机电传动与控制第五版答案第四章
第四章
5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，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/p S=(n0-n)/ n0
=60*50/2 0.02=(1500-n)/1500
=1500r/min n=1470r/min
电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min,
转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z
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？为什么？
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n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设
在额定负载下运行，试求：
①定子旋转磁场对定子的转速；
1500 r/min
②定子旋转磁场对转子的转速；
30 r/min
③转子旋转磁场对转子的转速；
30 r/min
④转子旋转磁场对定子的转速；
1500 r/min
⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。
0 r/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。
试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？
②求n0,p,S N,T N,T st,T max和I st；
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.
②T N=9.55P N/n N=9.55*3000/960=29.8Nm
Tst/ T N=2 Tst=2*29.8=59.6 Nm
T max/ T N=2.0 T max=59.6 Nm
I st/I N=6.5 I st=46.8A
一般n N=(0.94-0.98)n0 n0=n N/0.96=1000r/min
S N= (n0-n N)/ n0=(1000-960)/1000=0.04
P=60f/ n0=60*50/1000=3
③η=P N/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，满载和空载启动时，启动
电流是否相同？启动转矩是否相同？
三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动
电流和启动转矩都相同。T st=KR2u2/(R22+X220) I=4.44f1N2/R 与U，R2，X20有关
5.10 三相异步电动机为什么不运行在T max或接近T max的情况下?
根据异步电动机的固有机械特性在T max或接近T max的情况下运行是非常不稳定的，有可能造成电动机的停转。
5.11有一台三相异步电动机，其铭牌数据如下：
①当负载转矩为250N·m时，试问在U=U N和U`=0.8U N两种情况
下电动机能否启动？
T N=9.55 P N/ n N
=9.55*40000/1470
=260Nm
Tst/T N=1.2
Tst=312Nm
Tst=KR2U2/（R22+X202）
=312 Nm
312 Nm>250 Nm 所以U=U N时电动机能启动。
当U=0.8U时 Tst=（0.82）KR2U2/（R22+X202）
=0.64*312
=199 Nm
Tst ②欲采用Y-△换接启动,当负载转矩为0.45 T N和0.35 T N两种 情况下, 电动机能否启动？ Tst Y=Tst△/3 =1.2* T N /3 =0.4 T N 当负载转矩为0.45 T N时电动机不能启动 当负载转矩为0.35 T N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 过的启动电流和电动机的启动转矩。 I N= P N/ U NηN cosφN√3 =40000/1.732*380*0.9*0.9 =75A I st/I N=6.5 I st=487.5A 降压比为0.64时电流=K2 I st =0.642*487.5=200A 电动机的启动转矩T= K2 Tst=0.642312=127.8 Nm 5.12 双鼠笼式、深槽式异步电动机为什么可以改善启动性能？高转 差率鼠笼式异步电动机又是如何改善启动性能的？ 因为双鼠笼式电动机的转子有两个鼠笼绕组，外层绕组的电阻系数大于层绕组系数，在启动时S=1，f2=f，转子外两层绕组的电抗都大大超过他们的电阻，因此，这时转子电流主要决定于转子电抗，此外外层的绕组的漏电抗小于层绕组的漏电抗，因此外笼产生的启动转矩大，层的启动转矩小，启动时起主要作用的是外笼。 深槽式异步电动机的启动性能得以改善的原理。是基于电流的集肤效应。处于深沟槽中得导体，可以认为是沿其高度分成很多层。各层所交链漏磁通的数量不同，底层一层最多而顶上一层最少，因此，与漏磁通相应的漏磁抗，也是底层最大而上面最小，所以相当于导体有效接面积减小，转子有效电阻增加，使启动转矩增加。 高转差率鼠笼式异步电动机转子导体电阻增大，即可以限制启动电流，又可以增大启动转矩，转子的电阻率高，使转子绕组电阻加大。 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？ 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 5.14 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 第二章机电传动系统的动力学基础 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静 态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 试列出以下几种情况下（见题图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减 速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 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。 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。 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. 