第一章习题答案

Size: px

Start display at page:

Download "第一章习题答案"

较纱钮
5 years ago
Views:

1 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. 第一章习题答案. 永磁材料最重要的三个参数是什么? 答 : 剩磁磁密 B r, 矫顽磁场强度 ( 矫顽力 )H c, 最大磁能积 (BH) x. 永磁体的工作点位于什么曲线上, 工作点的具体位置取决于什么? 答 : 永磁体的工作点位于去磁曲线上, 工作点的具体位置与永磁体的材料磁路的结构电机的工作状态 ( 是否空载 ) 等因素有关 3. 直流电动机的电磁转矩由什么决定, 电枢电流由什么决定? 答 : 由转矩平衡方程 T = T T, 电磁转矩由负载转矩决定, 而 T = C Φ I, 故电枢电流由负 0 L 载转矩和磁通 Φ 决定 4. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载 ( 图 -50), 我们发现, 当其他条件不变, 而只是减小发电机负载电阻 L 时, 电动机的转速就下降, 这是什么原因? U I E M T n G E g I g L 答 : 由 E = I ( ) = ω, 其中 ω 不能突变, I, L g g g g L g T = I T < T T, 发电机开始减速, 从而电动机跟着减速 g g 0 5. 一台电磁式直流电动机. 如果激磁电流和被拖动的负载转矩都不变, 而仅仅提高电枢端电压, 电枢电流和转速怎样变化? 答 : 激磁电流不变, 气隙磁通 Φ 不变, 由电压平衡方程 U = I E = I ω, 转速不能突变, 故只能是电枢电流 I, 电磁转矩 T = I 变大, 超过负载总阻转矩, 故电机开始加速, 随着电机的加速, U = I ω, 电磁转矩 T = I 也开始减小, 直到等于负载总阻转矩 ( 因为负载转矩和空载阻转矩都没变 ), 故电枢电流最终回到初始值, 转速增加

2 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. n n n T T T 6. 已知一台直流电动机, 其电枢额定电压 U =0V, 额定运行时的电枢电流 I =4A, 转速 n=30r/in, 电枢电阻 =50Ω, 空载阻转矩 T 0 =05N, 该电动机额定负载转矩是多少? 答 : 电压平衡方程 U = I E = I ω ω = 90V n 角速度和转速的关系 ω = π = 0π rd/ 转矩平衡方程 T = T T = I T = I T = 08N L 7. 用一对完全相同的直流电机组成电动机发电机组, 它们的励磁电压均为 0 V, 电枢电阻 =75Ω 当发电机不接负载, 电动机电枢加 0 V 电压时, 电动机的电枢电流为 A, 机组的转速为 4500 r/in 试问 : () 发电机空载时的电枢电压为多少? () 电动机的电枢电压仍为 0 V, 而发电机接上 5 kω 的负载时, 机组的转速 n 是多少? U I E M T n G E g I g U g 答 :() 发电机空载时, 开路,I g = 0, E g = U g, 而 U = E = ω = ω = E = U I = 0 75 = 0V g g g ( π) ω = 0V = 0/ 50

3 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. T = I = T T = 0 T = T g g L 0 L 0 T = I = T T T = 05. I = L U I E M T n G E g I g L () E = ω = ω = E g g 电动机 E = U I () T = I = T T (b) L 0 发电机 E = I ( ) (c) g g g L 由 () 和 (c) 得 T = I = T T (d) g g L 0 E = U I = E = I( ) 由 (b) - (d) 得从而得 g g g L T T = I I = T = g g 0 0 I 75 = I 575 g I I = g I 解得 : I g = 8A = 6A 故 ω = E = U I = n ω = = = 3965r/in π 0/ 50π π ( ) 8. 一台直流伺服电动机额定数据是 : 电枢电压为 4V, 电枢电流为.5A, 转速为 3000r/in, 激磁电压为 4V 如果电枢电压和激磁电压均为额定值, 该电机是否允许在转速 n=500r/in 下长期运转? 为什么? 如果必须在 500r/in 下长期运行, 电枢电压和电流应如何变动 ( 定性说明 )? 3

