控制电机_第二版_杨渝钦主编_习题解答

控制电机课后习题答案第2章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd 中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL ∝n2。

同样可以证明ea∝n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。

所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。

为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。

《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RiB. 励磁电流IfC. 电枢电阻RaD. 电枢电压Ua6. 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.3000r/minB.1800r/minC.1500r/minD.1000r/min8. 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=_________=________=________。

控制电机第二版课程设计一、课程设计目的本课程设计的目的是让学生掌握控制电机的基本原理和方法，了解电机在不同场合应用的不同控制策略，并能够使用相应的工具和技术进行电机的控制设计、仿真和实现。

二、课程设计内容1. 电机的基础知识•电机的种类和特点；•电机的结构和工作原理；•电机的性能参数和测试方法。

2. 电机的控制原理和方法•电机的速度控制方法；•电机的位置控制方法；•电机的电流控制方法；•电机的磁场控制方法；•电机控制策略的选择和设计。

3. 电机控制的仿真与实现•电机控制系统的建模和仿真方法；•电机控制系统的实现方法；•控制电机的硬件和软件设计与实现；•电机控制的调试和测试。

三、课程设计步骤1.学生根据课程设计要求，选择控制电机系统的控制策略和方法；2.学生进行电机控制系统的建模和仿真，并根据仿真结果进行参数调整和优化；3.学生进行控制器的设计和实现，包括电路设计和程序编写；4.学生进行控制电机系统的调试和测试，并分析测试结果；5.学生撰写控制电机系统设计报告和实验报告。

四、课程设计要求1.学生要学好课本中有关控制电机的知识，掌握课本上电路的基本设计方法和程序编写技巧，并能够在实践中加以应用；2.学生要根据实验要求，选择合适的实验器材，进行电路的设计、模拟、实现和测试，达到掌握基本实验技能的目的；3.学生要认真做好实验记录，记录下实验的过程和结果，并进行分析和处理；4.学生要完成实验报告和课程设计报告，做到文字表述清楚、条理分明、叙述连贯，采用规范的科技文献引用方法。

五、课程设计参考书目1.《电机控制技术基础与应用》（主编：王世泽、贾学文，机械工业出版社，2014）；2.《电机控制与实验》（主编：王新生，高等教育出版社，2012）；3.《现代电机控制技术》（主编：赵福祥、欧阳志鹏，机械工业出版社，2013）；4.《MATLAB/Simulink仿真与控制系统设计》（主编：陈明，机械工业出版社，2013）。

电机学第二版习题答案电机学是电气工程中的重要学科，它研究的是电动机的原理、设计和应用。

对于学习电机学的学生来说，理解和掌握习题的答案是非常重要的。

本文将为大家提供《电机学第二版》习题的答案，帮助大家更好地学习和应用电机学知识。

第一章：电动机基础知识1. 电动机是将电能转化为机械能的装置。

它由定子和转子两部分组成，其中定子是不动的，转子则可以旋转。

2. 电动机的分类有直流电动机和交流电动机两种。

直流电动机是通过直流电源供电，交流电动机则是通过交流电源供电。

3. 电动机的工作原理是根据洛伦兹力的作用，使得定子和转子之间产生力矩，从而实现转动。

4. 电动机的效率可以通过输入功率和输出功率的比值来计算。

效率越高，表示电动机的能量转化效率越高。

第二章：直流电动机1. 直流电动机的主要特点是转子上有一个或多个永磁体，通过改变电流的方向和大小来改变转子的转动方向和速度。

2. 直流电动机的转矩与电流成正比，转速与电压成正比。

根据这个特性，可以通过改变电流和电压来控制直流电动机的转速和转矩。

3. 直流电动机的速度调节方式有电枢电阻调速、电压调速和外加磁场调速等。

第三章：交流电动机1. 交流电动机的主要特点是转子上没有永磁体，而是通过定子上的电流产生的磁场来实现转动。

2. 交流电动机根据转子类型的不同，分为异步电动机和同步电动机两种。

3. 异步电动机的转速略低于同步速度，转速与电源频率成反比。

同步电动机的转速与电源频率成正比。

4. 交流电动机的启动方式有直接启动、星三角启动和自耦变压器启动等。

第四章：电动机的保护与控制1. 电动机的保护主要包括过载保护、短路保护和过热保护等。

这些保护装置可以保护电动机在工作过程中不受损坏。

2. 电动机的控制方式有手动控制、自动控制和远程控制等。

根据实际需要选择合适的控制方式。

第五章：电动机的应用1. 电动机广泛应用于各个领域，如工业生产、农业生产和家庭用电等。

它们在生产和生活中起着重要的作用。

直流测速发电机(电磁感应)：1、当原动机拖动电枢旋转时，电枢线圈边切割磁场，产生交变的感应电动势，通过换向器与电刷的“换向”作用，使电刷间能够获得方向不变的直流电动势和电流。