在题图中，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 第三章 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N =180kW, U N =230V,n N =1450r/min, η N =%，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= η N ） P N =U N I N 180KW=230*I N I N =782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N 100/η N P= 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N =, U N =220V, n N =1500r/min, η N =%, 试求该电机的额定电流和转矩。 P N =U N I N η N 7500W=220V*I N * I N =38.5A T N =n N = 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R a 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.I st =U N /R a 直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 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 1、如图所示，判断哪组是正确的。 （a ）L M T T > (b) L M T T = (c) L M T T < A ：图（a ）M T 为正，是拖动转矩，加速状态 B ：图（b ）M T =L T ，匀速状态 C ：图（c ）M T 为正，L T 为负，减速状态 2、关于交流电动机调速方法正确的有： A ：变频调速； B ：改变磁通调速； C ：改变转差率调速； D ：定子串电阻调速 3、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 。 A ：减少； B ：增加； C ：等于零。 4、三相鼠笼异步电动机在相同电源电压下，空载启动比满载启动的启动转 矩 。 A ：相同； B ：大； C ：小。 5、如下图所示，曲线1和曲线2分别为电动机和负载的机械特性。试问：电 动机能否在A 点稳定运行 A ：能； B ：不能； C ：不能确定 6．恒功率型机械特性为负载转矩与转速成： A 正比; B 反比。 7、有一台三相异步电动机，正常运行时为?接法，在额定电压下启动，其 N st T T 2.1=，若采用?-Y 换接启动，试问当负载转矩N L T T %35=，电动机能否 启动 A ：能； B ：不能； C ：不能确定 8．三相异步电动机的何种制动又叫发电制动。 A 反接制动； B 反馈制动； C 能耗制动 9．晶体管直流脉宽调速系统比晶闸管直流调速系统动态响应速度： A 高； B 低； C 一样。 10、直流电动机当电枢回路中串接电阻后，其固有的机械特性曲线是： A ：由（0，no ）出发的一簇向下倾斜的直线； B ：一簇平行于固有特性曲线的人为特性曲线； C ：；由（0，no ）出发的一簇向上倾斜的直线； D ：不确定； 11、下列方法中哪一个不是消除交流伺服电动机“自转”的方法： 西南科技大学成教学院德阳教学点 《机电传动控制》练习题 姓名：学号：班级：成绩： 一、单项选择题 1．机电传动的发展大体上经历的阶段顺序是：（） A．单电机拖动、双电机拖动、成组拖动 B．成组拖动、单电机拖动、多电机拖动C．单电机拖动、多电机拖动、成组拖动 D．成组拖动、单电机拖动、网络拖动 2、机电传动系统稳定工作时中如果T M >T L ，电动机旋转方向与T M 相同，转速将产生的变 化是。（） A．减速 B．加速 C．匀速 D．停止 3、机电传动系统中如果T M 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由 生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即 静态）的工作状态。 试列出以下几种情况下（见题图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减 速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） TM TL TL TM N TM=TL TM< TL TM-TL<0说明系统处于减速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L M>L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原 则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？ 因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。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=ω2 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。 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。 如图（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=, 转速n M=900r/min; 中间传动轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/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=+2/9+16/225= .如图（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力F=100N,电动机的费轮转距GD2M= m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为。试球体胜速度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GD2z.。 ωM=*2n/60= rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=4*4*2=s v=ωD/2=2*=s T L=ηC n M=*100**950= GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2 =*+100*322 = 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. 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。 