控制电机第三版课后习题答案.docx
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控制电机第三版课后习题答案
第二章
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P25
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
P7
3.为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置
的电刷放在磁极轴线上P9-10
4.为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速
5.如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，
上,如图2-29
输出特性的影响。
6.具有16个槽，
（1）
（2）
（3）
（4）
会出现什么问题
为什么端部对称的鼓形绕组
负载电阻不能小于给定值
而在偏离几何中性线
分析在此情况下对测速机正、
（见图2-3）
P23
a角的直线反转的
所示，试综合应用所学的知识，
（提示：
在图中作一辅助线。
）正反向特性不一致。
16个换向片的两极直流发电机结构如图2-30所示。
试画出其绕组的完整连接图；试画出图示时刻绕组的等值电路图；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；
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,
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第三章789101112
1.直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定答
电也电渝嘉的农示式：
/_匕一凤小
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=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①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。
T二T厂兀
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当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻么原因
RL时，电动机的转速就下降。
（见图3-33）,就会发现,试问这是什
14
13
^发——
如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变,转速变化怎样
n
而仅仅提高电枢端
尺发1a发
3.一台他励直流电动机，电压，试问电枢电流、
答：
最终电枢电流不变，转速升高
4.已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V，额定运行时的电枢电流la=A,转
速n=3600r/min,它的电枢电阻Ra=50Q,空载阻转矩T0=15mNm。
试问该电动机额定负载转矩是多少
E广匚-卩广110—0.4/0=90（旳
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（1）发电和，空载B击
吕=匸；=皿=110=0.12>75-101（r）
贝据发电机与电动机与外部联系的两4呼衡方程式4=Eq乓=5-顷,*
可得如下751®^且’jyas
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解之得.$0=OL哦-曲，J运=O2D
则.E悝=匸；—J悝尽=L10—O.2@x?
5=S9（rC
6.
3000r/min。
如果电枢电压和励磁电压均为额定值,
一台直流电动机，额定转速为问该电机是否允许在转速n=2500r/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
必将
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，
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。
电枢电流打I，电转矩Fl,转速,1T
（由于二r二，电动扪将加匣｝丁门T
hJ由于供不臨耳暂不变）“TttT
7乓Tt匚MT挞更隐却
为什么放大
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器内阻越大，机械特性就越软
T
皈机的包压平衡尿式为1匚=E厂虧7机——艮,在电动机的电抠
U-JlJJi广.JJ
剌5不变的情:
兄下，转速増大，则軸3机的电i棒矩胆谡減h电磁转鹿大，见电动机的转速必然减小。
所以，斬瑚■的骷持亲F■倾的曲线*放大器
卿寺昨朴券徵所以屬性如
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
T□
有，E为戦羽机^斂载，爭）机也S譚阻死区班L：
厂护石
■W
为靈调节嘲捉区的划百申枢回路瞒阻彳庞匪转矩^热
测得始动电压为4V,当
3000r/min,试问要加多
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），电枢电压Ua=50V时，其转速为1500r/min。
若要求转速达到大的电枢电压
代5皆=爲
laO=,空载转速n‘0=4600
13.已知一台直流伺服电动机的电枢电压Ua=110V，空载电流
r/min,电枢电阻Ra=80Q。
试求：
（1）当电枢电压Ua=V时的理想空载转速n0及堵转转矩Td;
（2）该电机若用放大器控制，放大器内阻Ri=80Q,开路电压Ui=V,求这
时的理想空载转速n0及堵转转矩Td;
（3）当阻转矩TL+T0由30X10-3Nm增至40X10-3Nm时，试求上述两种情况下转速的变化△n。
（1）口=打風=0皿"拠=丄4｛门
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A£7.2
Ajj=—=—inin）
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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：
ZKG型号中前两位数字（由左向右排列）表示机座号，中间三个字母表示产品名称代号,后两位数
字表示性能参数序号。
2.何为脉振磁场它有何特点和性质
3.
