机电传动课后重点习题答案

习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375.P=ωG∂D2/375.,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。2.7如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2,转速nM=900r/min;中间传动轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15J=JM+J1/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm22.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。2.11在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？交点是系统的稳定平衡点.交点是系统的平衡点交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点交点是系统的平衡点第三章3.3一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其运行其运行状态下电枢电流的大小？为什么？这是拖动系统中那些要发生变化？T=KtφIau=E+IaRa当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.3.4一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E1？T=IaKtφ,φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa,所以EN减小.,小于E1.3.6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,ηN=88.5%,试求该电机的额定电流和转矩。PN=UNINηN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？电动机在未启动前n=0,E=0,而Ra很小,所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大.Ist=UN/Ra3.12他励直流电动机直接启动过程中有哪些要求？如何实现？他励直流电动机直接启动过程中的要求是1启动电流不要过大,2不要有过大的转矩.可以通过两种方法来实现电动机的启动一是降压启动.二是在电枢回路内串接外加电阻启动.3.13直流他励电动机启动时，为什么一定要先把励磁电流加上？若忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，这是会产生什么现象（试从TL=0和TL=TN两种情况加以分析）？当电动机运行在额定转速下，若突然将励磁绕阻断开，此时又将出现什么情况？直流他励电动机启动时,一定要先把励磁电流加上使因为主磁极靠外电源产生磁场.如果忘了先合励磁绕阻的电源开关就把电枢电源接通，TL=0时理论上电动机转速将趋近于无限大,引起飞车,TL=TN时将使电动机电流大大增加而严重过载.3.15一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN=2.2KW,UN=Uf=110V,nN=1500r/min,ηN=0.8,Ra=0.4Ω,Rf=82.7Ω。试求：①额定电枢电流IAn;②额定励磁电流IfN;③励磁功率Pf;④额定转矩TN;⑤额定电流时的反电势；⑥直接启动时的启动电流；⑦如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少欧？此时启动转矩又为多少？①PN=UNIaNηN2200=110*IaN*0.8IaN=25A②Uf=RfIfNIfN=110/82.7=1.33A③Pf=UfIfN=146.3W④额定转矩TN=9.55PN/nN=14Nm⑤额定电流时的反电势EN=UN-INRa=110V-0.4*25=100V⑥直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra=110/0.4=275A⑦启动电阻2INUN/(Ra+Rst)Rst1.68Ω启动转矩Keφ=(UN-INRa)/nN=0.066Ia=UN/(Ra+Rst)T=KtIaφ=52.9A=9.55*0.066*52.9=33.34Nm3.17转速调节（调速）与固有的速度变化在概念上有什么区别？速度变化是在某机械特性下,由于负载改变而引起的,二速度调节则是某一特定的负载下,靠人为改变机械特性而得到的.3.18他励直流电动机有哪些方法进行调速？它们的特点是什么？他励电动机的调速方法：第一改变电枢电路外串接电阻Rad特点在一定负载转矩下，串接不同的电阻可以得到不同的转速，机械特性较软，电阻越大则特性与如软，稳定型越低，载空或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在调速电阻上消耗大量电量。第二改变电动机电枢供电电压特点当电压连续变化时转速可以平滑无级调速，一般只能自在额定转速以下调节，调速特性与固有特性相互平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大，调速时因电枢电流与电压无关，属于恒转矩调速，适应于对恒转矩型负载。可以靠调节电枢电压来启动电机，不用其它启动设备，第三改变电动机主磁通特点可以平滑无级调速，但只能弱词调速，即在额定转速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，属恒功率调速。3.19直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何在？电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩T的方向与转速n的方向相同.制动状态特点使电动机所发的转矩T的方向与转速n的方向相反3.20他励直流电动机有哪几种制动方法？它们的机械特性如何？试比较各种制动方法的优缺点。1反馈制动机械特性表达式:n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/keKtφ2T为负值,电动机正转时,反馈制动状态下的机械特性是第一象限电动状态下的机械特性第二象限内的延伸.反馈制动状态下附加电阻越大电动机转速越高.为使重物降速度不至于过高,串接的附加电阻不宜过大.