冯清秀机电传动控制课后习题答案文档格式.docx
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转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω,p不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2
2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？
因为P=Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T越小。
2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的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=15
J=JM+J1/j2+JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2
.2.8如图2.3（b）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,电动机的费轮转距GD2M=1.05Nm2,齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。
试球体胜速度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GD2z.。
ωM=3.14*2n/60=99.43rad/s.
提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s
v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s
TL=9.55FV/ηCnM=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM
GD2Z=δGDM2+GDL2/jL2
=1.25*1.05+100*0.242/322
=1.318NM2
2.9一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？
可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载.
2.10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
3.1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：
防止电涡流对电能的损耗..
3.2并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？
不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励.
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，能否改变其稳定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.
3.5一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：
PN=180kW,UN=230V,nN=1450r/min,ηN=89.5%，试求：
①该发电机的额定电流；
②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）
解：
①PN=UNIN
180KW=230*IN
IN=782.6A
该发电机的额定电流为782.6A
②P=IN100/ηN
P=87.4KW
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=UNINηN
7500W=220V*IN*0.885
IN=38.5A
TN=9.55PN/nN
=47.75Nm
3.7一台他励直流电动机：
PN=15KW,UN=220V,IN=63.5A,nN=2850r/min,Ra=0.25Ω，其空载特性为：
U0/V
115184230253265
If/A
0.4420.8021.21.6862.10
今需在额定电流下得到150V和220V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？
由空载特性其空载特性曲线.
当U=150V时If=0.71A
当U=220V时If=1.08A
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。
Ra=（0.50~0.75）（1-PN/UNIN）UN/IN
=0.6（1-5500/110*62）*110/62
=0.206Ω
n0=nNUN/（UN-INRa）
=1131r/min
TN=9.55*5500/1000
=52.525Nm
1131
52.525
3.9一台并励直流电动机的技术数据如下：
PN=5.5KW,UN=110V,IN=61A,额定励磁电流Ifn=2A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗，铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。
n0=UNnN/（UN-INRa）TN=9.55PN/nN
=110*1500/（110-61*0.2）=9.55*5500/1500
=1687r/min=35Nm
1687
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电枢服加电阻分别为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
=9.55*6500/1500
=41.38Nm
1559
41.38
②n=U/Keφ-（Ra+Rad）T/KeKtφ2
=U/Keφ-（Ra+Rad）T/9.55Ke2φ2
当3Ωn=854r/min
当5Ωn=311r/min
③n=U/Keφ-RaT/9.55Ke2φ2
当UN=0.5UN时n=732r/min
n0=UNnN/2（UN-INRa）
=780r/min
④n=U/0.8Keφ-RaT/9.55Ke2φ20.82
当φ=0.8φ时n=1517r/min
n0=UNnN/0.8Keφ
=1964r/min
n0
3.11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
3.12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.
3.14直流串励电动机能否空载运行?
串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足以将绕组元件甩到槽外,还可能串励电动机也可能反转运行.但不能用改变电源极性的方法,因这时电枢电流Ia与磁通φ同时反响,使电瓷转矩T依然保持原来方向,则电动机不可能反转.
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=UNIaNηN
2200=110*IaN*0.8
IaN=25A
2Uf=RfIfN
IfN=110/82.7
=1.33A
③Pf=UfIfN
=146.3W
④额定转矩TN=9.55PN/nN
=14Nm
⑤额定电流时的反电势EN=UN-INRa
=110V-0.4*25
=100V
⑥直接启动时的启动电流Ist=UN/Ra
=110/0.4
=275A
⑦启动电阻2IN>
UN/（Ra+Rst）
Rst>
1.8Ω
启动转矩
Keφ=（UN-INRa）/nN=0.066
Ia=UN/（Ra+Rst）T=KtIaφ
=52.9A=9.55*0.066*52.9
=33.34Nm
3.16直流电动机用电枢电路串电阻的办法启动时，为什么要逐渐切除启动电阻？
如切出太快，会带来什么后果？
如果启动电阻一下全部切除,,在切除瞬间,由于机械惯性的作用使电动机的转速不能突变,在此瞬间转速维持不变,机械特性会转到其他特性曲线上,此时冲击电流会很大,所以采用逐渐切除启动电阻的方法.如切除太快,会有可能烧毁电机.
3.17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/keKtφ2
T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.
3.21一台直流他励电动机拖动一台卷扬机构，在电动机拖动重物匀速上升时讲电枢电源突然反接，试利用机械特性从机电过程上说明：
①从反接开始到系统新的稳定平衡状态之间，电动机经历了几种运行状态？
最后在什么状态下建立系统新的稳定平衡点？
②各种状态下转速变化的机电过程怎样？
1从反接开始到系统到达新的稳定平衡状态之间,电动机经历了电动机正向电动状态,反接制动状态,反向电动状态,稳定平衡状态.
