自動控制元件習題課件

自動控制元件習題自動化學院自動控制元件習題自動化學院四大基本方程式：（1.4）、（1.5）、（1.6）、（1.7）。四大基本方程式：（1.4）、（1.5）、（1.6）、（1.7自動控制元件習題ppt課件自動控制元件習題ppt課件直流伺服電機的機電時間常數P37：直流伺服電機的機電時間常數P37：自動控制元件習題ppt課件1-6簡答直流電機的定子由哪幾部分組成，各起什么作用？（5分）

簡答直流電機的轉子由哪幾部分組成，各起什么作用？（5分）答：定子組成：①定子鐵心：主磁極：建立磁場；（0.5分）磁軛：提供磁通通路；（0.5分）②勵磁繞組：通入勵磁電流；（1分）③機殼：固定定子；（1分）④端蓋：用來安放軸承和電刷裝置，并作為轉子的機械支撐；（1分）⑤電刷裝置:保持外接電源與換向器的滑動接觸。（1分）

轉子組成：①電樞鐵心：給主磁通提供低阻磁路，嵌放電樞繞組；②電樞繞組:實現機電能量變換；③換向器：起整流和換向作用；④軸：轉子繞其轉動；⑤風扇：冷卻電機；1.1.2直流電機的結構P12~P13.1-6簡答直流電機的定子由哪幾部分組成，各起什么作用？（51-7畫出直流電機采用他勵勵磁方式時的原理線路圖。答：1-8畫出直流電機采用復勵勵磁方式時的原理線路圖。答：1.1.3直流電機的勵磁方式P12~P13.1-7畫出直流電機采用他勵勵磁方式時的原理線路圖。1-8畫出1-9如圖所示為同一臺直流伺服電動機在不同情況下的機械特性曲線，由圖中看出電樞電阻Ra1、Ra2和Ra3的關系為

Ra2=Ra3<Ra1

，控制電壓Ua1、Ua2和Ua3的關系為Ua1=Ua2<Ua3

，動態(tài)響應快速性的情況為

2與3相同，1最慢

。n(r/min)0Tem(N

m)1231-10直流力矩電動機與普通直流直伺服電動機相比有何特點?答：直流力矩電機：①結構：直流力矩電動機極對數多，形狀扁平，外徑大；②特性：低速、輸出大轉矩。1.2直流伺服電動機的靜態(tài)特性P25.1.5直流力矩電動機P42.1-9如圖所示為同一臺直流伺服電動機在不同情況下的機械特性曲1-11試比較直流伺服電動機在電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)時的電源電壓、電樞電流、電磁轉矩、轉速以及能量關系。（10分）答：①電動機狀態(tài)電源電壓：大于電樞的感應電勢，即Ua>Ea；Ua的方向（外加電源電勢的方向）與Ea相反。（1分）電流：方向與電樞感應電勢Ea相反，數值小于堵轉電流。（1分）電磁轉矩：方向與轉速n相同，數值小于堵轉轉矩。（1分）能量關系：電能轉化為機械能。（1分）轉速：低于空載轉速。（1分）②發(fā)電機狀態(tài)電源電壓：小于電樞中的感應電勢，即Ua<Ea

；Ua的方向仍與Ea相反。（1分）電流：方向與電樞感應電勢Ea相同。（1分）電磁轉矩：方向與轉速n相反，電磁轉矩起制動作用。（1分）能量關系：機械能轉化為電能。（1分）轉速：高于理想空載轉速。（1分）1-11試比較直流伺服電動機在電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)時的電源1-12繪出直流電動機電樞控制的調節(jié)特性和機械特性曲線，標出始動電壓、理想空載轉速和堵轉轉矩，標出電動機、發(fā)電機和反接制動狀態(tài)。1.2直流伺服電動機的靜態(tài)特性P25.1-12繪出直流電動機電樞控制的調節(jié)特性和機械特性曲線，標出1-13當電樞繞組流過負載電流時，直流伺服電動機和直流測速發(fā)電機都會產生電樞反應，試比較它們電樞反應的異同。答①電樞反應使氣隙合成磁場的物理中性面順著直流測速發(fā)電機的旋轉方向轉過一個角度；而在直流伺服電動機中，是逆著旋轉方向偏轉一個角度。②電樞反應對磁極磁場有去磁效應，這點直流測速發(fā)電機和直流伺服電動機是完全相同的。1-14換向器是直流電機的關鍵部件，它起

