自控元件 04级考卷

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1、一、简答题（共 42分）1. 电枢控制的直流伺服电动机，当控制电压和激磁电压不变时，如果电动机上 负 载增大，那么稳定后的控制电流、电磁转矩和转速都将怎样变化？为什么？（4 分）2. 若已知直流伺服电动机的转动惯量J,如何从机械特性上求出电机的机电时 间常数T m?如何加快电机的动态响应？ （5分）3. 如果用直流发电机作为直流伺服电动机负载,当其它条件不变时,减小发电 机的负载电阻,伺服电动机转速将怎样变化？为什么？（5 分）4. 直流力矩电动机与普通直流直伺服电动机相比有何特点?（3 分）5. 采取何种方法可提高反应式步进电动机的负载能力？（4 分）6. 两相伺服电动机的转子电阻为什么都选

2、得相当大？（5 分）7. 直流电机的磁场、单相绕组通入交流电产生的磁场,他们的气隙磁通密度在 空间怎么分布,在时间上如何变化？（6 分）8. 交流伺服电动机幅值控制时，当有效信号系数a e从01变化时，磁场的椭 圆度怎样变化？被分解的正、反向旋转磁场大小怎样变化？机械特性如何 变化？（6 分）9. 热电偶的测温工作原理是什么？（4 分）二、计算题（14 分）1. 一台直流伺服电动机其电磁转矩为0.2倍额定电磁转矩时，测得始动电压为4V，并当电枢电压Ua = 49V时，电机转速n = 1500r/min。试求电机为额定电磁转矩，转速为3000r/min时，应加多大电枢电压？2. 欲使用某直流伺服

3、电动机，需要取得其机械特性。现测得控制电压叮100V 时的两组数据，即转速(r / min)控制电流（A）备注45000.05空载30000.2负载试画出叮110V相应的机械特性。三、分析题（共 44 分） 1. 试说明图1雷达天线系统中各元件的作用（ 8分）图 1 雷达天线系统直流放大器. 画出四相反应式步进电动机单相通电时的矩角特性。指出 C 相的静稳定区和 动稳定区。已知单相通电时矩角特性的最大静转矩为0.2Nm,负载为0.18 Nm时，哪种运行方式能使该步进电动机正常运行？（10分）.证明：副边补偿的正余弦旋转变压器的输入阻抗和转角0无关。（10分）. 分析错接时自整角机的故障现象（8

4、 分）图 2 自整角机错接5. 在进行器件选择时，直流伺服电动机和交流伺服电动机各有何优缺点？（8 分）04级考试 A 卷评分标准及标准答案 三、简答题（共42分）1.答：稳定时Tem二T0 + Tf = Tc （1分）（或答电磁转矩由负载决定也正确）, 当负载增大，电磁转矩增大（1分）；Tem = KtIa ,控制电流增大（1分）；叮Ken + IaRa，U不变，转速n减小。（1分）2 兀JR2兀JU K2nJnT =a =a =02答：m 60KeKt60KUa Ra 60Td，根据机械特性求得n0及Td即可求得T m。（2 分）电机的动态响应与T m有关，从T m的表达式可知，改变结构参

5、数KeKt减小电阻；减小转动惯量；提高机械特性硬度；提高力矩惯量比Td - J ；都可加快动态响应。答出其中任意三个即得3分）3. 答：转速将减小。（1分）当发电机负载电阻减小时，由于n不能突变,Ea和Eaf不能突变，由于Eaf=I(R+ R )af af ， Iaf 增大，又 Temf = Waf，tmf 增大。（2 分）对于电动机，T = T + Tem0Tf = T0+ Temf 增大,T Tem cn将减小。（2分）4. 答：直流力矩电机：结构：直流力矩电动机极对数多，形状扁平，外径大;（1分）特性：低速、输出大转矩。（2分）5. 答：增加运行的拍数；增加通电的相数。（各2分） v s

6、 sm为稳定区，sm s 1为不稳定区，为使执行元件工作在稳定区，应增大转子电阻，其机械特性在第一象限应是下 倾的曲线； 消除自转原因各2分图 1 分7. 答：直流电机的磁场是稳恒磁场（2 分），大小和方向不随时间变化，在空间 近似正（余）弦分布；（ 1 分）单相绕组通交流电产生脉振磁场（2分），各点磁密B = Bm sincos0，大小 和方向随时间交变，在某一点处，磁密随时间正弦变化，在某一时刻，磁密 在空间呈正（余）弦变化（ 1 分）8. 答：a e =0时为脉振磁场，e =1时为圆形磁场，干ae 1 时为椭圆形磁场，增加，磁场椭圆度减小（3 分）；1 + a2Bjm ，1 -a b2加

7、，么e增加,正向磁场增大，反向磁场减小（2 分）；a a a9.e1e 2e3答：基于热电效应产生热电势：A和B不同材料 的导体接触产生接触电势；T和To温度不同，产生温差电势。（各2分）二、计算题（14 分）1. 解：设额定转矩为Tn，额定电流为IN，当Tem二0.2Tn时，U二Kn +1 R二49V a e a a且 n = 0时Ua0 二 IaRa = 4V,则 49 二 1500Ke + 4，= K = o.o3 （4 分） 为额定电磁转矩时，九=/二5Ua0 = 20V ,应加电压： 叮 1+ IaRa 亠+3000=110V （2 分）步骤正确得数错误扣1分；叮匸“ + Ta（写出