2、在发电机工作时，电机外电路中负载电阻上的电压、和电流为直流性质，而电枢线圈中的电流和电动势却是交流性质。

3、在发电机运行时，换向器与电刷的作用是将电枢线圈中的交变电动势和电流进行“换向”，变换为电刷间的直流电动势和电流。

直流电势的形成：由电磁感应定律，一根导体切割磁场产生的感应电势为：e=Bxlv,在电机中，当转速一定时，切割线速度为常数V=πDan/60因此，感应电势正比于磁通密度e正比于Bx .一个线圈产生的感应电势应为导体电势的两倍。

电刷间的电势为随时间大小变化的脉动电势。

直流电机的基本结构可分为定子和转子两大部分定子部分1）主磁极：包括主磁极铁心和励磁绕组。

作用：主磁极用于产生电机内部的磁场。

2）换向极：包括换向极铁心和换向极绕组。

作用：用于改善换向。

位置：安装在两个相邻的主磁极之间。

其中换向极绕组与转子的电枢绕组串联。

3）机座：由钢板焊接而成。

作用：一是起机械支撑、固定作用；二是作为主磁路的一部分。

（该部分通常称为磁轭。

）4）电刷装置：作用：将电流引入或引出电机。

转子部分1）电枢铁心作用：作为主磁路的一部分，同时用于嵌放电枢绕组。

组成：由0.35~0.5mm厚的硅钢冲片叠装组成。

采用冲片。

叠装的目的是为了减小铁心损耗。

2、电枢绕组作用：构成电机的主要电路部分，是实现机电能量转换的关键结构部件。

组成：由许多按一定规律连接的单匝或多匝线圈组成的转子绕组。

每一个线圈是用带绝缘的圆形或矩形截面铜导线绕成。

3、换向器作用：在电动机中，将电刷上通过的直流电流转换为绕组内的交变电流；而在发电机中，将绕组内的交流电动势转变为电刷上的直流电动势。

组成：由许多一定形状的换向片组成，换向片与换向片之间用云母绝缘。

每一个线圈的两个出线端分别焊接在两个换向片上。

控制电机第一章旋转变压器 (1)第二章自整角机 (8)第三章测速发电机 (12)第四章伺服电动机 (18)第五章微特同步电动机 (26)第六章无刷直流电动机 (31)第七章步进电动机 (34)第八章直线电动机 (39)第九章超声波电动机 (43)第一章 旋转变压器1. 简述旋转变压器的工作原理。

答：旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系的特种电机。

以正余弦旋转变压器为例，在定子槽中安放两个相互垂直的绕组，其中直轴方向的S1—S2为励磁绕组，交轴方向的S3—S4为补偿绕组，如图1-1(a)所示。

在转子槽中也安放两个相互垂直的绕组R1—R2、R3—R4，它们是正余弦输出绕组，如图1-1(b)所示。

图1-1 旋转变压器的绕组结构首先分析空载运行时的情况，此时只有定子励磁绕组S1—S2施加交流励磁电压，其余三个绕组全部开路。

显然，励磁绕组将在气隙中产生一个脉振磁场，这个脉振磁场将在输出绕组中产生感应电动势，即式中，为转子输出绕组轴线与定子励磁绕组轴线重合时在输出绕组中感应电动势的有效值。

设在励磁绕组S1—S2中感应电动势的有效值为，则旋转变压器的变比为这样•U(a)(b)1•U D•Φ⎩⎨⎧==θθsin cos 2R22R1E E E E 2E D•ΦD•Φ1E 12u E E k =⎩⎨⎧==θθsin cos1u R21u R1E k E E k E与普通变压器类似，可以忽略定子励磁绕组的漏阻抗压降，即。

而空载时转子输出绕组的感应电动势在数值上就等于输出电压，所以上式表明，旋转变压器空载时其输出电压分别是转角的余弦函数和正弦函数，这样转子绕组R1—R2就称为余弦输出绕组，而绕组R3—R4称为正弦输出绕组。

2. 正余弦旋转变压器输出特性发生畸变的原因是什么？畸变补偿的方法有哪些？答：当正余弦旋转变压器输出绕组接了负载以后，其输出电压便不再是转角的正、余弦函数。

例如在图1-2中，正弦输出绕组R3—R4接有负载，其输出电压如图1-3所示，它偏离了期望的正弦值，这种现象称为输出特性的畸变。

《电机与电气控制技术》第2版习题解答第三章直流电机3-1直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用？答：直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引入的装置.在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流,产生恒定方向的转矩，使电枢旋转.3—4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C tφI a1，E a=C eφn中各物理量的涵义。

答：直流电动机电磁转矩T=C TφI a式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数；φ:每极磁通；I a：电枢电流、T：电磁转矩.直流电动机电枢电动势公式E a=C eφn式中:C e：与电动机结构有关的另一常数，称电动势系数；φ:每极磁通；n：电动机转速；E a：电枢电动势。

3—5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势？答:直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁力线，产生感应电动势，由于该电动势方向与电枢电流的方向相反,故称为反电动势。

3-6试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么？答：直流电动机的基本方程式有电动势平衡方程式、功率平衡方程式和转矩平衡方程式。

