浙大自動控制元件作業(yè)

1、第一章直流伺服電動機1-1直流伺服電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和控制電流由什么決定？答：a：由Tem=CmIa 知電磁轉(zhuǎn)矩由每極磁通量和繞組電流大小決定。b：由Tem =T0 +T2 =CmIa 控制電流由負(fù)載轉(zhuǎn)矩(T2)和空載轉(zhuǎn)矩(T0)大小決定。1-2當(dāng)直流伺服電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定不變時，控制電壓升高將使穩(wěn)態(tài)的電磁轉(zhuǎn)矩、控制電流、轉(zhuǎn)速發(fā)生怎樣的變化？為什么？答：a：電磁轉(zhuǎn)矩Tem =T0 +T2可見電磁轉(zhuǎn)矩也不變。由Tem=CmIa知控制電流Ia 也不變b：知Tem 不變可見Ua 轉(zhuǎn)速升高理想空載轉(zhuǎn)速變大導(dǎo)致轉(zhuǎn)速n升高。1-3已知一臺直流電動機，其電樞額定電壓Ua=110V，額定運行時電樞電流Ia=0

2、.4A，轉(zhuǎn)速n=3600rpm，它的電樞電阻Ra=50歐姆，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩To=15mN.m。試問該電動機額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是多少？答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Cen, Ce=0.105Cm Cm=Tem =T0 +T2=CmIaT2=CmIa-T0 =0.40.238=0.0952-15×10-31-6當(dāng)直流伺服電動機電樞電壓、勵磁電壓不變時，如將負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，試問此時電動機的電樞電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速將怎樣變化？并說明由原來的狀態(tài)到新的穩(wěn)態(tài)的物理過程。答：磁轉(zhuǎn)矩Tem =T0 +T2可見T2 電磁轉(zhuǎn)矩也。由Tem=CmIa知控制電流Ia Ea=

3、 Ua- IaRa可見Ia 知Ea，由Ea=Cen 知Ea知n第二章 直流測速發(fā)電機2-4某直流測速發(fā)電機，其電樞電壓U=50V，負(fù)載電阻RL=3000，電樞電阻Ra=180，轉(zhuǎn)速n=3000rpm，求該轉(zhuǎn)速下的空載輸出電壓Uo和輸出電流Ia。Ea = Ua IaRa Ia=0.0167A Ea=50Ea =50+×180=53 空載Uo =Ea =53第三章 步進(jìn)電動機3-8某五相反應(yīng)式步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子有48個齒，試分析其有哪幾種運行方式及對應(yīng)的步距角，并畫出它們的矩角特性曲線族。答: 5相單5拍ABCDEA b=1.5° TemA =-Tjmaxsin(e) TemB =

4、-Tjmaxsin(e-) TemC =-Tjmaxsin(e-) TemD =-Tjmaxsin(e-) TemE =-Tjmaxsin(e-) 5相雙5拍ABBCCDDEEAAB b=1.5°TemAB=-1.62Tjmaxsin(e-) TemBC=-1.62Tjmaxsin(e-) TemCD =-1.62Tjmaxsin(e-) TemDE=-1.62Tjmaxsin(e-)TemEA =-1.62Tjmaxsin(e-) 5相10拍 AABBBCCCDDDEEEAAB b=0.75° 3-103-10四相反應(yīng)式步進(jìn)電動機，轉(zhuǎn)子有50個齒，試計算各種運行方式的步距

5、角。并畫出其單、雙拍制的矩角特性曲線族。若單相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為0.1N·m，試計算各種運行方式的起動轉(zhuǎn)矩；并判斷轉(zhuǎn)子上負(fù)載為0.08N·m時哪種運行方式可使步進(jìn)電動機正常運行。解a：四相單四拍步距角b=1.8°， be= ,如下圖四相單四拍相鄰2相矩角特性曲線交點q1轉(zhuǎn)矩Temq1=TTjmaxsin=0.1×0.707=0.0707N·m0.08N·m 電機不能正常運行b:四相雙四拍步距角b=1.8°,be= ，Temq1= 1.414Tjmaxsin=1.414×0.0707=0.1N·m0.0

