《控制电机(第2版)》李光友(思考题与习题参考答案)

控制电机（2版）思考题与习题参考答案

（机械工业出版社，李光友等编著）

第1章 直流伺服电动机

1. 一台直流电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.4A ，额定转速为3600r/min ，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩015.0T 0=N ·m ，试问电动机的额定负载转矩是多少？ 解： ,

=120 ,

2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V ，额定电枢电流为0.46A ，额定转矩为09

3.0 N ·m ，额定转速为3000r/min 。忽略电动机本身的空载阻转矩0T ，试求电机在额定运行状态时的反电动势a E 和电枢电阻a R 。

解：U= , ,

100

，

3. 伺服电动机型号为70SZ54，,V 110U U ,W 55P f N N ===效率m i n /r 3000n %,5.62N N ==η，空载阻转矩071

4.0T 0= N ·m 。试求额定运行时电动机的电枢电流aN I ，电磁转矩e T ，反电动势aN E 和电枢电阻a R 。

解：

， ，

100 ，

4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。它们的励磁电压均为110V ，电枢绕组电阻均为75Ω。当发电机空载时，电动机电枢加110V 电压，电枢电流为0.12A ，机组的转速为4500r/min 。试求：（1）发电机空载时的输出电压为多少？（2）电动机仍加110V 电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机组的转速为多少?

解：（1）

（2） 由 得， , =0.12A, n=4500r/min.

接负载时，U= ，

解得

Ф =4207r/min

5. 试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。并说明这种控制方式有哪些缺点?

答：磁场控制时电枢电压保持不变。机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系，即

= 。由公式可知，当控制电压加载励磁绕组上，

即采用磁场控制时，随着控制信号减弱， 减小，k 增大，机械特性变软。调节特性是指电磁转矩不变时，转速随控制信号变化的关系。由公式可知，n 与 为非线性关系，不利于精确调速。

6. 若直流伺服电动机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性将会产生哪些影响?

答：电枢控制时，若励磁电压下降， 减小，k 增大，机械特性变软，始动电压变大。

7. 电枢控制的直流伺服电机，当控制电压和励磁电压都不变时，电机轴上的负载转矩减小，试问这时电机控制电流a I 、电磁转矩e T 和转速n 都会有哪些变化？并说明由原来的稳态到达新稳态的物理过程。

答：励磁电压不变，可近似认为 不变。负载转矩减小时， 减小，由 得 减小，U= ，转速升高。

物理过程：负载转矩减小时，瞬时电磁转矩大于负载转矩，电动机加速，反电动势升高，电流下降，电磁转矩下降，直到新的转矩平衡后进入稳态。

8. 直流伺服电动机的机械特性为什么是一条下倾的直线？为什么放大器的内阻越大，机械特性就越软?

答：直流伺服电动机的机械特性为

。当控制电压和励磁电压均不变时，，

和

都是常数，转速 和电磁转矩 之间是线性关系，且随着电磁转矩 的增加，转

速 下降，因此机械特性是一条下倾的直线。放大器的内阻对机械特性来说，与电枢电阻是等价的，电阻越大，直线斜率

就越大，机械特性就越软。

9. 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?

答：有死区。

,死区电压与起始负载转矩，电枢电阻，励磁电压，电机结构有关。

10. 当直流伺服电机运行在电动机、发电机、反接制动、能耗制动四个状态时，电磁转矩与转速的方向成什么关系？它们的能量流向有什么特点?

答：电动机：电磁转矩与转速方向相同，电能转化为机械能。发电机：电磁转矩与转速方向相反，机械能转化为电能。反接制动：电磁转矩与转速方向相反，电能和转子机械能转化为电机内部的热能。能耗制动：电磁转矩与转速方向相反。转子机械能转化为电机内部的热能。

11. 试述机电时间常数的物理意义。

答：电动机在空载状态下，励磁绕组加额定励磁电压，电枢加阶跃额定控制电压，转速从零升到理想空载转速的63.2%所需的时间。

12. 直流伺服电动机当转速很低时会出现转速不稳定现象，简述产生转速不稳定的原因及其对控制系统产生的影响。

答：电枢齿槽的影响，电枢接触压降的影响，电刷和换向器之间摩擦的影响。造成控制系统误差。

13. 一台直流伺服电动机带动恒转矩负载（即负载转矩保持不变），测得始动电压V 4U a0 ，当电枢电压为50V 时，其转速为1500r/min ，若要求转速达到3000r/min ，试问要加多大的电枢电压?

解： 由题意， ， ，代入数据得U=96V

14. 一台直流伺服电动机，其额定电枢电压和励磁电压都为110V ，额定电枢电流为0.46A ，额定转速为3000r/min ，额定转矩为09.0 N ·m ，忽略空载阻转矩0T 。要求：（1）绘出电枢电压为110V 和80V 时的机械特性曲线；（2）当负载转矩为08.0 N ·m 电枢电压为80 V 时电机的转速；（3）对应于该负载和电压下的堵转转矩K T 和始动电压a0U 。

解：（1）由 得，

，

r/min

r/min

曲线略。

（2）

0.08=1806 r/min （3）

15. 已知一台直流伺服电动机的电枢电压V 110U a =，空载电流A 055.0I a0=，空载转速r/m

in 4600n 0='，电枢电阻Ω80R a =，试求：（1）当电枢电压V 5.67U a =时的理想空载转速0n 和堵转转矩K T ；（2）该电机若用放大器控制，放大器的内阻Ω80R =，开路电压V 5.67U i =，求这时的理想空载转速0n 和堵转转矩K T 。

解：（1） ，

，

r/min

（2）

r/min

第二章 交流感应伺服电动机

1．空心杯形转子两相感应伺服电动机与笼型转子感应伺服电动机相比，在结构与原理上有何异同?

答：笼型转子感应伺服电动机的结构与普通笼型感应电动机相似，只是定子为两相绕组，并且为了减少转子的转动惯量，需做得细而长。空心杯型感应伺服电动机的定子分成外定子和内定子两部分。外定子部分与笼型转子感应伺服电动机相同，在铁心槽中嵌有空间相距90°电角度的两相交流绕组，而内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减少