5.线性旋转变压器是如何从正余弦旋转变压器演变过来的线性旋转变压器的转子绕组输出电压UR2和转角e的关系式是什么改进后的线性旋变,当误差小于％时，转角e的角度范围
是什么
答：
将正余弦旋转变压器的定子励磁绕组和转子余弦输出绕组串联，并作为励磁的
原边。
定子交轴绕组短接作为原边补偿，转子正弦输出绕组作为输出绕组，即可将正余弦旋转变压器变为线性旋转变压器。
线性旋转变压器的转子绕组输出电压UR2和转角e的关
系式是：
kuUfisin
Ur2
改进后的线性旋变，当误差小于％时，转角keCO角度范围是±60°o7.感应移相器的主要特点是什么具备这些特点的原因是什么
答：
感应移相器的主要特点是：
输出电压的相位与转子转角成线性关系出电压的幅值能保持恒定。
原因是：
将旋转变压器接上移相电路构成感应移相器后,的参数和外接电路满足以下两个条件时：
其输出电压的相位与转子转角满足下面函数式
R2RX2R
丄&&飞
UlRej（彳5。
）
Ur7第七章
交流电及两相绕组通入两相交流电各形成什么磁场在时间上又怎样变化
而且其输其本身
RR2R
R2R
1.单相绕组通入直流电、磁通密度在空间怎样分布，
答：
单相绕组通入直流电会形成恒定的磁场，单相绕组通入交流电会形成脉振磁场；两相绕组通入两相交流电会形成脉振磁场或旋转磁场。
恒定磁场在磁场内部是一个匀强磁场，不随时间变化。
脉振磁场的幅值位置不变，其振幅永远随时间交变；对某瞬时来说，磁
场的大小沿定子内圆周长方向作余弦分布，对气隙中某一点而言，磁场的大小随时间作正
弦变化。
圆形旋转磁场的特点是：
它的磁通密度在空间按正弦规律分布，其幅值不变并以
恒定的速度在空间旋转。
2.何为对称状态何为非对称状态交流伺服电动机在通常运行时是怎样的磁场通上相位相同的交流电流能否形成旋转磁场
它们的气隙
两相绕组
答：
一般地，当两相绕组产生圆形旋转磁场时，这时加在定子绕组上的电压分别定
义为额定励磁电压和额定控制电压，并称两相交流伺服电动机处于对称状态。
当两相绕组
产生椭圆形旋转磁场时，称两相交流伺服电动机处于非对称状态。
两相绕组通上相位相同
的交流电流不能形成旋转磁场，只能形成脉振磁场
3.当两相绕组匝数相等和不相等时，生圆形旋转磁场
答：
当两相绕组匝数相等时，转磁场。
当两相绕组有效匝数不等时，比，电压值应与绕组匝数成正比。
加在两相绕组上的电压及电流应符合怎样条件才能产
加在两相绕组上的电压及电流值应相等才能产生圆形旋若要产生圆形旋转磁场，
电流值应与绕组匝数成反
4.改变交流伺服电动机转向的方法有哪些为什么能改变
答：
把励磁与控制两相绕组中任意一相绕组上所加的电压反相
可以改变旋转磁场的转向。
因为旋转磁场的转向是从超前相的绕组轴线
上超前的电流）转到落后相的绕组轴线，而超前的相位刚好为90
（即相位改变180°）,就
（此绕组中流有相位
5.什么叫作同步速”如何决定假如电源频率为60Hz,电机极数为6,电机的同步速等于多少
答：
旋转磁场的转速常称为同步速，以ns表示。
同步速只与电机极数和电源频率有
关，其关系式为：
ns丄（r/s）60丄（r/min），假如电源频率为60Hz,电机极数为6,电
SPP
机的同步速等于1200r/mino
6.为什么交流伺服电动机有时能称为两相异步电动机如果有一台电机，技术数据上标明
空载转速是1200r/min,电源频率为50Hz,请问这是几极电机空载转差率是多少
答：
因为交流伺服电动机的定子绕组有励磁绕组和控制绕组两相组成，交流伺服电动
机转速总是低于旋转磁场的同步速，而且随着负载阻转矩值的变化而变化，因此交流伺服电动机又称为两相异步伺服电动机。
空载转速是1200r/min,电源频率为50Hz的电机是4极电机，空载转差率是20%。
7.当电机的轴被卡住不动,定子绕组仍加额定电压,为什么转子电流会很大伺服电动机从启动到运转时,转子绕组的频率、电势及电抗会有什么变化为什么会有这些变化答：
当电机的轴被卡住不动,定子绕组仍加额定电压,此时电动机处于堵转状态,
感应电势ER较大，所以转子电流会很大。
伺服电动机从启动到运转时，转子绕组的频率、
电势及电抗会变小,因为电机转动时,转子导体中感应电流的频率、电势及电抗分别等于转子不动时的频率、电势及电抗乘上转差率
9.
