控制电机期末试卷)及参考答案 复习重点

《控制电机》2009～2010学年第一学期期末考试卷（B）

一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号

内。每小题2分，共20分)

1. 按照励磁方式划分，直流测速发电机有几种励磁方式( )。

A. 一

B. 二

C. 三

D. 四

2. 在其它因素一定的情况下，直流测速发电机的负载电阻RL增大，则其输出电压Ua将( )

A. 增大

B. 减小

C.不变

D. 无法确定

3. 导体在磁场中作切割磁力线运动，导体两端产生感应电势的方向由______定则判定；通电导体在磁场中

运动，运动方向由______定则判定。( )

A. 左手，左手

B. 右手，右手

C.右手，左手

D. 左手，右手

4. 以下哪个选项不能

．．改变电动机的转向是( )

A.改变磁通方向

B. 同时改变磁通方向和电枢电压方向

C.改变励磁电流方向

D. 改变电枢电压方向

5. 以下哪个因素不会影响电动机的机械特性硬度变化的是。( )

A. 放大器内阻Ri

B. 励磁电流If

C. 电枢电阻Ra

D. 电枢电压Ua

6. 增大电机端电压Ua时，电机的转速将______（填增大或减小）；增大电枢回路的调节电阻Rtf时，电机

的转速将______。( )

A. 增大、减小

B. 增大、增大

C. 减小、增大

D. 减小、减小

7. 已知交流伺服电动机的极数对数为3，使用频率为50Hz的交流电压供电，则旋转磁场的转速为( )。

A. 3000 r/min

B. 1800 r/min

C. 1500 r/min

D. 1000 r/min

8. 直流电动机的调节特性描述了( )的对应关系。

A. 转矩和电压

B.转速和电流

C. 转速与电压

D.转速和转矩

9. 交流伺服电动机的负载转矩增大时，则转子转速就下降，转差率S( )

A.减小

B. 增大

C. 不变

D. 无法确定

10. 对幅值和转速都在变化的椭圆形旋转磁场，可以用分解法分解为( )。

A. 两个正向圆形磁场

B. 无法确定

C. 一个正向圆形磁场和一个反向圆形磁场

D.两个反向圆形磁场

二、填空题(每小题2分，共20分)

1. 变压器变比K=_________=________=________。

2. 直流电动机的电压平衡方程式是____________。

3. 在直流电机运转过程中，突然将励磁回路断开，当电机带负载时会发生______状态；当电机空载时又会

出现______现象。

4. 当旋转磁场具有P对磁极时，若电源频率为f，则旋转磁场的转速为__________。

5. 变压器的作用是变______，变__电流____。

6. 自整角机按照使用要求不同，可分为_______自整角机和_______自整角机两大类。

7. 励磁绕组电流与控制绕组电流在相位上彼此互差_____度，幅值彼此_____，这样的两个电流称为两相对

称电流。

8. 直流电动机的转矩公式为________。

9.交流伺服电动机又称______异步伺服电动机，所谓异步，就是指电机转速与______有差异。

10.交流伺服电动机的有效信号系数表达式是________。

三、判断题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)在每小题的括号内对的打“√”，错的打“×”。

1.发电机运行状态下，电磁转矩是驱动转矩；而在电动机运行状态下，电磁转矩是制动转矩。（）

2.要改变电动机的转向，必须单独改变电枢电流的方向或单独改变励磁电流的方向。（）

3.电动机过热，一定是定子绕组出了故障。（）

4.转差率是分析交流伺服电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率就越大。（）

5.旋转磁场的转向是从流过超前电流的绕组轴线转到流过落后电流的绕组轴线。（）

四、简答题(每小题6分，共30分)

1.直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？若有，为什么？调节特性死区的大小与哪些因素

有关？

2.直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？

3.要得到圆形旋转磁场，加在励磁绕组和控制绕组上的电压应符合什么条件？

4. 交流伺服电动机在控制系统中对它提出的要求有哪些？

5. 为什么交流伺服电动机的转子转速总是比磁铁转速低？

五、计算题(每小题10分，共20分)

