电磁时间常数和机电时间常数

《电力拖动自动控制系统》部分习题解答第一章1。

什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？ 答:①调速范围——电动机在额定负载下调速时,允许的最高转速max n 与最低转速minn 之比叫做调速范围，用D 表示，即min max n nD =②静差率——当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速0n 之比,称作静差率S ,即0N n nS ∆=③直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)1(s n s n D N N -∆=④采用闭环控制方式，使转速降落N n ∆能够大幅度下降，才能保证在静差率S 不变的前提下扩大调速范围.2。

某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max ＝1500 r/min ，带额定负载时的速降N n ∆＝15 r/min ，最低速特性为n 0min ＝100 r/min,额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少?解：已知N n ∆＝15 r/min,有n max ＝n 0max －N n ∆＝1500 r/min －15 r/min ＝1485 r/min n min ＝n 0min －N n ∆＝100 r/min －15 r/min ＝85 r/min 于是调速范围47.17851585minmax ===n n D静差率%15%10010015%100min0=⨯=⨯∆=n n s N答：系统能达到的调速范围是17。

47；允许的静差率是15％. 3。

为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么?答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E 减小,导致转速n 必然下降.实质是电枢电阻的存在导致压降增大.4。

某调速系统的调速范围是1500 ～ 150 r/min,要求静差率为s ＝2％ ,那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有多大？解：①已知101501500==D ,又)1(s n s n D N N -∆=06.3)02.01(1002.01500)1(N N =-⨯=-=∆s D s n n r/min也可以这样计算n n n n n s NNN ∆+∆=∆=min 0 min r/06.302.0102.01501min N =-⨯=-=∆s s n n ②因为 K1op cl +∆=∆n n所以 68.31106.31001K clop =-=-∆∆=n n答:要求静差率为s ＝2％时,系统允许的静态速降是3.06r/min ；如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有31。

运动控制系统期末复习题（直流部分）运动控制直流部分复习题一、填空：1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。

2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。

3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节，时间常数称为。

4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为外环。

5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。

6直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。

7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _ 的扰动则无能为力。

8．转速、电流双闭环调速系统中，调节__的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。

9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。

二、选择题1.下列说法正确的是（）A积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。

B比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。

C比例调节器可以实现无静差。

D采用积分调节器动态相应快。

2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（）A对负载变化起抗扰作用。

B对电网电压波动起及时抗扰作用。

C输出限幅决定允许的最大电流。

D使转速跟随转速给定电压变化。

3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（）A对负载变化起抗扰作用。

B对电网电压波动起及时抗扰作用。

C输出限幅决定允许的最大电流。

D使转速跟随给定电压变化。

4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。

1A0.25 B0.5 C0.75 D1.05.采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。

AⅠPI BⅡPI CⅠP DⅡP6.G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。

A直流发电机；B静止整流器；C脉宽调制电源；D以上情况均可能。

三、分析与简答1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？2.双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？4.假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行调节，请结合稳态结构图加以说明。

自动控制元件一．（20分） 1. 1台永磁直流力矩电机，反电势系数),rad/s V/( 2=e K 摩擦转矩m N 2.0⋅=f T ，转动惯量3104-⨯=J kg •m 2，电感02.0=a L H 。

连续堵转时电流A 51=I ，电压V 201=U 。

（1）求机电时间常数m τ，电磁时间常数e τ，连续堵转的电磁转矩1T 。

（2）电枢电压2U =25V ，求起动时的输出转矩20T 和此电压对应的空载转速20ω。

（3）电机转速rad/s 103=ω，电磁转矩m N 23⋅=T 时，求电枢电压3U 和输出转矩30T 。

（4）写出该电机的传递函数)(/)(s U s a Ω。

2．输入信号是电枢电压a u ，输出信号是电机转角θ。

绘出直流电动机动态框图，标出)(s I a ，),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。

3．绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线，标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩，标出电动机、发电机和反接制动状态。

