电力拖动与控制课后答案--李岚-梅丽凤

1第一章电力拖动系统的动力学基础1-1什么是电力拖动系统?它包括那几部分？都起什么作用？举例说明．答：由原动机带动生产机械运转称为拖动。用各种电动机作为原动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务的拖动方式，称为电力拖动。电力拖动系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源五部分组成。其中，电动机作为原动机，通过传动机构带动生产机械的工作机构执行某一生产任务；机械传动机构用来传递机械能；控制设备则用来控制电动机的运动；电源的作用是向电动机和其他电气设备供电。1-2电力拖动系统运动方式中T，Tn及n的正方向是如何规定的？如何表示它的实际方向？答：设转速n对观察者而言逆时针为正，则转矩T与n的正方向相同为正；负载转矩TL与n的正方向相反为正。与正方向相同取正，否则取反。1-3试说明GD２的概念答：J=gGD42即工程中常用表示转动惯量的飞轮惯量。1-4从运动方程式中如何看出系统是处于加速、减速、稳速或静止等运动状态？答:当LTT时，0dtdn，系统加速；当LTT时，0dtdn，系统减速。当LTT时，0dtdn，转速不变，系统以恒定的转速运行，或者静止不动。1-5多轴电力拖动系统为什么要折算为等效单轴系统？答:多轴电力拖动系统，不同轴上有不同的转动惯量和转速，也有相应的反映电动机拖动的转矩及反映工作机构工作的阻转矩，这种系统比单轴拖动系统复杂，计算较为困难，为了简化计算，一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算为等小的单轴系统。1-6把多轴电力拖动系统折算为等效单轴系统时负载转矩按什么原则折算？各轴的飞轮力矩按什么原则折算？答:功率相等原则;能量守恒原则.1-7什么是动态转矩？它与电动机负载转矩有什么区别？答:动态转矩是指转矩是时间的函数.而负载转矩通常是转速的函数.1-8负载的机械特性有那几种类性？各有什么特点？答：恒转矩负载特性：与n无关，总是恒值；2恒功率负载特性：与n成反比例变化；通风机负载特性：与n2成正比例变化。1-9某拖动系统如图1-11所示。当系统以1m/s2的加速度提升重物时,试求电动机应产生的电磁转矩。折算到电动机轴上的负载转矩Tmeq=195N·m,折算到电动机轴上的系统总(包括卷筒)转动惯量J=2kg·m2,卷筒直径d=0.4m，减速机的速比j=2.57。计算时忽略电动机的空载转矩。图1-11拖动系统传动机构图图1-12拖动系统传动机构图解：meqTT=Jdtd，m,分别是电机转轴。卷筒的机械角速度m=j=2.57mR=VRdtdm=dtdv=12=2dtd=7.252557.2dtdjmmNdtdJTTmeq4.2467.2521951-10试求图1-12所示拖动系统提升或下放罐笼时，折算到电动机轴上的等效负载转矩以及折算到电动机轴上的拖动系统升降部分的飞轮力矩。已知罐笼的质量m0=300k，重物的质量m=1000kg，平衡锤的质量mp=600kg，罐笼提升速度vm=1.5m/s，电动机的转速n=980r/min，传动效率η0=0.85。传动机构及卷筒的飞轮力矩略而不计.。解：（1）系统以1.5m/s提升罐笼时（g=9.81）mpmmeqVgmVgmmT)(0mNTmeq11.11822221)(21)602(42102mpmeqVmVmmngGD3222)(21)602(4210mpeqVmmmngGDmNgnVmmmGDmpeq9.15)6.102(1677514)602()(22220（2）系统以1.5m/s下放罐笼时meqmpmTyVgmVgmm])[(0mNTmeq3.856.10285.05.181.9700mNGDGDeqeq9.15)()(22上升下降1-11一台卷扬机，其传动系统如图1-13所示，其各部分的数据如下：Z1=20，2211mNGD；Z2=100，2226mNGD；Z3=30，2233mNGD；Z4=124，22410mNGD；Z5=25，2258mNGD；Z6=92，22614mNGD。