《机电传动控制》第五版课后习题答案

第3章直流电机的工作原理及特性习题3.1为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？答案：直流电动机工作时，（1）电枢绕组中流过交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个（2）变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在（3）垂直于磁通方向的平面内环流，所以叫涡流。涡流损耗会使铁芯发热。为了减小这种涡流损耗，电枢铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以（4）增大涡流通路上的电阻，从而起到（5）减小涡流的作用。如果没有绝缘层，会使整个电枢铁芯成为一体，涡流将增大，使铁芯发热。因此，如果没有绝缘，就起不到削减涡流的作用。习题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定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？答案：∵当电动机再次达到稳定状态后，输出转矩仍等于负载转矩，即输出转矩T＝TL＝常200aaeeaemaemeeRUnIKKRUnEKnTKInnnKKKUTK=Φ=-ΦΦ=∴=Φ-Φ∴-Δ=Φ=ΦQQ又当T=0aaUEIR=+数。又根据公式（3.2），T＝KtФIa。∵励磁磁通Ф减小，T、Kt不变。∴电枢电流Ia增大。再根据公式（3.11），U＝E＋Ia·Ra。∴E=U－Ia·Ra。又∵U、Ra不变，Ia增大。∴E减小即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E1。习题3.8一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN＝5.5KW，UN＝110V，IN＝62A，nN＝1000r/min，试绘出它的固有机械特性曲线。（1）第一步，求出n0（2）第二步，求出（TN，nN）答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra＝（0.50~0.75）(NNNIUP-1)NNIU我们取Ra＝0.7(NNNIUP-1)NNIU，计算可得，Ra＝0.24Ω再根据公式（3.16）得，（1-2）KeФN＝（UN－INRa）/nN=0.095又根据（1-3）n0＝UN/（KeФN），计算可得，n0＝1158r/min根据公式（3.17），（2-1）TN＝9.55NNnP，计算可得，TN＝52.525N·M根据上述参数，绘制电动机固有机械特性曲线如下：3.10一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。①n0=UNnN/(UN-INRa)=220*1500/220-34.4*0.242=1559r/min求出Keφ=0.1411TN=9.55PN/nN=9.55*6500/1500=41.38Nm155941.38②n=U/Keφ-(Ra+Rad)T/KeKtφ2=U/Keφ-(Ra+Rad)T/9.55Ke2φ2=1559-(0.242+Rad)41.38/9.55Ke2φ2当3Ωn=854r/min当5Ωn=311r/min③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2当UN=0.5UN时n=732r/minn0=UNnN/2(UN-INRa)=780r/min④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82当φ=0.8φ时n=1517r/minn0=UN/0.8Keφ=1949r/minn03.11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/Ra习题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？若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通，这时会产生什么现象（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，若突然将励磁绕组断开，此时又将出现什么情况？答案：直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，是为了产生主磁通Ф。若忘了先合励磁绕组的电源开关就把电枢电源接通会产生的现象是：（1）当TL＝0时此时，虽然没有励磁电流但是电动机内部的主磁极上仍会有剩磁（T＝KtФIa），当接通电枢电源时，电磁转矩不等于0，而TL＝0，故电动机会转动，但是电动机转速会不断上升，最后发生“飞车”。（2）当TL＝TN时此时，电动机内部同样由于主磁极上有剩磁，而产生电磁转矩。如果此时的电磁转矩大于负载转矩，电动机则会转动；如果此时的电磁转矩小于负载转矩，电动机则不会转动，且由于此时反电动势E等于0，因此电枢电流Ia会很大，可能会损坏电枢绕组。当电动机运行在额定转速下，突然将励磁绕组断开，电动机主磁通Ф迅速减小，同时电枢电流会急剧增大。如果此时的电磁转矩大于负载转矩，电动机则会继续转动；如果此时的电磁转矩小于负载转矩，电动机则会慢慢减速直至停止。习题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.如果要使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？