4 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. 答 : 由 U = I E = I ω, 当 U 不变, ω I, 使电机过热, 损坏绝缘, 减少电机寿命若 ω 下降, 长期运行, 电流不能超过额定值, 应使电枢电压下降 9. 直流电动机在转轴卡死的情况下能否加电枢电压? 如果加额定电压将会有什么后果? 答 : 电机卡死时有 ω = 0 E = 0, U = I 只要电流不超过额定值, 就可以加电枢电压, 但时间不宜过长, 因此时电机电扇不动, 散热差, 温升较高不能加额定电压, 因为此时反电势为零, 电枢电流远远高于额定值, 引起电机过热, 甚至烧毁绕组绝缘, 使电机损坏直流电动机的电枢电压和激磁电压同时改变极性, 电机转向是否改变? 答 : 电枢电压和激磁电压同时改变极性, 相当于电枢电流和磁场同时改变方向, 定转子之间的转矩方向不变, 电机转向不变. 对于图 -50 所示电路, 当直流电动机的激磁回路突然断路会发生什么现象, 为什么, 如何处理? 答 : 当激磁回路突然断路时, 磁通 Φ 迅速下降, 考虑极端情况, Φ = 0, = = 0, 由 T = I 知此时电动机无电磁转矩, 电机 - 发电机组应停转, 由 U = I E = I 知电流将很大, 时间稍长会使温升过高而烧毁电机此时应切断电动机电枢电源或使电动机电枢绕组电压为零. 电磁式直流电动机启动与停车顺序如何, 为什么? 答 : 若直流电机的磁通 Φ 突然减小接近于零, 可产生两种情况 : ) 若电机阻转矩很小, 电机剩磁所产生的电磁转矩足以克服阻转矩转动, 由磁场控制时的调节特性曲线可知, 电机可能达到很高的转速, 产生所谓飞车现象, 而使装置损坏 ) 若电机剩磁所产生的电磁转矩不足以克服阻转矩, 不能使电机转动, 此时电机停转, E =0,U = I, 导致 I 过大, 时间稍长, 电机就会发热导致损坏所以直流电机必须在磁场正常时才能加上电枢电压综上所述, 为了避免磁通很低时接通电枢电压, 电磁式直流电动机起动时应先接通激磁绕组, 然后再接电枢电压停机时, 应先断开电枢电压, 然后再切断激磁绕组 3. 试用电压平衡方程式解释直流电动机机械特性的下倾性驱动它的功率放大器内阻的大小与机械特性有什么关系, 为什么? T 答 : U = I E = ω,u 不变时,T 增加, 必有 ω 下降, 即, 随着电磁转矩增加, 转速下降, 机械特性是下倾的 4

5 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. U ω = T 知, 电源内阻 i 增加时, 电机机械特性曲线斜率绝对值增加, 机械特由 i 性变软 ( β 增加 ), 曲线下倾得更严重 4. 直流伺服电动机空载时调节特性有无死区? 如果有死区, 它的大小足什么原因造成的? 答 : 直流伺服电动机空载时, 轴上存在摩擦转矩等阻转矩, 所以其调节特性有死区死区是由摩擦转矩形成的摩擦转矩大, 为使电机转动所要产生的电磁转矩和电流就越大, 由 U = I 知, 所要加的电压就越大故摩擦转矩越大, 死区电压就越大 5. 已知直流伺服电动机 U =00V,I =05A 时,n =4500r/in;I =A 时 n =3000r/in ) 绘制机械特性 ) 电机转动惯量 J = kg, 求机电时间常数 3) 当电枢电压变为 0V 时, 机电时间常数是否变化, 为什么? 解 :U =00V,I =05A 时,n =4500r/in,I =A 时 n =3000r/in ) π n 4500 π I = = 00 πn π 3000 I = 00 = 00 = 9 V /rd, = 9 N /, = 00Ω T = I = 9 05 = 0 N T = I = 9 = 04 N A (0 N,4500r/in),B(04 N,3000r/in) n r/in A B 000 T 0 04 N ω 0 = 56 rd/ =506r/in,T = 095 N 5

6 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. ) τ 6 J = = = J 3) 由 τ = 知 τ 与 U 无关 6. 已知一台直流伺服电动机在 U =0V 时, 空载电流 I =055A, 空载转速 n 0 =40r/in, =80Ω ) 电枢电压为 70V 时, 理想空载转速 n 0 是多大? 堵转时的电磁转矩是多少? ) 驱动它的功率放大器内阻 i =50Ω, 当功放的开路电压为 70V 时理想空载转速和启动转矩是多少? 3) 在上述两种情况下, 折合到电动机上的总阻转矩 T c = T 0 T L 由 03N 增大到 04N 时, 转速各为多少? 解 : 由 I ω 0 = U 及 ω 0 = πn 0 / 可得 = 9 V /rd, = 9 N / 70 ) U = ω 0 = 70V, ω = = 30 rd/ n = ω = 3050 r/in π U T = I = = 9 N n0 ) U = 70V, = i = 30Ω, π = 70 n 0 = 3050 r/in = 30 rd/ U 70 T = T = = 9 = 8 N 30 Tc 03 3) T = 03 N, I = = = 37 A c 9 c T T 04 =. N, I = = =. A 9 c c U U = I ω ω = c I = 04 N, I = 83 A 5 rd/ rd/ = 80 Ω = 30 Ω T = 03 N, I = 37 A 70 rd/ 38 rd/ T 578 r/in 80 r/in 46 r/in 00 r/in 6

