自动控制元件习题

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动控制元件习题,自动化学院,四大基本方程式：（,1.4,）、（,1.5,）、（,1.6,）、（,1.7,）。,直流伺服电机的机电时间常数,P37,：,1-6,简答直流电机的定子由哪几部分组成，各起什么作用？（,5,分）,简答直流电机的转子由哪几部分组成，各起什么作用？（,5,分）,答：,定子组成：,定子铁心：主磁极：建立磁场；（,0.5,分）,磁轭：提供磁通通路；（,0.5,分）,励磁绕组：通入励磁电流；（,1,分）,机壳：固定定子；（,1,分）,端盖：用来安放轴承和电刷装置，并作为转子的机械支撑；（,1,分）,电刷装置,:,保持外接电源与换向器的滑动接触。（,1,分）,转子组成：,电枢铁心：给主磁通提供低阻磁路，嵌放电枢绕组；,电枢绕组,:,实现机电能量变换；,换向器：起整流和换向作用；,轴：转子绕其转动；,风扇：冷却电机；,1.1.2,直流电机的结构,P12P13.,1-7,画出直流电机采用他励励磁方式时的原理线路图。,答：,1-8,画出直流电机采用复励励磁方式时的原理线路图。,答：,1.1.3,直流电机的励磁方式,P12P13.,1-9,如图所示为同一台直流伺服电动机在不同情况下的机械特性曲线，由图中看出电枢电阻,R,a1,、,R,a2,和,R,a3,的关系为,R,a2,=,R,a3,R,a1,，控制电压,U,a1,、,U,a2,和,U,a3,的关系为,U,a1,=,U,a2,E,a,；,U,a,的方向（外加电源电势的方向）与,E,a,相反。（,1,分）,电流：方向与电枢感应电势,E,a,相反，数值小于堵转电流。（,1,分）,电磁转矩：方向与转速,n,相同，数值小于堵转转矩。（,1,分）,能量关系：电能转化为机械能。（,1,分）,转速：低于空载转速。（,1,分）,发电机状态,电源电压：小于电枢中的感应电势，即,U,a,E,a,；,U,a,的方向仍与,E,a,相反。（,1,分）,电流：方向与电枢感应电势,E,a,相同。（,1,分）,电磁转矩：方向与转速,n,相反，电磁转矩起制动作用。（,1,分）,能量关系：机械能转化为电能。（,1,分）,转速：高于理想空载转速。（,1,分）,1-12,绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线，标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩，标出电动机、发电机和反接制动状态。,1.2,直流伺服电动机的静态特性,P25.,1-13,当电枢绕组流过负载电流时，直流伺服电动机和直流测速发电机都会产生电枢反应，试比较它们电枢反应的异同。,答电枢反应使气隙合成磁场的物理中性面顺着直流测速发电机的旋转方向转过一个角度；而在直流伺服电动机中，是逆着旋转方向偏转一个角度。,电枢反应对磁极磁场有去磁效应，这点直流测速发电机和直流伺服电动机是完全相同的。,1-14,换向器是直流电机的关键部件，它起,整流,和,换向,的作用。在直流测速发电机中，换向器的作用是,将电枢绕组内部的交流变为电刷上的直流,；在直流伺服电动机中，换向器的作用是,电刷上的直流变为绕组内部的交流,。,1.1.6,直流电机的磁场,P18-P19.,1.1.6,直流电机的磁场,P18-P19.,1-15,哪种方式不能改变直流伺服电动机机械特性的硬度（）。,A,、电枢串电阻,B,、改变励磁电压,C,、改变电枢电压,D,、改变放大器的内阻,1-16,在直流伺服电动机电枢上加,50V,和,100V,的阶跃电压起动时，所测得的机电时间常数,m,是否相同？为什么？,答：,1.,相同。,2.,机电时间常数 ，与电枢电压,U,a,无关。,1-17,电枢控制的直流伺服电动机，当控制电压和激磁电压不变时，如果电动机上负载增大，那么稳定后的控制电流、电磁转矩和转速都将怎样变化？为什么？