6、8N·m ，電機能正常運行 四相八拍步距角b=0.9°,be= Temq1= 1.414Tjmaxsin=1.414×0.0707=0.1N·m0.08N·m ，電機能正常運行第四章 旋轉(zhuǎn)變壓器4-6用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器可以構(gòu)成直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角的變換，接線如圖題圖4-1，4-2所示（見書P119）。試分析其工作原理。解：Uxs= Ussin, Uys = Uscos, Uxc= Uccos, Uyc = Ucsin, Ux= Uxs- Uxc，Uy= Uys +Uyc ，Ux= Ussin-Uccos，Uy= Uscos+Ucsin，如p點與坐標(biāo)

7、系uov相當(dāng)于正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子，當(dāng)其順時針旋轉(zhuǎn)，坐標(biāo)系順uov時針旋轉(zhuǎn)就會輸出新的坐標(biāo)（Ux 、Uy ）4-8有一只旋變發(fā)送機XF和一只旋變變壓器XB定子繞組對應(yīng)聯(lián)接作控制式運行，如題圖4-3所示（見書P119），已知：圖中的1=15°°，2=10°°，試求：（1） 旋變變壓器轉(zhuǎn)子的輸出繞組的協(xié)調(diào)位置XT；解:協(xié)調(diào)位置XT在轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)95° （2） 失調(diào)角r。 r=-1- (90-2)=-95°負(fù)號表示逆時針第五章 自整角機5-4三臺自整角機如題圖5-1所示（見書P147）接線。中間一臺為力矩式差動接收機，左右兩臺為力矩式發(fā)送

8、機，試問：當(dāng)左右邊兩臺發(fā)送機分別轉(zhuǎn)過2、1角度時，中間的接收機將轉(zhuǎn)過的角度與2和1之間是什么關(guān)系？解：r=21 ,21>0則順時針轉(zhuǎn)動21=0則不動21<0則逆時針轉(zhuǎn)動5-6某力矩式自整角機接線如題圖5-3所示（見書P148）（1） 畫出接收機轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)矩方向：解：收機轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)矩方向是逆時針方向（2） 畫出接收機的協(xié)調(diào)位置；解：接收機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度：(15-35= -20°)（3） 求失調(diào)角。解：r=12=15° -35°=-20°5-7對于題圖5-4所示（見書P148）自整角測量線路，CX為自整角發(fā)送機，CT為自整角變壓器，它們

9、的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角分別為1和2。畫出三相繞組合成磁場軸線的位置，并寫出輸出電勢的有效值Eo和轉(zhuǎn)角1、2的關(guān)系式。（1） 合成磁場軸線的位置：為激磁電源交變頻率；為自整角變壓器輸出繞組有效匝數(shù)；為自整角變壓器的主磁通 6-8 交流伺服電動機的控制方法有幾種？幅值控制轉(zhuǎn)速變化的物理過程如何？答: 控制方法：幅值控制、相位控制、幅相控制幅值控制就是將勵磁繞組加上恒定的額定勵磁電壓Ujc，并保持勵磁電壓和控制電壓的相位差90°不變，改變控制電壓的大小，以實現(xiàn)對伺服電動機轉(zhuǎn)速的控制。負(fù)載不變時，改變控制電壓Uk ，如Uk a 橢圓磁場越園，其轉(zhuǎn)速n，反之相反6-13什么是自轉(zhuǎn)現(xiàn)象？為了消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，

10、交流伺服電動機在單相供電時應(yīng)具有怎樣的機械特性？ 答：控制信號消失后，電動機仍以某個轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行的現(xiàn)象，就是自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。消除自轉(zhuǎn)將轉(zhuǎn)子電阻足夠大，使單相供電時機械特性曲線位于二、四象限。 一、 多項選擇：以下各題有一個或多個正確答案，請選擇正確答案標(biāo)號填于題后答案中。（20分）1.電機和變壓器中鐵芯采用硅鋼片迭壓而成是為了（ ） B.增加導(dǎo)磁率2.通常直流電機定子包括 A.電刷 D.激磁繞組3.直流電機和感應(yīng)式異步電機的轉(zhuǎn)子鐵芯采用（ ） D.軟磁材料4.一磁阻式步進(jìn)電機正常運行時每步步距誤差可達(dá)0.2度，若該電機正常運轉(zhuǎn)100步，總的轉(zhuǎn)角誤差是（選出最明確的答案）D.小于等于0.2度5.直流電