7 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 一台直流伺服电动机带动恒转矩负载, 测得启动电压为 4V, 当电枢电压 U =50V 时, 转速为 500r/in 若要转速达到 3000r/in, 要加多大的电枢电压? 答 : 恒转矩负载, 电枢电流 I 及 I 不变 U I = I = U = 4, 46 U = I ω, 50 = 4 ω = ω 46 n 3000 ω n 500 = ω = 4 ω = 4 46 = 4 46 = 96 U I V 8. 已知某永磁直流电机电枢电阻 =50Ω, 作电动机运行时的空载转矩为 T f0 =05N, 相应的空载电流为 I 0 =A 现在将两台参数完全相同的该型电机组成电动机 - 发电机组, 其中发电机作为电动机的机械负载, 如图 -5 所示 ) 分别写出两台电机的电压平衡方程式和转矩平衡方程式 ) 当发电机负载电阻 L =300Ω, 电动机外加电压 U =0V 时, 两台电机的电磁转矩各为多少, 机组的共同转速为多少? U I E M T n G E I L 答 :) U = I E U = I E E = ( ) I E ( ) I L = L E = ω E ω = T T T = I = T I f 0 f 0 Tf 0 05 ) = = = 5 N /A = = 5 V/(rd/) I I E = V E = E = ( ) I 5 A I = 5I 05 5I = I 45 A = 7

8 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. E ω = = = 350 rd/ = 334 r/in 5 T = I = 5 45 = 5 N T = I = 5 5 = 065 N 9. 一台直流伺服电动机, 额定电压 U n =4V, 额定电流 I n =5A, 电磁转矩的额定值 T =05N, 空载摩擦转矩 T f =003N, 额定转速 ω n =300rd/ 求 ) 电枢电压 U =8V 时, 启动输出转矩是多少, 空载转速是多少? ) 要求电磁转矩 T =0N, 转速为 50 rd/, 电枢电压是多少, 电机输出的机械转矩是多少? T 05 答 : = = = 03 N /A, = = 03 V/(rd/) I 05. n I ω = U = 4 = 30 Ω n n ) U 8 U = 8 V, I = = = 6 A, T = I = 03 6 = 08 N I 30 Tf 003 T = T T = = 05 N, I = = = A 0 f 0 03 ω U I = = = 500 rd/ = r/in T 0 ) U = I ω = ω = = 7. 5 V 03 T = T T = = 07 N 0 f 对于图 -4, 求传递函数 Ω()/T c () 及 T ()/U () 8

9 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. U ( ) E ( ) L I ( ) T ( ) T ( ) c T( ) J Ω ( ) 答 :) U () = 0 0 ( ) Tc( ) = Ω( ) L J ( Ω ) 得 ( 0 Ω( ) ) Tc( ) = Ω( ) L J Ω( ) Tc ( ) = JΩ( ) L J Ω ( ) = Tc ( ) L Ω ( ) L = = T JL J J L ( ) c ) Tc () = 0 U ( ) ( ) = T ( ) L ( Ω ) Ω ( ) = T ( ) J L U ( ) T ( ) = T ( ) J L U ( ) = T ( ) J 9

10 中国科学技术大学自动化系 by zhngchb@uc.du.cn 0. T ( ) J = = U JL J ( ) L J. 直流电动机系统中黏滞阻尼系数为 c, 电流负反馈系数为 i, 即 I () = [U () - E () - i I ()]/(L ) 绘出动态框图并求传递函数 Ω()/U () i c U () L I () T () J Ω () E () J c I() cω() = Ω() I() = Ω() J ( ) U() () ii() = I() L ( Ω ) ( ) ( ) U () Ω () I () = L I () i U () Ω () = L I () i J c U() Ω() = ( L i) Ω() J c U() = ( L i) Ω () J c U() Ω() = ( L i) Ω() Ω () () = U J c ( L ) = i L J ( )( ) i c = L J L J J c i c i c ( ) ( ) 0

Microsoft Word - 02

Microsoft Word - 02 第章直流电动机内容提要直流并 ( 他 ) 励电动机能量转换过程中的三大平衡关系直流电动机的工作特性机械特性的特点直流电动机实现正反转的方法直流串励电动机的特点和使用中的注意事项.1 直流电动机的基本方程式直流电动机的基本方程式是指直流电动机稳定运行时, 电路系统的电压平衡方程式 ; 机械系统的转矩平衡方程式 ; 能量转换过程中的功率平衡方程式图.1 为并励直流电动机示意图, 当接通直流电源时,

第一章 习题答案

第一章习题答案