自動控制元件(第四版)習(xí)題答案

1、局部習(xí)題答案,僅供參考！直流測速發(fā)電機1 .為什么直流發(fā)電機電樞繞組元件的電勢是交變電勢而電刷電勢是直流電勢答：電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn),導(dǎo)體ab和cd輪流交替地切割N極和S極下的磁力線,因而ab和cd中的電勢及線圈電勢是交變的.由于通過換向器的作用,無論線圈轉(zhuǎn)到什么位置,電刷通過換向片只與處于一定極性下的導(dǎo)體相連接,如電刷A始終與處在N極下的導(dǎo)體相連接,而處在一定極性下的導(dǎo)體電勢方向是不變的,因而電刷兩端得到的電勢極性不變,為直流電勢.2 .如果圖2-1中的電樞反時針方向旋轉(zhuǎn),試問元件電勢的方向和A、B電刷的極性如何答：在圖示瞬時,N極下導(dǎo)體ab中電勢的方向由b指向a,S極下導(dǎo)體cd中電勢由d指向c.電

2、刷A通過換向片與線圈的a端相接觸,電刷B與線圈的d端相接觸,故此時A電刷為正,B電刷為負(fù).當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180以后,導(dǎo)體cd處于N極下,導(dǎo)體ab處于S極下,這時它們的電勢與前一時刻大小相等方向相反,于是線圈電勢的方向也變?yōu)橛蒩到d,此時d為正,a為負(fù),仍然是A刷為正,B刷為負(fù).4.為什么直流測速機的轉(zhuǎn)速不得超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速負(fù)載電阻不能小于給定值答：轉(zhuǎn)速越高,負(fù)載電阻越小,電樞電流越大,電樞反響的去磁作用越強,磁通被削弱得越多,輸出特性偏離直線越遠,線性誤差越大,為了減少電樞反響對輸出特性的影響,直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不得超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速,負(fù)載電阻不能低于最小負(fù)載電阻值,以保證線性誤差在限度的范圍

3、內(nèi).而且換向周期與轉(zhuǎn)速成反比,電機轉(zhuǎn)速越高,元件的換向周期越短；eL正比于單位時間內(nèi)換向元件電流的變化量.基于上述分析,eL必正比轉(zhuǎn)速的平方,即eLn2.同樣可以證實ean2.因此,換向元件的附加電流及延遲換向去磁磁通與n2成正比,使輸出特性呈現(xiàn)非線性.所以,直流測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上限要受到延遲換向去磁效應(yīng)的限制.為了改善線性度,采用限制轉(zhuǎn)速的舉措來削弱延遲換向去磁作用,即規(guī)定了最高工作轉(zhuǎn)速.第三章1.直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流由什么決定答;直流電動機的電樞電流不僅取決于外加電壓和本身的內(nèi)阻,而且還取決于與轉(zhuǎn)速成正比的反電勢當(dāng)=常數(shù)時根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程式,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時,電磁轉(zhuǎn)矩不變；加上勵

4、磁電流If不變,磁通不變,所以電樞電流Ia也不變,直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流由直流電動機的總阻轉(zhuǎn)矩決定.3 .一臺他勵直流電動機,如果勵磁電流和被拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變,而僅僅提升電樞端電壓,試問電樞電流、轉(zhuǎn)速變化怎樣答：當(dāng)直流伺服電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩、勵磁電流不變時,僅將電樞電壓增大,此時由于慣性,轉(zhuǎn)速來不及變化,Ea=Ce)n,感應(yīng)電勢不變,電樞電壓增大,由電壓平衡方程式：Ia=(Ua-Esj)/Ra=(Ua-Ce©n)/Ra可知,電樞電流la忽然增大；又T=CT0Ia,電磁轉(zhuǎn)矩增大；此時,電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,由T=TL+Tj=TL+Jd/dt知道,電機加速；隨著轉(zhuǎn)速n的增加,感應(yīng)