在题图中，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 第二章机电传动系统的动力学基础 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和 静态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加 速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速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。 2.9 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. 2.11 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 第三章 3.1为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N=180kW, U N=230V,n =1450r/min,ηN=89.5%，试求： N 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） P N=U N I N 180KW=230*I N I N=782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N100/ηN P=87.4KW 3.6 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 =1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。 N P N=U N I NηN 7500W=220V*I N*0.885 I N=38.5A T N=9.55P N/n N =47.75Nm 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R a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.I st=U N/R a 3.14直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 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 第二章 2-1从运动方程式中怎样看出系统是处于加速的、减速的、稳定的和静止的工作状态。 T M>T L加速运动 T M 第四章 5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z，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/p S=(n0-n)/ n0 =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f2=Sf1=0.02*50=1 H Z 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？为什么？ 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n N=1470r/min,电源频率为50H Z。设 在额定负载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/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。 试求：①线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n0,p,S N,T N,T st,T max和I st； 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. 习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础 2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 系统的运动状态是减速 2.7 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 L =16kgm 2,转速n L =60 r/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/j 2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm 2 . 2.8 如图2.3（b ）所示，电动机转速n M =950 r/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,电动机的费轮转距GD 2M =1.05N m 2, 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T L 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD 2z.。 ωM =3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM /j 1j 2j 3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L =9.55FV/ηC n M =9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD 2Z =δGD M 2+ GD L 2/j L 2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM 2 机电传动控制(全套完整版) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 机电传动控制教案 学院、系：机械电子工程学院机电系 任课教师：任有志 授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分： 课程总学时：60学时 课程周学时： 2006年2月20日 机电传动控制教学进程 周次课 次 章节计划学时教学手段教学环境 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 §1.1§1.2§1.3§2.1 §2.3§2.4 §3.1§3.2 §3.3 §3.4§3.5§3.6 §5.1§5.2§5.3§5.4 §5.4§5.5§5.7§5.8 §6.1§6.2§6.3 §6.4 §6.5 §6.7§7.1§7.2 §7.3 §7.4§7.5 §7.6 