机电传动控制第四版习题及其答案(4)

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？

当副在增加时, n=Uc/KeΦ-RT/KeKtΦ2电磁转矩增大,转速变慢,根据 n=Uc/KeΦ-RaIa/KeΦ控制电流增大. 6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流Ia1=0.05A，转速n1=3000r/min;加负载后，

电枢电流I a2=1A, 转速n2=1500r/min。试做出其机械特性n=f (T)。 电动机的电磁转矩为T=BIaNLD/2, n 3000

1500

0.05A 1A T 6.5 若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压Uc=100V时，理想空载转速n0=3000r/min;当

Uc=50V时，n0等于多少？ n0=120Uc/πNBLD 电压与转速成正比,当Uc=50V时, n0等于1500 r/min 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紧思维常数,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. 6.7 为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动机？

因为在设计.制造商保证了电动机能造低速或阻转下运行,在阻转的情况下,能产生足够大的力矩而不

损坏,加上他精度高,反应快,速度快线性好等优点.因此它常用在低俗,需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件.

6.8 永磁式同步电动机为什么要采用异步启动？

因为永磁式同步驶电动机刚启动时,器定子长生旋转磁场,但转子具有惯性,跟不上磁场的转动,定子旋转时而吸引转子,时而又排斥转子,因此作用在转子的平均转矩为零,转子也就旋转不起来了. 6.9 磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出的优点？

磁阻式电磁减速同步电动机无需加启动绕组,它的结构简单,制造方便.,成本较低,它的转速一般在每分钟几十转到上百专职践踏是一种常用的低速电动机.

6.10 一台磁组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。

电动机的旋转角速度为ω=(Zr-Zs)2πf/ZrP =(50-46)*2*3.14*50/50*2 =12.56rad ω=2πn/60 n =60*ω/2π =120r/min

6.11 交流测速发电机在理想情况下为什么转子不动时没有输出电压？转子转动后，为什么输出电压与转子

转速成正比？

因为测速发电动机的输出电压U=Kn=KK’dθ/dt,所以转子不动时没有输出典雅,转子动时输出电压与

转速成正比.

6.12 何谓剩余电压、线性误差、相位误差？

剩余电压是只当测速发电动机的转矩为零时的输出电压.

线性误差是指严格的说输出电压和转速不是直线关系,由非线性引起的误差称为线性误差. 相位误差;是指在规定的转速范围内,输出电压与励磁电压之间相位的变化量.

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6.13一台直流测速发电机，已知Ra=180Ω,n=3000r/min，RL=2000Ω,U=50V,求该转速下的输出电流和空载

输出电压。 Ia=Ua/RL =50/2000 =0.025A Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50= Cen/(1+180/2000) Cen=Ua0=54.5V

输出电流是0.025A, 空载输出电压是54.5V

6.14某直流测速发电机，在转速3000r/min时，空载输出电压为52V；接上2000Ω的负载电阻后，输出电

压为50V。试求当转速为1500r/min，负载电阻为5000Ω时的输出电压。 在转速3000r/min时，空载输出电压为52V时 52= Ce3000 Ce=52/3000

当接上2000Ω的负载电阻后，输出电压为50V时 Ua=Cen/(1+Ra/RL) 50=52 /(1+ Ra/2000) Ra=80Ω

当转速为1500r/min，负载电阻为5000Ω时的输出电压为 Ua= Ce*1500/(1+80/5000) =26/1.016 =25V

6.15直流测速发电机与交流测速发电机各有何优缺点？

直流测速发电机的优点是没有相位不波动.没有剩余电压,输出特性的斜率比交流测速发动机的大.

缺点是由于有电刷和换向器,因而结构复杂,维护不便.摩擦转矩大.有换向火花,产生无线电干扰信号,输出特性不稳定,且正反转时,输出部对称.

交流测速发电机的优点是不需要电刷和换向器,因而结构简单,维护容易,惯量小,无滑动接触,输出

特性稳定,精度高,摩擦转矩小,不产生无线电干扰,工作可靠.正反转转向时输出特性对称,缺点是存在剩余电压和相位误差,切负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位. 6.16 试简述控制式自整角机和力矩式自整角机的工作原理。

控制式自整角机的工作原理是当发送机得力磁绕组通入励磁电流后,产生交变脉冲磁通,在相绕组中

感应出感应,从而绕组中产生电流,这些电流都产生脉冲磁场,并分别在自整角变压器的单相输出绕组中感应出相同的电动势..