5、電勢Ea增加,為保持電壓平衡,電樞電流la將減少,電磁轉(zhuǎn)矩T也將減少,當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩減小到等于總的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩時,電機到達新的穩(wěn)態(tài),相對提升電樞電壓之前狀態(tài),此時電機的轉(zhuǎn)速增加、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流不變.4 .一臺直流電動機,具電樞額定電壓Ua=110V額定運行時的電樞電流la=A,轉(zhuǎn)速n=3600r/min,它的電樞電阻Ra=50Q,空載阻轉(zhuǎn)矩T0=15mNm.試問該電動機額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是多少解：由Ea=Ua-IaRa(1)Ea=Ce|)n(2)CT=60*Ce/(2*兀)(3)T=Ts=T0+TL(4)T=CTj)Ia(5)聯(lián)立5個式子,可得到TL=m6 .一臺直流電動機,額定轉(zhuǎn)速為3000r/mi

6、n.如果電樞電壓和勵磁電壓均為額定值,試問該電機是否允許在轉(zhuǎn)速n=2500r/min下長期運轉(zhuǎn)為什么答：不能,由于根據(jù)電壓平衡方程式,假設(shè)電樞電壓和勵磁電壓均為額定值,轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的情況下,電動機的電樞電流必然大于額定電流,電動機的電樞電流長期大于額定電流,必將燒壞電動機的電樞繞組7 .直流電動機在轉(zhuǎn)軸卡死的情況下能否加電樞電壓如果加額定電壓將會有什么后果答：不能,由于電動機在轉(zhuǎn)軸卡死的情況小,加額定的電樞電壓,那么電壓將全部加載電樞繞組上,此時的電樞電流為堵轉(zhuǎn)電流,堵轉(zhuǎn)電流遠遠大于電樞繞組的額定電流,必將燒壞電動機的電樞繞組.8 .并勵電動機能否用改變電源電壓極性的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)向

7、答：不能,改變電動機的轉(zhuǎn)向有兩種方法：改變磁通的方向和改變電樞電流的方向,如果同時改變磁通的方向和電樞電流的方向,那么電動機的轉(zhuǎn)向不變.并勵電動機假設(shè)改變電源電壓的極性,將同時改變磁通的方向和電樞電流的方向,那么電動機的轉(zhuǎn)向不變.9 .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穩(wěn)態(tài)到達新的穩(wěn)態(tài)的物理過程.答：此時,電動機的電樞電流減小,電磁轉(zhuǎn)矩減小,轉(zhuǎn)速增大.由原來的穩(wěn)態(tài)到達新的穩(wěn)態(tài)的物理過程分析如下：開始時,假設(shè)電動機所加的電樞電壓為Ua1,勵磁電壓為Uf,電動機的轉(zhuǎn)速為n1,產(chǎn)生的反電勢為Ea1,電樞中白電流

8、為Ia1,根據(jù)電壓平衡方程式：Ua1=Ea1+Ia1Ra=Cen1+Ia1R那么此時電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T=CTIa1由于電動機處于穩(wěn)態(tài),電磁轉(zhuǎn)矩T和電動機軸上的總阻轉(zhuǎn)矩Ts平衡,即T=Ts當(dāng)保持直流伺服電動機的勵磁電壓不變,那么不變；如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少,那么總的阻轉(zhuǎn)矩Ts=TL+T0將減少,因此,電磁轉(zhuǎn)矩T將大與總的阻轉(zhuǎn)矩,而使電動機加速,即n將變大；n增大將使反電勢Ea變增大.為了保持電樞電壓平衡(Ua=Ea+IaRa,由于電樞電壓Ua保持不變,那么電樞電流Ia必須減少,那么電磁轉(zhuǎn)矩也將跟著變小,直到電磁轉(zhuǎn)矩小到與總阻轉(zhuǎn)矩相平衡時,即T=Ts才到達新的穩(wěn)定狀態(tài).與負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少前相比,電動機的

