《控制电机1~11章》答案

第二章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组(见图2 - 3)的电刷放在磁极轴线上? P9-104. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。

同样可以证明ea ∝n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。

所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。

为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。

(提示：在图中作一辅助线。

)正反向特性不一致。

6. 具有16 个槽，16 个换向片的两极直流发电机结构如图2 - 30 所示。

(1) 试画出其绕组的完整连接图；(2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图；(3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性；(4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向移动一个换向片的距离， 会出现什么问题?第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定?答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当Ø=常数时）根据转矩平衡方程式， 当负载转矩不变时， 电磁转矩不变； 加上励磁电流If 不变， 磁通Φ不变， 所以电枢电流Ia 也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。

2. 如果用直流发电机作为直流电动机的负载来测定电动机的特性(见图 3 - 33)， 就会发现， 当其他条件不变， 而只是减小发电机负载电阻RL 时， 电动机的转速就下降。

试问这是什么原因?3. 一台他励直流电动机， 如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变， 而仅仅提高电枢端电压， 试问电枢电流、 转速变化怎样? 答：当直流伺服电动机负载转矩、励磁电流不变时，仅将电枢电12N a =-122L a R I T T I n ↓⇒↑⇒↑⇒↑⇒↑⇒↓发发发电电压增大，此时由于惯性，转速来不及变化，Ea=Ceφn，感应电势不变，电枢电压增大，由电压平衡方程式：Ia=（Ua-Ea）/Ra=（Ua-Ce φn）/Ra可知，电枢电流Ia突然增大；又T=CTφIa，电磁转矩增大；此时，电磁转矩大于负载转矩，由T=TL+Tj=TL+JdΩ/dt知道，电机加速；随着转速n的增加，感应电势Ea增加，为保持电压平衡，电枢电流Ia将减少，电磁转矩T也将减少，当电磁转矩减小到等于总的负载阻转矩时，电机达到新的稳态，相对提高电枢电压之前状态，此时电机的转速增加、电磁转矩、电枢电流不变。

4.已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110 V，额定运行时的电枢电流Ia=0.4 A，转速n=3600 r/min,它的电枢电阻Ra=50 Ω，空载阻转矩T0=15mN·m。

试问该电动机额定负载转矩是多少?解：由Ea=Ua-IaRa............（1）Ea=Ceφn (2)CT=60*Ce/(2*π) (3)T=Ts=T0+TL…………（4）T=CTφIa…………（5）联立5 个式子，可得到TL=80.5mN·m5. 用一对完全相同的直流机组成电动机—发电机组，它们的励磁电压均为110 V，电枢电阻Ra=75 Ω。

已知当发电机不接负载，电动机电枢电压加110 V时，电动机的电枢电流为0.12 A，绕组的转速为4500 r/m in。

试问：(1) 发电机空载时的电枢电压为多少伏?(2) 电动机的电枢电压仍为110 V，而发电机接上0.5 kΩ的负载时，机组的转速n是多大(设空载阻转矩为恒值)?6. 一台直流电动机，额定转速为3000 r/min。

如果电枢电压和励磁电压均为额定值，试问该电机是否允许在转速n=2500 r/min下长期运转? 为什么?答：不能，因为根据电压平衡方程式，若电枢电压和励磁电压均为额定值，转速小于额定转速的情况下，电动机的电枢电流必然大于额定电流，电动机的电枢电流长期大于额定电流，必将烧坏电动机的电枢绕组7. 直流电动机在转轴卡死的情况下能否加电枢电压? 如果加额定电压将会有什么后果?答：不能，因为电动机在转轴卡死的情况小，加额定的电枢电压，则电压将全部加载电枢绕组上，此时的电枢电流为堵转电流，堵转电流远远大于电枢绕组的额定电流，必将烧坏电动机的电枢绕组。

8. 并励电动机能否用改变电源电压极性的方法来改变电动机的转向?答：不能，改变电动机的转向有两种方法：改变磁通的方向和改变电枢电流的方向，如果同时改变磁通的方向和电枢电流的方向，则电动机的转向不变。

并励电动机若改变电源电压的极性，将同时改变磁通的方向和电枢电流的方向，则电动机的转向不变。

9. 当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化? 并说明由原来的稳态到达新的稳态的物理过程。

