《控制電機(jī)》配套PPT課件及習(xí)題答案,控制電機(jī),控制,電機(jī),配套,PPT,課件,習(xí)題,答案
控制電機(jī)思考題與習(xí)題參考答案
(機(jī)械工業(yè)出版社2009年,李光友等編著)
第1章 直流伺服電動機(jī)
1. 一臺直流電動機(jī),其額定電壓為110V,額定電樞電流為0.4A,額定轉(zhuǎn)速為3600r/min,電樞電阻為50Ω,空載阻轉(zhuǎn)矩N·m,試問電動機(jī)的額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是多少?
解:TL=Te-T0 , Te=EaIaΩ=90×0.4120π=0.0955N.m
Ω=2πn60=120π, Ea=U-RaIa=110-50×0.4=90V
TL=0.0955-0.015=0.0805N.m
2. 一臺型號為55SZ54的并勵直流伺服電動機(jī),其額定電壓為110V,額定電樞電流為0.46A,額定轉(zhuǎn)矩為 N·m,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。忽略電動機(jī)本身的空載阻轉(zhuǎn)矩,試求電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時的反電勢和電樞電阻。
解:U=Ea+IaRa , Te=EaIa/Ω , Ω=2πn60=100π
Ea=TeΩIa=0.093×100π0.46=63.51V,Ra=U-EaIa=110-63.50.46=101.1Ω
3. 伺服電動機(jī)70SZ54為并勵勵磁方式,其額定數(shù)據(jù)為:效率,空載阻轉(zhuǎn)矩 N·m。試求額定運(yùn)行時電動機(jī)的電樞電流,電磁轉(zhuǎn)矩,反電勢和電樞電阻。
解: IaN=PNUNηN=55110×0.625=0.8A,TLN=PNΩ=55100π=0.175N.m ,Ω=2πn60=100π
Te=TLN+T0=0.175+0.0715=0.2465N.m,EaN=TeΩIaN=0.2465×110π0.8=96.8V
Ra=U-EaNIaN=110-96.80.8=16.5Ω
4. 由兩臺完全相同的直流電機(jī)組成的電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組。它們的勵磁電壓均為110V,電樞繞組電阻均為75Ω。當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時,電動機(jī)電樞加110V電壓,電樞電流為0.12A,機(jī)組的轉(zhuǎn)速為4500r/min。試求:(1)發(fā)電機(jī)空載時的輸出電壓為多少?(2)電動機(jī)仍加110V電壓,發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻為1kΩ時,機(jī)組的轉(zhuǎn)速為多少?
解:(1) UF0=EDa=U-RaIDa0=110-75×0.12=101 V
(2) 由Ea=CeΦn 得,CeΦ=Ea/n, IDa0=0.12A, n=4500r/min.
接負(fù)載時,U=CeΦn1+IDaRa,CeΦn1=IFaRa+RL
CeΦn1IDa= CeΦn1IFa+CeΦn1IDa0
解得 IFa=0.0878A, IDa=IFa+IDa0=0.0878+0.12=0.2078A
n1=U-RaIDaCeФ=110-75×0.2078101/4500=4207r/min
5. 試用分析電樞控制時的類似方法,推導(dǎo)出電樞繞組加恒定電壓,而勵磁繞組加控制電壓時直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。并說明這種控制方式有哪些缺點(diǎn)?
答:磁場控制時電樞電壓保持不變。機(jī)械特性是指勵磁電壓不變時電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系,即 n=UaCeΦ-TeRaCeCtΦ2 = n0-kTe。由公式可知,隨著控制信號減弱,Φ減小,k增大,機(jī)械特性變軟。調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩不變時,轉(zhuǎn)速隨控制信號變化的關(guān)系。由公式可知,n與Φ為非線性關(guān)系,不利于精確調(diào)速。
6. 若直流伺服電動機(jī)的勵磁電壓下降,對電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性將會產(chǎn)生哪些影響?
