：名姓 装 订 ： 线号学 ：级班 04级考试A卷评分标准及标准答案 一、简答题（共42分）
1. 电枢控制的直流伺服电动机，当控制电压和激磁电压不变时，如果电动机上负
载增大，那么稳定后的控制电流、电磁转矩和转速都将怎样变化？为什么？（4分）
答：稳定时Tem?T0?Tf?Tc（1分）（或答电磁转矩由负载决定也正确），当负载增大，电磁转矩增大（1分）；
?Tem?KtIa，?控制电流增大（1分）
； Ua?Ken?IaRa，Ua不变，转速n 减小。
（1分） 2. 若已知直流伺服电动机的转动惯量J，如何从机械特性上求出电机的机电时
间常数?m？如何加快电机的动态响应？（5分）
答：?2?JRa2?JUaKe2?Jn0m?60K??，根据机械特性求得n0及Td即可求得 eKt60KtUaRa60Td?m。
（2分） 电机的动态响应与?m有关，从?m的表达式可知，①改变结构参数KeKt； ②减小电阻；③减小转动惯量；④提高机械特性硬度；⑤提高力矩惯量 比TdJ；都可加快动态响应。 （答出其中任意三个即得3分）
3. 如果用直流发电机作为直流伺服电动机负载，当其它条件不变时，减小发电
机的负载电阻，伺服电动机转速将怎样变化？为什么？（5分） 答：转速将减小。（1分）
当发电机负载电阻减小时，由于n不能突变， Ea和Eaf不能突变，由于Eaf?Iaf(Ra?Rf)， ?Iaf增大，又Temf?KtIaf，Temf增大。（2分） 对于电动机，Tem?T0?Tf?Tc，
Tf?T0?Temf增大，Tem?Tc，
n将减小。（2分） 4. 直流力矩电动机与普通直流直伺服电动机相比有何特点?（3分）
答：直流力矩电机：①结构：直流力矩电动机极对数多，形状扁平，外径大； （1分）②特性：低速、输出大转矩。（2分）
5. 采取何种方法可提高反应式步进电动机的负载能力？（4分） 答：增加运行的拍数；增加通电的相数。（各2分）
6. 两相伺服电动机的转子电阻为什么都选得相当大？（5分）
答：①0?s?sm为稳定区，sm?s?1为不稳定区，为使执行元件工作在稳定区，应增大转子电阻，其机械特性在第一象限应是下倾的曲线；②消除自转 原因各2分 图1分
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7. 直流电机的磁场、单相绕组通入交流电产生的磁场，他们的气隙磁通密度在
空间怎么分布，在时间上如何变化？（6分） 答：直流电机的磁场是稳恒磁场（2分），大小和方向不随时间变化，在空间近
似正（余）弦分布；（1分）
单相绕组通交流电产生脉振磁场（2分），各点磁密B?Bmsin?tcos?，大小和方向随时间交变，在某一点处，磁密随时间正弦变化，在某一时刻，磁
密在空间呈正（余）弦变化（1分）
8. 交流伺服电动机幅值控制时，当有效信号系数?e从0~1变化时，磁场的椭 圆度怎样变化？被分解的正、反向旋转磁场大小怎样变化？机械特性如何 变化？（6分）
答：?e=0时为脉振磁场，?e=1时为圆形
磁场，0??e?1时为椭圆形磁场，?e
增加，磁场椭圆度减小（3分）；由于
?1??e??，而B??2Bjm，B1????2Bjm，?e增加，正向磁场增
大，反向磁场减小（2分）；
图1分 ?e1??e2??e3
9. 热电偶的测温工作原理是什么？（4分）
答：基于热电效应产生热电势：①A和B不同材料
的导体接触产生接触电势；
②T和T0温度不同，产生温差电势。（各2分）
二、计算题（14分）
1. 一台直流伺服电动机其电磁转矩为0.2倍额定电磁转矩时，测得始动电压 为4V，并当电枢电压Ua?49V时，电机转速n?1500r/min。试求电机为额 定电磁转矩，转速为3000r/min时，应加多大电枢电压？（6分） 解：
设额定转矩为TN，额定电流为IN，当Tem?0.2TN时，Ua?Ken?IaRa=49V, 且n?0时Ua0?IaRa= 4V, 则49?1500Ke?4，?Ke?0.03 （4分） 为额定电磁转矩时，U'a0?INRa?5Ua0?20V,应加电压：Ua?Ken?IaRa=5Ua0?0.03?3000=110V (2分)
步骤正确得数错误扣1分；Ua?Ken?IaRa （写出公式得2分）