力矩式自整角机的工作原理是当接收机转子和发送机的转子对定子绕组的位置相同,所以两边的每

相绕组中的电动势相等,因此在两边的三相绕组中没有电流.若发送机转子转动一个角度,于是发送机和接收机相应的每相定子绕组中的两个电动势就不能相互抵消,定子绕组中就有电流,这个电流和接受激励此磁通作用而产生转矩.

6.17力矩式自整角机与控制自整角机有什么不同？试比较它们的优缺点。各自应用在什么控制系统中较好。 自整角机的输出电压需要交流放大器放大后去控制交流伺服电动机,伺服电动机同时带动控制对象和

自整角变压器的转子,它的转动总是要使使调角减小,指导δ=0时为止.它适合于大转矩的情况. 力矩式自整角机既可以带动控制对象,也可以带动自整角变压器的转子,由于负载很轻,所以不需要用伺

服电动机,而是由自整角机直接来实现转角随动.

6.18一台直线异步电动机，已知电源频率为50Hz，极矩τ为10cm，额定运行时的滑差率为0.05，试其额

定速度。

次级线圈的额定速度是V=(1-S)2fτ

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=(1-0.05)*2*50*0.1 =9.5m/s 6.19直线电动机较之旋转电动机有哪些优缺点。

直线电动机的优点是1 直线电动机无需中间传动机构,因而使整个机构得到简化,提高了精度,减少

了振动和噪声.2反应快速.3 散热良好,额定值高,电流密度可取大值,对启动的限制小.4装配灵活,往往可将电动机的定子和动子分别于其他机体合成一体.

缺点是存在着效率和功率因数低,电源功率大及低速性能差等.

第七章

7.1 电动机的温升与哪些因素有关？电动机铭牌上的温升值其含义是什么？电动机的温升、温度以及环境

温度三者之间有什么关系？

电动机的温升与铜耗,铁耗和机械损耗有关. 电动机铭牌上的温升值其含义是电动机绝缘许可的最高

温度.电动机的温升、温度以及环境温度三者之间是刚工作时电动机的温度与周围介质的温度之差很小,热量的发散是随温度差递增的,少量被发散法到空气中,大量被空气吸收.,因而温度升高的较快.随着电动机温度逐渐升高,被电动机吸收的减少,而发散到空气中的热量增加.. 7.2 电动机在运行中其电压、电流、功率、温升能否超过额定值？是何原因？

电动机在运行中其电压、电流、功率、温升能超过额定值因为保证电动机长期安全运行的必要条件

是按发热条件选择电动机功率的,只要保证θmax≤θa 7.3 电动机的选择包括哪些内容？

电动机的选择包括:1 电动机容量.2 电动机电压等级,3 电动额定转速.4 电动机结构型式.5电动机的

种类

7.4 选择电动机的容量时主要应考虑哪些因素？

选择电动机容量应根据三相基本原则进行:1发热:电动机在运行的实际最高工作温度等于或小于电动

机的最高工作温度,2过载能力 :短时间内承受高于额定功率的负载功率时保证θmax≤θa.当决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力,即所选电动机的最大转矩Tmax或最大电流Imax必须大于运行过程中可能出现的最大负载电流ILmax和最大负载转矩Tlmax.3启动能力 必须使电动机能可靠启动TL<λstTN

7.5 电动机有哪几种工作方式？当电动机的实际工作方式与铭牌上标注的工作方式不一致时，应注意哪些

问题？

电动机有连续工作制,短时工作制,重复短时工作之三种方式. 当电动机的实际工作方式与铭牌上标

注的工作方式不一致时, 应注意最高工作温度是否小于电动机的最高许可工作温度,启动转矩是否大于负载转矩.

7.6 一台室外工作的电动机，在春、夏、秋、冬四季其实际允许的使用容量是否相同？为什么？ 实际允许的使用容量不相同,周围空气的温度发生了变化,对电动机的散热快慢有很大影响. 7.7 有一抽水站的水泵向高度H=10m处送水，排水量Q=500m3/h，水泵的效率η1=0.9，传动装置的效率η

2

=0.78，水的重度r=1000kg/m3，试选择一台电动机拖动水泵。

PL=QγH/102η1η2

=10*1000*500/102*0.9*0.78*3600 =19.4KW

查手册选择Y200L2-6,额定功率22KW满载转速是970r/min,最大转矩/额定转矩=1.8

7.8 有一生产机械的实际负载转矩曲线如题7.8图所示，生产机械要求的转速nN=1450r/min，试选一台容

量合适的交流电动机来拖动次生产机械。 用等効转矩法,先求初等効转矩

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T=√(4**20+92*10+42*40+72*40+122*6)/116 =6.3Nm 等效功率是PL=Tdn/9550 =6.3*1450/9550 =0.96KW

查手册选择Y90S-4电动机 ,额定功率是1.1KW.满载转速1400r/min,最大主转矩/额定转矩=2.2 所选电动机的额定转矩为TN=9550PN/nN =9550*1.1/1400 =7.5 Nm

电动机的最大转矩是Tmax=2.2 TN=16.5 Nm>6.3 Nm 所选电动机符合要求.