11、機換向火花隨以下情況增大 A.電樞電流增大 B.電機轉(zhuǎn)速增大 C.電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大 D.電樞電壓提高 E. 換向器表面變粗糙6.一電源變壓器原邊空載電流隨以下情況增大 B.變壓器鐵芯磁阻增加 D.變壓器鐵芯氣隙增大7.兩相交流伺服電機轉(zhuǎn)予繞組回路電阻選的較大是為了C.使電機機械特性具有良好的線性度 D.消除單相自轉(zhuǎn)8.直流電動機有以下工作狀態(tài)A.電動機狀態(tài) C.發(fā)電機狀態(tài) D.反接制動狀態(tài)E.能耗制動狀態(tài) 9.選出正確項A. 自整角機是測量角位移的元件B. 感應(yīng)同步器是測量電流的元件C. 異步電機的換向器和電刷機構(gòu)較直流電機簡單D. 力矩電機電樞（轉(zhuǎn)子）長度與直徑之比較小E. 通常三相異步電動

12、機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩F. 異步電動機輸出最大功率出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速時G. 光電編碼器（光柵）是一種位移測量元件H. 直流電動機轉(zhuǎn)子依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)I. 將輸入三相電機的三相交流電源中任意兩相對掉就可以改變該電機的轉(zhuǎn)向一、1（B） 2（A,D ） 3(D) 4(D) 5(A,B,C,D,E) 6(B,D) 7(C,D) 8(A,C,D,E) 9(B,E,F,H,J)二、 簡答題（30分）1） 推導(dǎo)直流電機機械特性，并根據(jù)該特性分析有幾種調(diào)速方案？它們是什么？（10分）2） 一電源變壓器原邊為220V，50Hz交流，有三個副邊繞組，其額定值分別為：副邊一為8V，15A；副邊二為12V，

13、5A；副邊三為24V，10A。求該變壓器原邊的額定電流Ie=？ （5分）3）畫出直流電機的動態(tài)方框圖？ （5分）4）畫出一個溫度閉環(huán)自動控制系統(tǒng)原理方框圖 （10分）三、 計算分析題（25分） 1）一交流異步電機已知額定轉(zhuǎn)速ne=1200(rpm),電源頻率為f=50Hz，問這是幾極電機？額定轉(zhuǎn)差率Se=？ （5分）2）一直流電機，額定電壓Ua=220V,額定電流Ia=0.8A,額定轉(zhuǎn)速n=3600（rpm）,電樞電阻Ra=50，空載阻轉(zhuǎn)矩T0=0.02N·M，求該電動機的額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩Te和理想空載轉(zhuǎn)速n0？在上述情況下，輸出轉(zhuǎn)矩為1 N·m時轉(zhuǎn)速n1=？(10分)3）一四

14、相磁阻式步進(jìn)電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Zr=50（齒），請計算出單拍制和雙拍制的步距角b1=？和b2=？，并分別列出單相（或雙）單拍制時，正、反向旋轉(zhuǎn)要求的通電順序和一個雙拍制時的通電順序。（10分）四、 論述（25分）1） 論述三相異步電動機的調(diào)速方法（從方法、特點及控制性能等方面）（12分）2） 綜述驅(qū)動直流電機的功率放大器（從類型、特點及選用等方面）（13分） 參考答案二、1.，調(diào)電壓。磁通，電阻。2. 3. 框圖為4. 三、1. ，p=2，4極電機，2.,。3. 四、1. （1）改變極對數(shù)p 。（2）改變轉(zhuǎn)差率。在恒轉(zhuǎn)矩（及恒功率）時改變轉(zhuǎn)差率又有下列幾種方法：l ）改變定子繞組的端電壓，主要用