4．直流电动机的主要优点和缺点是什么？5.电机铁心多用硅钢片叠压而成。

采用片状材料的目的是什么？6.性能优良的永磁直流力矩电动机现在一般采用什么永磁材料？7.与直流伺服电动机相比，直流力矩电动机的e K 、t K 有什么特点？电枢的几何形状有什么特点？二．（20分）1.异步电动机等效电路图中ss r 1'2上的热损耗表示什么？2.简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。

3画出两相电机幅相控制时的电路图。

3．磁场)F-=ω表示什么磁场？为什么？Asin(xt4.绘出圆形旋转磁场时异步电动机的两条典型机械特性曲线（转子电阻大和小）。

5．推导两相伺服电动机传递函数)ssGΩ=,并说明其中的参数与静态特性曲线(U/)(s()的关系。

6．绘出三相异步电动机从基频向下变频调速时的机械特性。

7.异步电动机从基频向下变频调速时，若电压保持不变将产生什么现象？用公式说明。

习题四4.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*nmU =15V ，转速调节器限幅值为*im U =15V ， n N =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？解： （1）150.01min/1500/minnm N U VV r n r α=== 5500/min 0.01min/nU Vn r V rα===*150.375/40im dm U V V A I Aβ===*0.37510 3.75i d U I V β==⨯= 0.37510 3.75i d U I V β==⨯=0.1275001024.17520e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== （2）堵转时，V I U dm i 15*==β， 0.1270402420e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== 4.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。

已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nmU U U ==** =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。

试求：（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。

（2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。

解:1）*80.32/40im dm U VV A I Aβ===80.008min/1000/minnm N U VV r n r α=== 2) 040 1.560d d dm U E I R I R V ∑∑=+⨯=⨯=⨯=这时： *8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定。

题目: 单闭环不可逆直流调速系统设计1 技术指标电动机参数: PN=3KW, nN=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。

主回路总电阻R=2.5, 电磁时间常数Tl=0.017s, 机电时间常数Tm=0.075s。

三相桥式整流电路, Ks=40。

测速反馈系数=0.07。

调速指标: D=30, S=10%。

2 设计规定（1）闭环系统稳定（2）在给定和扰动信号作用下, 稳态误差为零。

3 设计任务（1）绘制原系统旳动态构造图；（2）调整器设计；（3）绘制校正后系统旳动态构造图；（4）撰写、打印设计阐明书。

4 设计阐明书设计阐明书严格按**大学毕业设计格式书写,所有打印.此外,设计阐明书应包括如下内容:(1)中文摘要(2)英文摘要目录第一章中文摘要 ············································································错误!未定义书签。

第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。

电磁时间常数和机电时间常数《电磁时间常数和机电时间常数：深度探讨》绪论在电磁学和机电一体化领域，时间常数是一个非常重要且基础性的概念。

电磁系统和机电系统在运行和响应过程中都会受到时间常数的影响，而深入了解这两个领域的时间常数对于优化系统性能和解决问题具有重要意义。

本文将对电磁时间常数和机电时间常数进行全面评估，并从简到繁地探讨这两个概念，以便读者能更深入地理解它们的含义和作用。

一、电磁时间常数的基本概念1.1 电磁时间常数的定义电磁时间常数是指在电磁系统中，当输入信号发生变化时，系统的响应所需的时间。

它反映了系统的惯性，是描述系统对输入信号变化响应速度的重要参数。

1.2 电磁时间常数的影响因素电磁时间常数受到电路元件的影响，例如电感、电阻、电容等。

不同的电路结构和元件参数会导致不同的时间常数，进而影响系统的响应速度和稳定性。

1.3 电磁时间常数的应用电磁时间常数的大小直接影响系统的动态特性和频率响应，因此在电磁系统的设计和优化中必须充分考虑电磁时间常数的影响，以实现系统性能的最佳化。

二、机电时间常数的基本概念2.1 机电时间常数的定义机电时间常数是指在机电系统中，当输入信号发生变化时，系统的响应所需的时间。

它反映了机电系统的惯性和动态特性，是描述系统动态响应速度的重要参数。

2.2 机电时间常数的影响因素机电时间常数受到机械元件和电子元件的影响，不同的传感器、执行器和控制策略等都会对机电时间常数产生影响，需要进行综合考虑。

2.3 机电时间常数的应用机电时间常数对于机电一体化系统的动态性能具有重要影响，因此在机电系统设计和控制策略选择中，需要充分考虑机电时间常数，以提高系统的响应速度和稳定性。

