机电传动控制第5版 1

《机电传动控制》（第五版）教案第1章绪论1.1 机电系统的组成＝机械运动部件＋机电传动＋电气控制系统。

1.机械运动部件——完成生产任务的基础，机械执行部分；2.机电传动———＝电力传动或电力拖动，是驱动生产机械运动部件的原动机的总称；3.电气控制系统——控制电动机的系统。

1.2 机电传动的目的和任务1.机电传动的目的——将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、以及速度调节，满足各种生产工艺的要求，保证生产过程的正常进行2.机电传动的任务①广义上讲——使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化。

②狭义上讲——专指控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。

1.3 机电传动控制的发展概况一、驱动系统的发展阶段：1.成组拖动——一台电动机拖动一根天轴—→通过带轮和传动带—→分别拖动各（一组）生产机械。

生产效率低、劳动条件差，一旦电动机或传动环节发生故障则造成成组生产机械停车。

2.单电动机——一台电动机拖动一台生产机械，较成组拖动进了一步。

但当生产机械的运动部件较多时，其机械传动机构则十分复杂。

3.多电动机拖动——一台生产机械的每一个运动部件都有专门的电动机拖动。

不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为自动化提供了有利条件，是现代化机电传动的典型方式。

二、控制系统的发展阶段：1.接触器＋继电器控制——出现在20世纪初，应用广泛、成本低；但控制速度慢、精度差。

2.电动机放大机控制（30年代）、磁放大机控制（40～50年代）——从断续控制发展到连续控制，并具有了输出反馈环节，简化了控制系统、减少了电路触点、提高了可靠性。

3.大功率可控电力半导体器件控制——具有效率高、反应快、寿命长、可靠性高、维修容易、体积小、重量轻等优点。

由此，开辟了机电传动控制的新纪元。

4.采样控制——数控技术＋微机应用的高水平断续控制，由于采样周期＜＜控制对象的变化周期，∴≌连续控制。

完整版华中科大机电传动控制第五版课后习题答案解析冯清秀邓星钟等编著第五版课后习题答案详解2.1说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩、静态转矩和动态转矩的概念。

答：拖动转矩：电动机产生的转矩Tm或负载转矩TL与转速n相同时，就是拖动转矩。

静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL,它不随系统加速或减速而变化。

动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td,它使系统的运动状态发生变化。

2.2从运动方程式怎样看出系统是加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态？ddt答：运动方程式:Td>0时：系统加速；Td=0时：系统稳速；Td<0时，系统减速或反向加速2.3试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运行状态是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）机电传动控制T LT L T d答：a 匀速，b 减速，c 减速，d 加速，e 减速，f 匀速2.4多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。

由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。

由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。

2.5为什么低速轴转矩大？调速轴转矩小？答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即 P1= P2而 P1= TI 3 1 , P2= T2? 2所以 T13 1 = T2? 2,当3 1>3 2 时，T1 V T22.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多？答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。

2.7如图所示，电动机轴上的转动惯量 JW 2.5kg.m2，转速nM k 900r/mim ;中间传动轴的转动惯量J1 = 2kg.m2，转速n1 =300r/mim ;生产机械轴的惯量 JL = 16kg.m2，转速nL = 60r/mim 。

习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2。

1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩.2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TM-TL〉0说明系统处于加速,TM—TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2。

3图）系统的运动方程式,并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM=TLTM< TLTM—TL<0说明系统处于减速。

TM—TL〈0 说明系统处于减速T M T L T M T LT M> T L M〉L系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速T M T L T T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2。

4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则?转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行,而电动机一般具有较高的额定转速.这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置.所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω，p不变.转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0。

5Jω22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小.2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多？因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ，P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。

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？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E ＝E1，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T ＝T L ＝常200aae e ae m ae m e e R U n I K K R U n E K n T K I n n n K K K U T K =Φ=−ΦΦ=∴=Φ−Φ∴−∆=Φ=ΦQ Q 又当T=0a aU E I R =+数。

又根据公式（3.2）， T ＝K t ФI a 。

∵励磁磁通Ф减小，T 、K t 不变。

∴电枢电流I a 增大。

再根据公式（3.11），U ＝E ＋I a ·R a 。

∴E=U －I a ·R a 。

又∵U 、R a 不变，I a 增大。

∴E 减小即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E 1。

习题3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：P N ＝5.5KW ，U N ＝110V ，I N ＝62A ，n N ＝1000r/min ，试绘出它的固有机械特性曲线。

