03年05年自动控制元件本科期末试题Word文档格式.docx
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A.提高电机效率B.增加电机转矩C.使电机机械特性具有良好的线性度
D.消除单相自转
8.直流电动机有以下工作状态
A.电动机状态B.过流运行状态C.发电机状态D.反接制动状态
E.能耗制动状态F.欠负荷状态
9.选出正确项
A.增量式光电编码器应用时不用寻找零位
B.自整角机是测量角位移的元件
C.感应同步器是测量电流的元件
D.异步电机的换向器和电刷机构较直流电机简单
E.力矩电机电枢(转子)长度与直径之比较小
F.通常三相异步电动机堵转转矩小于最大转矩
G.异步电动机输出最大功率出现在转子转速为同步转速时
H.光电编码器(光栅)是一种位移测量元件
I.直流电动机转子依靠定子旋转磁场旋转
J.将输入三相电机的三相交流电源中任意两相对掉就可以改变该电机的转向
二、简答题(30分)
1)推导直流电机机械特性,并根据该特性分析有几种调速方案?
它们是什么?
(10分)
2)一电源变压器原边为220V,50Hz交流,有三个副边绕组,其额定值分别为:
副边一为8V,15A;
副边二为12V,5A;
副边三为24V,10A。
求该变压器原边的额定电流Ie=?
(5分)
3)画出直流电机的动态方框图?
(5分)
4)画出一个温度闭环自动控制系统原理方框图(10分)
三、计算分析题(25分)
1)一交流异步电机已知额定转速ne=1200(rpm),电源频率为f=50Hz,问这是几极电机?
额定转差率Se=?
2)—直流电机,额定电压Ua=220V,额定电流Ia=0.8A,额定转速n=3600(rpm),电枢电阻Ra=50Q,空载阻转矩T0=0.02N-M,求该电动机的额定负载转矩Te和理想空载转速n。
?
在上述情况下,输出转矩为1N-m时转速ni=?
(10分)
3)—四相磁阻式步进电机,转子齿数为Zr=50(齿),请计算出单拍制和双拍制的步距角Bb1=?
和8b2=?
,并分别列出单相(或双)单拍制时,正、反向旋转要求的通电顺序和一个双拍制时的通电顺序。
四、论述(25分)
1)论述三相异步电动机的调速方法(从方法、特点及控制性能等方面)(12分)
2)综述驱动直流电机的功率放大器(从类型、特点及选用等方面)(13分)
参考答案
7(C,D)
8(A,C,D,E)9(B,E,F,H,J)
二、1.n
CTRa'
调电压。
磁通,电阻。
、1(B)2(A,D)3(D)4(D)5(A,B,C,D,E)6(B,D)
815
12524101.91A
2.2201e
3.框图为
4.
3.b11.8°
b20.9°
11n
(1)改变极对数p
(2)改变转差率s。
叫pS~
T=
2臥[«
口+?
尸+5+文'
尸】
在恒转矩(及恒功率)时改变转差率s又有下列几种方法:
I)改变定子绕组的端电压Ui,主要用于风机类负载。
2)在定子回路中串入外加电阻或电抗,以改变ri或xi,
用于线绕式。
3)在转子回路串入外加电阻、电感或电容,以改变r2或x2,用于线绕
式。
4)在转子回路中引入外加电动势也可改变s。
(3)改变电源频率fi,变频调速。
有较高的效率,宽的调速范围和平滑的调速特性,机械特性见图。
调速性能可与直流电动机相媲美,是目前应用最广的交流调速方式。
变频调速需要具有调频兼调压功能的变频装置。
目前市场上已出现了各种性能良好、工作可靠的变频装置,并已应用于工业各领域。
(4)矢量控制,性能好,装置复杂
2.常用的直流功率放大器有三种:
线性(比例式)功率放大器、开关式功率放大器和晶闸管功率放大器。
一般功率为100W以下时可以选用线性功率放大器,25〜5000W时可选用开关式功率放大器,500W以上时选用晶闸管功率放大器。
线性功率放大器,线性度好,失真小,电磁干扰和噪音小,本身功耗大,输出电流和功率小,用于小功率系统。
PWMF关功率放大器的优点是效率高,晶体管损耗小,输出功率大。
缺点是由于开关动作而产生噪音和电磁干扰。
常用于中小功率系统。
晶闸管功率放大器功率大,用于中、大功率装置
注意行为规范
遵守考场纪律
1.(20分)1.1台永磁直流力矩电机,反电势系数Ke2V/(rad/s),摩擦转矩Tf0.2Nm,转动惯量J4103kg?
m2,电感La0.02H。
连续堵转时电流Ii5A,电压Ui20V。
(1)求机电时间常数m,电磁时间常数e,连续堵转的电磁转矩T1。
(2)电枢电压U2=25V,求起动时的输出转矩T20和此电压对应的空载转速20o
(3)电机转速310rad/s,电磁转矩T32Nm时,求电枢电压U3和输出
转矩T30o
(4)写出该电机的传递函数(S)/Ua(s)o
2.输入信号是电枢电压ua,输出信号是电机转角a绘出直流电动机动态框
图,标出la(S),Ea(s),Tem(s),及扰动力矩-(S)o
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Ke、Kt有什么特点?