9、電樞電流減小,電磁轉(zhuǎn)矩減小,轉(zhuǎn)速增大.12.一臺直流伺服電動機帶動一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩不變),測得始動電壓為4V,當(dāng)電樞電壓Ua=50V時,其轉(zhuǎn)速為1500r/min.假設(shè)要求轉(zhuǎn)速到達3000r/min,試問要加多大的電樞電壓解：Ea=Ce(|)n,Ua-Ua0=Ea,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時,Ua0不變,那么n1/n2=(Ua1-Ua0)/(Ua2-Ua0)即1500/3000=(50-4)/(Ua2-4),得至UUa2=96M所以要加96V的電樞電壓,轉(zhuǎn)速才會到達3000r/min.變壓器1.某臺變壓器,額定電壓U1n/U2n=220/110(V),額定頻率fn=50Hz,問原邊能否接到下面的

10、電源上試分析原因.(1)交流380V,50Hz;交流440V;100Hz;直流220V.答：(1)不可以.由U=Em,在電源頻率均為50Hz的條件下,主磁通0m決定于外加電壓U,380V的電壓比額定的原邊電壓220V大很多,那么加電后必然導(dǎo)致鐵心嚴(yán)重飽和,變壓器主磁通一般就設(shè)計的比較飽和,增加很小的磁通將引起空載電流I0急劇增加,即使變壓器不帶負(fù)載,變壓器也會因此損壞.(2)可以.由U=Em,電壓增加一倍,頻率也增加一倍,那么主磁通0m根本不變,因此,對變壓器的影響很小.但不是最理想.(3)不可以.變壓器對于直流電源相當(dāng)于短路,因此,一旦接上直流220V,變壓器將很快燒毀.3.某臺單相變壓器原

11、邊有兩個額定電壓為110V的線圈,如圖4-27所示,圖中副邊繞組未畫.假設(shè)電源電壓為交流220V和110V兩種,問這兩種情況分別將1,2,3,4這四個端點如何聯(lián)接,接錯時會產(chǎn)生什么后果答：(1)220V電壓可以接在1,4兩端,而把2和3兩端相連；110V電壓可以接在1,2兩端及3,4兩端(2)假設(shè)220V電壓按110V的接法,那么變壓器原邊電壓將超過額定電壓,變壓器空載電流I0就會急劇增加,假設(shè)超過不允許的的電流值,會導(dǎo)致變壓器過熱燒毀；假設(shè)110V電壓按220V接法,原邊電壓將低于額定電壓,接負(fù)載工作時假設(shè)負(fù)載要求電壓比副邊能夠提供的電壓高,那么變壓器不能正常工作.自整角機1 .各種自整角機

12、的國內(nèi)代號分別是什么自整角機的型號中各量含義是什么P772 .何為脈振磁場它有何特點和性質(zhì)P83旋轉(zhuǎn)變壓器3 .P1054 .P106第七章1 .單相繞組通入直流電、交流電及兩相繞組通入兩相交流電各形成什么磁場它們的氣隙磁通密度在空間怎樣分布,在時間上又怎樣變化答：單相繞組通入直流電會形成恒定的磁場,單相繞組通入交流電會形成脈振磁場；兩相繞組通入兩相交流電會形成脈振磁場或旋轉(zhuǎn)磁場.恒定磁場在磁場內(nèi)部是一個勻強磁場,不隨時間變化.脈振磁場的幅值位置不變,其振幅永遠隨時間交變；對某瞬時來說,磁場的大小沿定子內(nèi)圓周長方向作余弦分布,對氣隙中某一點而言,磁場的大小隨時間作正弦變化.圓形旋轉(zhuǎn)磁場的特點是

13、：它的磁通密度在空間按正弦規(guī)律分布,其幅值不變并以恒定的速度在空間旋轉(zhuǎn).2 .何為對稱狀態(tài)何為非對稱狀態(tài)交流伺服電動機在通常運行時是怎樣的磁場兩相繞組通上相位相同的交流電流能否形成旋轉(zhuǎn)磁場答：一般地,當(dāng)兩相繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場時,這時加在定子繞組上的電壓分別定義為額定勵磁電壓和額定限制電壓,并稱兩相交流伺服電動機處于對稱狀態(tài).當(dāng)兩相繞組產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場時,稱兩相交流伺服電動機處于非對稱狀態(tài).兩相繞組通上相位相同的交流電流不能形成旋轉(zhuǎn)磁場,只能形成脈振磁場3,當(dāng)兩相繞組匝數(shù)相等和不相等時,加在兩相繞組上的電壓及電流應(yīng)符合怎樣條件才能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場答：當(dāng)兩相繞組匝數(shù)相等時,加在兩相繞組上的電壓

