C1 C2 e R (a) L C L u i i 1 1 R i 2 2 R u0 (b) L R2 R1 0 u 2 C ui C 1 0 u R C2 ui C 1 (c) (d)
图2-34 习题3图
2-4 求图2-35所示机械平移系统的传递函数，并画出它们的动态结构框图。
x 0( t) x 0( t) k1 f k2 M k k2 k1 F i(t ) F i(t ) M 2 f2 M 1 f1 (a) (b)
图2-35 习题4图 第3章 机电传动系统的驱动电动机 3-1 直流电动机是如何转动起来的？
答：电枢由原动机驱动在磁场中旋转，电枢线圈的两根有效边便切割磁力线，感应出电动势。线圈随电枢铁心在转动时，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下是另一个方向。但由于电刷A总是同与N极下的一边相连的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的一边相连的换向片接触，因此在电刷上就出现一个极性不变的电动势或电压。
在电刷AB之间加上直流电压U，电枢线圈中的电流流向为：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样两个有效边中受到的电磁力的方向一致，电枢开始转动。通过换向器可以实现线圈的有效边从一个磁极（如N极）转到另一个磁极下（如S极）时，电流的方向同时发生改变，从而电磁力或电磁转矩的方向不发生改变。电磁转距是驱动转距，其大小也为：T=KTΦIa。电动机的电磁转距T必须与机械负载转矩T1及空载损耗转距T0相平衡。即T=T1+ T0。另外当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势E，这个电动势的方向与电流或外加电压的方向相反，称之为反电动势。其大小为：E=kEΦn方向与Ia相反。
3-2 一台直流电动机，磁路饱和。当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。试分析在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
答：略。
3-3 试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速有何变化（假设电机不饱和）。
（1）电枢端电压减半，励磁电流和负载转矩不变； （2）电枢端电压减半，励磁电流和输出功率不变； （3）励磁电流加倍，电枢端电压和负载转矩不变； （4）励磁电流和电枢端电压减半，输出功率不变；
（5）电枢端电压减半，励磁电流不变，负载转矩随转速的平方而变化。
答：由公式n?RU?aIa，T?Cm?NIa可分析。 Ce?Ce?3-4 单相异步电动机主要分为哪几种类型，简述罩极电动机的工作原理。
答：根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。
罩极电动机的定子一般都采用凸极式的，工作绕组集中绕制，套在定子磁极上。在极靴表面的1/3～1/4处开有一个小槽，并用短路铜环把这部分磁极罩起来，故称罩极电动机。短路铜环起了起动绕组的作用，称为起动绕组。罩极电动机的转子仍做成笼型，如图3-24(a)所示。
Φ1Φ3Φ1.Φ2.Φ3Un..2Eφ.Φ`2.I2
图3-24单相罩极电动机
(a)绕组接线图；(b)相量图
?当工作绕组通人单相交流电流后，将产生脉动磁通，其中一部分磁通?1，
???不穿过短路铜环，另一部磁通?2则穿过短路铜环。由于?1与?2都是由工作绕
???组中的电流产生的，故?1与?2同相位并且?1??2由脉动磁通?2在短路环中产
???。
生感应电动势E2它滞后?290。由于短路铜环闭合，在短路铜环中就有滞后于E2?为?角的电流I2产生，它又产生与I2?同相的磁通?'2，它也穿链于短路环，因此
??罩极部分穿链的总磁通为?3??2??'2，如图3-24(b)所示。由此可见，未罩极
??部分磁通?1与被罩极部分磁通?3，不仅在空间而且在时间上均有相位差，因此它们的合成磁场将是一个由超前相转向滞后相的旋转磁场(即由未罩极部分转向罩极部分)，由此产生电磁转矩，其方向也为由未罩极转向罩极部分。
3-5三相异步电动机起动时，如果电源一相断线，这时电动机能否起动?如绕组一相断线，这时电动机能否起动，Y联结和△联结情况是否一样，如果运行中电源或绕组一相断线，能否继续旋转，有何不良后果?