8、公式得2分）2.解：5= Ken + IaRa （写出公式得2分）100 二 4500K + 0.05R将数值代入ea+ 0.2Rea解得：Ra = 200 , Ke = .2n&-a TK em写出公式得2分）机械特性：ee110n 5500当 Ua 110V 时，00.02,T = 9.55K 110 二 0.105N md e 200RaKKet2009.55 x 0.022 52356n 5500 - 52356 Tem及T均正确）过程 2 分，图 2 分三、分析题（共 44 分）1. 答：直流放大器图 1 雷达天线系统直流伺服电动机：执行元件，经减速器带动天线运动；（ 2 分） 直流

9、测速发电机：起阻尼作用，减少系统机械惯性引起的震荡（2分），U 3 K 3 n 或 U 3自整角机对：自整角发送机接受输入角 ,自整角变压器被驱动的转角为 ,产生正比于Q-卩）的交流电压，其检测作用（3分）前置放大：U K1（a-P）起放大信号的作用（1分）不能（1分）四相双四拍：T =、P2tqj max兀cos N=0.2 x、】2兀cos 4 =0.2 N m能（1分）四相八拍：TAB求Tq：可以（ 2 分 图4分6. 解：=T sin 0j maxesin（0 -二） j maxe4得 T 二 T 二 .2q j maxUjI j （ 1 分）副边补偿时 交轴分量B = k I cos

10、 0sq c sk k U sin0c u jZ输入阻抗：Bcqcos 0N m=k I sin 0 cck k U cos0c u jsin 0ZB = k I sin 0 sd c s相互抵消， kuW ./zWDB = k I cos 0 =各直轴分量： cd c ckkUj cos 2 0ZkkUj sin 2 0ZkkUB = B + B = cu j 直轴合成：d sd cd Zf与0无关 由变压器原理，副绕组直轴磁场的影响由变压器原绕组磁势（电流）所补偿，UZ 二一j 由于Bd与0无关，因此原绕组电流增加的分量也与0无关，输入阻抗7-与0 无关。（2 分）说明：无图及标注扣45分

11、，过程 3 分，4.答：自整角发送机和接收机的转子接到交流电源上分别产生脉振磁场Bf、Bj， Bf在发送机定子三相绕组D1D2D3中产生的合成磁场为，Bf在接收机 定子三相绕组D1D2D3中产生的合成磁场为Bfj。相序：di-D2-D3 = D2-D3-D1，仍为正序，因此旋转方向不变，发送 机顺时针转，接收机也顺时针转。故障现象（4分）：对于发送机的偏转角，接收机转子有逆时针120的偏 差角；接收机与发送机转速相同，转向相同。5. 答：直流伺服（优缺点各两分）： 优点：静态特性线性，硬度大，无自转现象，精度高，起动转矩大，调速 范围大，适用于大功率系统；缺点：有电刷和换向器，易产生火花，成本

12、高 交流伺服（优缺点各两分）：优点：结构简单，成本低，无电刷和换向器，缺点：易产生自转现象，特性非线性，特性软，效率低，适用于小功率系 统。例 1-1已知某直流伺服电动机电枢电阻为Ra (Q )，当外加电 压为Ua(V)时，电枢电流为Ia (A),转速为n ( r/min). 求电枢转矩 Tem.解 根据静态电压平衡方程式Ua -1 R(/ a aenUa=IaRa+Ce n可得因为Ct=9.55CeU -1 RN - mT C - I 9.55a a a Iemt ana故例 1-2 一台永磁式直流伺服电动机， 当 Ua=100V， 转速 n1=4000r/min时,空载电流Ia1=0.05

13、A.如果保持Ua不变,加负载 后电流 Ia2=0.2A， 转速 n2=3000r/min. 确定其机械特性.解 机械特性为一直线 , 只要确定其中的两点就可以 . 已知Ia1和Ia2,只要求出cte就可以求出Tem1和Tem2,可见关键是求 cte.由Ua=IaRa+Ce n可得0.05Ra+4000Cee =100(1)0.2Ra+3000Cee =100(2)(1)x4-(2 )得13000Cee =300故Cee =0.023Cte =9.55 Cee =0.22 N m/ATem1= Cte Iai=0.22x0.05=llxl0-3N mTem2= Cte Ia2=0.22x0.2=44xl0-3N m实际上口-丁。皿与n-Ia可以是同一条直线,只是横轴比例不同. 直线上的两点A和B是A11x10-3N m,4000r/min或 0.05A,4000r/minB44x10-3N m,3000r/min或 0.2A,3000r/min 例 1-3 一台电磁式直流伺服电动机 , 激磁电压保持恒定 . 当电 枢电压Ua1=100V时，空载转速n1=3000r/min,电枢电流Ia1=0.06A. 已知电枢电阻Ra=40Q .求当Ua2=110V,Ia2=1.5A时的电机转速n, 电磁转矩Tem2及输出转