卷筒直径d=0.6m，质量mT=130kg，卷筒回转半径ρ与卷筒半径R之比ρ／R＝0.76，重物质量m=600kg，吊钩和滑轮的质量m0=200kg,，重物提升速度νm=12m/min，每对齿轮的传动效率ηcZ=0.95，滑轮的传动效率ηcn=0.97，卷轴效率ηcT=0.96，略去钢绳的质量。电动机的数据为PN=20kW，nN=950r/min，22RmN21GD。试求：（1）折算到电动机轴上的系统总飞轮力矩；（2）以vm=12m/min提升和放下重物时折算到电动机轴上的负载转矩图1-13卷扬机传动系统图解：1、（1）齿轮总飞轮矩256341222623412252421222322212)()()(ZZZZZZGDGDZZZZGDGDZZGDGDGDGDJa422)992.75(9105.26414)65.20(182591mN4505.10483.00422.036.012:2JGDmdR3.02，mR228.03.076.076.075792.6228.013022mJ2mKg229105.2648.9475792.64mNgJGDJ（2）动滑轮的飞轮矩（包括钩子和重物）由于动滑轮半径未知，故动滑轮旋转运动的飞轮矩忽略。2212)950.51(8.9)200600(365)(365nVGGDHH21268.0225625002861600mN1268.04505.1212222HaRGDGDGDGD总25773.22mN2、（1）提升时设绳的拉力为FmcnVgyVF)200600(绳绳NVVFcnmm24.404197.028.980028.9800绳NZZZZZZjRGTmeq3832.195475.62372.121296.095.03.024.40413563412（2）下放重物时785.012，cnmVGVF绳绳NVVFmm4.3802297.08.9800绳NjTmeq78.11992.75785.03.04.38023.04.38025第二章直流电机的电力拖动2-1他励直流电动机的机械特性指的是什么？是根据那几个方程式推倒出来的？答：TCCRRCunTecae据以下三个方程：)(caaaRRIEunCEeaaTICT2-2他励直流电动机的机械特性的斜率与那些量有关？什么叫硬特性？什么叫软特性？答：与所串电阻RC及励磁磁场有关；值较小的机械特性称硬特性，反之为软特性2-3为什么0n称为理想空载转速？堵转点是否只意味着电动机转速为零？为什么？答：因为实际中空载转矩T0不可避免，故n0达不到。堵转就是n=0的点。2-4什么叫人为机械特性？从物理概念上说明为什么电枢外串电阻越大，机械特性越软？答：人为机械特性指通过改变u、、R参数得到的机械特性。2-5为什么降低电源电压的人为机械特性是互相平行的？为什么减弱气隙每极磁通后机械特性会变软？答：u与值无关；因为1减小，增大，特性边软。2-6什么是电力拖动系统的稳定运行？能够稳定运行的充分必要条件是什么？答：系统在某种外界扰动下离开原的平衡状态，在新的条件下获得的新的平衡；或当扰动消失后系统能自动恢复到原来的平衡状态。满足上述条件，系统就是稳定的。系统稳定运行的充分必要条件是：1）电机的机械特性与负载转矩特性必须有交点，在交点处LTT；2）在交点附近应有dndTdndTL。62-7他励直流电动机稳定运行时，电枢电流的大小由什么决定？改变电枢回路电阻或改变电源电压的大小时，能否改变电枢电流的大小？答：Ia由负载TL决定。不能。2-8他励直流电动机为什么不能直接起动？直接起动会引起什么不良后果？