机电传动各章习题与解答

各章习题及解答第 2 章 习题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：与机电传动系统转速 n 方向相同的转矩，既可以是电动机的转矩 TM，也可以是负载转矩 TL；静态转矩：即负载转矩 TL；动态转矩：定义为 TdT MT L2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态?2.3 试出以下几种情况下(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) T dT MT L0， 稳态，匀速(b) TdT MT L0， 加速(e) Td TMT LL故有：T H TL即，低速轴转矩大于高速轴转矩。也可以按以下方法回答：在传动系统中，传递效率： MLLTP可得：T MjL因为： 1，所以， TM L故有：J H JL而： gGDm42即，低速轴的 GD2 比高速轴的 GD2 大得多。2.7 如图 2.5(a)所示，电动机轴上的转动惯量 JM2.5 kgm2，转速nM=900r/min；中间传动劫的转动惯量 Jl2 kgm2，转速 nl300r/min ；生产机械轴的转动惯量 JL=16kg.m2，转速 nL60r/min。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。解：已知，J M=2.5kgm2， nM=900r/min；J 1=2 kgm2，n 1=300r/minJL=16 kgm2，n L=60r/min依据， 1ZjJ可求得： =2.5+2/9+16/225=2.79 kgm222609135.ZJ2.8 如图 2.3(b)所示，电动机转速 nM950r/min，齿轮减速箱的传动比j1=j24，卷筒直径 D=0.24m，滑轮的减速比 j32，起重负荷力 F100N ，电动机的飞轮转矩 GD21.05N 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 GD2Z已知，n M=950r/min，齿轮减速箱：j 1=j2=4，卷筒：D=0.24m；滑轮：j 3=2，起重负荷力 F=100N，电动机飞轮转矩 =1.05Nm2，齿轮、滑2MGD轮和卷筒的总效率=0.83。求：1) 提升速度 v；2) 折算到电动机轴上的静态转矩 TL3) 折算到电动机轴上 2ZGD解：1) 参考题图，可知重物提升的速度取决于滑轮的转速，易知：29.7r/min24950321jnMHL所以： 0.37m/s607.294.1.60HLDv2) 根据 ，可求得)/(5.9MCLnFvT=0.45Nm083.71L3) 根据 222122 365MLMZ nGvjDjGD对匀速运动的负载而言，可求得 G=mg=F100N将中间减速器的 GD2 按一定比例折算，即： 222365MLMZ nvjG取1.21.27 Nm 2222 95037.14.01. ZD2.9 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?答：可分为反抗负载与位能负载；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?答：反抗静态转矩也称摩擦转矩，是因摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转 等作用所产生的负载转矩，反抗转矩方向与运动方向始终相反，总是阻碍运动。位能静态转矩是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩。位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关。2.11 在题 2.1l 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 ?解：根据机电传动系统稳定运行的条件，a、b、c、d、e 都有交点，但在干扰消除后，有a) n1TL； n2nN 时，T MTL； n2nN 时，T MTL； n2nN 时，T MTL； n2nN 时，T MTL；不符合稳定条件e) n1TL； n2nN 时，T MTL；符合稳定条件所以a, b, c ,e 均为稳定平衡点，而 d 不是。第 3 章习题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：转子在定子磁场中旋转，会产生涡流和磁滞损耗，采用硅钢片材料，可以减少磁滞损耗，而用硅钢片叠压，则可以减小涡流。3.2 并励直流发电机正转时可以自励，反转时能否自励？为什么？答：反转时不能自励。这是因为此时感生电势所产生的磁场方向与剩磁的磁场方向相反，根据直流发电机的启动条件，这两个磁场的方向相同才能自励，相反则不能自励。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？这时拖动系统中那些量必然要发生变化？答：改变电枢电压，U，则 n ；但稳定运行：T= TLTL=C；不变， I=T/(k)，不变。改变附加电阻，R，则 n ；同样，稳定运行 T=TL =C，此时，不变，I=T/(k)，不变。拖动系统中变化的量：对 U 变化，n 0 ,n, P对 R 变化， n, n (S), P3.4 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？解：T L常数；电动机从一个稳态到另一个稳态( 而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是稳态值。 3.5 直流发电机PN=180kW， UN=230V， nN=1450r/min， N=89.5%求：(1) I N, (2) 电流保持 I=IN，电压下降 U=100V；原动机 P 输出解：(1) AI 6.7823018(2) kWUPN4.95./原3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW，U N=220V，n N=1500r/min， N=88.5%，试求该电动机的额定电流和额定转矩。解：根据 PN =IN UNN有：I N =PN/ UNN=7500/(2200.885)=38.52A而：T N=9.55 PN / nN =9.557500/1500=47.75Nm3.7 一台他励直流发电机：PN=15kW，U N=230V，I N=65.3A，n N=2850r/min，R a=0.25，其空载特性为：U0/V 115 184 230 253 265If/A 0.442 0.802 1.2 1.686 2.1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？aatL ICIKT1EERUa解：根据给定数据，作空载特性曲线如图。对于他励发电机，其电路关系为： aRIEU给定 I=IN=65.3A，U=150V，则=150+65.30.25=166.33Va由空载曲线观察求得，当 E=166.33V 时，I f=0.75A用线性差值： 42.08.1542.01536fIIf=51.330.3669+0.442=0.71A给定 I=IN=65.3A，U=220V，则=220+65.30.25=236.33VaRUE由空载曲线观察求得，当 E=236.33V 时，I f=1.3A用线性差值：(取(230V,1.2A)，(253V,1.666A) 两点 )2.168.3052.136fIIf=6.330.48623+1.2=1.33A3.8 一台他励直流电动机铭牌数据为：PN=5.5kW，U N=110V，I N=62A，n N=1000r/min，试绘出它的固有机械特性曲线。解：T N=9.55PN/nN=9.555500/1000=52.525Nm估算 Ra 172.062105.15.03NaIUPR求： 0.0993/)72.6(NeK求 no62=110/0.0993=1107r/min)/(0NeU固 有 机 械 特 性 曲 线98010001020104010601080110011200 10 20 30 40 50 60Tn3.9 一台并励直流电动机的技术数据如下：P N=5.5kW，U N=110V，I N=61A，额定励磁电流 IfN=2A，n N=1500r/min，电枢电阻 Ra=0.2，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。解：只要求得 n0，TN，就能绘出固有机械特性（直线）在额定运行状态下，由 NaNe nRIUK/)(可得： 0.0652150/)2.610(Ne和： =110/0.0652=1687r/min/0eUnTN=9.55PN/nN=9.555500/1500=35Nm由此，可绘出固有机械特性曲线如下：固 有 机 械 特 性 曲 线1450150015501600165017000 2 4 6 8 10 12 14 16Tn3.10 一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5kW，U N=220V，I N=34.4A，n N=1500r/min，R a=0.242，试计算出此电动机的如下特征：1) 固有机械特性2) 电枢附加电阻分别为 3和 5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=0.8 时的人为机械特性并绘出上述特性的图形。解：(1) 0.1411150/)24.320(/)( NaNe nRIK=220/0.1411=1559r/min)/0NnTN=9.55PN/nN=9.556500/1500=41.38Nm(2) 附加电阻为 3时根据： nTKRUnNteadNe 02可求得： 17.51924.3802 aten所以，P N、U N、T N、I N 保持不变，附加电阻为 3时=770r/min38.417.02202 Nteadteade TKRKRn附加电阻为 5时=283r/