总结与展望本文从基本概念到影响因素，以及对电磁时间常数和机电时间常数的应用进行了全面评估和探讨。

通过对这两个重要概念的深入理解，可以更好地指导电磁系统和机电系统的设计和优化工作，提高系统的性能和稳定性。

未来，随着技术的不断发展和应用范围的不断扩大，对于电磁时间常数和机电时间常数的研究将会变得更加重要和复杂，也需要我们不断深入挖掘和探索。

2、9 有一V-M 调速系统:电动机参数P N =2、2kW, U N =220V , I N =12、5A, n N =1500 r/min,电枢电阻R a =1、5Ω,电枢回路电抗器电阻RL=0、8Ω,整流装置内阻R rec =1、0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。

要求系统满足调速范围D=20,静差率S<=10%。

(1)计算开环系统的静态速降Δn op 与调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。

(2)采用转速负反馈组成闭环系统,试画出系统的原理图与静态结构图。

(3)调整该系统参数,使当U n *=15V 时,I d =I N ,n=n N ,则转速负反馈系数 α应该就是多少？ (4)计算放大器所需的放大倍数。

解:(1)()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a ee n U I R C C V r=-⨯⇒=-⨯==()//12.5 3.3/0.134307.836/minN N eop N e n U I R C n I R C r ∑∑=-⨯⇒∆=⨯=⨯=()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ∆=-=⨯=（）所以,min/33.8r n cl =∆(2)(3)(4)()()()()[]()()[]K C R I K KU K C R I U K K ne d n e d n s p +-+=+-=**1/1/1/α()/1307.836/8.33135.955op cl K n n =∆∆-=-=()()()150035.95515/135.95512.5 3.3/0.134135.955α⎡⎤=⎡⨯+⎤-⨯+⎣⎦⎣⎦r V min/0096.0=⇒α可以求得,*35.955*0.13414.34*35*0.0096e p s K C K K α===也可以用粗略算法:n U U n nα=≈*,01.0150015*===n U n α/p e s K KC K α=,()35.9550.134/350.0113.76p K =⨯⨯=2、4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ,I N =378A,n N =1430r/min,Ra=0、023Ω。

第1章 单环控制直流调速系统1-1 什么叫调速范围？什么叫静差率？调速范围与静态速降和最小静差率有什么关系？如何扩大调速范围？为什么？答：最高转速和最低转速之比叫做调速范围，m inm in m ax n nn n D N ==。

静差率是负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比n n s ∆=。

调速范围、静差率和额定速降之间的关系是：(1)N N n sD n s =∆-只有设法减小静态速降Δn N 才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。

1-2 在直流调速系统中，改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？若给定电压不变，调整反馈电压的分压比，是否能够改变转速？为什么？答：改变给定电压可以电动机的转速，因为系统对给定作用的变化唯命是从；调整反馈电压的分压比可以改变转速，因为*n U n α=。

1-3 转速负反馈系统的开环放大系数为10，在额定负载时电动机转速降为50r/min ，如果将系统开环放大系数提高为30，它的转速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：50/min N n r ∆=，10K =又Kn n opcl +=1∆∆，则550/min op n r ∆=开环放大系数提高为30，,55017.74/min 1130cl opn n r K ∆∆===++由(1)N cl n s D n s =∆-，s 和N n 不变，则211502.8217.74D D D ==所以，在同样静差率要求下，调速范围可以扩大2.82倍.1-4 某调速系统的调速范围是100~1000 r/min ，要求S =5%，系统允许的静态转速降是多少？如果开环系统的静态转速降为50 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应为多大？ 解： max min 100010100n D n === 10000.05(1)(10.05)N cl cl n s D n s n ⨯==∆-∆⨯-， 5.26/min cl n r ∆=又K n n op cl +=1∆∆，则5018.55.26K =-=1-5 某调速系统的调速范围D =10，额定转速n N =1000 r/min ，开环转速降Δn N =200 r/min ，若要求系统的静差率由15%减小到5％，则系统的开环放大系数将如何变化？ 解：110000.1517.65/min (1)10(10.15)N cl n s n r D s ⨯∆===-⨯-210000.05 5.26/min (1)10(10.05)N cl n s n r D s ⨯∆===-⨯-12001110.3317.65opcl n K n ∆=-=-=∆，22001137.025.26op cl n K n ∆=-=-=∆2137.02 3.5810.33K K ==，开环放大系数扩大3.58倍。