整流

和

換向

的作用。在直流測速發(fā)電機中，換向器的作用是將電樞繞組內部的交流變?yōu)殡娝⑸系闹绷?/p>

；在直流伺服電動機中，換向器的作用是電刷上的直流變?yōu)槔@組內部的交流

。1.1.6直流電機的磁場P18-P19.1.1.6直流電機的磁場P18-P19.1-13當電樞繞組流過負載電流時，直流伺服電動機和直流測速發(fā)1-15哪種方式不能改變直流伺服電動機機械特性的硬度（）。

A、電樞串電阻B、改變勵磁電壓

C、改變電樞電壓D、改變放大器的內阻1-16在直流伺服電動機電樞上加50V和100V的階躍電壓起動時，所測得的機電時間常數

m是否相同？為什么？答：1.相同。

2.機電時間常數，與電樞電壓Ua無關。1-17電樞控制的直流伺服電動機，當控制電壓和激磁電壓不變時，如果電動機上負載增大，那么穩(wěn)定后的控制電流、電磁轉矩和轉速都將怎樣變化？為什么？答：穩(wěn)定時電磁轉矩與負載轉矩相等（或答電磁轉矩由負載決定也正確），當負載增大，電磁轉矩增大；Tem=Kt

Ia,控制電流Ia增大；Ua

=IaRa+Ce

n

，Ua不變，轉速n

減小。1-15哪種方式不能改變直流伺服電動機機械特性的硬度（）。1-18電機鐵心多用硅鋼片疊壓而成。采用片狀材料的目的是什么？答：減小渦流損耗。1-19一臺直流伺服電動機額定數據是：電樞電壓為24V，電樞電流為2.5A，轉速為3000r/min，激磁電壓為24V。如果電樞電壓和激磁電壓均為額定值，該電機是否允許在轉速n=2500r/min下長期運轉？為什么？如果必須在2500r/min下長期運行，電樞電壓和電流應如何變動（定性說明）？答：由Ua

=IaRa+Ce

n，當Ud和

不變，n

Ia

，使電機過熱，損壞絕緣，減少電機壽命。若n下降，長期運行，電流不能超過額定值，應使電樞電壓下降。1-18電機鐵心多用硅鋼片疊壓而成。采用片狀材料的目的是什么1-20直流伺服電動機空載時調節(jié)特性有無死區(qū)？如果有死區(qū)，它的大小是什么原因造成的？答：直流伺服電動機空載時，軸上存在摩擦轉矩等阻轉矩，所以其調節(jié)特性有死區(qū)。死區(qū)是由摩擦轉矩形成的。摩擦轉矩大，為使電機轉動所要產生的電磁轉矩和電流就越大，由起動時Ua

=IaRa知，所要加的電壓就越大。故摩擦轉矩越大，死區(qū)電壓就越大。1-21如果直流伺服電動機的勵磁電壓下降，試分析將對它的機械特性和控制特性產生怎樣的影響？答：勵磁電壓下降

Ke，Kt。機械特性控制特性相同Ua相同Tc1-20直流伺服電動機空載時調節(jié)特性有無死區(qū)？如果有死區(qū)，它1-22一臺直流伺服電動機其電磁轉矩為0.2倍額定電磁轉矩時，測得始動電壓為4V，并當電樞電壓Ua

=49V時，電機轉速n=1500r/min。試求電機為額定電磁轉矩，轉速為3000r/min時，應加多大電樞電壓？1-23欲使用某直流伺服電動機，需要取得其機械特性。現測得控制電壓Ua

