03年05年自动控制元件本科期末试题及答案.docx

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1、哈工大2003年春季学期自动限制元件及线路试题一、多项选择：以下各题有一个或多个正确答案，请选择正确答案标号填于题后答案中。（20分）1 .电机和变压器中铁芯采纳硅钢片迭压而成是为了（）A.减小磁滞损耗B.增加导磁率C.减小涡流损耗D.增加耦合系数答案（）2 .通常直流电机定子包括A.电刷B.换向器B.电枢绕组D.激磁绕组答案（）3 .直流电机和感应式异步电机的转子铁芯采纳（）A.硬磁材料B.顺磁材料C.抗磁材料D.软磁材料答案（）4 .一磁阻式步进电机正常运行时每步步距误差可达0.2度，若该电机正常运转100步,总的转角误差是（选出最明确的答案）A.小于等于20度B.小于等于10度C.大于等

2、于10度D.小于等于0.2度答案（）5 .直流电机换向火花随以下状况增大A.电枢电流增大B.电机转速增大C.电机负载转矩增大D.电枢电压提高E.换向器表面变粗糙答案（）6 .一电源变压器原边空载电流随以下状况增大A.变压器铁芯磁阻减小B.变压器铁芯磁阻增加C.变压器原边线圈匝数增加D.变压器铁芯气隙增大答案（）7 .两相沟通伺服电机转予绕组回路电阻选的较大是为了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.消退单相自转答案（）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

3、光电编码器应用时不用找寻零位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洁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1 .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沟通电源中随意两相对掉就可以变更该电机的转向答案（）二、 简答题（30分）1）推导直流电机机械特性，并依据该特性分析有几种调速方案？它们是什么？（10分）2）二电源变压器原边为220V,50HZ沟通，有三个副边绕组，其额定值分别

4、为：副边一为8V,15A；副边二为12V,5A；副边三为24V,IOAo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限制系统原理方框图（10分）三、 计算分析题（25分）1） 一沟通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=?（5分）2）始终流电机，额定电压Ua=220V,额定电流1.=O.8A,额定转速n=3600Crpm）,电枢电阻Ra=50Q,空载阻转矩TO=O.02NM,求该电动机的额定负载转矩Te和志向空载转速no?在上述状况下，输出转矩为INm时转速n=?（10分）

5、3） 一四相磁阻式步进电机，转子齿数为Zr=50（齿），请计算出单拍制和双拍制的步距角Obk？和口2二？，并分别列出单相（或双）单拍制时，正、反向旋转要求的通电依次和一个双拍制时的通电依次。（10分）四、 论述（25分）1）论述三相异步电动机的调速方法（从方法、特点及限制性能等方面）（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-1(B)2(A,D)3(D)4(D)5(A,B,C,D,E)6(B,D)7(C,D)8(A,C,D,E)9(B,E,F,H,J)二、=一工调电压。磁通，电阻。ceG2 .220f=815+125+2410=1.91A3 .框图

6、为一160/八、C4zr+l111500-1200八C二、1.n=(l-5),p=2f4极电机，s=0.2p15002. Te=0.362Nm,%=46lrads=4400rmin,%=236rads=2255rmin。3. %=1.8,b2=0.9(1)变更极对数PO(2)变更转差率s。/=,2111(r1+)2+(xl+,2)2l在恒转矩（及恒功率）时变更转差率S又有下列几种方法：1）变更定子绕组的端电压，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，以变更公或七,以变更或修，用于线绕用于线绕式。3）在转子回路串入外加电阻、电感或电容,式。4）在转子回路中引入外加电动势也可变更s

7、。（3）变更电源频率力，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，是目前应用最广的沟通调速方式。变频调速须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、工作牢靠的变频装置，并已应用于工业各领域。（4）矢量限制，性能好，装置困难。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，255000W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

8、小，用于小功率系统。PwM开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。一,(20分)1.1台永磁直流力矩电机，反电势系数K,=2W(rads),摩擦转矩77=0.2N.m,转动惯量1=4x10-3kg1112,电感(=S02H。连续堵转时电流=5A,电压U=20V(1)(2)(3)求机电时间常数乙，电磁时间常数,连续堵转的电磁转矩电枢电压02=25V,求起动时的输出转矩G和此电压对应的空载转速go。电机转速。3=10mds,电磁转矩7；=2Nm时，求电枢电压力和输出转矩小。(4)

9、写出该电机的传递函数(三)U.(三)注意行为规范遵守考场纪律管导核字主领审签2.输入信号是电枢电压乙,输出信号是电机转角仇绘出直流电动机动态框图，标出，(三),Z(三),7；“,及扰动力矩，。3 .绘出直流电动机电枢限制的调整特性和机械特性曲线，标出始动电压、志向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。采纳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纳什么永磁材料？7 .与直流伺服电动机相比，直流力矩电动机的Ke、K,有什么特点？电枢的几何形态有什么特点？二.（20分）1 .异步电动机

10、等效电路图中与占上的热损耗表示什么？S2 .简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。3画出两相电机幅相限制时的电路图。3 .磁场尸=ASin(W-x)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(三)=C(三)/U(三),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 .一台三相异步电动机空载转速是1450rmin,电源频率50Hz。这是几极电机？为什么？三、（7分）1 .简述

11、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限制脉冲的（）,转速大小取决于限制脉冲的（限制脉冲频率增高，步进电机的负载实力下降，主要缘由是: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0）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,若采纳

12、8细分驱动电路,步距角是（）o5 .从用户运用角度看，在位置伺服系统中，全数字沟通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（沟通伺服电动机）常用的位置传感器有哪两类?五、（20分）1.画图说明传感器的重复性误差。2.旋转变压器如右图。完成原边补偿和副边补偿的连线。电压有效值UM3=感应同步器鉴相型信号处理方式中，输出电压e2=O3 .画出直流测速发电机志向输出电压与实际输出电压曲线，并在图中说明误差产生的缘由。4 .光电增量码盘每转产生100O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 .画出采纳电位器测量正、

13、负位移的线路图。6 .螺杆型差动变压器用来O输出电压表达式是。7 .热敏电阻传感器是依据（材料）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）绘出输出电压波形。2）分别绘出电动机状态、发电机状态和轻载时电流0波形。3）Ea0t电动机状态，指出一周期内电流流经的路途。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

14、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？3 .标示出图示液压马达的旋转方向。这是向式液压马达。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。若采纳静电力平衡式的工作方式，说明“静电力平衡式的工作方式”，并说明它的优点。导电引出线气隙导电环氯树脂硅梁敏感质量八、附加题1 .求图示功率放大器的稳态放大系数”=2 .两相绕组匝数都是W,电流分别为=后/Sind,I；=Sin(H-90)证明合成磁场是圆形旋转磁场。(提示2sincos7=sin(+)+sin(-7?)参考答案一、1.(1)rzn=4103s,tc=51(3s,Tj=IONm(2)金=12.3Nm,t20=12.3rads(3)q=24V,0=1.8NmzZI、(三)0.50.5(/11Ua(三)(0.045+1)(0.0055+1)0.00002/+0.04$+12.框图如下。3.特性曲线如下。4 .优点：力矩大，限制简洁。缺点：有机械换向器，有火花，摩擦大，维护较困难，价高，结构困难。5 .减小涡流损耗。6 .铉铁硼。7 .KCK,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：OCe90两相电压相位差90。，幅值不等。