《机电传动控制》第五版课后习题答案.pdf

第 3 章直流电机的工作原理及特性 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？ 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 EE1，如负载转矩 TL常习题 3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势 EE1，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？ 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 TTL常 2 0 0 a a ee a e ma em e e RU nI KK RU n EKn TKI nn n KK K U T K = = = = = = Q Q又 当T=0 aa UEI R=+ 数。又根据公式（3.2） ， TKtIa。 励磁磁通减小，T、Kt不变。 电枢电流 Ia增大。 再根据公式（3.11） ，UEIaRa。 E=UIaRa。 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：P习题 3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN N5.5KW，U5.5KW，UN N110V，I110V，IN N62A，n62A，nN N 1000r/min，试绘出它的1000r/min，试绘出它的固固有机有机械械特性特性曲线曲线。 。 （1 1）第一第一步步，求出求出 n0 （2 2）第第二步二步，求出（求出（TN，n nN N） 答案：根据公式（3.15） ， （1-1）Ra（0.500.75）( NN N IU P 1) N N I U 我们取 Ra0.7( NN N IU P 1) N N I U ， 计算可得，Ra0.24 再根据公式（3.16）得， （1-2） KeN（UNINRa）/nN=0.095 又根据（1-3） n0UN/（KeN） ，计算可得，n01158 r/min 根据公式（3.17） ， （2-12-1） TN9.55 N N n P ， 计算可得，TN52.525 NM 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，U N=220V， I N=34.4A， n N=1500r/min， Ra =0.242，试计算出此电动机的如下 特性： 固有机械特性； 电枢附加电阻分别为 3和 5时的人为机械特性； 电枢电压为 U N/2 时的人为机械特性； 磁通=0.8N时的人为机械特性； 并绘出上述特性的图形。 n0=UNnN/(UN-INRa) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/min 求出 Ke=0.1411 TN=9.55PN/nN =9.55*6500/1500 =41.38Nm 1559 41.38 n=U/Ke-(Ra+Rad)T/KeKt 2 = U/Ke-(Ra+Rad)T/9.55Ke 22 = 1559-(0.242+Rad)41.38/9.55Ke 22 当 3 n=854r/min 当 5 n=311 r/min n= U/Ke-RaT/9.55Ke 22 当 UN=0.5UN时 n=732 r/min n0=UNnN/2(UN-INRa) =780 r/min n= U/0.8Ke-RaT/9.55Ke 220.82 当=0.8时 n=1517 r/min n0=UN/0.8Ke =1949 r/min n0 3.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 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 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 T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 L0 和 T0 和 TL LTTN N两种情况加以分两种情况加以分 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？ 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。 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 TL0 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（TKtIa） ，当接通电枢 电源时，电磁转矩不等于 0，而 TL0，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 TLTN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：P习题 3.15 一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN N2.2kW，U2.2kW，UN NUUf f110V，n110V，nN N 1500r/min，1500r/min，N N0.8，Ra0.4，R0.8，Ra0.4，Rf f82.7。 82.7。 试求：1. 额定电枢电流 I试求：1. 额定电枢电流 IaN aN； ； 2. 额定励磁电流 I2. 额定励磁电流 IfN fN； ； 3. 励磁功率 P3. 励磁功率 Pf f； ； 4. 额定转矩 T4. 额定转矩 TN N； ； 5. 额定电流时的反电势； 5. 额定电流时的反电势； 6. 