=100V時的兩組數據，即

試畫出Ua

=110V相應的機械特性。轉速（r/min）控制電流（A）備注45000.05空載30000.2負載1-22一臺直流伺服電動機其電磁轉矩為0.2倍額定電磁轉矩時1-24一臺直流伺服電動機，額定電壓UaN

=24V，額定電流IaN

=0.5A，額定電磁轉矩為TemN

=0.015N

m,空載摩擦轉矩T0=0.003N

m，額定轉速n=3000r/min。1）電樞電壓為18V時，畫出此時的機械特性曲線。2）當電磁轉矩Tem=0.02N

m，轉速為2500r/min時，電樞電壓是多少？電機輸出的機械轉矩是多少？1-25某直流伺服電動機機械特性如圖所示。已知其空載阻轉矩T0

=0.005N

m,求：①該電動機堵轉轉矩Td

；②該電動機理想空載轉速n0

；③該電動機實際空載轉速n0

；④該電動機機械特性硬度

。0.11000n(r/min)Tem(N

m)01-24一臺直流伺服電動機，額定電壓UaN=24V，額定電2-1直流測速發(fā)電機為什么有最高限速和最小負載電阻的額定指標規(guī)定?答：轉速升高，負載電阻越小，使輸出電壓的線性誤差增大，最高限速和最小負載電阻的額定指標規(guī)定是保證非線性誤差不超過允許值。2-2直流測速發(fā)電機是一種把機械轉速變換成電壓信號的測量元件。除了作為測量元件，在實際使用時根據需要直流測速發(fā)電機還可以被用作阻尼元件或解算元件。2-3直流測速發(fā)電機的誤差分析。2-1直流測速發(fā)電機為什么有最高限速和最小負載電阻的額定指標3-1步進電機可按單拍制和雙拍制兩類方式運行。單拍制是指運行拍數等于相數；雙拍制是指運行拍數等于相數的2倍。步進電機的起動轉矩是指步進電動機單步運行所能帶動的最大負載轉矩。3-2什么是步進電機的運行矩頻特性、起動矩頻特性和起動慣頻特性？什么是運行頻率？答：步進電機最大輸出轉矩與運行頻率的關系稱為運行矩頻特性。起動頻率與負載轉矩的關系是起動矩頻特性，起動頻率與負載轉動慣量的關系是起動慣頻特性。在負載條件下能無失步運行的最高控制頻率稱為運行頻率。3-3步進電動機轉角的大小取決于控制脈沖的（個數），轉速大小取決于控制脈沖的（頻率）?？刂泼}沖頻率增高，步進電機的負載能力下降，主要原因是（繞組電感的影響）。3-1步進電機可按單拍制和雙拍制兩類方式運行。單拍制是指運行3-4已知步進電機某相繞組矩角特性曲線的初始相位角為0，則其靜穩(wěn)定區(qū)為

，動穩(wěn)定區(qū)為

，穩(wěn)定裕度為

。3-5磁阻式步進電動機有A、B、C、D四相。繪出A和B極下，當A通電，B通電，和AB通電時，定子、轉子齒的相對位置。

定子轉子轉子轉子3-4已知步進電機某相繞組矩角特性曲線的初始相位角為0，則其3-6畫出四相反應式步進電動機單相通電時的矩角特性。指出C相的靜穩(wěn)定區(qū)和動穩(wěn)定區(qū)。已知單相通電時矩角特性的最大靜轉矩為0.2N?m，負載為0.18N?m時，哪種運行方式能使該步進電動機正常運行？答：C相的靜穩(wěn)定區(qū)為(0,2