但即使不串任何电阻,重物下放过程中电机的转速仍过高.如果放下的件较重.则采用这种制动方式运行不太安全.2反接制动电源反接制动电源反接制动一般应用在生产机械要求迅速减速停车和向的场合以及要求经常正反转的机械上.倒拉反接制动倒拉反接制动状态下的机械特性曲线实际上是第一象限电动状态下的机械特性区现在第四象限中的延伸,若电动反向转在电动状态,则倒拉反接制动状态下的机械特性曲就是第三象限中电动状态下的机械特性曲线在第二象限延伸..它可以积低的下降速度,保证生产的安全,缺点是若转矩大小估计不准,则本应下降的重物可能向上升,机械特硬度小,速度稳定性差.3能耗制动机械特性曲线是通过原点,且位于第二象限和第四象限的一条直线,优点是不会出现像倒拉制动那样因为对TL的大小估计错误而引起重物上升的事故.运动速度也较反接制动时稳定.第四章4.1有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50HZ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。n0=60f/pS=(n0-n)/n0=60*50/20.02=(1500-n)/1500=1500r/minn=1470r/min电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470r/min,转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1HZ4.3有一台三相异步电动机，其nN=1470r/min,电源频率为50HZ。设在额定负载下运行，试求：①定子旋转磁场对定子的转速；1500r/min②定子旋转磁场对转子的转速；30r/min③转子旋转磁场对转子的转速；30r/min④转子旋转磁场对定子的转速；1500r/min⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。0r/min4.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？因为负载增加n减小,转子与旋转磁场间的相对转速(n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高5.5三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？若电源电压降低,电动机的转矩减小,电流也减小.转速不变.5.6有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？②求n0,p,SN,TN,Tst,Tmax和Ist；③额定负载时电动机的输入功率是多少？①线电压为380V时，三相定子绕组应为Y型接法.②TN=9.55PN/nN=9.55*3000/960=29.8NmTst/TN=2Tst=2*29.8=59.6NmTmax/TN=2.0Tmax=59.6NmIst/IN=6.5Ist=46.8A一般nN=(0.94-0.98)n0n0=nN/0.96=1000r/min型号PN/kWUN/V满载时Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r·min-1IN/AηN×100cosφY132S-63220/38096012.8/7.2830.756.52.02.0SN=(n0-nN)/n0=(1000-960)/1000=0.04P=60f/n0=60*50/1000=3③η=PN/P输入P输入=3/0.83=3.614.7三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.4.8三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？而在运行时断了一线，为什么仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个方向相反的转矩，而且转矩大小相等。故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能自行启动，而在运行时断了一线，仍能继续转动转动方向的转矩大于反向转矩，这两种情况都会使电动机的电流增加。4.11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：PN/kWnN/r·min-1UN/VηN×100cosφNIst/INTst/TNTmax/TN接法401470380900.96.51.22.0△①当负载转矩为250N·m时，试问在U=UN和U`=0.8UN两种情况下电动机能否启动？TN=9.55PN/nN=9.55*40000/1470=260NmTst/TN=1.2Tst=312NmTst=KR2U2/（R22+X202）=312Nm312Nm250Nm所以U=UN时电动机能启动。当U=0.8U时Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202）=0.64*312=199NmTstTL所以电动机不能启动。②欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45TN和0.35TN两种情况下,电动机能否启动？TstY=Tst△/3=1.2*TN/3=0.4TN当负载转矩为0.45TN时电动机不能启动当负载转矩为0.35TN时电动机能启动③若采用自耦变压器降压启动，设降压比为0.64，求电源线路中通过的启动电流和电动机的启动转矩。IN=PN/UNηNcosφN√3=40000/1.732*380*0.9*0.9=75AIst/IN=6.5Ist=487.5A降压比为0.64时电流=K2Ist=0.642*487.5=200A电动机的启动转矩T=K2Tst=0.642312=127.8Nm4.12线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？线绕式异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩愈大4.13为什么线绕式异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大？Tst=KR2U2/（R22+X202）当转子的电阻适当增加时，启动转聚会增加。4.14异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？①调压调速这种办法能够无级调速，但调速范围不大②转子电路串电阻调速这种方法简单可靠，