??答： 电源一相断线，电动机无论是Y 接线或△接线，均成为单相运行，就相当于一台单相异步电动机，它产生脉动磁动势，而脉动磁动势可分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势，由于起动初瞬，转子是静止的，两个旋转磁动势以相同的速率截切转子绕组，产生相应的感应电动势、电流和电磁转矩，显然两个转矩大小相等、方向相反，其合成总转矩为零，故无起动转矩，电动机不能起动。
如果绕组一相断线，对Y 接电动机仍为单相运行，故也不能起动。而△接线电动机却成为两面相运行，它产生旋转磁动势，旋转磁动势有起动转矩，故能起动。
如果运行中电源或绕组一相断线，即使成单相运行，电动机仍能按原方向旋转（只要此时的电磁转矩仍大于负载转矩），因为这时两个旋转磁动势中必有一
n?ns??1?1n1个与原来转向相同，它对转子的转差率为，而另一个
?n1?n?1???n1，由于s?s, 因此由相反方向旋转磁动势所产生的有功分量
?'x?sxTIcos?em2s222电流很小（漏抗所致），这使它所产生的电磁转矩减小，则s????Tem?Tem，结果转子总转矩减小，若它仍大于负载转矩，则转子就沿原方向旋转。
上述各种情况， 对电机都不利，若成单相运行，无法起动，呈堵转状态，
电流急剧增大而会烧坏绕组。若运行中缺相，电机虽能继续旋转（若此时电磁转矩仍大于负载转矩），由于反向电磁转矩作用的结果，使总转矩减小（出力减小），若负载转矩不变，电机就处于过载状态，绕组过热，时间长同样会烧毁绕组。 3-6试比较单相异步电动机和三相异步电动机的Tem-s曲线，着重就以下各点比较：(1)当s=O时的转矩；(2)当s=1时的转矩；(3)最大转矩；(4)在有相同转矩时的转差率；(5)当1 3-7什么叫自转现象?两相伺服电机如何防止自转? 答：交流伺服电机一般是两相交流电机，由定子和转子两部分组成。交流伺服电机的转子有笼形和杯形两种，无论哪一种转子，它的转子电阻都做得比较大，其目的是使转子在转动时产生制动转矩，使它在控制绕组不加电压时，能及时制动，防止自转。交流伺服电机的定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度。两个定子绕组结构完全相同，使用时一个绕组作励磁用，另一个绕组作控制用。 当控制电压和励磁电压的幅值相等时，控制二者的相位差也能产生旋转磁场。与普通两相异步电动机相比，伺服电机有较宽的调速范围；当励磁电压不为零，控制电压为零时其转速也应为零；机械特性为线性并且动态特性较好。为达到上述要求，伺服电机的转子电阻应当大，转动惯量应当小。 3-8直流伺服电机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性有何影响? 答：机械特性是指在控制电枢电压保持不变的情况下，直流伺服电机的转速n随转矩变化的关系。当电枢电压为常值时，式(3-30)可写成 n?n0?kTem (3-31) 式中，n0?URake ，k?kekT。 对上式应考虑两种特殊情况： 当转矩为零时，电机的转速仅与电枢电压有关，此时的转速为直流伺服电机的理想空载转速，理想空载转速与电枢电压成正比，即 n?n0?U ke(3-32) 当转速为零时，电机的转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转转矩，堵转转矩与电枢电压成正比，即 TD?UkT Ra(3-33) 图3-28为给定不同的电枢电压得到的直流伺服电机的机械特性。从机械特性曲线上看，不同电枢电压下的机械特性曲线为一组平行线，其斜率为-k。从图中可以看出，当控制电压一定时，不同的负载转矩对应不同的转速。 直流伺服电机的调节特性是指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。当转矩一定时，根据式(3-30)可知，转速与电压的关系也为一组平行线，如图3-28所示，其斜率为1／ke。 nn TL3>TL2>0U3>U2>U1 TL1=0U1U2U3 TL2TL3 0TU0 图3-28 电枢控制的直流伺服电机机械特性 图3-29直流伺 服电机的调节特性 当转速为零时，对应不同的负载转矩可得到不同的起动电压U。当电枢电压小于起动电压时，伺服电机将不能起动。、 第4章 机电控制系统中的传感器技术 4-1 传感器由那两部分组成?各自的定义是什么？ 答：传感器一般由敏感元件和传感元件两个基本部分组成，有时还加上辅助电源。传感器中直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其它量（包括电量）的元件称为敏感元件，其中有一部分敏感元件（如膜片和波纹管，把被测压力转变成为位移量等）是把那些不能用现有技术直接变换成电量的被测量，预先变换成另一种易于变换成电量的非电量，然后再经传感元件将它们变换成电量。感受由敏感元件输出的，与被测量成确定关系的另一种非电量，然后输出电量的元件称为传感元件。例如差动式压力传感器中，传感元件不直接感受压力，而是感受由敏感元件传来的与被测压力成确定关系的衔铁的位移量，然后输出电量。有的敏感元件直接输出电量，那么敏感元件和传感元件就合二为一了，加热电偶和热敏电阻等传感器。 4-2 传感器静态特性的技术指标及各自的定义是什么？ 答：在静态测量中，输入信号不随时间变化而变化，由此所确定的输入输出关系称为静态特性。传感器静态特性的参数主要有线性度、灵敏度、滞后量和重复性误差。 标定曲线与拟合直线的接近程度称为线性度，线性度的好坏；通常用线性度误差表示。 输入信号变化△x后，输出信号稳定后也相应变化△y，输出变化量与输入变化量的比值称为灵敏度，用S表示，即 ?yS??b ?x式中：b——拟合直线斜率。 当输入信号逐渐增大、而后又逐渐减小时，对应同一信号值会出现不同的输出信号。在全量程范围内，对应于同一输入信号的前后两个输出信号的最大差值为H，如图4-3a所示，滞后量可用最大输出差值H对满量程输出yn的百分比表示，即 Hh??100% yn式中 H——对应于同一输入信号的前后两个输出信号的最大差值； yn——满量程输出； h——滞后量。 重复性表示输入量按同一方向（增加或减少）变化时，在全量程内重复进行测试时所得到的各特性曲线的重复程度，如图4-3b所示。一般采用输出最大不重复误差δ与满量程yn的百分比来表示重复性指标，即 ???yn?100% 式中 δ——最大不重复误差； yn——满量程； η——重复性。 4-3 试述感应同步器的工作原理及分类。 答：感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。所不同的是，旋转变压器是定子、转子间的旋转位移，而感应同步器是滑尺和定尺间的直线位移。 4-4 试述旋转变压器的工作方式。 答：两种典型的工作方式： （1）鉴相工作方式，给定子的两个绕组分别通以同幅、同频但相位差n／2的交流励磁电压，即 u1s＝Umsinωt u1c＝Umcosωt=Umsin(ωt+π/2)