什么是电源移相,什么是电容移相,电容移相时通常移相电容值怎样确定动机转向怎样
答：
直接将电源移相或通过移相网络使励磁电压和控制电压之间有一固定的
移,这些移相方法通称为电源移相。
在交流伺服电动机内部采用励磁相串联电容器移相的移相方法叫电容移相。
电容伺服电动机转向是从励磁绕组转向控制绕组。
10.怎样看出椭圆形旋转磁场的幅值和转速都是变化的当有效信号系数ae从0~1变化时，电机磁场的椭圆度怎样变化被分解成的正、反向旋转磁场的大小又怎样变化
答：
椭圆形旋转磁场的幅值和转速都是变化的详见课本151页,当有效信号系数
从0~1变化时,电机磁场的椭圆度将变小,被分解成的正向旋转磁场增大,反向旋转磁场
减小。
11.什么是自转现象为了消除自转,交流伺服电动机零信号时应具有怎样的机械特性
答：
当伺服电动机的控制电信号Uk=0时，只要阻转矩小于单相运行时的最大转矩，
电动机仍将在电磁转矩T作用下继续旋转的现象叫自转现象。
为了消除自转,交流伺服电
动机零信号时的机械特性应位于二、四象限
12.与幅值控制时相比,电容伺服电动机定子绕组的电流和电压随转速的变化情况有哪些
答：
与幅值控制时相比,大,励磁电压Uf的相位也增大。
在高速段,转矩下降得很快,率值降低）。
13.何为交流伺服电动机的额定状态额定功率含义如何答：
电机处于对称状态,当转速接近空载转速n0的一半时,输出功率最大,通常就把这点规定为交流伺服电动机的额定状态。
电机可以在这个状态下长期连续运转而不过热,这个最大的输出功率就是电机的额定功率P2n。
15.一台两极的两相伺服电动机，励磁绕组通以400Hz的交流电，当转速n=18000r/min
时,使控制电压Uk=0,问此瞬时：
不同为何它的机械特性在低速段出现鼓包现象
电容伺服电动机定子绕组的电流和电压随转速的增加而增因机械特性在低速段随着转速的增加转矩下降得很慢,而
从而使机械特性在低速段出现鼓包现象（即机械特性负的斜
（1）正、
反旋转磁场切割转子导体的速率（即转差）为多少
（2）正、反旋转磁场切割转子导体所产生的转子电流频率各为多少
（3）正、反旋转磁场作用在转子上的转矩方向和大小是否一样哪个大为什
么
答：
（1）旋转磁场的同步速ns为：
反向旋转磁场切割转子导体所产生的转子电汽频率为：
＞正、反向旋转磁场作用在转子上的转矩方向相反.反向旋转磁场作用在转子上的转矩大，做成的交流伺服电动机零信号时的机械椅性应位于二、四彖限.此时要求电动机的反向电磁转矩应大于正向的电磁转矩.