1. 设一台直流电动机原来运行情况为：电机端电压Ua=220V，Ea=90V，Ra=10Ω，Ia=2A，n=3000r/min。

如果电源电压降低一半，而负载转矩不变，试计算转速将降低到原来的百分之几？

2. 已知一台交流伺服电动机的技术数据上标明空载转速是1200 r/min，电源频率为60Hz，请问这是几极

电机？空载转差率是多少？

参考答案

一、单项选择题(每小题2分，共20分)

1.B

2.A

3.C

4.B

5.D

6.A

7.D

8.C

9.B 10.C 二、填空题(每小题2分，共20分)

1. I2/I1、W1/W2、U1/U2

2.Ua=Ea+IaRa

3.堵转、飞车

4. 60f/P

5. 电压、电流

6.力矩式、控制式

7.90、相等

8.T=CTQIa

9.两相、同步速 10.ae=Uk/Ukn 三、判断题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 1．（ × ）2．（ √ ）3．（ × ）4．（ × ）5．（ √ ） 四、简答题(每小题5分，共30分)

2. 起动瞬间转速n=0，电动势E a =C e Φn=0，最初起动电流a

N N

R U I =。若直接起动，由于R a 很小，

I st 会达到十几倍 甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。 3.当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数相等时，要求两相电压幅值相等，相位相差90度；当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数不相等时，要求两相电压相位相差90度，电压幅值应与匝数成正比。 4. （1）转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围要大； （2）整个运行范围内的特性应具有线性关系，保证运行的稳定性； （3）当控制信号消除时，伺服电动机应立即停转，也就是无“自转”现象； （4）控制功率要小，启动转矩应大；

（5）机电时间常数要小，始动电压要低，反应应快速灵敏。

5. 因为电动机轴上总带有机械负载，即使在空载下，电机本身也会存在阻转矩。为了克服机械负载的阻力矩，转子绕组中必须要有一定大小的电流以产生足够的电磁转矩，而转子绕组中的电流是由旋转磁场切割转子导条产生的，那末要产生一定数量的电流，转子转速必须要低于旋转磁场的转速。 五、计算题(第1、2小题各9分，第3小题12分，共30分)

1. 解：当负载转矩不变时，电磁转矩a T I C T φ=不变，又由φ不变可知，a I 不变。

若电压降低到一半后的感应电势、转速、电流用'a E 、'n 、'a I 表示，则'

a U =110V 时的转速对原来的

转速之比为：

45.010

211010255//'''''=?-?-=--===a a a a a a a a e a e a R I U R I U E E C E C E n n φφ，即转速降低到原来的45%。 2. 解：空载情况下，ns=n=1000r/min 由ns=60f/p

得p=60f/ns=60×50/1000=3 ∴2p=6

由此得该电机是六级电机;

在理想情况下，空载转差率s=(ns-n)/ns=(1000-1000)/1000=0 在非理想情况下，由n=5/6ns,得s=(ns-n)/ns=(ns-5/6ns)/ns =1/6