15、于風(fēng)機類負(fù)載。2 ）在定子回路中串入外加電阻或電抗，以改變或，用于線繞式。3）在轉(zhuǎn)子回路串入外加電阻、電感或電容，以改變或，用于線繞式。4）在轉(zhuǎn)子回路中引入外加電動勢也可改變。（3）改變電源頻率，變頻調(diào)速。有較高的效率，寬的調(diào)速范圍和平滑的調(diào)速特性，機械特性見圖。調(diào)速性能可與直流電動機相媲美，是目前應(yīng)用最廣的交流調(diào)速方式。變頻調(diào)速需要具有調(diào)頻兼調(diào)壓功能的變頻裝置。目前市場上已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻裝置，并已應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域。（4）矢量控制，性能好，裝置復(fù)雜。2. 常用的直流功率放大器有三種：線性（比例式）功率放大器、開關(guān)式功率放大器和晶閘管功率放大器。 一般功率為100W 以下時可

16、以選用線性功率放大器，255000W 時可選用開關(guān)式功率放大器，500W以上時選用晶閘管功率放大器。 線性功率放大器，線性度好，失真小，電磁干擾和噪音小，本身功耗大，輸出電流和功率小，用于小功率系統(tǒng)。PWM開關(guān)功率放大器的優(yōu)點是效率高，晶體管損耗小，輸出功率大。缺點是由于開關(guān)動作而產(chǎn)生噪音和電磁干擾。常用于中小功率系統(tǒng)。晶閘管功率放大器功率大，用于中、大功率裝置。一（20分） 1. 1臺永磁直流力矩電機，反電勢系數(shù)摩擦轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動慣量kgm，電感H。連續(xù)堵轉(zhuǎn)時電流，電壓。（1）求機電時間常數(shù)，電磁時間常數(shù)，連續(xù)堵轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。（2）電樞電壓=25V，求起動時的輸出轉(zhuǎn)矩和此電壓對應(yīng)的空載轉(zhuǎn)速。（3

17、）電機轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩時，求電樞電壓和輸出轉(zhuǎn)矩。（4）寫出該電機的傳遞函數(shù)。2輸入信號是電樞電壓，輸出信號是電機轉(zhuǎn)角。繪出直流電動機動態(tài)框圖，標(biāo)出，及擾動力矩。3 繪出直流電動機電樞控制的調(diào)節(jié)特性和機械特性曲線，標(biāo)出始動電壓、理想空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，標(biāo)出電動機、發(fā)電機和反接制動狀態(tài)。4 直流電動機的主要優(yōu)點和缺點是什么？5 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？6. 性能優(yōu)良的永磁直流力矩電動機現(xiàn)在一般采用什么永磁材料？7. 7.與直流伺服電動機相比，直流力矩電動機的、有什么特點？電樞的幾何形狀有什么特點？二（20分）1.異步電動機等效電路圖中上的熱損耗表示什么？2.簡述兩相對稱

18、繞組產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件。3畫出兩相電機幅相控制時的電路圖。3 磁場 表示什么磁場？為什么？ 4.繪出圓形旋轉(zhuǎn)磁場時異步電動機的兩條典型機械特性曲線（轉(zhuǎn)子電阻大和?。?。5 推導(dǎo)兩相伺服電動機傳遞函數(shù),并說明其中的參數(shù)與靜態(tài)特性曲線的關(guān)系。6 繪出三相異步電動機從基頻向下變頻調(diào)速時的機械特性。7. 異步電動機從基頻向下變頻調(diào)速時，若電壓保持不變將產(chǎn)生什么現(xiàn)象？用公式說明。 8. 一臺三相異步電動機空載轉(zhuǎn)速是1450 r/min，電源頻率50 Hz。這是幾極電機？為什么？ 三、（7分）1.簡述永磁同步電機同步運行時的工作原理，畫出必要的圖形，寫出電磁轉(zhuǎn)矩公式。2.寫出磁阻同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)