＜I＞旋转滋场的同步速脯为！
*P1
正向旋转磁场切劃转子导体的速率为:
『征=2JOOO-1HOOO=6000^r/niiii）
反向旋转磁场td割转子导体的速率为:
气=2斗000十18000=42000
3正向旋转磁场切割转干导体所产牛•的转子申，流频率为■
正fiQ60
第2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。
ab处于S极下，这时它们的电势与前a到d，此时d为正，a为负，仍然是
负载电阻不能小于给定值
当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体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刷为正，B刷为负。
4.为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速
直流测速以保证线性误差在eL正比于eL*n2。
同样可
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，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，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；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
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，使输岀特性呈现
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。
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=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①不变，所以电枢电流la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。
3.
而仅仅提高电枢
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，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，仅将电枢电压增大，此时由于惯性，转速来不及变化，Ea=Ce$n,感应电势不变，电枢电压增大，由电压平衡方程式：
la=（Ua-Ea）
/Ra=（Ua-Ce^n）/Ra可知，电枢电流la突然增大；又T=Cgla,电磁转矩增大；此时，电磁转矩大于负载转矩，由T=TL+Tj=TL+J0/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la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。
6.
3000r/min。
如果电枢电压和励磁电压均为额定值，下长期运转为什么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，
一台直流电动机，额定转速为试问该电机是否允许在转速n=2500r/min
答：
不能，因为根据电压平衡方程式，
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。
第4章变压器（P75）
1.某台变压器，额定电压U1n/U2n=220/110（V），额定频率fn=50Hz,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珂m，在电源频率均为50Hz的条件下，主磁通^m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珂m,电压增加一倍，频率也增加一倍，
则主磁通$m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110V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220V和110V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。
第七章
它们的气隙
1.单相绕组通入直流电、交流电及两相绕组通入两相交流电各形成什么磁场磁通密度在空间怎样分布，在时间上又怎样变化
不随时
答：
单相绕组通入直流电会形成恒定的磁场，单相绕组通入交流电会形成脉振磁场；两相绕组通入两相交流电会形成脉振磁场或旋转磁场。
恒定磁场在磁场内部是一个匀强磁场，
间变化。
脉振磁场的幅值位置不变，其振幅永远随时间交变；对某瞬时来说，磁场的大小沿定
子内圆周长方向作余弦分布，对气隙中某一点而言，磁场的大小随时间作正弦变化。
圆形旋转
磁场的特点是：
它的磁通密度在空间按正弦规律分布，其幅值不变并以恒定的速度在空间旋
转。
2.
两相绕组
何为对称状态何为非对称状态交流伺服电动机在通常运行时是怎样的磁场通上相位相同的交流电流能否形成旋转磁场
答：
一般地，当两相绕组产生圆形旋转磁场时，这时加在定子绕组上的电压分别定义为
额定励磁电压和额定控制电压，并称两相交流伺服电动机处于对称状态。
当两相绕组产生椭圆形旋转磁场时，称两相交流伺服电动机处于非对称状态。
两相绕组通上相位相同的交流电流不能形成旋转磁场，只能形成脉振磁场
3.当两相绕组匝数相等和不相等时，加在两相绕组上的电压及电流应符合怎样条件才能产生圆形旋转磁场
答：
当两相绕组匝数相等时，加在两相绕组上的电压及电流值应相等才能产生圆形旋转磁
电流值应与绕组匝数成反比，电
场。
当两相绕组有效匝数不等时，若要产生圆形旋转磁场，
压值应与绕组匝数成正比。
4.
（即相位改变180°），就可以（此绕组中流有相位上超前的
电机极数为6，电机的同步速等于
改变交流伺服电动机转向的方法有哪些为什么能改变答：
把励磁与控制两相绕组中任意一相绕组上所加的电压反相
改变旋转磁场的转向。
因为旋转磁场的转向是从超前相的绕组轴线电流）转到落后相的绕组轴线
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