电枢的几何形状有什么特点?
2.(20分)
1.异步电动机等效电路图中r2-—s上的热损耗表示什么?
s
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FAsin(tx)表示什么磁场?
为什么?
4.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G(s)(s)/U(s),并说明其中的参数与静态特性
曲线的关系。
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。
8•—台三相异步电动机空载转速是1450r/min,电源频率50Hz。
这是几极电机?
为什么?
三、(7分)
1.简述永磁同步电机同步运行时的工作原理,画出必要的图形,写出电磁转矩公式
2.写出磁阻同步电动机电磁转矩表达式并说明参数的含义
3.哪种同步电动机不加鼠笼绕组就能
自行起动并具有较大的起动转矩?
()
绘出它的机械特性曲线。
四、(11分)
1.步进电动机转角的大小取决于控制脉冲的(),转速大小取决于控制脉冲
的()。
控制脉冲频率增高,步进电机的负载能力下降,主要原因是:
2.磁阻式步进电动机有A、B、C、D四相。
绘出A和B极下,当A通电,B通电,和AB通电时,定子、转子齿的相对位置。
3.磁阻式步进电动机小失调角时的传递函数(输出是转角9)是:
4.两相混合式步进电动机,产品说明书给出步距角为1.8。
,若采用8细分驱动电路,步距角是()。
5.从用户使用角度看,在位置伺服系统中,全数字交流伺服系统与直流伺服电动机有什么不同之处?
6.目前批量生产的无刷直流电动机(交流伺服电动机)常用的位置传感器有哪两类?
五、(20分
1.画图解释传感器的重复性误差
副边补偿的连线
电压有效值UR13
感应同步器鉴相型信号处理方式中,输出电压e2。
3.画出直流测速发电机理想输出电压与实际输出电压曲线,并在图中说明误差产生的原因。
4.光电增量码盘每转产生1000个脉冲,分辩率为
增量码盘为什么用两个光电转换器而不是一个?
增量码盘为什么要寻零?
怎样寻零?
5.画出采用电位器测量正、负位移的线路图。
6.螺杆型差动变压器用来。
输出电压表达式是。
7.热敏电阻传感器是根据电阻与温度之间的关系制成的。
它
的主要优点是什么?
六、(9分)1.PWM功放电路和双极性输出时的输入电压如图。
设电流连续。
1)绘出输出电压Uab波形。
2)分别绘出电动机状态、发电机状态和轻载时电流ia波形。
3)Ea0,电动机状态,指出一周期内电流流经的路线。
2.PWM功率放大器包括和两部分
3.PWM电路中,提高频率将使晶体管功耗。
(1)减小
(2)不变(3)增加。
4.异步电动机变频器输出的电压是波形。
5.用数据说明线性功放的主要缺点。
七、(13分)
1•写出阀控液压马达的传递函数,说明输入量和输出量的含义并说明传递函数参数的特点。
2•与电动机相比,液压动力机构的主要优、缺点是什么?
4.航天器中陀螺传感器有哪两项作用?
5•图示为电容式微加速度传感器结构示意图。
简述工作原理。
若采用静电力平衡
,并说明它的优点
八、附加题
1.求图示功率放大器的稳态放大系数
Uo
u
2
a«
l
90)。
证明合成
2.两相绕组匝数都是W,电流分别为ic2Isint,if.2Isin(t磁场是圆形旋转磁场。
(提示2sincossin()sin())
、1.
(1)m4103S,e5103S,Ti10Nm
缺点:
有机械换向器,有火花,摩擦大,维护较复杂,价高,结构复杂
5.减小涡流损耗。
6.钕铁硼。
7.Ke、Kt大,电枢扁平状。
二、1.电机一相绕组产生的机械功率。
2.两相电流相位差:
0°
90°
两相电压相位差90o,幅值不等。
3.
iP
厂
r—
7.UE4.44fW①电机额定工作状态时铁心磁密接近饱和,如图
TmZr
3・
sBs負
JJ
4.0.225o
5.数字交流伺服系统:
控制简单,用脉冲做输入信号,直接控制位置。
内部结构复杂,产生高频电压扰动。
直流电动机:
需要另外配置传感器,功率放大
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- 03 05 自动 控制元件 本科 期末 试题
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