答：起动开始瞬间，由于机械惯性的影响，电动机转速,0,0aEn这时起动电流为aNstRUI，因电枢电阻数值很小，因此，stI很大，可达额定电流的（10~20）倍。因此不能直接起动。直接起动可能产生如下后果：1、大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易损坏绕组；2、使换向困难，主要是在换向器表面产生火花及环火，少坏电刷与换向器；3、过大的起动电流还会产生过大的起动转矩，从而使传动机构受到很大的冲击力，加速过快，易损坏传动变速机构；4、过大的起动电流会引起电网电压的波动，影响电网上其他用户的正常用电。2-9起动他励直流电动机前励磁绕阻断线，没发现就起动了，下面两种情况会引起什么后果？(1)空载起动；(2)负载起动，TL＝TN。答：（1）电机飞车，转速太高，容易造成事故。（2）电机电枢中电流很大，却很可能起动不了，由于CTICT，此时磁场只有点剩磁很小。2-10如何判断他励直流电动机是处于电动运行状态还是制动运行状态？答：电机所发出的电磁转矩与转速方向相同，即为电动状态。若电磁转矩与转动方向相反，则为制动状态。2-11电动机在电动状态和制动状态下运行时机械特性位于哪个象限？答：电动状态机械特性位于一、三象限；制动状态机械特性位于二、四象限。2-12能耗制动过程和能耗制动运行有何异同点？答：相同点：两种状态下，电磁转矩都与电机转向相反。不同点：能耗制动中负载转矩与电磁转矩同向；而能耗运行中负载转矩与电磁转矩反向。2-13电压反接制动与电动势反接制动有何异同点？答：相同点：两种状态都是制动状态，即电磁转矩都与转向相反。7不同点：电压反接制动中，电流方向发生改变；而电动势方向制动中电流流向不变。2-14什么叫电力拖动系统的过渡过程？在过渡过程中为什么电动机的转速不能突变？答：指系统从一个稳定工作状态过渡到另一个稳定运行状态。由于机械惯性时间远大于电磁惯性时间，在过渡过程中可以把电磁量任务是突变的，而机械量不能。2-15什么是机械过渡过程？推导他励直流电动机拖动系统机械过渡过程解析式时作了哪些假定？答：指机械量如转速的变化过程（从一个稳态到另一个稳态）假设：1）电源电压u恒定不变2）磁通恒定不变3）负载转矩TL保持常数不变2-16什么是他励直流电动机拖动系统机械过渡过程的三要素？机电时间常数的大小与哪些量有关？答：三要素指：初始值、稳态值、机电时间常数。机电时间常数与系统的转动惯量、所串电阻、及励磁磁场有关。2-17他励直流电动机有那几种调速方法？各有什么特点？答：1）电枢串电阻调速特点：优点：设备简单、初投资少；缺点：1、有级调速，级数有限，平滑性差2、轻载时，调速范围小3、低速时，低，电能损耗大4、低速运行，转速稳定性差适用于调速性能要求不高的场合。2）降低电压调速特点：优点：1、电源电压能连续调节，调速的平滑性好，可达到无级调速；2、无论是高速或低速，机械特性硬度不变，低速时稳定性好；3、低速时电能损耗小，效率高。缺点：设备的初投资大。适用于对调速性能要求较高的设备上。83）减弱励磁磁通调速特点：优点：1、电流较小的励磁电路中进行调节、控制方便，功率损耗小2、用于调速的变阻器功率小，可较平滑调速，实现无级调速。缺点：调速范围较小。2-18静差率与机械特性的硬度有何区别？答：00nnn，机械特性越硬，越小。可以利用来衡量机械特性的硬度。2-19调速范围与静差率有什么关系？为什么要同时提出才有意义？答：调速范围minmaxnnD，其中nmin受到调速相对稳定性限制，而稳定性则通过（静差率）反映，故同时考察D与对调速系统才有意义。2-20什么叫恒转矩调速方式和恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各属于哪种调速方式？答：恒转矩调速方式：当采用电枢串电阻调速和降低电枢电压调速时，NaNII,，则电动机容许输出的转矩为NNN