（1）第一步，求出n 0 （2）第二步，求出（T N ，n N ）答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra ＝（0.50~0.75）(N N N I U P −1)NN I U我们取Ra ＝0.7(N N N I U P −1)NN I U， 计算可得，Ra ＝0.24 Ω 再根据公式（3.16）得，（1-2） Ke ФN ＝（U N －I N Ra ）/n N =0.095 又根据（1-3） n 0＝U N /（Ke ФN ），计算可得，n 0＝1158 r/min 根据公式（3.17），（2-1） T N ＝9.55NNn P ， 计算可得，T N ＝52.525 N ·M 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：P N =6.5KW ，U N =220V ， IN=34.4A ， n N =1500r/min ， R a =0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为U N /2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φN 时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。

机电传动控制课后习题答案《第五版》习题与思考题第⼆章机电传动系统的动⼒学基础2.1说明机电传动系统运动⽅程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是由电动机产⽣⽤来克服负载转矩，以带动⽣产机械运动的。

静态转矩就是由⽣产机械产⽣的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2从运动⽅程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的⼯作状 ^态。

TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TLvO说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的⼯作状态。

2.3试列出以下⼏种情况下（见题2.3图）系统的运动⽅程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头⽅向表⽰转矩的实际作⽤⽅向）系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TM< TLTM-TLvO说明系统处于减速。

TM-TLvO 说明系统处于减速T M>T LT L T MT M=T L系统的运动状态是减速2.4多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多⽣产机械要求低转速运⾏，⽽电动机⼀般具有较⾼的额定转速。

这样，电动机与⽣产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，⽪带等减速装置。

所以为了列出系统运动⽅程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到⼀根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=T? , p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5J?2 2.5为什么低速轴转矩⼤，⾼速轴转矩⼩？因为P= T w ,P不变3越⼩T越⼤，3越⼤T越⼩。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD⽐⾼速轴的GD⼤得多？因为P=T w, T⼆G?&375. P= 3 G?⽩375. ,P 不变转速越⼩GD越⼤, 转速越⼤GD越⼩。

2.7 如图2.3 ( a)所⽰，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2,转速n M=900r/min;中间传动轴的转动惯量j L=16kgm转速n L=60r/min。

习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩的概念。

拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TM=TL TM<TLTM-TL<0说明系统处于减速。

TM-TL<0 说明系统处于减速T MT LT M> T L T M> T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速T L T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。

这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。

所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。

2.1 说明机电传‎动系统运动‎方程中的拖‎动转矩，静态转矩和‎动态转矩。

拖动转矩是‎由电动机产‎生用来克服‎负载转矩，以带动生产‎机械运动的‎。

静态转矩就‎是由生产机‎械产生的负‎载转矩。

动态转矩是‎拖动转矩减‎去静态转矩‎。

2.2 从运动方程‎式怎样看出‎系统是处于‎加速，减速，稳态的和静‎态的工作状‎态。

TM-TL>0说明系统‎处于加速，TM-TL<0 说明系统处‎于减速，TM-TL=0说明系统‎处于稳态（即静态）的工作状态‎。

2.4 多轴拖动系‎统为什么要‎折算成单轴‎拖动系统？转矩折算为‎什么依据折‎算前后功率‎不变的原则‎？转动惯量折‎算为什么依‎据折算前后‎动能不变的‎原则？因为许多生‎产机械要求‎低转速运行‎，而电动机一‎般具有较高‎的额定转速‎。

这样，电动机与生‎产机械之间‎就得装设减‎速机构，如减速齿轮‎箱或蜗轮蜗‎杆，皮带等减速‎装置。

所以为了列‎出系统运动‎方程，必须先将各‎转动部分的‎转矩和转动‎惯量或直线‎运动部分的‎质量这算到‎一根轴上。

转矩折算前‎后功率不变‎的原则是P‎=Tω, p不变。

转动惯量折‎算前后动能‎不变原则是‎能量守恒M‎V=0.5Jω22.6为什么机‎电传动系统‎中低速轴的‎G D2比高‎速轴的GD‎2大得多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小G‎D2越大，转速越大G‎D2越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上‎的转动惯量‎J M=2.5kgm2‎,转速n M=900r/min; 中间传动轴‎的转动惯量‎J L=16kgm‎2,转速n L=60 r/min。

试求折算到‎电动机轴上‎的等效专惯‎量。

折算到电动‎机轴上的等‎效转动惯量‎:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm‎2. 2.8如图2.3（b）所示，电动机转速‎n M=950 r/min，齿轮减速箱‎的传动比J‎1= J2=4，卷筒直径D‎=0.24m,滑轮的减速‎比J3=2，起重负荷力‎ F=100N,电动机的费‎轮转距GD‎2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒‎总的传动效‎率为0.83。