2008-2009学年第二学期《控制电机》（02614）期末试卷

一 填空题（每空2分）

1. 直流电机是直流发电机和直流电动的总称。直流电机由定子和转子组成。定子的主要作用是 ；转子的主要是 。

2．直流电动机的调速有 、 、 三种方法。

3.直流电动机直接起动时起动电流过大，带来的不良后果

有 和 。

4．拖动恒转矩负载运行的并励直流电动机，若减弱磁通，电枢电流将 。

5．一台单相变压器，铁芯柱上有三个绕组，已知U1=330V，W1=700匝，为获得U2=220V，U3=11V，应使W2= 匝，W3= 匝。

6．为改变他励直流电动机的转向，可以改变。

7. 当他励直流电动机电枢串电阻之后，机械特性将变。

8. 直流电动机可以运行在电动机状态、状态和状态，其中电动机状态对应的电磁转矩为转矩。

9. 有一台四极交流伺服电动机，电源频率为50Hz，其同步速为__________r/min。

10.当交流伺服电动机有效信号系数不等于1时，气隙磁场是__________磁场，它可用正转和反转两

个圆磁场来代替。

11．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。

12. 从机械特性上看，第_______象限为电动机的正向电动状态，第_______象限为电机的反向制动状态。

13.正在运行的三相异步电动机突然一相断路，电动机_______立即停下来。（会或不会）

14.直流发电机线圈中的感应电势是___________ 的。（交变还是直流）

15.异步是指转子转速与_______存在差异。

二选择题（每题2分）

1. 一台1500r/min、四极直流电动机中，定子励磁绕组电流是（），频率为（）转子电枢绕组电流（），频率为（）。

A：交流，50Hz，直流，0Hz； B：交流，100Hz，直流，0Hz；

C：直流，0Hz，交流，100Hz； D：直流，0Hz，交流，50Hz

2. 直流电动机起动时，应该保证（）。

A：励磁回路电阻最大；B：励磁回路电阻最小；C：空载；D：满载。

3.直流发电机的工作是基于（）

A.牛顿定律

B.欧姆定律

C.电磁感应定律

D.基尔霍夫定律

4.在反接制动时，直流电动机电枢电流要比电动机状态时（）

A.小很多

B.大很多

C.不变

D.上下波动

5.为了能在相同的体积和电枢电压下产生比较大的转矩和低的转速，直流力矩电动机一般做（）

A.细长圆管状

B.细长圆柱形

C.圆盘状

D.细长圆台形

6.当两相对称交流电流通入两相对称绕组时，在交流伺服电动机内会产生（）

A.椭圆形旋转磁场

B.脉振磁场

C.圆形旋转磁场

D.等幅脉振磁场

7．三相异步电动机在电动机运行状态时，其转差率范围是( )

A．s<0 B.s=0

C.0

D.s>1

8．直流电动机和直流发电机的Ea和Ia的方向分别是( )

A．相同、相同 B.相反、相反

C. 相同、相反

D.相反、相同

9.某五相步进电机在脉冲电源频率为2400Hz 时，转速为1200rpm，则可知此时步进电机的步距角为

( )。

A．1.5° B.3°

C. 6°

D. 4°

10.步进电机的角位移与（）成正比。

（A）步距角（B）通电频率（C）脉冲当量（D）脉冲数量

三简答题

1. 正常运行的他励直流电动机，如果励磁绕组突然断线，会有什么情况发生？为什么？（5分）

2. 写出交流伺服电动机的工作原理？（6分）

3. 一般的他励直流电动机为什么不能直接起动？有哪些起动方法？采用什么起动方法比较好？(5分)

四计算题

1.一交流4极交流伺服电动机，接在电源电压50HZ 电源电压上，以1300r/min进行旋转。求旋转磁场的转速，启动前和启动后定子与转子上感应电动势的频率。（6分）

2.某他励直流电动机的额定数据为Ra=0.037 ，UN=220V，IN=270A，nN=1150r/min，请画出固有机械特性。（提示联系机械特性直线图，只要求得空载转速，再求得额定转矩，又已知额定转速，就可求已知机械特性直线的曲率）（6分）

3.一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数ZR=45，在A相绕组中测得电流频率为500Hz，求：(6分)

（1）电机的步距角

（2）转速

（3）设单相通电时距角特性为正弦形，幅值为3，求三相同时通电时最大转矩Tjmax(ABC) 控制电机期末试卷答案及评分标准

一填空题（每空2分）

1.建立主磁场；产生电磁转矩和感应电动势，实现能量转换。

2.转子串电阻调速；调压调速；弱磁调速

3.换向时产生很大的火花；造成电网电压的波动。

4.增大

5. 46

6.6, 32.3,

6.电枢绕阻两端的极性

7.软

8.发电机电磁制动驱动

9.1500

10.椭圆形

11.鼠笼式转子

12.一四

13.不会

14.交变

15.定子磁场转速

二选择题（每题2分）

1.D

2.B

3.C

4.B

5.C

6.C

7.C

8.D

9.B 10.D

三简答题

1．

答：空载或轻载，飞车（转速过高）。由于磁场非常小，反电动势与电枢电压接近，根据E=CeΦn，转速过高；（2分）

大负载，电流过大，根据T=CTΦIa，电磁转矩与负载转矩相平衡，转矩值较大，所以当磁通非常小时，电流过大。（3分）

2.

