河南理工大学电机学期末试卷

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，因为是空载，所以TL=0，但，故，所以有死区。由关系式，可知，死区的大小主要与空载电枢电流和电枢电阻有关。

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.

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。

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）

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，转速过高；（2分）

大负载，电流过大，根据，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. 2. 写出交流伺服电动机的工作原理？（6分）

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. 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)答：起动瞬间转速n=0，电动势Ea=CeΦn=0，最初起动电流。若直接起动，由于Ra很小，Ist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。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）。

4. 交流伺服电动机在控制系统中对它提出的要求有哪些？

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。

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？

1. 解：当负载转矩不变时，电磁转矩不变，又由不变可知，不变。

若电压降低到一半后的感应电势、转速、电流用、、表示，则=110V时的转速对原来的转速之比为：

，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

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) 1.n0=60f/p=1500(r/min) (1分)

S=(n 0-n1)/ n 0=(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

270037.0220r 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) max max

)max(618.15sin 53sin

j j ABC j T T T ==π=1.618*3=4.854

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