第5章思考题与习题答案综述

思考题与习题1.可以决定直流伺服电动机旋转方向的是（）A.电机的极对数B.控制电压的幅值C.电源的频率D.控制电压的极性2.有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化？3.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（见图5-101)，就会发现，当其他条件不变，而只是减小发电机负载电阻RL时，电动机的转速就下降。试问这是什么原因？图5-101用直流发电机作为直流电动机的负载4.已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V，额定运行时的电抠电流Ia=0.4A，转速n=3600r/min，它的电枢电阻Ra＝50Ω，空载阻转矩T0=15mN·m。试问该电动机额定负载转矩是多少？5.用一对完全相同的直流机组成电动机-发电机组，它们的励磁电压均为110V，电抠电阻Ra=75Ω。已知当发电机不接负载，电动机电枢电压加120V时，电动机的电枢电流为0.12A，绕组的转速为4500r/min。试问：（1）发电机空载时的电枢电压为多少伏？（2）电动机的电枢电压仍为110V，而发电机接上0.5kΩ的负载时，机组转速n多大（设空载阻转矩为恒值）？6.一台直流电动机，额定转速为3000r/min。如果电枢电压和励磁电压均为额定值，试问该电机是否允许在转速n=2500r/min下长期运转？为什么？7.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？8.一台直流伺服电动机其电磁转矩为0.2倍的额定电磁转矩时，测得始动电压为4V，当电枢电压增加到49V时，其转速为1500r/min。试求当电动机为额定转矩，转速n=3000r/min时，电枢电压Ua=？9.已知一台直流伺服电动机的电枢电压Ua=110v，空载电流Ia0=0.055A，空载转速n=4600r/min，电枢电阻Ra=80Ω。试求：（1）当电枢电压Ua=67.5V时的理想空载转速n0及堵转转Td；（2）该电机若用放大器控制，放大器内阻Ri=80Ω，开路电压U1=67.5V，求这时的理想空载转速n0及堵转转Td；（3）当阻转矩TL+T0由30mN·m增至40mN·m时，分别试求上述两种情况下转速的变化Δn。10.交流伺服电动机转子的结构常用的有_________形转子和非磁性杯形转子。（）A.磁性杯B.圆盘C.圆环D.鼠笼11.有一台四极交流伺服电动机，电源频率为400Hz，其同步速为（）A.3000r/minB.6000r/minC.9000r/minD.12000r/min12．交流伺服电动机的转子有两种形式，即__________和非磁性空心杯形转子。13.异步伺服电动机的两相绕组匝数不同时，若外施两相对称电压，电机气隙中能否得到圆形旋转磁场？如要得到圆形旋转磁场，两相绕组的外施电压要满足什么条件？14.为什么异步伺服电动机的转子电阻要设计得相当大？若转子电阻过大对电动机的性能会产生哪些不利影响？15.异步伺服电动机在幅值控制时，有效信号系数由0变化到1，电动机中的正序、负序磁势的大小将怎样变化？16.幅值控制异步伺服电动机，当有效信号系数α≠1时，理想空载转速为何低于同步转速？当控制电压发生变化时，电动机的理想空载转速为什么会发生改变？17.什么叫“自转”现象？对异步伺服电动机应采取哪些措施来克服“自转”现象？18.有一台异步伺服电动机忽略其定子参数和转子漏抗，并假定R’2＝4Xm。试计算当幅值控制及幅值-相位控制方式又始动时为圆形旋转磁场，它们的堵转转矩之比是多少？此时电容电抗Xcm为R’2的多少倍?19.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？20.一台400Hz的异步伺服电动机，当励磁绕组加电压Uf=110V，而控制电压Uc=0时，测得励磁电流If=0.2A，将If的无功分量用并联电容补偿后，测得有功分量（即If的最小值）Ifm=0.1A。试问：（1）励磁绕组阻抗Zf0及阻抗角φf0各等于多少?（2）如果只有单相电源，又要求n=0时移相90°，应在励磁绕组上中多大电容？（3）若电源电压为110V，串联电容后，Uf=？Uc=？（n=0）21．伺服电动机的转矩、转速和转向都非常灵敏和准确地跟着______________变化。22.一台500r/min,50Hz的同步电机，其极数是_______。23.同步电动机最大的缺点是_______。24.同步电机电枢绕组匝数增加，其同步电抗()A.增大B.减小C.不变D.不确定25．对于同步电机的转速，以下结论正确的是()A．与电源频率和电机磁极对数无关B．与负载大小有关，负载越大，速度越低C．带不同负载输出功率总量恒定D．转速不随负载大小改变26.如果永磁式同步电动机轴上负载阻转矩超过最大同步转矩，转子就不再以同步速运行，甚至最后会停转，这就是同步电动机的（）A.失步现象B.自转现象C.停车现象D.振荡现象27.说明永磁同步伺服电动机三闭环控制原理，说明与常规速度控制的区别。答案1、D2.