答：此时，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。

由原来的稳态到达新的稳态的物理过程分析如下：开始时，假设电动机所加的电枢电压为Ua1，励磁电压为Uf，电动机的转速为n1，产生的反电势为Ea1，电枢中的电流为Ia1，根据电压平衡方程式：Ua1=Ea1+Ia1Ra=CeΦn1+Ia1Ra则此时电动机产生的电磁转矩T=CTΦIa1，由于电动机处于稳态，电磁转矩T 和电动机轴上的总阻转矩Ts 平衡，即T=Ts。

当保持直流伺服电动机的励磁电压不变，则Φ不变；如果负载转矩减少，则总的阻转矩Ts=TL+T0 将减少，因此，电磁转矩T 将大与总的阻转矩，而使电动机加速，即n 将变大；n 增大将使反电势Ea 变增大。

为了保持电枢电压平衡（Ua=Ea+IaRa），由于电枢电压Ua 保持不变，则电枢电流Ia 必须减少，则电磁转矩也将跟着变小，直到电磁转矩小到与总阻转矩相平衡时，即T=Ts，才达到新的稳定状态。

与负载转矩减少前相比，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。

10. 请用电压平衡方程式解释直流电动机的机械特性为什么是一条下倾的曲线? 为什么放大器内阻越大，机械特性就越软?11. 直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区? 调节特性死区的大小与哪些因素有关?12. 一台直流伺服电动机带动一恒转矩负载(负载阻转矩不变)，测得始动电压为4 Ｖ，当电枢电压Ua=50 V时，其转速为1500 r/m in。

若要求转速达到3000 r/m in，试问要加多大的电枢电压?13. 已知一台直流伺服电动机的电枢电压Ua=110 V，空载电流Ia0 =0.055A，空载转速n′0=4600 r/m in，电枢电阻Ra=80 Ω。

试求：(1) 当电枢电压Ua=67.5 V时的理想空载转速n0及堵转转矩T d;(2) 该电机若用放大器控制，放大器内阻Ri=80 Ω，开路电压Ui=67.5 V，求这时的理想空载转速n0及堵转转矩T d;(3) 当阻转矩TL+T0由30×10-3N·m增至40×10-3 N·m时，试求上述两种情况下转速的变化Δn。

第4章变压器1. 某台变压器，额定电压U1n/U2n=220/110(V)，额定频率fn=50 Hz，问原边能否接到下面的电源上?试分析原因。

(1)交流380V，50Hz；(2)交流440V；100Hz；(3)直流220V。

答：（1）不可以。

由U=E=4.44Wfφm，在电源频率均为50Hz的条件下，主磁通φm决定于外加电压U，380V的电压比额定的原边电压220V大很多，则加电后必然导致铁心严重饱和，变压器主磁通一般就设计的比较饱和，增加很小的磁通将引起空载电流I0急剧增加，即使变压器不带负载，变压器也会因此损坏。

（2）可以。

由U=E=4.44Wfφm，电压增加一倍，频率也增加一倍，则主磁通φm基本不变，因此，对变压器的影响很小。

但不是最理想。

（3）不可以。

变压器对于直流电源相当于短路，因此，一旦接上直流220V，变压器将很快烧毁。

3. 某台单相变压器原边有两个额定电压为110 V的线圈，如图4 - 27 所示，图中副边绕组未画。

若电源电压为交流220 Ｖ和110 V 两种，问这两种情况分别将1 , 2 , 3 , 4 这四个端点如何联接，接错时会产生什么后果?答：（1）220V电压可以接在1，4两端，而把2和3两端相连；110V电压可以接在1，2两端及3，4两端（2）若220V电压按110V的接法，则变压器原边电压将超过额定电压，变压器空载电流I0就会急剧增加，若超过不允许的的电流值，会导致变压器过热烧毁；若110V电压按220V接法，原边电压将低于额定电压，接负载工作时若负载要求电压比副边能够提供的电压高，则变压器不能正常工作。

第五章1.各种自整角机的国内代号分别是什么?自整角机的型号中各量含义是什么?答：常见自整角机的国内代号：力矩式发送机：ZLF，力矩式接收机：ZLJ，控制式发送机：ZKF，控制式变压器：ZKB，差动发送机：ZCF，差动接收机：ZCJ，控制式差动发送机：ZKC。