零点をもたない 2 次系のステップ応答で、オーバーシュートは 50 % で、最初のピークは t = 1 s に現れる。固有角周波数 ωn を求めよ。
%OS = 50 %tp = 1 s
ωn = rad/s
3溶液
1.直流モーター
答え: SR = 10 %
直流モーター:電機子は、逆起電力 E と直列の抵抗 Ra と見なせるので、V = E + Ia·Ra です。逆起電力は速度に比例して E = k·ω、トルクは電流に比例して T = k·Ia となり、SI 単位では同じモーター定数 k (V·s/rad = N·m/A) を使います。速度は ω = 2π·n/60 で換算します。発生電力は E·Ia = T·ω です。入力電力は V·Ia で、その差は銅損 Ia²Ra と回転損です。速度はトルクに対して直線的に下がり、ω = V/k − Ra·T/k² です。無負荷速度 V/k から、拘束トルク k·V/Ra で 0 になります。停止時には E = 0 なので、抵抗で制限しないかぎり始動電流 V/Ra は大きくなります。
無負荷速度と全負荷速度
n₀ = 60·110/(2π·0.5) = 2101 rpm
nFL = 60·(110 − 10·1)/(2π·0.5) = 1910 rpm
速度変動率
SR = (2101 − 1910)/1910·100 = 10 %
答え
SR = 10 %
2.直流モーター
答え: Rs = 3.886 Ω
直流モーター:電機子は、逆起電力 E と直列の抵抗 Ra と見なせるので、V = E + Ia·Ra です。逆起電力は速度に比例して E = k·ω、トルクは電流に比例して T = k·Ia となり、SI 単位では同じモーター定数 k (V·s/rad = N·m/A) を使います。速度は ω = 2π·n/60 で換算します。発生電力は E·Ia = T·ω です。入力電力は V·Ia で、その差は銅損 Ia²Ra と回転損です。速度はトルクに対して直線的に下がり、ω = V/k − Ra·T/k² です。無負荷速度 V/k から、拘束トルク k·V/Ra で 0 になります。停止時には E = 0 なので、抵抗で制限しないかぎり始動電流 V/Ra は大きくなります。
電流と逆起電力
Ia = 6/0.3 = 20 A
E = 0.3·94.25 = 28.27 V
直列抵抗
Ra + Rs = (110 − 28.27)/20 = 4.086 Ω
Rs = 3.886 Ω
答え
Rs = 3.886 Ω
この抵抗器は 1555 W を無駄にします。チョッパを使えば、ずっと少ない損失で速度を制御できます。
3.歯車と歯車列
答え: Ft = 194.5 N
Gear geometry: the module m sets the tooth size. A gear with N teeth has a pitch diameter d = m·N, two meshing gears have the same module, and their centre distance is a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. The pitch-line speed is v = π·d·n/60, and the tangential tooth force follows from the torque: Ft = 2T/d.