答：直流伺服电动机的励磁电压和电枢控制电压均维持不变，而负载增加时，电动机的转速将下降，电枢电流和电磁转矩都会增大。3.答：发电机：Ea=Ua+IaRa，RL减小，Ua上升，n上升；电动机：Ea=Ua-IaRa，n上升，转矩T上升，Ia上升，最终导致转速n下降。4、解：025.03600504.0110nRIUCaaae)(49.954.0025.0260260mmNICICTaeaT)(49.801549.950mmNTTTL5、解：（1）)V(1017512.01102211aaaeaaRIUnCEU（2）电压平衡aaaaaaaaaaaaaaRIURIURIUERIUE2211222111又LaaRIU11，∴aaaLaaRIURRI221)(（1）电磁平衡带负载2010220112aTaTaTaTICTICTICTTICT（2）空载020020200102TICTICTTTaTaT（3）联立（2）（3）得：2021aaaIII（4）联立（1）（4）得：aaaLaaaRIURRII22202))((∴)A(28.0500752)50075(12.01102)(2022LaLaaaaRRRRIUI∴min)/(398145001017528.011022rCRIUneaaa6.答：不可以。对于电动机有Ea=Ua-IaRa，若电动机长期工作在n=2500r/min下，Ea减小，而Ua不变，那么Ia上升，电动机不可以长期工作在超出额定电枢电流的状态下。7.答：无。调节特性死区的大小与负载、电枢电阻及励磁磁通有关。8.解：∵T0CRTUasa，∴2.0n'00TTUUsaa，)V(202.042.00'0aaUU又∵nUUnUUaaaa0''0'∴)V(11020)449(15003000)('00''aaaaUUUnnU9.解：∵aaaeRIUnC，∴023.0460080055.0110nRIUCaaae，（1）∴min)/(2935023.05.6701rCUnea)(185.0805.672023.0602601mNRUCICTaaeaTd（2）∴min)/(2935023.05.6702rCUnei)(093.080805.672023.0602602mNRRUCICTiaieaTd（3）∵2TeaseaCCRTCUn，∴2TeasCCRTn∴min)/(1592/023.0608010102321rCCRTnTeasmin)/(3172/023.060)8080(1010)(2322rCCRRTnTeias10、D11、D12、鼠笼形转子13.答：不能。如要得到圆形旋转磁场，两相绕组的外施电压应与绕组匝数成正比。14.答：为了得到更接近于直线的机械特性，但不能过分增加。当最大转差率大于1后，若继续增加转子电阻，堵转转矩将随转子电阻增加而减小，这将使时间常数增大，影响电机的快速性能。同时由于转矩的变化对转速的影响增大，电机运行稳定性变差。此外，转子电阻取得过大，电动机的转矩会显著减小，效率和材料利用率大大降低。15.答：异步伺服电动机在幅值控制时，有效信号系数越接近1，负序磁势越小，而正序磁势越大；反之若有效信号系数接近0，负序磁势越大，正序磁势就越小，但无论有效信号系数多大，负序磁势幅值总是小于正序磁势幅值，只有当有效信号系数为0时，正序、负序磁势幅值才相等。16.答：当有效信号系数αe≠1，即椭圆形旋转磁场时，电动机的理想空载转速将低于同步转速。这是因为在椭圆形旋转磁场中，存在的反向旋转磁场产生了附加制动转矩T2，使电动机输出转矩减小。同时在理想空载情况下，转子转速已不能达到同步转速ns，只能是小于ns的n0。正向转矩T1与反向转矩T2正好相等，合成转矩Te＝T1-T2=0，转速n0为椭圆形旋转磁场时的理想空载转速。有效信号系数αe越小，磁场椭圆度越大，反向转矩越大，理想空载转速就越低。17.答：当伺服电动机处于单相供电时，电动机仍然转动，这就是伺服电动机“自转”现象。为了消除自转现象，交流伺服电动机零信号时的机械特性必须如下图所示，显然这也就要求有相当大的转子电阻，最理想的是使转差率sm1，可以完全消除自转现象18、解：幅值控制时：''255.92210rmkckskRZUnT幅值—相位控制时：''255.922210rmkckckckskRRXZUnT其中：mmmmmrmkrmkscckXXXXXRRRR17444222mmmmmrmkrmkcckXXXXXXXXX171644222所以：1614122'00ckckkkXRTT而由于：mmmmckckckcaXXXXXXRX171617161742222故：'241RXca19.答：交流伺服电动机的结构通常采用鼠笼转子两相伺服电动机及空心杯转子两相伺服电动机，其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。四级电机，空载转差率为0.220、解：（1）5.02.01.0cos0ffmfII，所以600f。)(5502.01100fffIUZ（2）)(626.010550400260sin102sin6600FfZCff（3）Uf=U=110（V），Uc=2U=)(56.1551102V21、控制电压22、623、不能自启动24、A25、D26、A27、略。