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2调速系统的调速范围是1000~100r/min ，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？解：系统允许的稳态速降)min (04.2)02.01(10002.0)1(min r s sn n N =−×=−=∆2-5某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。

已知直流电动机kW P N 60=，V U N 220=，A I N 305=，min 1000r n N =，主电路总电阻Ω=18.0R ，r V C e min 2.0•=，求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ∆为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N s 多少？（3）额定负载下的转速降落N n ∆为多少，才能满足%5,20≤=s D 的要求。

解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落)min (5.2742.018.0305r C R I n e N N =×==∆（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率%5.21215.05.27410005.274=≈+=∆+∆=N N N N n n n s （3）额定负载下满足%5,20≤=s D 要求的转速降落)min (63.2)05.01(2005.01000)1(r s D s n n N N ≈−××=−=∆2-6有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压,8.8*V U u =比例调节放大系数,2=p K 晶闸管装置放大系数,15=s K 反馈系数7.0=γ。

求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环时的多少倍？（3）若把反馈系数减至5.30=γ，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？解：（1）输出电压)V (128.87.015211521*=×××+×=+=u s p sp d U K K K K U γ；（2）若把反馈线断开，)V (2648.8152*=××==u s p d U K K U ；开环时的输出电压是闭环时的2212264=倍。

电力拖动自动控制系统复习模拟试题(全)1.转速电流双闭环调速系统通常采用两个调速器，控制方式为PID。

2.静差率与机械特性硬度相关。

在理想空载转速不变的情况下，特性越硬，静差率越小。

3.变极调速是属于转差功率消耗型的调速系统。

4.比例微分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。

5.控制系统能够正常运行的首要条件是稳定性。

6.在定性分析闭环系统性能时，截止频率ωc越低，系统的稳定精度越高。

7.常用的数字滤波方法不包括几何平均值滤波。

8.电流调节器的英文缩写是AVR。

9.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括电流下降阶段。

11.转速超调不属于双闭环直流调速系统启动过程特点。

12.变压变频调速是应用最广的交流异步电动机调速方法。

13.在SPWM技术中，调制波是等腰三角波。

14.低阶不属于异步电动机动态数学模型特点。

15.在微机数字控制系统的中断服务子程序中，中断级别最高的是故障保护。

16.比例微分的英文缩写是PID。

17.调速系统的静差率指标应以任意速度所能达到的数值为准。

20.采用旋转编码器的数字测速方法不包括F法。

21.转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是ASR。

22.错误的叙述是反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动。

C。

反馈控制系统的作用是抵抗扰动并服从给定信号。

D。

系统的精度取决于给定信号和反馈检测的精度。

23.在笼型异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速时，恒转矩控制方式具有最佳控制性能。

24.SPWM技术中，载波可以是正弦波、方波、等腰三角波或锯齿波，但频率必须比期望波高得多。

25.非线性不属于交流异步电动机动态数学模型特点。

26.在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，正确的工作程序是：显示故障原因并报警，分析判断故障，封锁PWM输出，然后系统复位。

27.正弦波脉宽调制的英文缩写是SPWM。

29.采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于有静差调速系统。

电磁时间常数和机电时间常数摘要：一、引言二、电磁时间常数的定义和计算1.电磁时间常数的定义2.电磁时间常数的计算方法三、机电时间常数的定义和计算1.机电时间常数的定义2.机电时间常数的计算方法四、电磁时间常数和机电时间常数的关系五、应用实例六、总结正文：一、引言电磁时间常数和机电时间常数是电学领域中两个重要的概念，它们在许多电学问题的分析和解决中发挥着关键作用。

