2026年机电传动控制复习题B(附答案)

2026年机电传动控制复习题B(附答案)一、选择题（每题2分，共20分）1.直流电动机采用电枢串电阻调速时，若负载转矩不变，调速前后电枢电流的关系为（）。A.调速后电流增大B.调速后电流减小C.调速前后电流不变D.无法确定答案：C（电枢串电阻调速时，负载转矩不变则电磁转矩不变，由T=CTΦIa，Φ不变时Ia不变）2.三相异步电动机的转差率s=0时，其转速n与同步转速n0的关系为（）。A.n>n0B.n=n0C.n<n0D.n=0答案：B（转差率s=(n0-n)/n0，s=0时n=n0，为理想空载状态）3.步进电动机的步距角θ与下列哪个参数无关？（）A.定子相数mB.转子齿数zC.通电方式（单拍/双拍）D.电源频率f答案：D（步距角θ=360°/(mzN)，N为通电方式系数，与频率无关）4.PWM调速系统中，若开关频率为f，导通时间为ton，关断时间为toff，则占空比δ的表达式为（）。A.δ=ton/(ton+toff)B.δ=toff/(ton+toff)C.δ=ton/toffD.δ=toff/ton答案：A（占空比定义为导通时间占周期的比例，周期T=ton+toff）5.伺服系统中，位置检测装置的主要作用是（）。A.检测电机电流B.检测负载转矩C.反馈实际位置信号D.调节供电电压答案：C（位置环通过位置检测装置反馈实际位置，与给定位置比较后提供控制信号）6.三相异步电动机在额定电压下启动时，启动电流很大的原因是（）。A.启动时转子频率低，转子电抗小B.启动时转子频率高，转子电抗大C.启动时转子转速低，转差率大，转子感应电动势大D.启动时定子绕组电阻小答案：C（启动时n=0，s=1，转子感应电动势E2s=sE20最大，导致转子电流大，定子电流随之增大）7.直流电动机的励磁方式中，能实现宽范围调速且机械特性较硬的是（）。A.他励B.并励C.串励D.复励答案：A（他励电机励磁与电枢独立，可通过调节电枢电压或励磁电流实现调速，机械特性硬度高）8.在双闭环直流调速系统中，外环是转速环，内环是电流环，电流环的主要作用是（）。A.抑制电网电压波动对转速的影响B.限制最大电流，实现快速启动C.消除稳态转速误差D.提高系统动态响应速度答案：B（电流环作为内环，通过调节电流快速跟随给定，限制启动时的过电流，实现恒流升速）9.步进电动机的“失步”现象主要发生在（）。A.低频启动时B.高频运行时C.负载转矩小于最大静转矩时D.电源电压稳定时答案：B（高频运行时，转子惯性大，无法及时跟踪脉冲变化，导致丢步或越步）10.异步电动机变频调速时，若保持U/f恒定，其机械特性的硬度（）。A.变软B.变硬C.不变D.先软后硬答案：C（U/f恒定时，气隙磁通Φ基本不变，电磁转矩T=CTΦ²sR2/[R2²+(sX20)²]，机械特性斜率与s无关，硬度近似不变）二、填空题（每空1分，共20分）1.直流电动机的电磁转矩公式为______，其中CT为转矩常数，Φ为每极磁通，Ia为电枢电流。答案：T=CTΦIa2.三相异步电动机的同步转速n0=______（f为电源频率，p为极对数）。答案：60f/p3.步进电动机的步距角θ=360°/(mzN)，其中m为______，z为______，N为通电方式系数。答案：定子相数；转子齿数4.PWM调速的核心是通过改变______来调节平均电压，从而控制电机转速。答案：占空比（导通时间与周期的比值）5.伺服系统按控制方式可分为开环、闭环和______系统，其中______系统必须配备位置检测装置。答案：半闭环；闭环6.直流电动机的调速方法有电枢串电阻调速、______调速和______调速。答案：改变电枢电压；减弱励磁磁通7.异步电动机的制动方式包括能耗制动、______制动和______制动。答案：反接；回馈8.双闭环调速系统中，转速调节器（ASR）通常采用______控制，其输出作为电流调节器（ACR）的______。答案：PI（比例积分）；电流给定值9.步进电动机的驱动电路一般由______、环形分配器和______组成。答案：脉冲发生器；功率放大器10.异步电动机变频调速时，若频率低于额定频率，需保持______恒定以维持气隙磁通不变；若频率高于额定频率，需保持______恒定，此时电机处于弱磁状态。答案：U/f；电压三、简答题（每题6分，共30分）1.简述直流电动机电枢反应的定义及其对电机运行的影响。答案：电枢反应是指电枢电流产生的电枢磁场对主磁场的畸变作用。影响包括：（1）气隙磁场发生畸变，物理中性线偏移；（2）削弱主磁场（去磁效应），导致电机感应电动势和电磁转矩减小；（3）严重时可能引起换向火花，影响电机寿命。2.比较三相异步电动机直接启动与降压启动的优缺点。答案：直接启动优点：电路简单、操作方便、启动时间短；缺点：启动电流大（约为额定电流的5-8倍），会引起电网电压波动，影响其他设备正常运行。降压启动优点：降低启动电流（约为直接启动的1/2-1/3），减少对电网的冲击；缺点：启动转矩也相应降低（与电压平方成正比），适用于轻载或空载启动，且需要额外的降压设备（如自耦变压器、星三角变换器）。