,答：稳定时电磁转矩与负载转矩相等（或答电磁转矩由负载决定也正确），当负载增大，电磁转矩增大；,T,em,=,K,t,I,a,控制电流,I,a,增大；,U,a,=,I,a,R,a,+,C,e,n,，,U,a,不变，转速,n,减小。,1-18,电机铁心多用硅钢片叠压而成。采用片状材料的目的是什么？,答：减小涡流损耗。,1-19,一台直流伺服电动机额定数据是：电枢电压为,24V,，电枢电流为,2.5A,，转速为,3000r/min,，激磁电压为,24V,。如果电枢电压和激磁电压均为额定值，该电机是否允许在转速,n=2500r/min,下长期运转？为什么？如果必须在,2500r/min,下长期运行，电枢电压和电流应如何变动（定性说明）？,答：由,U,a,=,I,a,R,a,+,C,e,n,，当,U,d,和,不变，,n,I,a,，使电机过热，损坏绝缘，减少电机寿命。若,n,下降，长期运行，电流不能超过额定值，应使电枢电压下降。,1-20,直流伺服电动机空载时调节特性有无死区？如果有死区，它的大小是什么原因造成的？,答：直流伺服电动机空载时，轴上存在摩擦转矩等阻转矩，所以其调节特性有死区。死区是由摩擦转矩形成的。摩擦转矩大，为使电机转动所要产生的电磁转矩和电流就越大，由起动时,U,a,=,I,a,R,a,知，所要加的电压就越大。故摩擦转矩越大，死区电压就越大。,1-21,如果直流伺服电动机的励磁电压下降，试分析将对它的机械特性和控制特性产生怎样的影响？,答：励磁电压下降,K,e,，,K,t,。,机械特性,控制特性,相同,U,a,相同,T,c,1-22,一台直流伺服电动机其电磁转矩为,0.2,倍额定电磁转矩时，测得始动电压为,4V,，并当电枢电压,U,a,=49V,时，电机转速,n,=1500r/min,。试求电机为额定电磁转矩，转速为,3000r/min,时，应加多大电枢电压？,1-23,欲使用某直流伺服电动机，需要取得其机械特性。现测得控制电压,U,a,=100V,时的两组数据，即,试画出,U,a,=110V,相应的机械特性。,转速（,r/min,）,控制电流（,A,）,备注,4500,0.05,空载,3000,0.2,负载,1-24,一台直流伺服电动机，额定电压,U,aN,=24V,，额定电流,I,aN,=0.5A,，额定电磁转矩为,T,emN,=0.015N,m,空载摩擦转矩,T,0,=0.003N,m,，额定转速,n,=3000r/min,。,1,）电枢电压为,18V,时，画出此时的机械特性曲线。,2,）当电磁转矩,T,em,=0.02N,m,，转速为,2500r/min,时，电枢电压是多少？电机输出的机械转矩是多少？,1-25,某直流伺服电动机机械特性如图所示。已知其空载阻转矩,T,0,=0.005N,m,求：该电动机堵转转矩,T,d,；,该电动机理想空载转速,n,0,；,该电动机实际空载转速,n,0,；,该电动机机械特性硬度,。,0.1,1000,n,(r/min),T,em,(N,m),0,2-1,直流测速发电机为什么有最高限速和最小负载电阻的额定指标规定,?,答：转速升高，负载电阻越小，使输出电压的线性误差增大，最高限速和最小负载电阻的额定指标规定是保证非线性误差不超过允许值。,2-2,直流测速发电机是一种把,机械转速,变换成,电压信号,的测量元件。除了作为测量元件，在实际使用时根据需要直流测速发电机还可以被用作,阻尼元件,或,解算元件,。,2-3,直流测速发电机的误差分析。,3-1,步进电机可按单拍制和双拍制两类方式运行。单拍制是指,运行拍数等于相数,；双拍制是指,运行拍数等于相数的,2,倍,。步进电机的起动转矩是指,步进电动机单步运行所能带动的最大负载转矩,。,3-2,什么是步进电机的运行矩频特性、起动矩频特性和起动惯频特性？什么是运行频率？,答：步进电机最大输出转矩与运行频率的关系称为运行矩频特性。起动频率与负载转矩的关系是起动矩频特性，起动频率与负载转动惯量的关系是起动惯频特性。在负载条件下能无失步运行的最高控制频率称为运行频率。