机电传动控制习题.

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）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？nnnTTTTLTLTLT=TLTTLTTL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0dtdJTTL0dtdJTTL0dtdJTTL2.6如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kg·m2，转速nM＝900r／min；中间传动轴的转动惯量J1=2kg·m2，转速n1＝300r／min；生产机械轴的转动惯量JL＝16kg·m2，转速nL=60r／min。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。MJMωMTT’LJLωLJ1ω1(a)旋转运动解：电动机轴与中间轴速比j1：3/300900/11nnjM电动机轴与卷筒轴速比jL：15/60900/LMLnnj折算到电动机轴上的等效转动惯量JZ：2222211mkg79.207.022.05.21516325.2LLMZjJjJJJ2.7如图所示，电动机转速nM＝950r／min，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=1.05N·m2，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GDZ2r/min9500Mnn237.5r/min/4950/101jnnr/min375.59/45.237/212jnnm/s74.060/24.014.3375.5921Dnvm/s37.02/74.0/312jvv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:mN448.095083.037.010055.955.92McLnvFT222222222212212122mN16.10055.0155.195037.010036505.11.13651.1365)(MMMLMZnvFGDnvGjjGDjGDGDGD折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GDZ22.10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111222000nnnTTT(a)(b)(c)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。当转速小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11220`0nnTT(d)(e)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=0.4Ω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Φ=0.8ΦN时的人为特性第三章直流电机的工作原理及特性322002210220116220000.750.750.1961162201160.9160.13215002201667min0.1320.196166716671.189.55()9.550.132NNNaNNNaeNNNeNaeNUPRURKnUrnKRnnTTTK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0220.1960.4166716673.589.55()9.550.132aadeNRRnnTTTK其人为特性曲线如图2所示（3）降低电源电压的人为特性：221000.9167581.18T9.55()0.1329.550.132aeNeNRUnTTKK其人为特性曲线如图3所示（4）弱磁时的人为特性：221000.19620831.840.89.55(0.8)0.80.1329.55(0.1320.8)NaeNeNURnTTTKK其人为特性曲线如图4所示图3.8改变不同参数时的人为特性0TLTn208316677584123例3-2有一台他励电动机，PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝3lA，nN＝1000r／min，Ra＝0.4Ω，负载转矩TL＝49N·m，电动机的过载倍数λ＝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R1，反接制动电阻为R2220310.40.2081000NNeNNUIRaKn电动状态的稳态转速222200.4491010min9.55()0.2089.550.208NsLeNeNURarnTKK由于切换瞬间转速不变，而且最大制动电流为-λIN，所以所串电阻为10.20810100.42.99231eNsNKnRRaI又，制动瞬间的制动转矩由过载系数λ限制为:9.559.550.208231123.16tNeNTKIKINm2222()9.55()9.55()6.54TNseNeNNeNseNURaRnTKKUKRnRaK由得（）（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：11.050.4-49208.055.9)300208.0220(-55.9)(55.922323aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn得能耗制动时：.1320.4-49208.055.9)300(-55.9得55.922424aLNeLNeaRTKnRTKRRn（3）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：.800.4-49208.055.9)1200208.0220(-55.9)(得55.922525aLNeNeNLNeaNeNRTKnKURTKRRKUn不串电阻时的制动转速：r/min110549208.055.94.0-208.022055.922LNeaNeNTKRKUn3.4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?0taatLLTKITIKTTTT常数tanLTTK常数常数不变电枢电压或电枢附加电阻改变时I不变这时拖动系数一定发生改变3.9一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?ERIUEIIKTaaaat3.10已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW,UN=220V,nN=1500r/min,ŋN=88.5%，试求该电机的额定电流和额定转矩。AUPIIUPNNNNNNNN5.38%5.8822010005.7mN75.471500750055.955.9NNNnPT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=62AnN=1000r/min，试绘制出它的固有机械特性曲线：解：221106255000.750.750.2662nNNUPRan21100.26620.0941000NNeNNURakn55009.559.5552.531000NNNPTNMNr/min1170094.01100NeNKUn3.12一台他励直流电动机的技术数据如下：PN＝6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=1500r/min，Ra=0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为UN／2时的人为机械特性；④磁通Φ＝0.8ΦN时的人为机械特性。并绘出上述特性的图形。141.015004.34242.0220)1(NNaNNenIRUKmin/1560141.02200rKUnNeNN38.411500650055.955.9TmnPNNN075.171560)141.0(55.93242.0141.0220)(55.9)2(221TTTKRRKUnNeadaNeN27.11560)141.0(55.9242.0141.0220)(55.922TTTKRKUnNeaNeN609.271560)141.0(55.95242.0141.0220)(55.9222TTTKRRKUnNeadaNeN27.1780)141.0(55.9242.0141.0110)(55.9)3(22TTTKRKUnNeaNe99.11950)141.08.0(55.9242.0141.08.0220)8.0(55.98.0)4(22TTTKRKUneae3.19有一台他励电动机：PN=10kW，UN=220V，IN=53.8A，nN=1500r／min，Ra=0.29Ω，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?uuaxNxaNxxaN1)n0,0,I758.62)n0E021.752231.2vNNaNNNNUEURIUUARRURIUIURIURIURI当直接启动瞬间串联电阻时，当直接启动瞬间，（R+R）R用降压启动时nn0nN