19、式并說明參數(shù)的含義。 3.哪種同步電動機不加鼠籠繞組就能自行起動并具有較大的起動轉(zhuǎn)矩？（ ）繪出它的機械特性曲線。四、（11 分）1. 步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)角的大小取決于控制脈沖的（ ），轉(zhuǎn)速大小取決于控制脈沖的（ ）。 控制脈沖頻率增高，步進(jìn)電機的負(fù)載能力下降，主要原因是：2.磁阻式步進(jìn)電動機有A、B、C、D四相。繪出A和B極下，當(dāng)A通電，B通電，和AB通電時，定子、轉(zhuǎn)子齒的相對位置。3.磁阻式步進(jìn)電動機小失調(diào)角時的傳遞函數(shù)（輸出是轉(zhuǎn)角）是：4.兩相混合式步進(jìn)電動機，產(chǎn)品說明書給出步距角為1.8°，若采用8細(xì)分驅(qū)動電路，步距角是（ ）。5.從用戶使用角度看，在位置伺服系統(tǒng)中，全數(shù)字交流伺服

20、系統(tǒng)與直流伺服電動機有什么不同之處？6.目前批量生產(chǎn)的無刷直流電動機(交流伺服電動機)常用的位置傳感器有哪兩類？五、（20分）1.畫圖解釋傳感器的重復(fù)性誤差。2.旋轉(zhuǎn)變壓器如右圖。完成原邊補償和副邊補償?shù)倪B線。電壓有效值 感應(yīng)同步器鑒相型信號處理方式中，輸出電壓 。3.畫出直流測速發(fā)電機理想輸出電壓與實際輸出電壓曲線，并在圖中說明誤差產(chǎn)生的原因。4.光電增量碼盤每轉(zhuǎn)產(chǎn)生1000個脈沖，分辯率為 。增量碼盤為什么用兩個光電轉(zhuǎn)換器而不是一個？增量碼盤為什么要尋零？怎樣尋零？5.畫出采用電位器測量正、負(fù)位移的線路圖。6.螺桿型差動變壓器用來 。 輸出電壓表達(dá)式是 。7.熱敏電阻傳感器是根據(jù) （材料）

21、電阻與溫度之間的關(guān)系制成的。它的主要優(yōu)點是什么？六、（9分）1.PWM 功放電路和雙極性輸出時的輸入電壓如圖。設(shè)電流連續(xù)。 1） 繪出輸出電壓 波形。2分別繪出電動機狀態(tài)、發(fā)電機狀態(tài)和輕載時電流波形。3），電動機狀態(tài)，指出一周期內(nèi)電流流經(jīng)的路線。2.PWM功率放大器包括 和 兩部分。3.PWM電路中，提高頻率將使晶體管功耗 。（1）減小 （2）不變 （3）增加。4. 異步電動機變頻器輸出的電壓是 波形。5.用數(shù)據(jù)說明線性功放的主要缺點。 七、（13分）1 寫出閥控液壓馬達(dá)的傳遞函數(shù)，說明輸入量和輸出量的含義并說明傳遞函數(shù)參數(shù)的特點。2 與電動機相比，液壓動力機構(gòu)的主要優(yōu)、缺點是什么？3標(biāo)示出圖

22、示液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。這是 向 式液壓馬達(dá)。4.航天器中陀螺傳感器有哪兩項作用？ 5圖示為電容式微加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。簡述工作原理。若采用靜電力平衡式的工作方式，解釋“靜電力平衡式的工作方式”，并說明它的優(yōu)點。八、附加題1.求圖示功率放大器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù) 2.兩相繞組匝數(shù)都是，電流分別為。證明合成磁場是圓形旋轉(zhuǎn)磁場。（提示 ） 參考答案 一、1.（1） （2） （3） （4）2.框圖如下。 3.特性曲線如下。 4.優(yōu)點：力矩大，控制容易。缺點：有機械換向器，有火花，摩擦大，維護較復(fù)雜，價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。5.減小渦流損耗。6.釹鐵硼。7.大，電樞扁平狀。二、1.電機一相繞組產(chǎn)生的機械功率。 2.兩相電流相位差： 兩相電壓相位差90º，幅值不等。 3