,3-3,步进电动机转角的大小取决于控制脉冲的（,个数,），转速大小取决于控制脉冲的（,频率,）。控制脉冲频率增高，步进电机的负载能力下降，主要原因是（,绕组电感的影响,）。,3-4,已知步进电机某相绕组矩角特性曲线的初始相位角为,0,，则其静稳定区为,，动稳定区为,，稳定裕度为,。,3-5,磁阻式步进电动机有,A,、,B,、,C,、,D,四相。绘出,A,和,B,极下，当,A,通电，,B,通电，和,AB,通电时，定子、转子齿的相对位置。,定子,转子,转子,转子,3-6,画出四相反应式步进电动机单相通电时的矩角特性。指出,C,相的静稳定区和动稳定区。已知单相通电时矩角特性的最大静转矩为,0.2Nm,，负载为,0.18 Nm,时，哪种运行方式能使该步进电动机正常运行？,答：,C,相的静稳定区为,(0,2,),，动稳定区为（,/2,5/2),。,四相单四拍：,四相双四拍：,四相八拍：,四相双四拍和四相八拍可以使该步进电机正常运行。,P83,：式（,3.15,）。,P85,最大静态转矩结论。,P89,：式（,3.25,）。,P83,：式（,3.15,）,P84,：式（,3.16,）,或者作图,3-7,某五相步进电动机转子有,48,个齿，当该电机分别采用五相单五拍和五相双五拍工作制工作时的步距角。已知五相单五拍工作时的最大静态转矩为,0.2 N,m,，而负载为,0.21 N,m,，试定量分析上述两种工作制条件下，步进电机能否正常运行。,3-8某四相单四拍运行方式下的步进电动机相邻两个通电状态的矩角特性如图示，设步进电动机空载运行，求：,标出第,n,个通电状态的静稳定区；,标出从第,n,个通电状态换接为第,n,+1个通电状态的动稳定区；,步距角（电角度）,be,=,？,设矩角特性,n,上转矩幅值为,T,max,，负载转矩,T,f,满足什么条件才能保证步进电动机以四相双四拍方式正常运行？,P91,3-9,采取何种方法可提高反应式步进电动机的负载能力？,答：增加运行的拍数；增加通电的相数。,3-10,四相反应式步进电动机的技术数据中表明了步距角为,1.8/0.9,，则可知转子的齿数为（）。已知采用电源脉冲频率为,400Hz,，双拍制的转速为（）。,P77,：式（,3.3,）。,P79,：式（,3.6,）。,4-1,正余弦旋转变压器负载运行时会造成输出特性的畸变，造成这种畸变的重要原因是,副边电流所产生的交轴磁通,。消除输出特性畸变的方法称为补偿。补偿的方法有,原边补偿,、,副边补偿,和,原、副边补偿,。,4-2,脉振磁场有何特点？如何表示？,4-3,证明：二次侧（副边）补偿的正余弦旋转变压器的输入阻抗（或励磁电流，或输入功率）和转角,无关。,4-4,说明原边（一次侧）补偿时励磁电流是否会随转角变化而变化？,4-5,课本第,144,页题,4.6.,P120P125,：,4.3.2,正、余弦旋转变压器的负载运行。,P119,：脉振磁场的一般规律。,P123P124,有详细证明。,P124P125,，有变化。,（,2010,年考题）,如图所示为正余弦旋转变压器带负载工作的情况。,（,1,）请完成原边（一次侧）补偿和副边（二次侧）补偿的连线。,（,2,）如果只采用原边（一次侧）补偿，则分析说明励磁电流是否与转子转角无关。,5-1,失调角、整步转矩、协调位置、失调、比整步转矩、比电压等名词解释。力矩式自整角机与控制式自整角机的失调角有什么不同？,5-2,力矩式差动自整角机（两种）工作原理分析,.,5-3,控制式差动自整角机工作原理分析。,5.4,力矩式自整角接收机的零位相比发送机的零位（相同）；控制式自整角变压器的零位相比发送机的零位（偏转过,90,）。,P153P154,；,P162,。,P155,：图,5-11,；,P156,：图,5-12,。,P160,：图,5-17,；,P161,：图,5-18,。,5-6,某力矩式自整角机接线如图示，要求：,画出接收机转子所受转矩方向,;,画出接收机转子的协调位置；,若把,D,1,和,D,2,，