2
ba
c
f
电动机正向电动状态由a到b特性曲线转变;
反接制动状态转速逐渐降低,到达c时速度为零,反向电动状态由c到f速度逐渐增加.稳定平衡状态,反向到达f稳定平衡点,转速不再变化.
第四章
4.1什么叫过渡过程？
什么叫稳定运行过程？
试举例说明之。
当系统中的转矩或负载转矩发生改变时,系统就要由一个稳定的运转状态变化到另一个稳定运转状态,这个变化过程称为过渡过程.如龙门刨床的工作台,可逆式轧钢机的启动,制动,反转和调速.
当系统中德福在转矩和拖动转矩相等时,没有动态转矩,系统恒速运转,这个过程叫稳定运行过程,如不经常启动,制动而长期运行的工作机械.
4.2研究过渡过程有什么实际意义？
为了满足启动,制动,反转和调速的要求,必须研究过渡过程的基本规律,研究系统各参数对时间的变化规律,如转速,转矩,电流等对时间的变化规律,才能正确的选择机电传动装置,为电机传动自动控制系统提供控制原则.设计出完善的启动,制动等自动控制线路,以求改善产品质量,提高生产率和减轻劳动强度.这就是研究过渡过程的目的和实际意义.如造纸机要求衡转矩.
4.3若不考虑电枢电感时，试将电动机突加电枢电压启动的过渡过程曲线Ia=f（t）,n=f（t）和R-C串联电路突加输入电压充电过程的过渡过程曲线ic=f（t）、uc=f（t）加以比较，并从物理意义上说明它们的异、同点。
4.4机电时间常数的物理意义是什么？
它有那些表示形式？
各种表示式各说明了哪些关系？
机电时间常数的物理意义是ns-n=GD2n0dn/375Tstdt
τm=GD2n0/375Tst是反映机电传动系统机械惯性的物理量,表达形式有τm=GD2n0/375Tst和τm=ΔnLGD2/375TL和τm=GD2ns/375Td
4.5直流他励电动机数据如下：
PN=21kW,UN=220V,IN=115A,nN=980r/min,Ra=0.1Ω，系统折算到电动机轴上的总飞轮转矩GD2=64.7N/m2。
1求系统的机电时间常数τm；
2若电枢电路串接1Ω的附加电阻，则τm变为多少？
3若在上述基础上在将电动机励磁电流减小一半，又变为多少（设磁路没有饱和）？
①N0=nNUN/（UN-INRa）TN=9.55PN/nN
=1034r/min=9.55*21000/980
=205Nm
经过计算Tst=3926Nmτm=GD2n0/375Tst
=64.7*1034/375*3926
=0.04
系统的机电时间常数τm=0.045
②当电枢电路串接1Ω的附加电阻时
Δn=（Rad+Ra）TL/KeKtφKeφ=（UN-INRa）/nN
=0.212
τm=ΔnLGD2/375TL
=（Rad+Ra）GD2/375（Keφ）29.55
=0.438
③若在上述基础上在将电动机励磁电流减小一半,τm=ΔnLGD2/375TL
=（Rad+Ra）GD2/375（Keφ/4）29.55
=1.752s
4.6加快机电传动系统的过渡过程一般采用哪些方法？
加快机电传动系统的过渡过程一般采用1减少系统GD2.2增加动态转矩Td.
4.7为什么大惯量电动机反而比小惯量电动机更为人们所采用？
大惯量电动机电枢作的粗短,GD2较大但它的最大转矩约为额定转矩的5到10倍,快速性能好,且低速时转矩大,电枢短粗,散热性好过载持续时间可以较长.
4.8试说明电流充满系数的概念？
充满系数是电流曲线与衡坐标所包围的面积除以矩形曲线的面积.
4.9具有矩形波电流图的过渡过程为什么称为最优过渡过程？
它为什么能加快机电传动系统的过渡过程？
充满系数越接近1越好,说明整个动态过程中电流保持在最大值不变,整个过渡过程终电流越大,加快过渡过程.从而可获得最短的过程.
第五章
5.1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=1HZ
5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？
如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反.
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；
1500r/min
2定子旋转磁场对转子的转速；
30r/min
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。
0r/min
5.4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。
型号
PN/kW
UN/V
满载时
Ist/IN
Tst/TN
Tmax/TN
nN/r·
min-1IN/AηN×
100cosφ
Y132S-6
3
220/380
96012.8/7.2830.75
6.5
2.0
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,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=29.8Nm
Tst/TN=2Tst=2*29.8=59.6Nm
Tmax/TN=2.0Tmax=59.6Nm
Ist/IN=6.5Ist=46.8A
一般nN=（0.94-0.98）n0n0=nN/0.96=1000r/min
SN=（n0-nN）/n0=（1000-960）/1000=0.04
P=60f/n0=60*50/1000=3
3η=PN/P输入
P输入=3/0.83=3.61
5.7三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.
5.8三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。
5.9三相异步电动机在相同电源电压下，
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