7.9 一生产机械需要直流电动机拖动，负载曲线如题7.9图所示,试选择电动机的容量。 电动机的等效功率Pd=√(P1t1+P2t2+P3t3)/( t1+ t2+ t3) =√(52*2+32*3+42*5)/10 =4KW 电动机的容量为4KW

7.10 有台35Kw，工作时间30min的短时工作电动机，欲用一台Th=90min的长期工作制电动机代替。若不

考虑其他问题（如过载能力等），试问长期工作制电动机的容量应选多大？ 等效功率法 Ps2ts=Pp2tp 35*30= Pp*90 Pp=20.2 Kw

长期工作制电动机的容量应选20.2 Kw

7.11 暂载率ε表示什么？当ε=15%时，能否让电动机工作15min,休息85min?为什么？试比较ε=15%，30kW

和ε=40%，20kW两个重复短时工作制的电动机，哪一台容量大些？

暂载率ε表示重复短时工作制的工作情况, 即ε=工作时间/(工作时间+停车时间) =tp/(tp+t0)

当ε=15%时，不能让电动机工作15min,休息85min,因为规定一个周期的总时间tp+t0不能超过十分钟. 把20KW电动机换算成ε=15%的,相对应的等效负载功率为 Ps=P√ε/ε =32.7KW

所以ε=40%，20Kw的短时工作制电动机容量大些.

7.12 有一生产机械的功率为10kW，其工作时间tp=0.72min, t0=2.28min,试选择所用电动机的容量。 ε= tp/(tp+t0) =0.72/(2.28+0.72) =0.24 换算成额定负载暂载率ε =10*√24%/15% =12.65kw

所用电动机的容量为12.65kw

第八章

8.1 从接触器的结构特征上如何区分交流接触器与直流接触器 ？为什么？

直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小,线圈也比较小,交流电磁铁的铁心是用硅钢片

叠柳而成的.线圈做成有支架式,形式较扁.因为直流电磁铁不存在电涡流的现象.

sNSn2

2

2

2

2

=20*√0.4/0.15 =25%时,其所需要的相对应的等效负载功率为 Ps=P√ε/ε

sN

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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，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儿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,触点会频繁的通短,造成设备的不能正常运行. 8.4 交流接触器动作太频繁时为什么会过热？

因为交流接触启动的瞬间,由于铁心气隙大,电抗小,电流可达到15倍的工作电流,所以线圈会过热. 8.5 在交流接触器铁心上安装短路环为什么会减少振动和噪声？

在线圈中通有交变电流时,再铁心中产生的磁通是与电流同频率变化的,当电流频率为50HZ时磁通每秒有

100次通过零,这样所产生的吸力也为零,动铁心有离开趋势,但还未离开,磁通有很快上来,动铁心有被吸会,造成振动.和噪声,因此要安装短路环.

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？

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

各衔铁不能同时工作,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,则可以. 8.7 电磁继电器与接触器的区别主要是什么？

接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的.

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的电线发生短路,防止电动机过大的电枢电路而损坏.自动切断电源的

保护动作.

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.

长期过载保护是指电动机的短时过载保护是可以的,但长期过载时电动机就要发热,防止电动机的温升

超过电动机的最高绝缘温度.

8.9 过电流继电器与热继电器有何区别？各有什么用途?

过电流继电器是电流过大就断开电源,它用于防止电动机短路或严重过载. 热继电器是温度升高到一定值才动作.用于过载时间不常的场合.

8.10为什么热继电器不能做短路保护而只能作长期过载保护？而熔断器则相反，为什么？

因为热继电器的发热元件达到一定温度时才动作,如果短路热继电器不能马上动作,这样就会造成电动

机的损坏.而熔短期,电源一旦短路立即动作,切断电源. 8.11自动空气断路器有什么功能和特点？

功能和特点是具有熔断器能直接断开主回路的特点,又具有过电流继电器动作准确性高,容易复位,不会造成单相运行等优点.可以做过电流脱扣器,也可以作长期过载保护的热脱扣器. 8.12时间继电器的四个延时触点符号各代表什么意思？

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