直接启动时的启动电流； 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？ 为多少？ （1） N NN N IU P IaN= NN N U P = 1108 . 0 2200 =25 A （2） IfNUf/Rf1.33 A （3） Pf=UN IfN1101.33146.3 W （4） TN9.55 N N n P =14 NM （5） E= UN-IaNRa=100 V （6） Ist= UN/Ra=275 A （7） Ist= RadRa UN + 2IaN，RadRa I U aN N 2 1.8 启动电阻至少为 1.8 根据公式（3.16）可知，Ke（UNIaNRa）/nN=0.0667 又 TstIstKt9.55IstKe9.552IaN Ke=31.83 Nm 启动转矩不会超过 31.83 Nm 第 5 章 交流电动机的工作原理及特性 第 5 章 交流电动机的工作原理及特性 0 0 n nn S = 0 60/nfp= 22 2 9.55 PP T n = 22 cos t TKI= 22 212 2222 220220 ()() SR USR U TKK RSXRSX = + 0 nS T 1 n0 0 nN SN nm Sm TN Tst Tmax 图5.23 异步电动机的固有机械特性 习题习题 5.3 5.3 有一台有一台三相异步三相异步电动机，电动机，其其 n nN N1470r/min1470r/min，电，电源频率源频率为为 50Hz50Hz。设。设在在额额定负载下定负载下 运行，运行，试求试求： 1)1) 定子定子旋旋转磁转磁场对场对定子的转速定子的转速； 2)2) 定子定子旋旋转磁转磁场对场对转子的转速转子的转速； 3)3) 转子转子旋旋转磁转磁场对场对转子的转速转子的转速； 4)4) 转子转子旋旋转磁转磁场对场对定子的转速定子的转速； 5)5) 转子转子旋旋转磁转磁场对场对定子定子旋旋转磁转磁场场的转速的转速。 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) 1500 r/min 2) 30 r/min 3) 30 r/min 4) 1500 r/min 5) 0 r/min 5.45.4 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、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？ 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。 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/KW UN/V nN/rmin -1 I N/A N100 cosN N st I I N st T T N I T max Y132-6Y132-6 3 220/380 960 12.8/7.2 83 0.75 6.5 2.0 2.0 试求试求： 1)1) 线线电压为电压为 380V380V 时，时，三相三相定子定子绕组应绕组应如何如何接法接法？ 2)2) 求求 n n0 0，p p，S SN N，T TN N，T Tmax max和和 I Istst； 3)3) 额额定负载时电动机的定负载时电动机的输入功率输入功率是是多少多少？ 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) n01000 r/min；p3；SN0.04；TN29.8 Nm；TstTmax59.6 Nm；Ist46.8 A(当 电机接成“Y”型时，其线电流值取 7.2A) 3) 3614 W 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？ 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 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，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？ 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 nU/Ke IaRa/Ke，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 TKtIa，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 U习题 6.4 有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压 Uc c110V 时，电枢电流 I110V 时，电枢电流 Ia1 a10.05A，0.05A， 转速 n转速 n1 13000r/min；加负载后 I3000r/min；加负载后 Ia2 a21A，转速 n1A，转速 n2 21500r/min。试作出其机械特性 nf（T） 。 1500r/min。试作出其机械特性 nf（T） 。 答案：由公式 nU/KeIaRa/Ke，得到 3000110/ Ke0.05Ra/Ke 1500110/ KeRa/Ke 根据上面两式，得出 Ke0.0357 因此，T19.55KeIa1=0.017，T29.55KeIa2=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。 3000 1500 0.0170.3410 T n 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？ 