后，轉(zhuǎn)子仍轉(zhuǎn)，叫自轉(zhuǎn)。

消除自轉(zhuǎn)的措施：使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條有較大電阻，出現(xiàn)Sm>L此時，交流伺服電

動機當(dāng)Uc=O時，T總是制動性的。這樣便消除自轉(zhuǎn)且能迅速停止。

8.12時間繼電器的四個延時觸點符號各代表什么意思？

延時延時

斷開

動

動

瞬

1瞬

閉合臺

常閉

開

閉

常

常

常開A

觸頭

觸

頭

頭

番。觸

觸頭

通電時延時t秒閉合延時t秒斷開立即閉合立即斷開

斷電時立即斷開立即閉合立即斷開立即閉合

延

延時

時J

斷

閉合

開

瞬動

線―]瞬動

常

常閉

開

常

常開

n閉

觸

觸頭

頭

觸

觸頭

頭

通電時'立即閉合立即斷開立即閉合立即斷開

斷電時延時t秒斷開延時t秒閉合立即斷開立即閉合

8.16要求三臺電動機IM、2M、3M按一定順序啟動：即1M啟動后，2M才

能啟動；2M啟動后3M才能啟動；停車時則同時停。試設(shè)計此控制線路。

8.25試設(shè)計一條自動運輸線，有兩臺電動機，1M拖動運輸機，

2M拖動卸料。要求：

①1M先啟動后，才允許2M啟動；

②2M先停止，經(jīng)一段時間后1M才自動停止，且2M可以單獨停

止；

③兩臺電動機均有短路、長期過載保護。

8.26如圖為機床自動間歇潤滑的控制線路圖，其中接觸器KM為潤滑油泵電動

機啟停用接觸器（主電路未畫出），控制線路可使?jié)櫥幸?guī)律地間歇工作。

試分析此線路的工作原理，并說明開關(guān)S和按鈕SB的作用o

1.開關(guān)S實現(xiàn)自動的間歇潤滑，關(guān)閉后KM得

電，電動機工作，1KT得電，經(jīng)過一段時間后,

動合觸點閉合，K得電，同時KM失電，電動

機停止工作，2KT得電一段時間后，動斷觸點

斷開，K的常閉點閉合，電動機重新工作。

2.SB按鈕為人工的點動控制.

8.27試設(shè)計1M和2M兩臺電動機順序啟，停的控制線路。要求:

(1)1M啟動后，2M立即自動啟動；

(2)1M停止后，延時一段時間，2M才自動停止；

(3)2M能點動調(diào)整工作；

(4)兩臺電動機均有短路，長期過載保護。

10.1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么？導(dǎo)通后流過晶閘管的電流決定于什么？晶閘

管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄嗟臈l件是什么？阻斷后它所承受的電壓大小決定于什么？

答：導(dǎo)通條件：陽極、控制極同時加控制電壓。

導(dǎo)通后，電流決定于主電壓和負(fù)載。

阻斷：陽極電壓變0或變負(fù)。

阻斷后：承受電壓大小決定于主電壓。

10.5如題10.5圖所示，若在tl時刻合上開關(guān)S,在t2時刻斷開S,試畫出負(fù)

載電阻R上的電壓波形和晶閘管上的電壓波形。

10.8晶閘管的控制角和導(dǎo)通角是何含義？

答：控制角：晶閘管元件承受正向電壓起始點到觸發(fā)脈沖的作用點之間的電角

度。

導(dǎo)通角：晶閘管在一周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。

10.10續(xù)流二極管有何作用？為什么？若不注意把它的極性接反了會產(chǎn)生什

么后果？

答：當(dāng)電源電壓變負(fù)時，V導(dǎo)通，負(fù)載上由電感維持的電流流經(jīng)二極管。VS關(guān)

斷，電源負(fù)電壓不加于負(fù)載上。

作用：可提高大電感負(fù)載時的單相半波可控整流電路整流輸出平均電壓。

極性若接反：造成短路。

10.20有一單相半波可控整流電路，其交流電源電壓U2=220V，負(fù)載電阻

RL=10。,試求輸出電壓平均值Ud的調(diào)節(jié)范圍，當(dāng)a=n/3,輸出電壓平均值Ud

和電流平均值Id為多少？

Ud=l/2n/aJIV2U2sin(wt)d(wt)=0.45U2(l+cosa)/2

a的變化范圍：0?n,

a=0時，Ud=0.45X220(1+1)/2=99V

a=JT時，Ud=0.45X220(1-1)/2=0V

所以，輸出電壓平均值Ud的調(diào)節(jié)范圍0-99V

當(dāng)a=Ji/3時Ud=0.45U2(l+cosa)/2

=0.45X220X(1+0.5)/2

?=74.25V

?輸出電壓平均值Ud=74.25V

?電流平均值Id=Ud/R174.25/10=7.425A

10.22試畫出單相半波可控整流電路帶不同性質(zhì)負(fù)荷時，晶閘管的電流波形與

電壓波形。

阻感負(fù)載

電阻負(fù)載電感負(fù)載有續(xù)流二極管

10.23有一電阻型負(fù)載，需要直流電壓Ud=60V,電流Id=30A供電，若采用單

相半波可控整流電路，直接接在220V的交流電網(wǎng)上，試計算晶閘管的導(dǎo)通角0

?Ud=0.45U2(l+cosa)/2

?60=0.45X220X(1+cosa)/2

?a=77.8

?a+0=JT

?0=…二102.2

11.2什么叫調(diào)速范圍、靜差度？它們之間有什么關(guān)系？怎樣才能擴大調(diào)速范

圍？

答：電動機在額定負(fù)載下所允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速變化率的

要求前提下所能達到的最低轉(zhuǎn)速之比叫調(diào)速范圍。

電動機由理想空載到額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比叫靜差