控制电机(2版)思考题与习题参考 答案

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1、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N·m，试问电动机的额定负载转矩是多少？解：TL=Te-T0,Te=EaIaΩ=90×0.4120π=0.0955N.mΩ=2πn60=120π,Ea=U-RaIa=110-50×0.4=90VTL=0.0955-0.015=0.0805N.m2.一台型号为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N

2、·m，额定转速为3000r/min。忽略电动机本身的空载阻转矩，试求电机在额定运行状态时的反电动势和电枢电阻。解：U=Ea+IaRa,Te=EaIa/Ω,Ω=2πn60=100πEa=TeΩIa=0.093×100π0.46=63.51V，Ra=U-EaIa=110-63.50.46=101.1Ω3.伺服电动机型号为70SZ54，效率，空载阻转矩N·m。试求额定运行时电动机的电枢电流，电磁转矩，反电动势和电枢电阻。解：IaN=PNUNηN=55110×0.625=0.8A，TLN=PNΩ=55100π=0.175N.m，Ω=2πn60=100πTe=TL

3、N+T0=0.175+0.0715=0.2465N.m，EaN=TeΩIaN=0.2465×110π0.8=96.75VRa=U-EaNIaN=110-96.80.8=16.5Ω4.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）UF0=EDa=U-RaIDa0=110-75×0.12

4、=101V（2）由Ea=CeΦn得，CeΦ=Ea/n,IDa0=0.12A,n=4500r/min.接负载时，U=CeΦn1+IDaRa，CeΦn1=IFaRa+RLCeΦn1IDa=CeΦn1IFa+CeΦn1IDa0解得IFa=0.0878A,IDa=IFa+IDa0=0.0878+0.12=0.2078An1=U-RaIDaCeФ=110-75×0.2078101/4500=4207r/min5.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

5、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n=UaCeΦ-TeRaCeCtΦ2=n0-kTe。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，Φ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Φ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，Φ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

6、上的负载转矩减小，试问这时电机控制电流、电磁转矩和转速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Φ不变。负载转矩减小时，Te减小，由Te=CtΦIa得Ia减小，U=CeΦn+IaRa，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n=UaCeΦ-TeRaCeCtΦ2。当控制电压和励磁电压均不变时，，

7、UaCeΦ和RaCeCtΦ2都是常数，转速n和电磁转矩Te之间是线性关系，且随着电磁转矩Te的增加，转速n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RaCeCtΦ2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。Us=RaCtΦTs,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：

8、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