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，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。 转子齿数为 50，试求电机的转速。 答案：根据公式（ZrZs）/Zr2f/p，可知 n60/2=（5046） 60/2=120r/min n0=60*50/2=1500 r/min， n=（ZrZs）/Zr * n0=120 r/min 习题 6.13 一台直流测速发电机， 已知 R习题 6.13 一台直流测速发电机， 已知 Ra a180， n3000 r/min， R180， n3000 r/min， RL L2000， U50V，2000， U50V， 求该转速下的输出电流和空载输出电压。求该转速下的输出电流和空载输出电压。 答案：由公式 UaCen/(1+Ra/RL)，可得 50Cen/(1+180/2000)，由此导出 Cen54.5 即空载输出电压等于 54.5V IaUa/RL50/20000.025A 第 8 章 继电器-接触器控制系统 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？ 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，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？ 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？ 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 的瞬间，两个衔铁不能同时工作，先吸合的线圈电感就增大，感抗大线圈的端电压就大，另一个 端电压就小，时间长了，有可能把线圈烧毁.若是直流接触器，原则上来说可以，但是由于电器 本身的差异性，直流接触器工作可能不正常。 8.8 电动机中的短路保护、过电流保护和长期过载（热）保护有何区别？ 8.8 电动机中的短路保护、过电流保护和长期过载（热）保护有何区别？ 电动机中的短路保护是指电源线发生短路，此时电动机的电枢线圈将会流过很大的电流， 为了防止电动机电枢过大的电流而损坏， 短路保护电路将会在很短的时间内自动切断电源， 我们 将这保护动作过程称之为短路保护。 过电流保护是指当电动机发生严重过载时，保护电动机不超过最大许可电流。 电动机的短时过载是可以的，但长期过载时电动机就要发热，长期过载保护是为了防止电 动机的温升超过电动机的最高绝缘温度。 8.108.10 为什么为什么热继热继电电器器不不能做短能做短路路保护保护而而只能只能作作长期长期过过载载保护保护？而？而熔熔断断器则器则相相反，为什么？反，为什么？ 因为热继电器的发热元件达到一定温度时才动作，如果短路而热继电器不能马上动作，这 样就会造成电动机的损坏。而熔断器，电源一旦短路立即动作，切断电源。 8.15 在装有电器控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，若立即8.15 在装有电器控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，若立即按启动按钮则不能 开车，这可能是什么原因？ 这可能是什么原因？ （1）有可能熔短器烧毁，使电路断电； （2）或者是热继电器的感应部分还未降温，热继电器的触点还处于断开状态。 8.16 要求三台电动机 1M、2M、3M 按一定顺序启动：即 1M 启动后，2M 才能启动；2M 启动8.16 要求三台电动机 1M、2M、3M 按一定顺序启动：即 1M 启动后，2M 才能启动；2M 启动 后 3M 才能启动；停车时则同时停。试设计此控制线路。 后 3M 才能启动；停车时则同时停。试设计此控制线路。 SB SB1 SB2 SB3 1KM 1KM 1KM 2KM 3KM 2KM 2KM 3KM 习题习题 8.188.18 试设试设计计一台一台异步异步电动机的电动机的控制线控制线路路。要要求求： 能实现启停的两地控制； 能实现点动调整； 能实现单方向的行程保护； 要有短路和长期过载保护。 FU 1KM FR M 1SB2SB 3SB 4SB 5SB 1KM 1KM ST FR 8.20 试设计一台电动机的控制线路。要求能正反转并能实现能耗制动。 8.20 试设计一台电动机的控制线路。要求能正反转并能实现能耗制动。 FU 1KM FR M 2SB 1KM 1KM 2KM 2KM 2KM 3KM SB 1SB 3KM 3KM 习题 8.25 试设计一条自动运输线，有两台电动机， 1M 拖动运输机，2M 拖动卸料机。要求： 习题 8.25 试设计一条自动运输线，有两台电动机， 1M 拖动运输机，2M 拖动卸料机。要求： 1M 先启动后，才允许 2M 启动； 2M 先停止，经一段时间后 1M 才自动停止，且 2M 可以单独停止； 两台电动机均有短路、长期过载保护。 FU 1KM FR 1 SB 3 SB 1 KM 1KM FU FR 2KM 1M2M 2KM 2KM 3S B4 SB 1K T 1KM 2S B 1 KM 1K T 习题 8.26 题 8.26 图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其中接触器 KM 为润滑油泵电动机启停用习题 8.26 题 8.26 图为机床自动间歇润滑的控制线路图，其中接触器 KM 为润滑油泵电动机启停用 接触器（主电路为画出） ，控制线路可使润滑有规律地间歇工作。试分析此线路的工作原理，并接触器（主电路为画出） ，控制线路可使润滑有规律地间歇工作。试分析此线路的工作原理，并 说明开关 S 和按钮 SB 的作用。 说明开关 S 和按钮 SB 的作用。 SB 按钮为人工的点动控制。 S 自动的间歇润滑，按下后 KM 得电，电动机工作， KT1 得电，经过一段时间后，延时 吸合触点 KT1 闭合，继电器 K 得电，同时 KM 失电，电