《控制電機(jī)》習(xí)題答案

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. ------------------------------------------author ------------------------------------------date 《控制電機(jī)》習(xí)題答案 《控制電機(jī)》習(xí)題答案 第2章 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 1. 為什么直流發(fā)電機(jī)電樞繞組元件的電勢(shì)是交變電勢(shì)而電刷電勢(shì)是直流電勢(shì)? 答：電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，

2、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(shì)及線圈電勢(shì)是交變的。 由于通過(guò)換向器的作用， 無(wú)論線圈轉(zhuǎn)到什么位置， 電刷通過(guò)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(shì)方向是不變的， 因而電刷兩端得到的電勢(shì)極性不變，為直流電勢(shì)。 2. 如果圖 2 - 1 中的電樞反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)， 試問(wèn)元件電勢(shì)的方向和A、 B電刷的極性如何? 答：在圖示瞬時(shí)，N極下導(dǎo)體ab中電勢(shì)的方向由b指向a，S極下導(dǎo)體cd中電勢(shì)由d指向c。電刷A通過(guò)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(shí)A電刷為正，B

3、電刷為負(fù)。 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)180°以后，導(dǎo)體cd處于N極下，導(dǎo)體ab處于S極下，這時(shí)它們的電勢(shì)與前一時(shí)刻大小相等方向相反，于是線圈電勢(shì)的方向也變?yōu)橛蒩到d，此時(shí)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(cè)速機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過(guò)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，電樞反應(yīng)的去磁作用越強(qiáng)，磁通被削弱得越多，輸出特性偏離直線越遠(yuǎn)，線性誤差越大，為了減少電樞反應(yīng)對(duì)輸出特性的影響，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過(guò)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內(nèi)。而且換向周期與轉(zhuǎn)速成反比，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，元

4、件的換向周期越短；eL正比于單位時(shí)間內(nèi)換向元件電流的變化量?；谏鲜龇治?，eL必正比轉(zhuǎn)速的平方，即eL∝n2。同樣可以證明ea∝n2。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(cè)速發(fā)電機(jī)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)速的措施來(lái)削弱延遲換向去磁作用，即規(guī)定了最高工作轉(zhuǎn)速。 第3章 直流伺服電動(dòng)機(jī) 1. 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流由什么決定? 答：直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：T=CTφIa…………（1） 電樞電流的表達(dá)式：Ia=（Ua-Ea）

5、/Ra=（Ua- Ceφn）/Ra…………（2） 由表達(dá)式（1）知道，電磁轉(zhuǎn)矩在φ不變的情況下，由電樞電流Ia決定。 由表達(dá)式（2）知道，在φ不變的情況下，電樞電流由外加電壓，電樞內(nèi)阻及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速共同決定，且穩(wěn)態(tài)時(shí)T=TS，由表達(dá)式（1）得到，電樞電流由負(fù)載總阻轉(zhuǎn)矩決定。 3. 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)， 如果勵(lì)磁電流和被拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變， 而僅僅提高電樞端電壓， 試問(wèn)電樞電流、 轉(zhuǎn)速變化怎樣? 答：當(dāng)直流伺服電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、勵(lì)磁電流不變時(shí)，僅將電樞電壓增大，此時(shí)由于慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，Ea=Ceφn，感應(yīng)電勢(shì)不變，電樞電壓增大，由電壓平衡方程式：Ia=（Ua-Ea）/

6、Ra=（Ua-Ceφn）/Ra可知，電樞電流Ia突然增大；又T=CTφIa，電磁轉(zhuǎn)矩增大；此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，由T=TL+Tj=TL+JdΩ/dt知道，電機(jī)加速；隨著轉(zhuǎn)速n的增加，感應(yīng)電勢(shì)Ea增加，為保持電壓平衡，電樞電流Ia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(shí)，電機(jī)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，相對(duì)提高電樞電壓之前狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流不變。 4. 已知一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)， 其電樞額定電壓Ua=110 V， 額定運(yùn)行時(shí)的電樞電流Ia=0.4 A， 轉(zhuǎn)速n=3600 r/min, 它的電樞電阻Ra=50 Ω， 空載阻轉(zhuǎn)矩T0=15 mN·m。 試問(wèn)該

7、電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是多少? 解：由Ea=Ua-IaRa…………（1） Ea=Ceφn…………（2） CT=60*Ce/(2*π)…………（3） T=Ts=T0+TL…………（4） T=CTφIa…………（5） 聯(lián)立5個(gè)式子，可得到TL=80.5mN·m 7. 直流電動(dòng)機(jī)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(huì)有什么后果? 答：當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)軸卡死的情況下不能加電樞電壓。 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸卡死時(shí)，電樞電流很大，再由于通風(fēng)條件差，將會(huì)使電機(jī)繞組過(guò)熱而損壞。如果加額定電壓，其電樞電流必定超過(guò)其額定電流，若長(zhǎng)期工作

