2016年浙大远程大自动控制元件离线作业(必)

浙江大学远程教育学院《自动控制元件》课程作业姓名：学号：年级：学习中心：第一章直流伺服电动机1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？答：1.由Tem=CmΦIa可知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。2.由Tem=T0+T2=CmΦIa控制电流由负载转矩(T2)和空载转矩(T0)决定。1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？答：1.电磁转矩Tem=T0+T2可见电磁转矩不变;由Tem=CmΦIa知控制电流Ia也不变;2.KeKtRaTemKeUan可见Ua升高使得理想空载转速变大导致转速n升高。1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V，额定运行时电枢电流Ia=0.4A，转速n=3600rpm，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m。试问该电动机额定负载转矩是多少？答：Ea=Ua-IaRa=110-0.4×50=90VEa=CeΦn,Ce=0.105Cm所以CmΦ=90/0.105/3600=0.238;Tem=T0+T2=CmΦIa,所以T2=CmΦIa-T0=0.4*0.238–15*10-3=0.0952-15×10-3=80.2mN.m1-6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？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。答：电磁转矩Tem=T0+T2可见T2↓电磁转矩也↓;由Tem=CmΦIa知控制电流Ia↓;Ea=Ua-IaRa可见Ia↓知Ea↑，由Ea=CeΦn知Ea↑知n↑;当电磁转矩降低到和新的负载转矩相等后,系统即进入新的平衡状态.第二章直流测速发电机2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V，负载电阻RL=3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm，求该转速下的空载输出电压Uo和输出电流Ia。答:发电机Ea=Ua+IaRa输出电流:Ia=50/3000=0.0167AEa=50+0.0167×180=53;所以空载电压Uo=Ea=53第三章步进电动机3-8某五相反应式步进电动机转子有48个齿，试分析其有哪几种运行方式及对应的步距角，并画出它们的矩角特性曲线族。答:5相单5拍A→B→C→D→E→AΘb=360/5/48=1.5°TemA=-Tjmaxsin(Θe)TemB=-Tjmaxsin(Θe-52π)TemC=-Tjmaxsin(Θe-54π)TemD=-Tjmaxsin(Θe-56π)TemE=-Tjmaxsin(Θe-58π)5相双5拍AB→BC→CD→DE→EA→ABΘb=360/5/48=1.5°TemAB=-1.62Tjmaxsin(Θe-5π)TemBC=-1.62Tjmaxsin(Θe-53π)TemCD=-1.62Tjmaxsin(Θe-π)TemDE=-1.62Tjmaxsin(Θe-57π)TemEA=-1.62Tjmaxsin(Θe-59π)5相10拍A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→ABΘb=360/10/48=0.75°3-10四相反应式步进电动机，转子有50个齿，试计算各种运行方式的步距角。并画出其单、双拍制的矩角特性曲线族。若单相通电时的最大静态转矩为0.1N·m，试计算各种运行方式的起动转矩；并判断转子上负载为0.08N·m时哪种运行方式可使步进电动机正常运行。矩角特性曲线族矩角特性曲线族解:1.四相单四拍步距角Θb=360/4/50=1.8°，Θbe=2π,如下图四相单四拍相邻2相矩角特性曲线交点q1转矩Temq1=TTjmaxsin4π=0.1×0.707=0.0707N·m＜0.08N·m电机不能正常运行2.四相双四拍步距角Θb=360/4/50=1.8°,Θbe=2π，Temq1=1.414Tjmaxsin4π=1.414×0.0707=0.1N·m＞0.08N·m，电机能正常运行3.四相八拍步距角Θb=360/8/50=0.9°,Θbe=4πTemq1=1.414Tjmaxsin4π=1.414×0.0707=0.1N·m＞0.08N·m，电机能正常运行第四章旋转变压器4-6用正余弦旋转变压器可以构成直角坐标系旋转θ角的变换，接线如图题图4-1，4-2所示（见书P119）。试分析其工作原理。解：Uxs=Ussinθ,Uys=Uscosθ,Uxc=Uccosθ,Uyc=Ucsinθ,因Ux=Uxs-Uxc，Uy=Uys+Uyc;有Ux=Ussinθ-Uccosθ，Uy=Uscosθ+Ucsinθ，如p点与坐标系uov相当于正余弦旋转变压器转子，当其顺时针旋转θ，坐标系顺uov时针旋转θ就会输出新的坐标（Ux、Uy）4-8有一只旋变发送机XF和一只旋变变压器XB定子绕组对应联接作控制式运行，如题图4-3所示（见书P119），已知：图中的θ1=15°°，θ2=10°°，试求：矩角特性曲线族（1）旋变变压器转子的输出绕组的协调位置XT；（2）失调角r。解:1.协调位置XT在转子逆时针旋转95°2.失调角r。γ=-θ1-(90-θ2)=-95°第五章自整角机5-4三台自整角机如题图5-1所示（见书P147）接线。中间一台为力矩式差动接收机，左右两台为力矩式发送机，试问：当左右边两台发送机分别转过θ2、θ1角度时，中间的接收机将转过的角度θ与θ2和θ1之间是什么关系？解：r=θ2－θ1,θ2－θ10则顺时针转动θ2－θ1=0则不动θ2－θ10则逆时针转动5-6某力矩式自整角机接线如题图5-3所示（见书P148）（1）画出接收机转子所受的转矩方向：（2）画出接收机的协调位置；（3）求失调角。解:1.接收机转子所受的转矩方向是逆时针方向2.接收机转子逆时针旋转转角度=15-35=-20°/z1203.失调角r=θ1－θ2=15°-35°=-20°5-7对于题图5-4所示（见书P148）自整角测量线路，CX为自整角发送机，CT为自整角变压器，它们的转子的转角分别为θ1和θ2。画出三相绕组合成磁场轴线的位置，并写出输出电势的有效值Eo和转角θ1、θ2的关系式。解:1.合成磁场轴线的位置：2DBfx2D112Bft2.输出电势Eo=4.44fWϕSin(θ1–θ2)f为激磁电源频率,W为自整角变压器输出绕组有效匝数；θ为自整角变压器的主磁通第六章交流伺服电动机6-8交流伺服电动机的控制方法有几种？幅值控制转速变化的物理过程如何？答:控制方法有三种：幅值控制、相位控制、幅相控制幅值控制就是将励磁绕组加上恒定的额定励磁电压Ujc，并保持励磁电压和控制电压的相位差90°不变，改变控制电压的大小，以实现对伺服电动机转速的控制。负载不变时，改变控制电压Uk，如Uk↑→a↑椭圆磁场越园，其转速n↑，电流下降.输入阻抗上升.反之则相反.6-13什么是自转现象？为了消除自转现象，交流伺服电动机在单相供电时应具有怎样的机械特性？答：控制信号消失后，电动机仍以某个转速稳定运行的现象，就是自转现象。为消除自转,应使电机转子电阻足够大，以使单相供电时机械特性曲线位于二、四象限。