14、及電流值應(yīng)相等才能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場.當(dāng)兩相繞組有效匝數(shù)不等時,假設(shè)要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場,電流值應(yīng)與繞組匝數(shù)成反比,電壓值應(yīng)與繞組匝數(shù)成正比.4,改變交流伺服電動機轉(zhuǎn)向的方法有哪些為什么能改變答：把勵磁與限制兩相繞組中任意一相繞組上所加的電壓反相即相位改變180,就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向.由于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是從超前相的繞組軸線此繞組中流有相位上超前的電流轉(zhuǎn)到落后相的繞組軸線,而超前的相位剛好為90°.5 .什么叫作同步速如何決定假設(shè)電源頻率為60Hz,電機極數(shù)為6,電機的同步速等于多少答：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速常稱為同步速,以ns表示.同步速只與電機極數(shù)和電源頻率有關(guān),其關(guān)系式為：,假設(shè)電源頻率

15、為60Hz,電機極數(shù)為6,電機的同步速等于1200r/min6 .為什么交流伺服電動機有時能稱為兩相異步電動機如果有一臺電機,技術(shù)數(shù)據(jù)上標(biāo)明空載轉(zhuǎn)速是1200r/min,電源頻率為50Hz,請問這是幾極電機空載轉(zhuǎn)差率是多少答：由于交流伺服電動機的定子繞組有勵磁繞組和限制繞組兩相組成,交流伺服電動機轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步速,而且隨著負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩值的變化而變化,因此交流伺服電動機又稱為兩相異步伺服電動機.空載轉(zhuǎn)速是1200r/min,電源頻率為50Hz的電機是4極電機,空載轉(zhuǎn)差率是20%.7 .當(dāng)電機的軸被卡住不動,定子繞組仍加額定電壓,為什么轉(zhuǎn)子電流會很大伺服電動機從啟動到運轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子繞組的頻

16、率、電勢及電抗會有什么變化為什么會有這些變化答：當(dāng)電機的軸被卡住不動,定子繞組仍加額定電壓,此時電動機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài),感應(yīng)電勢ER較大,所以轉(zhuǎn)子電流會很大.伺服電動機從啟動到運轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子繞組的頻率、電勢及電抗會變小,由于電機轉(zhuǎn)動時,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電流的頻率、電勢及電抗分別等于轉(zhuǎn)子不動時的頻率、電勢及電抗乘上轉(zhuǎn)差率9 .什么是電源移相,什么是電容移相,電容移相時通常移相電容值怎樣確定電容伺服電動機轉(zhuǎn)向怎樣答：直接將電源移相或通過移相網(wǎng)絡(luò)使勵磁電壓和限制電壓之間有一固定的90°相移,這些移相方法通稱為電源移相.在交流伺服電動機內(nèi)部采用勵磁相串聯(lián)電容器移相的移相方法叫電容移相.電容伺服電動機轉(zhuǎn)向是從勵磁繞組轉(zhuǎn)向限制繞組10 .怎樣看出橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的幅值和轉(zhuǎn)速都是變化的當(dāng)有效信號系數(shù)e從01變化時,電機磁場的橢圓度怎樣變化被分解成的正、反向旋轉(zhuǎn)磁場的大小又怎樣變化答：橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的幅值和轉(zhuǎn)速都是變化的詳見課本151頁,當(dāng)有效信號系數(shù)e從01變化時,電機磁場的橢圓度將變小,被分解成的正向旋轉(zhuǎn)磁場增大,反向旋轉(zhuǎn)磁場減小.11 .什么是自轉(zhuǎn)現(xiàn)象為了消除自轉(zhuǎn),交流伺服電動機零信號時應(yīng)具有怎樣的機械特性答：當(dāng)伺服電動機的限