)，動穩(wěn)定區(qū)為（

/2,5/2)。四相單四拍：四相雙四拍：四相八拍：四相雙四拍和四相八拍可以使該步進電機正常運行。P83：式（3.15）。P85最大靜態(tài)轉矩結論。P89：式（3.25）。P83：式（3.15）P84：式（3.16）或者作圖3-6畫出四相反應式步進電動機單相通電時的矩角特性。指出C相3-7某五相步進電動機轉子有48個齒，當該電機分別采用五相單五拍和五相雙五拍工作制工作時的步距角。已知五相單五拍工作時的最大靜態(tài)轉矩為0.2N

m，而負載為0.21N

m，試定量分析上述兩種工作制條件下，步進電機能否正常運行。3-7某五相步進電動機轉子有48個齒，當該電機分別采用五相單3-8某四相單四拍運行方式下的步進電動機相鄰兩個通電狀態(tài)的矩角特性如圖示，設步進電動機空載運行，求：①標出第n個通電狀態(tài)的靜穩(wěn)定區(qū)；②標出從第n個通電狀態(tài)換接為第n+1個通電狀態(tài)的動穩(wěn)定區(qū)；③步距角（電角度）

be=？④設矩角特性n上轉矩幅值為Tmax，負載轉矩Tf滿足什么條件才能保證步進電動機以四相雙四拍方式正常運行？P913-8某四相單四拍運行方式下的步進電動機相鄰兩個通電狀態(tài)的矩自動控制元件習題ppt課件3-9采取何種方法可提高反應式步進電動機的負載能力？答：增加運行的拍數；增加通電的相數。3-10四相反應式步進電動機的技術數據中表明了步距角為1.8°/0.9°，則可知轉子的齒數為（）。已知采用電源脈沖頻率為400Hz，雙拍制的轉速為（）。P77：式（3.3）。P79：式（3.6）。3-9采取何種方法可提高反應式步進電動機的負載能力？3-104-1正余弦旋轉變壓器負載運行時會造成輸出特性的畸變，造成這種畸變的重要原因是副邊電流所產生的交軸磁通。消除輸出特性畸變的方法稱為補償。補償的方法有

原邊補償

、

副邊補償

和

原、副邊補償

。4-2脈振磁場有何特點？如何表示？4-3證明：二次側（副邊）補償的正余弦旋轉變壓器的輸入阻抗（或勵磁電流，或輸入功率）和轉角

無關。4-4說明原邊（一次側）補償時勵磁電流是否會隨轉角變化而變化？4-5課本第144頁題4.6.P120~P125：4.3.2正、余弦旋轉變壓器的負載運行。P119：脈振磁場的一般規(guī)律。P123~P124有詳細證明。P124~P125，有變化。4-1正余弦旋轉變壓器負載運行時會造成輸出特性的畸變，造成這（2010年考題）如圖所示為正余弦旋轉變壓器帶負載工作的情況。（1）請完成原邊（一次側）補償和副邊（二次側）補償的連線。（2）如果只采用原邊（一次側）補償，則分析說明勵磁電流是否與轉子轉角無關。（2010年考題）5-1失調角、整步轉矩、協調位置、失調、比整步轉矩、比電壓等名詞解釋。力矩式自整角機與控制式自整角機的失調角有什么不同？5-2力矩式差動自整角機（兩種）工作原理分析.5-3控制式差動自整角機工作原理分析。5.4力矩式自整角接收機的零位相比發(fā)送機的零位（相同）；控制式自整角變壓器的零位相比發(fā)送機的零位（偏轉過90°）。P153~P154；P162。P155：圖5-11；P156：圖5-12。P160：圖5-17；P161：圖5-18。5-1失調角、整步轉矩、協調位置、失調、比整步轉矩、比電壓等5-6某力矩式自整角機接線如圖示，要求：①畫出接收機轉子所受轉矩方向;②畫出接收機轉子的協調位置；③若把D1和D2

，D2和D1

，D3

和D3

連接，再畫出接收機轉子的協調位置；④在第③問中錯接的情況下的失調角？舊版書中。5-5力矩式自整角機各種故障分析。5-6某力矩式自整角機接線如圖示，要求：舊版書中。5-5力矩④從D1