本文将对这两个概念进行详细介绍，并通过实例分析它们之间的关系和应用。

二、电磁时间常数的定义和计算1.电磁时间常数的定义电磁时间常数（electromagnetic time constant）是指在电磁系统中，电荷积累到最大值所需的时间。

通常用符号τ_e 表示，其计算公式为：τ_e = L / (μ_r × A)其中，L 表示线圈的长度，μ_r 表示相对磁导率，A 表示线圈的面积。

2.电磁时间常数的计算方法电磁时间常数的计算方法主要依赖于线圈的相关参数，包括线圈的长度、面积和磁导率。

根据这些参数，可以通过上述公式计算出电磁时间常数。

三、机电时间常数的定义和计算1.机电时间常数的定义机电时间常数（electromechanical time constant）是指在机电系统中，电荷积累到最大值所需的时间。

通常用符号τ_m 表示，其计算公式为：τ_m = L / (ρ × A × μ_r)其中，L 表示线圈的长度，ρ表示电阻率，A 表示线圈的面积，μ_r 表示相对磁导率。

2.机电时间常数的计算方法机电时间常数的计算方法与电磁时间常数类似，主要依赖于线圈的相关参数。

根据这些参数，可以通过上述公式计算出机电时间常数。

四、电磁时间常数和机电时间常数的关系电磁时间常数和机电时间常数之间的关系可以通过它们的计算公式观察到。

可以发现，电磁时间常数和机电时间常数的计算公式非常相似，只是其中一个参数不同。

电磁时间常数主要关注磁性能，而机电时间常数则关注电性能。

习题解答（供参考）习题二系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n sn rpm D s ∆==⨯⨯=-系统允许的静态速降为2.04rpm 。

某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下）max 0max 1500151485N n n n =-∆=-= min 0min 15015135N n n n =-∆=-= max min 148513511D n n ===2) 静差率 01515010%N s n n =∆==直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。

相控整流器内阻Rrec=Ω。

采用降压调速。

当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。

如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-⨯=378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ∆==⨯+= (1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =∆-=⨯⨯-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =∆-=⨯⨯-=某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。

已知直流电动机60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=Ω,Ce=•min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ∆为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ∆又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ∆=⨯=⨯= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =∆=+=(3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ∆=-=⨯⨯=有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=。

直流伺服电动机的技术参数与特性参数，直流伺服电动机的特点特性及种类导语：直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。

直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。

直流伺服电动机的工作原理、基本结构及内部电磁关系与一般用途的直流电动机相同。

直流伺服电动机的控制电源为直流电压，分普通直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电机、空心杯直流伺服电机和无槽直流伺服电机等。

普通直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种基本结构类型。

电磁式又分为他励、并励、串励和复励四种，永磁式可看作是他励式。

特点：转子直径较小、轴向尺寸大；转动惯量小，因此响应时间快。

但额定扭矩较小，一般必须与齿轮降速装置相匹配。

用于高速轻载的小型数控机床中。

1、直流伺服电动机的基本结构图为直流伺服电动机的结构，主要包括定子、转子、电刷与换向片三个部分2.直流伺服电动机的分类（1）根据电动机本身结构的不同，可分为以下几类：改进型直流伺服电动机转子的转动惯量较小，过载能力较强，且具有较好的换向性能。

小惯量直流电动机最大限度地减少了转子的转动惯量，能获得最好的快速特性。

永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长期地工作，转动惯量较大，无励磁回路损耗，可在低速下运转。

无刷直流电动机由同步电动机和逆变器组成，而逆变器是由装在转子上的转子位置传感器控制。

（2）根据直流电动机对励磁绕组的励磁方式不同，可分为他励式、并励式、串励式和复励式四种。

直流伺服电动机的特点种类直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些。

它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。

也有永磁式的，即磁极是永久磁铁。

通常采用电枢控制，就是励磁电压f一定，建立的磁通量Φ也是定值，而将控制电压Uc加在电枢上，其接线图如下图所示。

1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。

用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

（2）静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。

所以静差率的要求以低速时的静差率为准。

（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。

可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。

所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。

结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。

1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么？ 如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答:（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