当向定子绕组中通过入对称的二相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。（2分）

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。（2分）

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。（2分）

3. 答：起动时，感应电动势为0，直接起动时起动电流很大（2分）。可以采用电枢串电阻起动和降压起动（2分）。降压起动的方法比较好（1分）。

四计算题

1.n0=60f/p=1500(r/min) (1分)

S=(n0-n1)/ n0=(1500-1300)/1500=0.133 （1分）

启动前转子f=50HZ 定子 f=50HZ （2分）

启动后转子f=sf=0.133?50=6.65 HZ

定子f’=50HZ （2分）

2. 解：计算：3分；作图：3分（包括横纵坐标、关键点数值、曲线，各占1分）。

)min/(1826.01150

270

037.0220r V n I R U C N N a N N e =?-=-=

Φ

)(8.4702701826.055.955.9Nm I C I Ct T N N e N N N =??=Φ=Φ=

min)/(8.12041826.02200r C U n N e N ==Φ=

3.(1) b θ=

N Z R ?360=10

*45360?

= ?8.0 （2 分） (2) 10

*45500

*6060==

N Z f n R =66.67(r/min) （2分）

(3) m ax m ax )

m ax(618.15sin 53sin

j j ABC j T T T ==ππ

=1.618*3=4.854 （2分） 《控制电机》2009～2010学年第一学期期末考试卷(A)

一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题2分，共20分) 1. 下列哪一项是变压器变比K 错误．．的表达式的是( C )。 A. I 2/I 1 B. W 1/W 2 C. W 2/W 1 D. U 1/U 2

2. 一他励直流电机拖动一恒转矩负载稳定运行，电枢电压不变，若因机械故障使得负载转矩稍有增大，则( D )

A. 稳定状态破坏，电机不能再继续稳定运行

B. 电机速率下降，短时间调整后又恢复原来的速度稳定运行

C.电机转矩增大，进而迫使速度不会降低，所以运行不受影响

D. 电机速度下降，转矩增大，在新的平衡点稳定运行

3. 导体在磁场中作切割磁力线运动，导体两端产生感应电势的方向由______定则判定；通电导体在磁场中运动，运动方向由______定则判定。( A )

A.右手，左手

B. 右手，右手

C. 左手，左手

D. 左手，右手 4. 以下哪个选项不能．．改变电动机的转向是( B ) A.改变磁通方向 B. 同时改变磁通方向和电枢电压方向 C.改变励磁电流方向 D. 改变电枢电压方向

5. 直流电动机中，电动势的方向与电枢电流方向______，直流发电机中，电动势的方向与电枢电流的方向______。( A )

A. 相反，相同

B. 相同，相反

C. 相同，相同

D. 相反，相反 6. 以下哪些因素不致使．．．直流电动机的机械特性硬度变化( B ) A. 电枢回路串电阻 B. 改变电枢电压 C. 减弱磁场 D. 增大励磁电流

7. 已知交流伺服电动机的极数对数为2，使用频率为50Hz 的交流电压供电，则旋转磁场的转速为( B )。

A. 3000 r/min

B. 1500 r/min

C. 750 r/min

D. 1000 r/min 8. 直流电动机的调节特性描述了( A )的对应关系。

A.转速与电压

B.转速和电流

C.转矩和电压

D.转速和转矩 9. 自整角机按力矩式运行时，其力矩式发送机的国内代号是( B ) A. ZLJ B. ZLF C. ZCF D. ZKC

10. 对幅值和转速都在变化的椭圆形旋转磁场，可以用分解法分解为( D )。 A. 两个正向圆形磁场 B. 无法确定

C. 两个反向圆形磁场

D.一个正向圆形磁场和一个反向圆形磁场 二、填空题(每小题2分，共20分)

