机电传动控制基础课后题答案.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机 电 传 动 控 制,第二章,机电传动系统的运动学基础,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,）,T,M,、,T,L,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,T,L,+,制动转矩,运动方程：,T -,制动转矩,T,L,+,制动转矩,运动方程：,T -,制动转矩,T,L,+,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,J,M,=2.5kgm,2,，转速,n,M,900r,min,；中间传动轴的转动惯量,J,1,=2kgm,2,，转速,n,1,300r,min,；生产机械轴的转动惯量,J,L,16kgm,2,，转速,n,L,=60r,min,。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,j,1,：,电动机轴与卷筒轴速比,j,L,：,折算到电动机轴上的等效转动惯量,J,Z,：,2.7,如图所示，电动机转速,n,M,950r,min,，齿轮减速箱的传动比,j,1,=j,2,=4,，卷筒直径,D=0.24m,，滑轮的减速比,j,3,=2,，起重负荷力,F=100N,，电动机的飞轮转矩,GD,M,2,=1.05Nm,2,，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,T,L,以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量,GD,Z,2,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,GD,Z,2,2.10,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，,TT,L,。,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，,P,N,=22KW,U,N,=220V,I,N,=116A,n,N,=1500r/min,，试计算：,1.,固有机械特性,2.,电枢回路串,R,ad,=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,=0.8,N,时的人为特性,第三章,直流电机的工作原理及特性,解：（,1,）固有特性：,（,2,）串入,R,ad,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,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，,P,N,5.6kW,，,U,N,220V,，,I,N,3lA,，,n,N,1000r,min,，,Ra,0.4,，负载转矩,T,L,49Nm,，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),电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以,-300r,min,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,-1200r,min,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,R,1,，,反接制动电阻为,R,2,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,-,I,N,，,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,R,3,R,4 .,倒拉反接制动：,能耗制动时：,（,3,）再生发电制动运行时,n=-1200r/m,的制动电阻,R,5,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,10,20,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,T,L,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,?,3.9,一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势,E=E,1,，如负载转矩,T,L,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,E,l,?,3.10,已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：,P,N,=7.5kW,U,N,=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：,P,N,=5.5kW,U,N,=110V,I,N,=62A,n,N,=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：,P,N,6.5kW,，,U,N,=220V,，,I,N,=34.4A,，,n,N,=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,U,N,2,时的人为机械特性；,磁通,0.8,N,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：,P,N,=10kW,，,U,N,=220V,，,I,N,=53.8A,，,n,N,=1500r,min,，,Ra=0.29,，试计算：,(1),直接起动瞬间的堵转电流,I,u,；,(2),若限制起动电流不超过,2I,N,，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：,P,N,=18kW,，,U,N,=220V,，,I,N,=94A,，,n,N,=1000r,min,，在额定负载下，求：,(1),想降至,800r,min,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,1100r,min,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：,P,N,=18kW,，,U,N,=220V,，,I,N,=94A,，,n,N,=1000r,min,，在额定负载下，求：,(1),想降至,800r,min,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,1100r,min,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，,P,N,7.5kW,，,U,N,220V,，,I,N,=4l A,，,n,N,1500r,min,，,Ra,0.38,，拖动恒转矩负载，且,T,L,T,N,，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，,P,N,=21kW,，,U,N,220V,，,I,N,=115A,，,n,N,980r,min,，,Ra=0.1,，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时,从,N,调到,0.8,N,，问：,(1),调速瞬间电枢电流是多少,?(T,L,T,N,),(2),若,T,L,T,N,和,T,L,0.5T,N,，调速前后的稳态转速各是多少,?,解：固有特性：,2.,若,T,L,=T,N,，调速前转速为,:n,N,=980 r/min,调速后转速为,:,1.,弱磁调速瞬间电流：,2.,若,T,L,=0.5T,N,，调速前转速为,:,2.,若,T,L,=0.5T,N,，,调速后转速为,:,3.23,有一台他励直流电动机，,P,N,29kW,，,U,N,440V,，,I,N,76A,，,n,N,1000r,min,，,Ra,0.377,，负载转矩,T,L,=0.8T,N,，最大制动电流为,1.8I,N,。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,500r,min,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,500r,min,转速下放重物的转换过程。,解：固有特性：,负载转矩,T,L,=0.8T,N,=221.56,时的速度,n,1,为：,1.,采用能耗制动，电枢串电阻,R,1,，转速,n,2,=-500R/min,转换时,n=n,1,的转矩,T,1,为,转换时的转矩,T,1,为小于最大允许转矩,1.8T,N,，,此方法允许实现转换。,2.,采用倒拉反接制动，电枢串电阻,R,2,，转速,n,2,=-500R/min,3.,如果采用反接制动，稳定转速,n,3,的绝对值大于,n,0,=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，,P,N,4kW,，,U,N,220V,，,I,N,22.3A,，,n,N,1000r,min,，,Ra,0.91,，,T,L,T,N,，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,n,0,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,T,1,为：,2.,制动结束时,n=0,，电机的转矩,T,2,为：,3.,如果是摩擦转矩，制动结束时,n=0,，电机的转矩,T,2,为,-42.4N*m,T,N,=38.2 N*m,|T,2,|T,N,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：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。,5,5,有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速,n,01,=1480r,min,，低速时的理想空载转速,n,02,=157r,min,，额定负载时的转速降,n,N,10r,min,。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,：,5,11,某一有静差调速系统的速度调节范围为,75r,min1500r,min,，要求静差度,S,2,，该系统允许的静态速降是多少,?,如果开环系统的静态速降是,100r,min,，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,：,5,12,某一直流调速系统调速范围,D,10,，最高额定转速,n,max,=1000r,min,，开环系统的静态速降是,100r,min,。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,n,02,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,n,02,不变的情况下，使新系统的静差度,S,f,=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),5.,具有多种工作方式系统的顺序控制梯形图的设计方法,10,）机械手输出程序,