控制电机 (第三版) 考试简答题及答案

《控制电机》
一、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
答： 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？
答：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？
答：（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？
答： 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？
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. 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？
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
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）
3. 解：（1）N a N st I A R U I 82.156.3283067.0220====
（2）Ω=-⨯=-=64.0067.0)5.2075.1(2205.1a N N p R I U R
《控制电机》（B ）
一、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
答：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？
答：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. 交流伺服电动机在控制系统中对它提出的要求有哪些？
答：（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. 为什么交流伺服电动机的转子转速总是比磁铁转速低？
答：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。

6、从机械性能、工作性能角度分析两相交流伺服电机增大转子电阻的意
义。

(15’)
答：可以增大调速范围，使得机械性能更加线性。

（5’）
异步电机的稳定运行区域为转差率0-Sm 这一段区域，可调速范围很小。

增大转子电阻后，临界转差率Sm 增大，增大到一定值之后临界转差率Sm
将大于或等于1，电机的调速范围就扩展为0-n0。

(5’)
另外还可以防止“自转现象”。

(5’) （最好用曲线说明）
7、为什么自整角变压器在 0=θ和 180=θ时输出电压都为零，但只有
一个位置是稳定的。

(15’)
答：若调整伺服电动机(5’)，在正向控制电压时正向转动，在反向控制电压
时反向转动。

（1）当自整角变压器的转于处 0=θ的位置上，发送机向正方向转
动，则控制电压为正，伺服电动机正向转动，带动接收机的转子也正向转动，使
失调角减小，直到 0=θ为止。

同理发送机向负方向转动，伺服电动机带动接收
机的转子也向负方向转动，直到 0=θ为止。

这说明 0=θ是稳定协调位置。

（5’）
（2）假如接收机的转于处于 180=θ的位置上，当发送机向正方向转动、其控制
电压为负值，伺服电动机带动接收机转子向负的方向转动，失调角趋向增大，不
能回到 180=θ位置，反之亦然。

这说明 180=θ不是稳定的协调位置。

(5’)
(必须联系伺服电动机的转向控制)
8、为了保证线性误差在限定的范围内，直流测速发电机在运行的过程中其转
速和负载阻抗如何限定，为什么？
9、直流测速发电机的输出特性在负载阻抗增大时如何变化？
答:励磁电流减小，磁通减小，输出电压降低
10、直流伺服电动机调节特性死区大小与哪些因素有关？在不带负载时，其调节特性有无死区？
答：与负载转矩有关，负载转矩越大，死区越大。

有，本身纯在机械阻力
变化时其机械特性如何变11、幅值控制交流伺服电动机在有效信号系数α
s
化？其电磁转矩M与α
有何关系？
s
电磁转矩M越大，
答：机械特性非线性，0<α
s<1越大，
12、同为三相对称绕组，为什么交流电机三相定子电流产生圆形旋转磁场而自整角机定子三相电流产生脉振磁场。

答：自整角机定子三相电流在时间上同相位
13、交流伺服电动机两相绕组匝数相等或不相等时，
加在两相绕组上的电压及电流应符合怎样的条件才能
产生圆形旋转磁场？
答：交流伺服电动机两相绕组匝数相等，要求电压系
数a等于1产生圆形旋转磁场。

两相绕组匝数不相等
时，控制电压与励磁电压相位差b=90
填空
1 自整角机根据其输出类型可分为控制式
和力矩式。

在控制系统中，自整角机是
成对或更多个同时出现的，其中与主动轴耦合的称为发
送机，与被动轴耦合的称为接收
机，其作用是接收电信号，变换成转
子机械能输出。

2使直流测速发电机输出特性产生线性误差的主要原因是电枢反应、延迟换向、温度和纹波、电刷接触压降。

3 改变直流伺服电动机转向的方法是改变电枢电压方向或励磁磁通方向，调节电动机转速是通过连续调节绕组电压而达到。

是变化的，这时定子电流所产生4交流伺服电动机在运行时，其控制电压U
K
的是椭圆形旋转磁场，他可以分解成一个正向和反向。

当U
＝0时，气隙中的磁场为脉振磁场，为了克服单
K
相电流产生磁场作用下的自转，交流伺服电动机转子等效电阻足够大，使其零信号时的机械特性在运行范围内必须是在1和 3 象限。