1. 按照励磁方式划分，直流测速发电机有__永磁式__和_电磁式__两种型式。

2. 直流测速发电机的电压平衡方程式是__ U a =E a -I a R a __________。

3. 在直流电机运转过程中，突然将励磁回路断开，当电机带负载时会发生 堵转___状态；当电机空载时又会出现__飞车____现象。

4. 影响电动机的机械特性的因素主要是__电枢电压Ua______、_点数电阻Ra_______和放大器内阻Ri 。

5. 增大电机端电压Ua 时，电机的转速将__增大____（填增大或减小）；增大电枢回路的调节电阻Rtf 时，电机的转速将__减小____。

6. 自整角机按照使用要求不同，可分为__力矩式_____自整角机和___控制式____自整角机两大类。

7. 励磁绕组电流与控制绕组电流在相位上彼此互差__90___度，幅值彼此 _ 相等____，这样的两个电流称为两相对称电流。 8. 转差与同步速的比值称为__转差率______。

9.伺服电动机的运行稳定性用____阻尼系数（或D ）____表示，D 值越大，表示电机的稳定性越_好__。

5.10.交流伺服电动机的有效信号系数表达式是___ a e =Uk/Ukn_____。 三、简答题(每小题6分，共30分) 1.直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？若有，为什么？调节特性死区的大小与哪些因素有关？

有死区。由φ

φT a L o T a s ao C R T T C R T U )(+==，因为是空载，所以T L =0，但00≠T ，故0≠U a o ，

所以有死区。由关系式a

ao T

e T a ao e T a R I C C C R I C C R T Uao ===φ

φφ

0，可知，死区的大小主要与空载电枢电

流ao I 和电枢电阻a R 有关。

2.直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？

起动瞬间转速n=0，电动势E a =C e Φn=0，最初起动电流a N N R U I =。若直接起

动，由于R a 很小，I st 会达到十几倍 甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。

3.要得到圆形旋转磁场，加在励磁绕组和控制绕组上的电压应符合什么条件？

当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数相等时，要求两相电压幅值相等，相位相

差90度；当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数不相等时，要求两相电压相位相差90度，电压幅值应与匝数成正比。

4. 直流电动机的启动性能要求是什么？

（1）启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时的阻转矩；（2）启动时电枢电流不要太大； （3）要求电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的电磁转矩以利于缩短启动时间。

5. 为什么交流伺服电动机的转子转速总是比磁铁转速低？

因为电动机轴上总带有机械负载，即使在空载下，电机本身也会存在阻转矩。为了克服机械负载的阻力矩，转子绕组中必须要有一定大小的电流以产生足够的电磁转矩，而转子绕组中的电流是由旋转磁场切割转子导条产生的，那末要产生一定数量的电流，转子转速必须要低于旋转磁场的转速。

四、计算题(每小题10分，共30分)

1. 设一台直流电动机原来运行情况为：电机端电压U a =220V ，E a =100V ，R a =20Ω，I a =1A ，n=1500r/min 。如果电源电压降低一半，而负载转矩不变，试计算转速将降低到原来的百分之几？

解：当负载转矩不变时，电磁转矩a T I C T φ=不变，又由φ不变可知，a I 不变。

若电压降低到一半后的感应电势、转速、电流用'a E 、'n 、'a I 表示，则'

a U =110V 时的转速对原来的转速之比为：

45.010

211010255//'''''=?-?-=--===a a a a a a a a e a e a R I U R I U E E C E C E n n φφ，即转速降低到原来的45%。 2. 已知一台交流伺服电动机的技术数据上标明空载转速是1000 r/min ，电源频率为50Hz ，请问这是几极电机？空载转差率是多少？ 解：空载情况下，ns=n=1000r/min 由ns=60f/p

得p=60f/ns=60×50/1000=3 ∴2p=6

由此得该电机是六级电机;

在理想情况下，空载转差率s=(ns-n)/ns=(1000-1000)/1000=0

在非理想情况下，由n=5/6ns,得s=(ns-n)/ns=(ns-5/6ns)/ns =1/6 3. 一台他励直流电动机，P N =40KW ，U N =220V ，I N =207.5A ，Ra=0.067Ω。若电枢回路不

串电阻直接起动，则起动电流为额定电流的几倍？若将起动电流限制为1.5I N ，求电枢回路应串入的电阻大小。（保留两位有效数字） 解：（1）N a N st I A R U I 82.156.3283067.220==== （2）Ω=-?=-=64.0067.0)5.2075.1(2205.1a N N p R I U R