电动机原理习题讨论课 §8.1 §8.1 §8.2 实验课继电器接触器控 制实验 习题讨论课：§8.3 §8.4 §9.1 §9.2 实验课：可编程序控制器 认识实验 §9.3 §9.3 实验课：可编程序控制器 编程练习 §10.1 §10.2 §10.3§10.5 §10.6 实验课：晶闸管特性及触 发原理 §11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §12.1 §13.1 §13.2 §13.3 §13.4 实验课 题讨论课 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 辅导 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 讲授 讲授 指导 讲授 指导 讲授 讲授 指导 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 直流电动机的工作原理：当电枢在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势e，这个电动势的方向与电流或外加电压的方向总是相反，所以称为反电势，它与发电机中电动势的作用是不同的。 直流电机主要由定子、转子、换向器三部分组成。 主磁极用以生产气隙磁场，以便电枢绕组在此磁场中转动而感应电势。产生磁场可以有两种方法，其一是采用永久磁铁作主磁极，这样的电机称为永磁直流电机，极大部分的微、小型直流电机都采用这种方法；其二是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场，几乎所有的中、大型直流电机的主磁极都采用这种方法。对于第二种方法，主磁极包括主磁极铁芯和套在铁芯上的励磁绕组两部分。主磁极铁芯靠近电枢的扩大部分称为极掌（或极靴）。 电枢铁芯用作电机磁的通路及嵌置电枢绕组。为了减少涡流损耗，电枢铁芯一般用0.5或0.35毫米厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。电枢绕组用以感应电势和通过电流，使电机实现机电能量转换。电枢绕组由许多用绝缘导线绕成的线圈组成。各线圈以一定规律焊接到换向器上而连接成一整体。 换向器的作用对发电机而言，是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直流电势。对电动机而言，则是将从电源输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流。并保证每个磁极下电枢导体内电流的方向不变，以产生方向不变的电磁转矩。电刷的作用有二，其一是把转动的电枢与外电路相连接，使电流经电刷流入电枢或从电枢流出；其二是它与换向器配合而获得直流电压。电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和汇流条等部件构成。 根据电机励磁方式的不同，直流电机有他他励、并励、串励、复励励、并励、串励、复励和永磁等形式 并励发电机电压能建立的条件：首要条件是发电机的磁极要有剩磁。其次是励磁电流所产生的磁场的方向与剩磁磁场的方向相同。励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。 在复励发电机的这两个励磁绕组中通人电流后，它们产生磁场的方向通常是相同的。在并励发电机中，其端电压随着负载电流的增大而下降。但在复励发电机中，当负载电流增大时，串励绕组能自动增加磁通，以补偿端电压的下降。 机电传动控制复习提纲 第一章机电传动的动力学基础 1.机电传动运动方程的几种形式 2.1、2.2、2.3题 2.飞轮矩、转动惯量的折算 2.7、2.8 3.机电传动系统稳定平衡点的判断 2.11 第三章直流电机的工作原理与特性 1.基本方程 电动势方程：E k e n 电磁转矩方程：T k t I a 电枢回路电动势平衡方程：U E I aR 2.固有机械特性与人为机械特性（电枢串接电阻、改变电枢电压、改变磁通）的曲线与特点 3.计算题类型：3.10、3.15；分析题类型：3.21 第四章机电传动系统的过渡过程（略） 第五章交流电动机的工作原理及特性 1.固有机械特性（式5.27）与人为机械特性（降低电源电压、定子回路串接电阻或电抗、改变电源频率、转子回路串接电阻） 2.交流电机启动方法 3.三相异步电动机调速特性（式5.36） 4.单相异步电动机工作原理 5.计算题类型：5.6、5.11 第六章控制电机 1.两相交流伺服电机消除自转的方法 第七章机电传动控制系统中常用的检测元件 略 第八章继电器-接触器控制 1.继电器-接触器控制的基本线路 （直接启动、转子串接电阻启动、正反转控制、Y—△接法降压启动） 例题：8.18 第九章PLC控制 1.PLC基本结构 2.PLC等效继电器 3.梯形图编程 4.例题：三相异步电机启停控制、三相电机正反转控制、三相电机Y-△启动控制、搬运机械手控制 《机电传动控制》复习重点 第2xx机电传动的动力学基础 机电传动系统的运动方程式 会判断驱动力矩和负载力矩的正负号 并能够根据该方程式判断机电系统的运动状态 动态转矩的概念 机电传动的负载特性 什么是负载特性：电动机轴上的负载转矩与转速之间的关系 4种典型的负载特性曲线 恒转矩负载包括反抗性恒转矩负载和位能性负载 机电传动稳定运行的条件 充分必要条件 掌握判断稳定工作点的方法 第三章直流电机的工作原理及特性 直流电机既可以用作电动机也可以用作发电机 任何电机的工作原理都是建立在电磁力和电磁感应的基础上的 直流电机做发电运行和电动运行时都会产生电动势E和电磁转矩T，但是不同的运行方式下其作用是不同的 电势平衡方程 力矩平衡方程 并励发电机电压建立的三个条件是什么？ 1 绪论 1.1 机电传动控制的目的和任务 机电传动也称电力拖动或电力传动，是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。其目的是将电能转变成机械能，实现生产机械的起动/停止和速度调节，以满足生产工艺过程的要求，保证生产过程正常进行。因此，机电传动控制包括用于拖动生产机械的电动机以及电动机控制系统两大部分。 在现代化生产中，生产机械的先进性和电气自动化程度反映了工业生产发展的水平。现代化机械设备和生产系统已不再是传统的单纯机械系统，而是机电一体化的综合系统。机电传动控制已成为现代化机械的重要组成部分。机电传动控制的任务从狭义上讲，是通过控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用；而从广义上讲，则是使生产机械设备、生产线、车间乃至整个工厂实现自动化。 随着现代化生产的发展，生产机械或生产过程对机电传动控制的要求越来越高。