《电力拖动自动控制系统》部分习题解答第一章1. 什么叫调速范围、静差率它们之间有什么关系怎样才能扩大调速范围 答：①调速范围——电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速max n 与最低转速minn 之比叫做调速范围，用D 表示，即minmaxn n D =②静差率——当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速0n 之比，称作静差率S ，即0Nn n S ∆=③直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)1(s n s n D N N -∆=④采用闭环控制方式，使转速降落N n ∆能够大幅度下降，才能保证在静差率S 不变的前提下扩大调速范围。

2. 某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max ＝1500 r/min ，带额定负载时的速降N n ∆＝15 r/min ，最低速特性为n 0min ＝100 r/min ，额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少解：已知N n ∆＝15 r/min ，有n max ＝n 0max －N n ∆＝1500 r/min －15 r/min ＝1485 r/min n min ＝n 0min －N n ∆＝100 r/min －15 r/min ＝85 r/min于是调速范围47.17851585 minmax ===n n D静差率%15%10010015%100min0=⨯=⨯∆=n n s N答：系统能达到的调速范围是；允许的静差率是15%。

3. 为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E 减小，导致转速n 必然下降。

实质是电枢电阻的存在导致压降增大。

4. 某调速系统的调速范围是1500 ~ 150 r/min ，要求静差率为s ＝2% ，那么系统允许的静态速降是多少如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有多大解：①已知101501500==D ，又)1(s n s n D N N -∆=06.3)02.01(1002.01500)1(N N =-⨯=-=∆s D s n n r/min也可以这样计算n n n n n s NNN ∆+∆=∆=min 0 min r/06.302.0102.01501min N =-⨯=-=∆s s n n ②因为 K1op cl +∆=∆n n所以 68.31106.31001K clop =-=-∆∆=n n答：要求静差率为s ＝2%时，系统允许的静态速降是min ；如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有。

1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。

用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

（2）静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N on s n ∆=，或用百分比表示：100%N o ns n ∆=⨯同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。

所以静差率的要求以低速时的静差率为准。

（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s -∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==- 这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。

可见：D n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。

所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。

结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。

1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答:（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

一、设计参数00000000额定电压 220V ；00000000额定电流 136A ；00000000 额定转速 1460r/min ；00000000 电枢回路总电阻 R=0.5Ω；000000 允许电流过载倍数 λ=1.5；000000000 电势系数C e =0.132V ·min/r ；00000000 电磁时间常数T L =0.03s ；00000000 机电时间常数 T m =0.18；000000000 电流反馈滤波时间常数T oi =0.002s ；000000000 转速反馈滤波时间常数T on =0.01s 000000要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U *nm =U *im =10V ；00000000两调节器的输出限幅电压为10V ；00000000 晶闸管装置放大系数Ks=40；000000整流装置滞后时间常数Ts=0.0017。

000000000一、设计计算0000000001. 稳态参数计算000000000根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为10V 00000000电流反馈系数；AV AVI U im /05.01365.110nom *=⨯==λβ000000000转速反馈系数：rV r Vn U nm min/007.0min/146010max *⋅===α0000000002. 电流环设计000000000（1）确定时间常数000000000电流滤波时间常数T oi =0.002s ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则000000000s T T T oi s i 0037.0002.00017.0=+=+=∑（2）选择电流调节器结构000000000电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。

电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为000000000s s K s W i i iACR ττ1)(+= （3）选择调节器参数000000000超前时间常数：i τ=T L =0.03s000000000电流环超调量为σi≤5%，电流环开环增益：应取5.0=∑i I T K ，则00000000I K =i T ∑5.0=0037.05.0=135.1000000000于是，电流调节器比例系数为0000000001.135s0037.05.05.0i==∑=T KI（4）检验近似条件000000000电流环截止频率ci ω=I K =135.1 1/s0000001）近似条件1：ci ω ≤sT 31000000000现在，s T 31=30017.01⨯=196>ci ω，满足近似条件。