答:電樞控制時,若勵磁電壓下降,Φ減小,k增大,機(jī)械特性變軟,始動電壓變大。
7. 電樞控制的直流伺服電機(jī),當(dāng)控制電壓和勵磁電壓都不變時,電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小,試問這時電機(jī)控制電流、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速n都會有哪些變化?并說明由原來的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新穩(wěn)態(tài)的物理過程。
答:勵磁電壓不變,可近似認(rèn)為Φ不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時,Te減小,由Te=CtΦIa得 Ia減小,U=CeΦn+IaRa,轉(zhuǎn)速升高。
物理過程:負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時,瞬時電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)加速,反電動勢升高,電流下降,電磁轉(zhuǎn)矩下降,直到新的轉(zhuǎn)矩平衡后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。
8. 直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性為什么是一條下傾的直線?為什么放大器的內(nèi)阻越大,機(jī)械特性就越軟?
答:直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性為n=UaCeΦ-TeRaCeCtΦ2。當(dāng)控制電壓和勵磁電壓均不變時,,UaCeΦ和RaCeCtΦ2都是常數(shù),轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩Te之間是線性關(guān)系,且隨著電磁轉(zhuǎn)矩Te的增加,轉(zhuǎn)速n下降,因此機(jī)械特性是一條下傾的直線。放大器的內(nèi)阻對機(jī)械特性來說,與電樞電阻是等價的,電阻越大,直線斜率RaCeCtΦ2就越大,機(jī)械特性就越軟。
9. 直流伺服電動機(jī)在不帶負(fù)載時,其調(diào)節(jié)特性有無死區(qū)?調(diào)節(jié)特性死區(qū)的大小與哪些因素有關(guān)?
答:有死區(qū)。Us=RaCtΦTs ,死區(qū)電壓與起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電樞電阻,勵磁電壓,電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。
10. 當(dāng)直流伺服電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、反接制動、能耗制動四個狀態(tài)時,電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向成什么關(guān)系?它們的能量流向有什么特點(diǎn)?
答:電動機(jī):電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同,電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)電機(jī):電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。反接制動:電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反,電能和轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部的熱能。能耗制動:電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反。轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部的熱能。
11. 試述機(jī)電時間常數(shù)的物理意義。
答:電動機(jī)在空載狀態(tài)下,勵磁繞組加額定勵磁電壓,電樞加階躍額定控制電壓,轉(zhuǎn)速從零升到理想空載轉(zhuǎn)速的63.2%所需的時間。
12. 直流伺服電動機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象,簡述產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的原因及其對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。
答:電樞齒槽的影響,電樞接觸壓降的影響,電刷和換向器之間摩擦的影響。造成控制系統(tǒng)誤差。
13. 一臺直流伺服電動機(jī)帶動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(即負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變),測得始動電壓,當(dāng)電樞電壓為50V時,其轉(zhuǎn)速為1500r/min,若要求轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min,試問要加多大的電樞電壓?