例如：一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米；为了保证加工精度和粗糙度，重型镗床要求在极低的速度下稳定进给，因此要求系统的调速范围很宽；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械操作频繁，要求在不到1s 的时间内就能完成正反转切换，因此要求系统能够快速起动、制动和换向；对于电梯等提升机构，要求起停平稳，并能够准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机或造纸机，要求各机架或各部分之间保持一定的转速关系，以便协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设备组成的自动生产线实行统一控制和管理。上述这些要求都要依靠机电传动控制来实现。 随着计算机技术、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术、电动机和电器制造业及自动化元件的发展，机电传动控制正在不断创新与发展，如直流或交流无级调速控制系统取代了复杂笨重的变速箱系统，简化了生产机械的结构，使生产机械向性能优良、运行可靠、体积小、重量轻、自动化方向发展。因此，在现代化生产中，机电传动控制具有极其重要的地位。 1.2 机电传动控制的发展 1.2.1 机电传动的发展 机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的传动方式发生了深刻的变革，电动机替代了蒸汽机。而后，它的发展大体上经历了成组拖动、单电机拖动、多电机拖动和交、直流无级调速四个阶段。 1. 成组拖动 成组拖动是用一台电动机拖动一根天轴，然后再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种传动方式生产效率低、劳动条件差，一旦电动机发生故障，将造成成组的生产机械停车。 2. 单电机拖动 机电传动控制 冯清秀 邓星钟 等编著 第五版 课后习题答案详解 2.1 说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩、静态转矩和动态转矩的概念。 答：拖动转矩：电动机产生的转矩Tm 或负载转矩TL 与转速n 相同时，就是拖动转矩。 静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL ，它不随系统加速或减速而变化。 动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td ，它使系统的运动状态发生变化。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态？ dt d J T T L M ω =- 答：运动方程式： d L M T T T =- Td>0时：系统加速； Td=0 时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速 2.3 试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运行状态是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） 答：a 匀速，b 减速，c 减速，d 加速，e 减速，f 匀速 2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？ 答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。 由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。 由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。 2.5 为什么低速轴转矩大？调速轴转矩小？ 答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即P1＝P2 而P1＝T1ω1，P2＝T2ω2 所以T1ω1＝T2ω2，当ω1＞ω2时， T1＜T2 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？ 答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。 2.7 如图所示，电动机轴上的转动惯量JM ＝2.5kg.m2，转速nM ＝900r/mim ；中间传动轴的转动惯量J1＝2kg.m2，转速n1＝300r/mim ；生产机械轴的惯量JL ＝16kg.m2，转速nL ＝60r/mim 。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。 答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15 )(8.21516 325.2222211m kg j J j J J J L L M Z ?=++=++= 2.8 如图所示，电动机转速nM ＝950r/mim ，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.m ，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GDZ2。 第三章、直流电机 1、机械传动系统负载特性：恒转矩型（反抗性恒转矩负载、位能性恒转矩负载）、离心式通风机型、直线型、恒功率型负载特性。 2、要加快电动机系统过渡过程，应设法减小系统飞轮转矩和增加动态转矩。 3、他励直流电动机 （1）、为什么直流电动机不能直接启动？直流电动机启动方法： 电动机启动之前，n=0,E=0,Ra很小。电动机直接并入电网并施加额定电压时，启动电流Ist=Un/Ra,为额定电流的10-20倍。①在换向过程中，产生危险的电火花，甚至烧坏整流子。 ②过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏。③产生与启动电流成正比的启动转矩，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。④对电网供电电动机来说，过大的启动电流将使保护装置动作，从而切断电源，使生产机械停止工作，或引起电网电压下降，影响其它负载正常运行。 启动方法：①降压启动②在电枢回路中串接外加电阻启动。 问：为什么要逐级切除启动电阻？如果切除太快，会带来什么后果？ 如果启动电阻一下全部切除，在切除瞬间，由于机械惯性作用使电动机转速不能突变，再次瞬间转速维持不变。机械特性会转移到其他特性曲线上，此时冲击电流很大。如果切除太快，会有可能烧坏电动机。 （2）、调速：①改变电枢电路串接电阻Rad、(空载转速不变，随着电阻增加，转速降落增大，特性变软) ②改变电枢供电电压U、（空载转速随电压减小而减小，转速降落不变，特性硬度不变，恒转矩调速）③改变电动机主磁通φ（理想空载转速随磁通改变而改变，转速降落随磁通改变而改变，特性变软，恒功率调速） （3）、制动：反馈制动、反接制动（电源反接，倒拉反接制动）、能耗制动 4、问：一台直流电动机拖动一台卷扬机构，在重物匀速上升时将电枢电源反接，电动机经历了几种运行状态？