1)电动势平衡方程式：U=E a+I a R a式中U：电枢电压；E a：电枢电动势；I a：电枢电流;R a：电枢回路中内电阻。

2)功率平衡方程式：电动机的输入电功率P1=P em+P cua式中P em：电磁功率P cua：电枢绕组的铜损电动机输出的机械功率：P2=P em-P Fe-P m=P1-P cua-P Fe-P m式中P Fe：电枢铁心损耗；P m：机械损耗;P1：电动机输入的电功率.3）转矩平衡方程式：T2=T-T0式中T2：电动机轴上输出的机械转矩；T：电动机电磁转矩；T0:空载转矩。

3。

7。

何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。

答：直流电动机的机械特性是在稳定运行情况下，电动机的转速n与机械负载转矩T L之间的关系,即n=f（T L)。

控制电机教材参考答案控制电机教材参考答案电机控制是电气工程中一个重要的领域，它涉及到电机的运行、调速、定位等方面。

掌握电机控制的知识对于电气工程师来说是至关重要的。

在学习电机控制的过程中，参考答案是一个非常有用的工具，它可以帮助我们更好地理解和掌握相关的知识。

一、电机控制的基础知识1. 什么是电机控制？电机控制是指通过各种控制方法和技术，对电机的运行状态进行调节和控制的过程。

它可以实现电机的启动、停止、调速、定位等功能。

2. 电机控制的分类电机控制可以根据不同的控制目的和控制方式进行分类。

按照控制目的可以分为速度控制、位置控制、力矩控制等；按照控制方式可以分为开环控制和闭环控制。

3. 电机控制的基本原理电机控制的基本原理包括控制系统的建立、信号的采集和处理、控制算法的设计等。

其中，控制系统的建立是电机控制的基础，它包括建立数学模型、确定控制目标等。

二、电机控制的常用方法1. 开环控制开环控制是指在控制过程中没有反馈信号的控制方式。

它根据预先设定好的控制量来控制电机的运行状态。

开环控制简单直接，但是对于外界干扰和参数变化敏感。

2. 闭环控制闭环控制是指在控制过程中通过反馈信号来实现对电机运行状态的控制。

它可以根据实际情况对控制量进行修正，提高控制的精度和稳定性。

闭环控制常用的方法有PID控制、模糊控制、自适应控制等。

3. 调速控制调速控制是电机控制的一种常见方式，它可以实现对电机转速的调节。

调速控制可以通过改变电机的电压、频率、极数等参数来实现。

4. 位置控制位置控制是指对电机的位置进行控制。

它可以通过编码器等装置来获取电机的位置信息，并根据设定的位置目标来控制电机的运行。

5. 力矩控制力矩控制是指对电机的输出力矩进行控制。

它可以根据实际需要来调节电机的输出力矩，以满足不同的工作要求。

三、电机控制的实际应用电机控制在工业生产中有着广泛的应用。

例如，电机控制可以用于机械加工中的数控机床，通过控制电机的运行状态来实现对工件的加工；电机控制还可以用于电梯、风扇等家用电器中，通过控制电机的转速和运行状态来实现不同的功能。

1-2 答：由n=Ua/Ce φ-RaTem/CeCt φ2,以及φ=NUf/RmZ 可知：（1）Uf↓→φ↓ →机械特性斜率↑ →Tst ↓（2） Uf↓→φ↓→调节特性斜率↑ →调节范围减小。

1-6答：优点:(1)机械特性更接近线性化（2）能防自转缺点: (1)机电时间常数增加（2）效率和材料利用率降低1-7答：若转子电阻较小，两相伺服电动机的机械特性如图(a)当电动机正向旋转，即S<l 时， 只要负载转矩小于最大电磁转矩，转子仍能继续运转，并不会因控制电压的消失而停转。

这种现象称作“自转”现象。

1-9电动机的机械时间常数可定义为：当电动机空载时电枢外施阶跃电压，其角速度从0升到稳定角速度的63.2%时所需要的时间，它反映了电动机过渡过程的长短，即电动机转速跟控制电压变化的快慢。

他是伺服电动机的一项重要性能指标。

2-1.为什么直流测速发电机的使用转速不超过规定的最高转速？负载电阻不能小于规定值？答：Δu=1/(1+R1/Kn),因此当n 越大时，误差Δu 越大；R1越小时，Δu 越大。

负载电阻过小会加剧电枢反应的去磁影响。

考虑到电枢反应，电刷接触压降影响后，输出特性在低速时有不灵敏区；在高速时，又向下弯曲。

速度过高会引起电压脉动，因输出电压中交变分量幅值和频率一转速有关。

2-4.为什么交流异步测速发电机输出电压大小与电机转速成正比，而频率却与转速无关？答：转子转动后，转子切割直轴磁能φd ，并产生电势Er ，由于直轴磁通φd 为脉振磁通，Er 为交变电势，其交变频率为φd 的脉振频率f ，Er=C2*n φd ，Er 产生短路电流Ir ，产生脉振磁势Fr 。

Fr 可分解为励磁磁势Frd 和交轴磁势Frq 。

交轴磁势Frq 产生频率为f 的脉振磁通φq 。

又φq-Frq-Fr-Er-n ，因交轴脉冲φq 空间位置和输出绕组轴线一致，他将感应出频率为f 的输出电势E2，所以E2-φq-n 。