解: 由題意,1500-050-4=nU-4,n=150046U-130.4,代入數(shù)據(jù)得U=96V
14. 一臺直流伺服電動機(jī),其額定電樞電壓和勵磁電壓都為110V,額定電樞電流為0.46A,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min,額定轉(zhuǎn)矩為 N·m,忽略空載阻轉(zhuǎn)矩。要求:(1)繪出電樞電壓為110V和80V時的機(jī)械特性曲線;(2)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 N·m電樞電壓為80 V時電機(jī)的轉(zhuǎn)速;(3)對應(yīng)于該負(fù)載和電壓下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和始動電壓。
解:(1)由CtΦIa=Ts得,CtΦ=TeIa=0.090.46=0.196,CeΦ=π30CeΦ=π30×0.196=0.0205
Ea=CeΦn=π30Cen=π30×0.196×3000=61.57V
Ra=U-EaIa=110-61.570.46=105.28Ω
n=n0-kTe
n01=U1CeΦ=1100.0205=5366 r/min
n02=U2CeΦ=800.0205=3902 r/min
k1=k2=RaCtΦCeΦ=105.280.0205×0.196=26202
曲線略。
(2)n=UCeΦ-kTs=800.0205-26202× 0.08=1806 r/min
(3)Tk=CtΦURa=0.196×80105.28=0.149N.m
Us0=RaCtΦTs=105.280.196×0.08=42.97 V
15. 已知一臺直流伺服電動機(jī)的電樞電壓,空載電流,空載轉(zhuǎn)速,電樞電阻,試求:(1)當(dāng)電樞電壓時的理想空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;(2)該電機(jī)若用放大器控制,放大器的內(nèi)阻,開路電壓,求這時的理想空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
解:(1) U=Ea+IaRa,Ea=U- IaRa=110-80×0.055=105.6V
CeΦ=Ean=105.64600=0.023,CtΦ=30πCeΦ=30π×0.023=0.219
n0=UCeΦ=67.50.023=2935 r/min
Tk=CtΦURa=0.219×67.580=0.185N.m
(2)n0=UCeΦ=67.50.023=2935 r/min
Tk=CtΦUiRa+Ri=0.219×67.580+80=0.092N.m
第2章 交流感應(yīng)伺服電動機(jī)
1.空心杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動機(jī)與籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動機(jī)相比,在結(jié)構(gòu)與原理上有何異同?
答:籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通籠型感應(yīng)電動機(jī)相似,只是為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,需做得細(xì)而長??招谋透袘?yīng)伺服電動機(jī)的定子分為外定子和內(nèi)定子。外定子鐵心槽中放置空間相距90°電角度的兩相交流繞組,內(nèi)定子鐵心中一般不放繞組,僅作為磁路的一部分,以減少主磁通磁路的磁阻。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上,空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀,所以稱為空心杯型轉(zhuǎn)子。空心杯型和籠型感應(yīng)伺服電機(jī)本質(zhì)是一樣的,杯型轉(zhuǎn)子可以看做是導(dǎo)條數(shù)目非常多、條與條之間緊靠在一起、而兩端自行短路的籠型轉(zhuǎn)子。
2.兩相感應(yīng)伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻為什么要選得相當(dāng)大? 轉(zhuǎn)子電阻是不是越大越好?為什么?
答:為了得到盡可能接近線性的機(jī)械特性,并實(shí)現(xiàn)并無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象,二相感應(yīng)伺服電機(jī)必須具有足夠大的轉(zhuǎn)子電阻。當(dāng)然如果電阻太大,會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中電阻損耗過大,電機(jī)效率降低。
3.什么叫“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象? 對兩相感應(yīng)伺服電動機(jī),應(yīng)該采取哪些措施來克服“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象?
答:二相感應(yīng)伺服電機(jī)正常勵磁,在控制電壓作用下電機(jī)運(yùn)行時,若失去控制信號,電機(jī)仍能穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的話,稱為自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。增大轉(zhuǎn)子電阻可以克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)不自轉(zhuǎn),單相供電時要保證機(jī)械特性線上轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩符號相反。
4.兩相繞組有效匝數(shù)不等的兩相感應(yīng)伺服電動機(jī),若外施兩相對稱電壓,電機(jī)中能否得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場?若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場,兩相繞組的外施電壓應(yīng)滿足什么條件?
答:不能。若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場,兩相電壓的比值要與匝數(shù)比值相同,且相位上相差。
5.幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動機(jī),若有效信號系數(shù)ae由零變化到1,電機(jī)中的正序、負(fù)序磁動勢的大小將如何變化?
答:在幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動機(jī)中,若有效信號系數(shù)ae為零,在滿足電機(jī)不自轉(zhuǎn)的條件下,電機(jī)不轉(zhuǎn),正、負(fù)序磁動勢大小相等,合成磁動勢為脈振磁動勢;若有效信號系數(shù)ae為1,則合成磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢,負(fù)序磁動勢等于零;若有效信號系數(shù)0
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