3.说明PWM调速相较于传统调压调速的优势。答案：（1）效率高：PWM通过开关管快速通断，管耗主要集中在开关瞬间，稳态时管耗低；（2）动态响应快：开关频率高（通常1-20kHz），电流脉动小，电机转速调节更平滑；（3）调速范围宽：通过调节占空比可实现0-额定转速的连续调节；（4）易于数字化控制：可与微处理器接口，方便实现智能控制（如PID、模糊控制）。4.步进电动机产生振荡和失步的主要原因是什么？如何抑制？答案：原因：（1）低频时，转子惯性与电磁转矩的周期性变化导致共振；（2）高频时，转子加速度不足，无法跟踪脉冲频率；（3）负载转矩超过最大动态转矩。抑制方法：（1）采用细分驱动技术，减小步距角，降低振荡；（2）提高驱动电源的脉冲频率，避开共振区；（3）增加阻尼（如机械阻尼或电子阻尼）；（4）合理选择步进电机型号，确保负载转矩小于最大动态转矩。5.简述双闭环直流调速系统中转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）的作用。答案：ASR（转速调节器）：（1）作为外环，接收转速给定与反馈的偏差，输出电流给定值；（2）采用PI控制，消除稳态转速误差，提高系统抗负载扰动能力；（3）输出限幅决定最大允许电流，限制启动时的过电流。ACR（电流调节器）：（1）作为内环，接收电流给定与反馈的偏差，输出触发脉冲控制整流器；（2）采用PI控制，使电流快速跟随给定，抑制电网电压波动的影响；（3）电流环的快速响应保证了转速环的调节精度，改善系统动态性能。四、分析计算题（共30分）1.一台他励直流电动机的额定数据为：PN=15kW，UN=220V，IN=78A，nN=1500r/min，Ra=0.2Ω。（8分）（1）计算额定运行时的电枢电动势EN；（2）若负载转矩不变，电枢串入0.5Ω电阻调速，求此时的转速n。解：（1）电枢电动势EN=UN-IaRa=220-78×0.2=220-15.6=204.4V（他励电机Ia=IN）（2）负载转矩不变，电磁转矩T=CTΦIa不变，Φ不变则Ia不变（仍为78A）。串入电阻后电枢总电阻R=Ra+Rc=0.2+0.5=0.7Ω此时电枢电动势E’=UN-IaR=220-78×0.7=220-54.6=165.4V由EN=CeΦnN，E’=CeΦn，得n=(E’/EN)×nN=(165.4/204.4)×1500≈1212r/min2.一台三相异步电动机的额定数据为：PN=30kW，UN=380V，fN=50Hz，p=2，nN=1450r/min，ηN=0.88，cosφN=0.85。（8分）（1）计算额定转差率sN；（2）计算额定输入功率P1N；（3）计算额定电流IN。解：（1）同步转速n0=60f/p=60×50/2=1500r/min额定转差率sN=(n0-nN)/n0=(1500-1450)/1500≈0.0333（2）额定输入功率P1N=PN/ηN=30/0.88≈34.09kW（3）额定电流IN=P1N/(√3UNcosφN)=34090/(√3×380×0.85)≈34090/(559.5)≈60.9A3.某步进电动机的定子相数m=3，转子齿数z=40，采用三相六拍通电方式（N=2）。（7分）（1）计算步距角θ；（2）若要求电机转速n=60r/min，求所需的脉冲频率f；（3）若负载转矩为0.5N·m，电机的最大静转矩Tmax=1.2N·m，判断是否会发生失步。解：（1）步距角θ=360°/(mzN)=360/(3×40×2)=1.5°（2）转速n=60r/min=1r/s，每转所需脉冲数Np=360°/θ=360/1.5=240脉冲/转脉冲频率f=Np×n=240×1=240Hz（3）最大静转矩Tmax=1.2N·m>负载转矩0.5N·m，因此不会失步（失步条件为负载转矩超过最大动态转矩，静态时Tmax为临界值）4.某双闭环直流调速系统中，转速调节器ASR采用PI控制，其输入为转速偏差Δn=nn-nn（nn为转速给定，nn为转速反馈），输出为电流给定信号i。当系统突加负载时，分析ASR和ACR的动态调节过程。（7分）4.某双闭环直流调速系统中，转速调节器ASR采用PI控制，其输入为转速偏差Δn=nn-nn（nn为转速给定，nn为转速反馈），输出为电流给定信号i。当系统突加负载时，分析ASR和ACR的动态调节过程。（7分）答案：突加负载时，电机转速n下降，转速反馈nn减小，Δn=nn-nn增大（正向偏差）。ASR的PI作用使其输出i迅速增大（积分作用累积偏差），电流给定i超过当前电流反馈值，ACR的输入偏差Δi=i-i增大，ACR输出增大，触发整流器使电枢电压Ud升高，电枢电流Ia增大，电磁转矩T=CTΦIa增大，直到T等于负载转矩TL，转速n停止下降并逐渐回升。由于ASR的积分作用，最终Δn=0，转速恢复到给定值，系统进入新的稳态。在此过程中，电流环快速调节电流跟随i，抑制了电流的超调，保证了系统的动态稳定性。答案：突加负载时，电机转速n