（1）∵ηN＝NNNIUP∴IaN=NNNUPh=1108.02200×=25A（2）IfN＝Uf/Rf＝1.33A（3）Pf=UNIfN＝110·1.33＝146.3W（4）TN＝9.55NNnP=14N·M（5）E=UN-IaN·Ra=100V（6）Ist=UN/Ra=275A（7）Ist=RadRaUN+≤2IaN，Rad≥RaIUaNN-2＝1.8Ω∴启动电阻至少为1.8Ω根据公式（3.16）可知，KeФ＝（UN－IaNRa）/nN=0.0667又Tst＝Ist·Kt·Ф＝9.55Ist·KeФ≤9.55·2IaNKeФ=31.83N·m∴启动转矩不会超过31.83N·m第5章交流电动机的工作原理及特性00nnnS-=060/nfp=2229.55PPTnw==22costTKIfj=222122222220220()()SRUSRUTKKRSXRSX==++0nST1n00nNSNnmSmTNTstTmax图5.23异步电动机的固有机械特性习题5.3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；2)定子旋转磁场对转子的转速；3)转子旋转磁场对转子的转速；4)转子旋转磁场对定子的转速；5)转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。提示：转子旋转磁场在空间的转速总是等于同步转速n0，即转子旋转磁场与定子旋转磁场在空间始终保持相对静止。答案：1)1500r/min2)30r/min3)30r/min4)1500r/min5)0r/min5.4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，转子电流也增加，定子的感应电动势因为转子的电流增加而变大（根据变压器的工作原理），所以定子的电流也随之提高.习题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？答案：由图5.24和图5.20可知，当电源电压下降时，电动机转速降低，转子电流增加；再由式（5.27）可知，当电压下降时，电动机输出转矩先减小，但随着电动机转速的降低，输出转矩会逐渐增大，并最终等于负载转矩。习题5.6有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。满载型号PN/KWUN/VnN/r·min-1IN/AηN×100cosфNNstIINstTTNITmaxY132-63220/38096012.8/7.2830.756.52.02.0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，Tmax和Ist；3)额定负载时电动机的输入功率是多少？答案：1)参考5.2.3节的内容可知，对于线电压为380V的三相电，该电机应接成“Y”型。2)n0＝1000r/min；p＝3；SN＝0.04；TN＝29.8N·m；Tst＝Tmax＝59.6N·m；Ist＝46.8A(当电机接成“Y”型时，其线电流值取7.2A)3)3614W习题5.13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？答案：由（5.30）可知，当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大。但是其增大到一定值时，启动转距反而会减小。第六章控制电机习题6.3有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化？答案：当负载增加时，电机输出转矩小于负载转矩，因此电机转速会降低。由公式n＝U/KeΦ－Ia·Ra/KeΦ，可知当电枢控制电压U和励磁不变时，n减小必然会使电枢电流Ia增加；又因为T＝Kt·Φ·Ia，所以输出转矩会随着电枢电流的增大而增加，最后与负载转矩平衡。习题6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc＝110V时，电枢电流Ia1＝0.05A，转速n1＝3000r/min；加负载后Ia2＝1A，转速n2＝1500r/min。试作出其机械特性n＝f（T）。答案：由公式n＝U/KeΦ－Ia·Ra/KeΦ，得到3000＝110/KeΦ－0.05·Ra/KeΦ1500＝110/KeΦ－Ra/KeΦ根据上面两式，得出KeΦ＝0.0357因此，T1＝9.55KeΦ·Ia1=0.017，T2＝9.55KeΦ·Ia2=0.341由上面所得（0.017，3000）和（0.341，1500），即可画出对应的机械特性曲线，如图6-1所示。300015000.0170.3410Tn图6-1机械特性曲线习题6.6为什么直流力矩电动机要做成扁平圆盘状结构？直流力矩电动机的电磁转矩为T=BIaNlD/2在电枢体积相同条件下，电枢绕组的导线粗细不变，式中的BIaNl/2近似为常数，故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大.空载转速n0与直径D成反比，当D越大，空载转速n0就越低。习题6.10一台磁阻式电磁减速同步电动机，定子齿数为46，极对数为2，电源频率为50Hz，转子齿数为50，试求电机的转速。答案：根据公式ω＝（Zr－Zs）/Zr·2πf/p，可知n＝ω·60/2π=（50－46）·60/2=120r/minn0=60*50/2=1500r/min，n=（Zr－Zs）/Zr*n0=120r/min习题6.13一台直流测速发电机，已知Ra＝180Ω，n＝3000r/min，RL＝2000Ω，U＝50V，求该转速下的输出电流和空载输出电压。答案：由公式Ua＝Ce·n/(1+Ra/RL)，可得50＝Ce·n/(1+180/2000)，由此导出Ce·n＝54.5即空载输出电压等于54.5VIa＝Ua/RL＝50/2000＝0.025A第8章继电器-接触器控制系统习题8.2为什么交流电弧比直流电弧容易熄灭？因为交流是成正旋变化的，当触点断开时总会有某一时刻电流为零，此时电流熄灭.而直流电一直存在，所以与交流电相比电弧不易熄灭.8.3若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源，或直流电器的线圈误接入同电压的交流电源，会发生什么问题？若交流电器的线圈误接入同电压的直流电源，会因为交流线圈的电阻太小而流过很大的电流使线圈损坏.直流电器的线圈误接入同电压的交流电源，触点会频繁的通断，造成设备的不能正常运行。8.6两个相同的110V交流接触器线圈能否串联接于220V的交流电源上运行？为什么？若是直流接触器情况又如何？为什么？两个相同的110V交流接触器线圈不能串联接于220V的交流电源上运行，因为在接通电路的