2. 欲使用某直流伺服电动机，需要取得其机械特性。现测得控制电压Ua?100V时的两组数据，即
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转速 (r／min) 控制电流 (A) 备注 4500 0.05 空载 3000 0.2 负载 试画出Ua?110V相应的机械特性。 解：?Ua?Ken?IaRa （写出公式得2分） 将数值代入??100?4500Ke?0.05Ra?100?3000K 解得：Rae?0.2R?200?，Ke?0.02 a 机械特性：n?UaK?RaTem （写出公式得2分） eKeKt 当U110a?110V时，n0?0.02?5500， T.55K110d?9e200?0.105N?m k?Ra200fK?9.55?0.022?52356 eKt?n?5500?52356Tem（写出此表达式或求出n0及Td均 正确） 过程2分，图2分 三、分析题（共44分） 1. 试说明图1雷达天线系统中各元件的作用（8分） 图1 雷达天线系统 答：直流伺服电动机：执行元件，经减速器带动天线运动；（2分） 直流测速发电机：起阻尼作用，减少系统机械惯性引起的震荡（2分）， U?3?K3n或U3?Kdwdt 自整角机对：自整角发送机接受输入角?，自整角变压器被驱动的转角为?， 产生正比于(???)的交流电压，其检测作用（3分） 前置放大：U2?K1(???)起放大信号的作用（1分） 第3页 共4页 2. 画出四相反应式步进电动机单相通电时的矩角特性。指出C相的静稳定区和动稳定区。已知单相通电时矩角特性的最大静转矩为0.2N?m，负载为0.18N?m时，哪种运行方式能使该步进电动机正常运行？（10分） 答：C相的静稳定区：（0，2π），
动稳定区：(?5?2,2)（2分）
四相单四拍：
T?T?qjmaxcosN=
0.2?cos?4=0.141N·m ?不能（1分） 四相双四拍： TT?q?2jmaxcosN= 0.2?2cos?4=0.2 N·m〉Tf ?能（1分） 四相八拍： ?TA?Tjmaxsin?e求T?q：??? 得Tq?Tjmax?0.2 N?TAB?2T·m〉Tf jmaxsin(?e?4)可以（2分） 图4分 3. 证明：副边补偿的正余弦旋转变压器的输入阻抗和转角θ无关。（10分） 输入阻抗：ZUjj?I（1分） j副边补偿时 交轴分量 Bsq?kcIscos?Bcq?kcIcsin??kckuUjsin?kckuUjcos?Zcos? ?fZsin? f 相互抵消，kWu?zW D 各直轴分量：BuUjcd?kcIccos??kckZcos2? f第4页 共 4页 装 订 线 ：名姓 装 订 ： 线号学 ：级班 Bsd?kcIssin??kckuUjZsin2? f直轴合成：BkckuUjd?Bsd?Bcd?Z与θ无关 f由变压器原理，副绕组直轴磁场的影响由变压器原绕组磁势（电流）所补偿，由 于BUjd与θ无关，因此原绕组电流增加的分量也与θ无关，输入阻抗Zj?I与θj无关。（2分） 说明：无图及标注扣4~5分，过程3分， 4. 分析错接时自整角机的故障现象（8分） 图上无标注扣4分 答：自整角发送机和接收机的转子接到交流电源上分别产生脉振磁场B??f、Bj， B???f在发送机定子三相绕组D1D2D3中产生的合成磁场为Bff，Bff在接收机 定子三相绕组D'''?1D2D3中产生的合成磁场为Bfj。 相序：D''1-D2-D3?D2-D3?D'1，仍为正序，因此旋转方向不变，发送 机顺时针转，接收机也顺时针转。 故障现象（4分）：①对于发送机的偏转角，接收机转子有逆时针120?的偏 差角；②接收机与发送机转速相同，转向相同。 5. 在进行器件选择时，直流伺服电动机和交流伺服电动机各有何优缺点？（8分）答：直流伺服（优缺点各两分）： 优点：静态特性线性，硬度大，无自转现象，精度高，起动转矩大，调速 范围大，适用于大功率系统； 缺点：有电刷和换向器，易产生火花，成本高 第5页 共6页 交流伺服（优缺点各两分）： 优点：结构简单，成本低，无电刷和换向器， 缺点：易产生自转现象，特性非线性，特性软，效率低，适用于小功率系统。 第6页 共 6页