8、，將會(huì)使電機(jī)繞組和換向器損壞。 8. 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)能否用改變電源電壓極性的方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向? 答：不能。因?yàn)楫?dāng)改變并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電源極性時(shí)，勵(lì)磁磁通φ的方向改變，同時(shí)，電樞電流Ia的方向改變，因此，由電磁轉(zhuǎn)矩公式T=CTφIa可知道，T的方向不變，因此不能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。 9. 當(dāng)直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞電壓、 勵(lì)磁電壓不變時(shí)， 如將負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少， 試問(wèn)此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流、 電磁轉(zhuǎn)矩、 轉(zhuǎn)速將怎樣變化? 并說(shuō)明由原來(lái)的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)的物理過(guò)程。 答：此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增大。 由原來(lái)的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)的物理過(guò)程分析如下： 開(kāi)始時(shí)，假設(shè)電動(dòng)機(jī)所

9、加的電樞電壓為Ua1，勵(lì)磁電壓為Uf，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，產(chǎn)生的反電勢(shì)為Ea1，電樞中的電流為Ia1，根據(jù)電壓平衡方程式： Ua1=Ea1+Ia1Ra=CeΦn1+Ia1Ra 則此時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa1，由于電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩T和電動(dòng)機(jī)軸上的總阻轉(zhuǎn)矩Ts平衡，即T=Ts。 當(dāng)保持直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓不變，則Φ不變；如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，則總的阻轉(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(dòng)機(jī)加速，即n將變大；n增大將使反電勢(shì)Ea變?cè)龃?。為了保持電樞電壓平衡（Ua=Ea+IaRa），由于電樞電壓Ua保持不變，則電樞電流Ia必須減少，則電磁轉(zhuǎn)矩也

10、將跟著變小，直到電磁轉(zhuǎn)矩小到與總阻轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí)，即T=Ts，才達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。 與負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少前相比，電動(dòng)機(jī)的電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速增大。 12. 一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩不變)， 測(cè)得始動(dòng)電壓為 4Ｖ，當(dāng)電樞電壓Ua=50V時(shí)， 其轉(zhuǎn)速為1500 r/min。 若要求轉(zhuǎn)速達(dá)到 3000 r/min， 試問(wèn)要加多大的電樞電壓? 解：Ea=Ceφn, Ua-Ua0=Ea,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí),Ua0不變， 則n1/n2=(Ua1-Ua0)/(Ua2-Ua0)，即1500/3000=（50-4）/（Ua2-4），得到Ua2=96V，所以要加96V的電樞電壓

11、，轉(zhuǎn)速才會(huì)到達(dá)3000r/min。 第4章 變壓器 1. 某臺(tái)變壓器，額定電壓U1n/U2n=220/110(V)，額定頻率fn=50 Hz，問(wèn)原邊能否接到下面的電源上?試分析原因。(1)交流380V，50Hz；(2)交流440V；100Hz；(3)直流220V。 答：（1）不可以。由U=E=4.44Wfφm，在電源頻率均為50Hz的條件下，主磁通φm決定于外加電壓U，380V的電壓比額定的原邊電壓220V大很多，則加電后必然導(dǎo)致鐵心嚴(yán)重飽和，變壓器主磁通一般就設(shè)計(jì)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(huì)

12、因此損壞。 （2）可以。由U=E=4.44Wfφm，電壓增加一倍，頻率也增加一倍，則主磁通φm基本不變，因此，對(duì)變壓器的影響很小。但不是最理想。 （3）不可以。變壓器對(duì)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(tái)單相變壓器原邊有兩個(gè)額定電壓為 110 V的線圈， 如圖 4 - 27 所示，圖中副邊繞組未畫(huà)。 若電源電壓為交流 220 Ｖ和 110 V兩種， 問(wèn)這兩種情況分別將1 , 2 , 3 , 4 這四個(gè)端點(diǎn)如何聯(lián)接， 接錯(cuò)時(shí)會(huì)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； 110

13、V電壓可以接在1，2兩端及3，4兩端 （2）若220V電壓按110V的接法，則變壓器原邊電壓將超過(guò)額定電壓，變壓器空載電流I0就會(huì)急劇增加，若超過(guò)不允許的的電流值，會(huì)導(dǎo)致變壓器過(guò)熱燒毀；若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(shí)若負(fù)載要求電壓比副邊能夠提供的電壓高，則變壓器不能正常工作。 5. 變壓器歸算后的等值電路是如何得來(lái)的? 歸算的目的和條件是什么? 各參數(shù)的物理意義是什么? 答： 9. 一臺(tái)電源變壓器， 原邊額定電壓 220 Ｖ， 副邊有兩個(gè)繞組， 一個(gè)繞組的額定電壓為 450 V， 額定電流為 0.5 A； 另一個(gè)繞組的額定電壓為 110 V

14、， 額定電流為 2 A。 問(wèn)原邊的額定電流約為多少? 11. 已知一臺(tái)單相變壓器的各參數(shù)如下： R1=0.4 Ω, X1σ=2.0 Ω, Xm=110 Ω, R2=0.25 Ω, X2σ=0.8 Ω, 變比k=2， 鐵耗引起的等值電阻Rm=7.5 Ω， 已知該變壓器接一純電阻負(fù)載RL=1.8 Ω。 要求： (1) 畫(huà)出T形等值電路并標(biāo)出各參數(shù)值； (2) 定性畫(huà)出相量圖。 第5章 自整角機(jī) 1.各種自整角機(jī)的國(guó)內(nèi)代號(hào)分別是什么?自整角機(jī)的型號(hào)中各量含義是什么? P77 2. 何為脈振磁場(chǎng)?它有何特點(diǎn)和性質(zhì)? P83 第6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 3. P105 4. P106 --------------------------------------------------