①正向电动状态，由a到b特性曲线转变②反接制动状态，n降低，到达c点转速为零③反向电动状态，c→f，转速n逐渐反向增加④稳定平衡状态，到达f 平衡点，转速n不再变化 5、单相异步电动机采用定容分相式和罩极式法进行启动 第四章、交流电机 1、三相异步电动机 （1）、启动特性：启动电流大、启动转矩小。 启动方法：①直接启动、②电阻或电抗器降压启动、③Y-△降压启动、④自耦变压器降压启动、⑤软启动器------绕线异步电动机：逐级切除启动电阻法、频敏变阻器启动法。（2）、调速方法：①变极对数调速、②变转差率调速（调压调速、转子电路串接电阻调速）③变频调速（变压变频调速、恒压弱磁调速） （3）、制动方法：反馈制动、反接制动（电源反接，倒拉制动）、能耗制动 2、单相异步电动机启动：电容分相式异步电动机、罩极式单相异步电动机 3、同步电动机启动方法：异步启动法 4、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、结合交流异步电动机的机械特性分析，在负载转矩不变的情况下，当电源电压降低很多 参考答案 第2章机电传动系统的动力学基础 解：已知，传动比j 1=3，j 2=2，，η=。 根据公式（）可得等效负载转矩T L 为 =m 根据公式（）等效飞轮转矩 为 =m 2 解：（a ）、（c ）、（d ）、（e ）稳定系统；（b ）不稳定系统。 第3章电动机的工作原理及机械特性 解：（1）根据公式（）电枢电阻R a 为 = =~(Ω) 在此，取Ra=(Ω) （2）理想空载转速n 0为 （3）额定转矩T N 为 T N =52.5-n N =-1000-n 0=-1127 O n (r/min)T (N·m) -T N =-52.5n N =1000 n 0=1127 解：（1）额定电枢电流I aN为 （2）额定励磁电流I fN为 （3）励磁功率P f为 （4）额定转矩T N为 （5）额定电流时的反电动势E为 （6）直接启动时的启动电流I st为 （7）如果启动电流I st≤2I aN时，那么启动电阻R st为 此时启动转矩T st为 解：（1）额定电压U N=220/380V表示“△”接法的额定电压为220V，“Y”接法的额定电压为380V。因此线电压为380V时，三相定子绕组应采用“Y”接法。 （2） ■极对数p 根据电动机的型号Y132-6知电动机的级数为6，则极对数p=3。 ■同步转速n0为 ■额定转速下的转差率S N为 ■额定转矩T N为 ■启动转矩T st为 由技术参数表可知，T st=2 T N=2×= ■最大转矩T max为 由技术参数表可知，T max=2 T N=2×= ■启动电流I st为 由技术参数表可知， “△”接法：I st==×= “Y”接法：I st==×= （3）额定负载时，电动机的输入功率P I 根据P48，公式（）可得电动机的输入功率P I为 解：（1） ■当定子电路的电源电压U=U N时， 额定转矩 启动转矩T st==×=·m ■当定子电路的电源电压U=时，查P56 表3-2可知， 启动转矩==×=·m 综上，当负载转矩T L=250N·m时，在定子电路的电源电压U=U N的情况下电动机能够正常启动；在定子电路的电源电压U=的情况下电动机不能正常启动。 （2）采用“△”启动时的启动转矩T st△为 T st△= 采用“Y”启动时，启动转矩T stY为 T stY=T st△/3=3= T N 因此，采用Y-△降压启动时，在负载转矩为的情况下，电动机不能正常启动；在负载转矩为的情况下，电动机能正常启动。 （3）采用自耦变压器降压启动，设压降为，查P56 表3-2可知， 启动电流==×= 启动转矩==×= N·m 机电传动控制(完整版) 机电传动控制教案 学院、系：机械电子工程学院机电系 任课教师：任有志 授课专业：机械设计制造及其自动化课程学分： 课程总学时：60学时 课程周学时： 2006年2月20日 机电传动控制教学进程 周次课 次 章节计划学时教学手段教学环境 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 §1.1§1.2§1.3§2.1 §2.3§2.4 §3.1§3.2 §3.3 §3.4§3.5§3.6 §5.1§5.2§5.3§5.4 §5.4§5.5§5.7§5.8 §6.1§6.2§6.3 §6.4 §6.5 §6.7§7.1§7.2 §7.3 §7.4§7.5 §7.6 电动机原理习题讨论课 §8.1 §8.1 §8.2 实验课继电器接触器控 制实验 习题讨论课：§8.3 §8.4 §9.1 §9.2 实验课：可编程序控制器 认识实验 §9.3 §9.3 实验课：可编程序控制器 编程练习 §10.1 §10.2 §10.3§10.5 §10.6 实验课：晶闸管特性及触 发原理 §11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §12.1 §13.1 §13.2 §13.3 §13.4 实验课 题讨论课 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 辅导 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 讲授 讲授 指导 讲授 指导 讲授 讲授 指导 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 讲授 指导 辅导 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 多媒体教室 机电实验室 多媒体教室 机电传动控制复习提纲： 1．从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 答：TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2．一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？ 答：可分为恒转矩型负载特性；离心式通风机型负载特性；直线型负载特性；恒功率型负载特性，4种类型的负载。 3．反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？ 答：反抗转矩的方向恒与运动方向相反，运动方向发生改变时，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，而在相反方向便促进运动。 4．如何判断系统的稳定平衡点 P12 答：（1）电动机的机械特性曲线和生产机械的负载特性曲线有交点（即拖动系统的平衡点）；（2）当转速大于平衡点所对应的转速时，TM机电传动控制课后习题答案
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