軸線方向逆時針轉100

位置；④從D1軸線方向逆時針轉100位置；5-7簡述圖示系統的工作原理。答：雷達天線帶動與其同軸的自整角發(fā)送機轉

角，自整角接收機輸出與失調角（

-

）成比例的控制電壓，經放大加給兩相交流伺服電動機控制繞組，電動機帶動同軸指示裝置及自整角接收機轉動，直至

=

，此時指示裝置指示出雷達俯仰角。5-7簡述圖示系統的工作原理。答：雷達天線帶動與其同軸的自6-1單相繞組通入直流電流、單相繞組通入交流電流及兩相對稱繞組通入兩相對稱電流各形成什么磁場?它們的氣隙磁密空間怎樣分布?隨時間又怎樣變化？答：單相繞組通入直流電形成恒定磁場，氣隙磁密基波在空間按正弦分布，位置和大小不隨時間變化。單相繞組通入交流電形成脈振磁場，基波在空間按正余弦分布，位置（對稱軸、幅值位置）固定，振幅（大小與符號）隨時間正弦變化。兩相對稱繞組通入兩相對稱電流形成圓形旋轉磁場，在空間按正弦分布，波形最大幅值不變，幅值所在位置隨時間勻速變化。6-1單相繞組通入直流電流、單相繞組通入交流電流及兩相對稱繞6-2何為對稱狀態(tài)?兩相圓形旋轉磁場有何特點?如何改變旋轉磁場的轉向?答：1.當交流伺服電動機的兩相繞組建立起圓形旋轉磁場時，就稱交流伺服電動機處于對稱狀態(tài)。

2.兩相圓形旋轉磁場的特點：（P181）。（1）轉向：旋轉磁場的轉向是從流過超前電流的繞組軸線轉向流過落后電流的繞組軸線。（2）轉速：同步轉速nt=60f/p。轉速均勻。（3）幅值：圓形旋轉磁場的幅值是恒定不變的，其值與每相脈振磁場的幅值相等，即：B=Bkm=Bjm=Bm

3.

改變旋轉磁場的轉向：使一相繞組上電流或電壓相位改變180

。6-2何為對稱狀態(tài)?兩相圓形旋轉磁場有何特點?如何改變旋轉6-3當電機的軸被卡住不動，定子繞組仍加額定電壓，為什么轉子電流會很大？伺服電動機從起動到運轉時，轉子繞組電流的頻率、電勢及電抗會有什么變化？為什么會有這些變化。答：1.電機的軸被卡住不動，定子繞組仍加額定電壓，此時磁場以同步轉速切割轉子繞組，s=1,Tem=Td,因此轉子電流很大。

2.伺服電動機從起動到運轉時，轉子繞組的頻率、電勢及電抗會變?yōu)閟倍。

3.

其中Ez0和Xz0分別為空載時轉子的電勢及電抗。6-3當電機的軸被卡住不動，定子繞組仍加額定電壓，為什么轉子6-4當有效信號系數

e

從0～1變化時，電機磁場的橢圓度怎樣變化？被分解成的正、反向旋轉磁場的大小怎樣變化？答：

e

從0～1變化時，電機磁場的橢圓度變小。正向旋轉磁場變大，反向旋轉磁場變小。6-4當有效信號系數e從0～1變化時，電機磁場的橢圓度怎6-5兩相伺服電動機的轉子電阻為什么都選得比較大？如果轉子電阻選得過大又會產生什么不利影響？答：1.轉子電阻大可使1）圓形旋轉磁場時的機械特性在第1象限是下垂的，在0→nt內可穩(wěn)定運行。2）避免單相自轉現象。3）機械特性線性度好。

2.轉子電阻過大，效率太低，電機發(fā)熱；堵轉轉矩過小。6-6什么是自轉現象？為了消除自轉，兩相伺服電動機單相供電時應具有怎樣的機械特性？答：1.兩相電機空載運轉時，當一相控制信號為0(Ik=0或Uk=0），轉子仍旋轉不止，就稱為自轉。

2.為了消除自轉，兩相伺服電動機單相供電時，機械特性應分布在2、4象限（不在1、3象限），且通過s=1,n=0及T=0的坐標原點。6-5兩相伺服電動機的轉子電阻為什么都選得比較大？如果轉子電自動控制元件習題ppt課件自動控制元件習題ppt課件6-