2024年4月15日发(作者：彭南莲)
控制电机
[填空题]
1一台直流电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为0.4A，额定转速为
3600r/min，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩T
0
=0.015N·m，试问电动机的额定
负载转矩是多少？
参考答案：
[填空题]
2一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为
0.46A，额定转矩为0.093N·m，额定转速为3000r/min。忽略电动机本身的空
载阻转矩T0，试求电机在额定运行状态时的反电动势Ea和电枢电阻Ra。
参考答案：
[填空题]
3伺服电动机型号为70SZ54，P
N
=55W，U
N
=U
f
=110V，效率η
N
=62.5%，
n
N
=3000r/min，空载阻转矩T
0
=0.0714N·m。试求额定运行时电动机的电枢电流
I
aN
，电磁转矩T
e
，反电动势E和
aN
电枢电阻R
a
。
参考答案：
[填空题]
4由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。它们的励磁电压均为
110V，电枢绕组电阻均为75Ω。当发电机空载时，电动机电枢加110V电压，
电枢电流为0.12A，机组的转速为4500r/min。试求： （1）发电机空载时的输
出电压为多少？ （2）电动机仍加110V电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机
组的转速为多少？
参考答案：
[填空题]
5试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组
加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。并说明这种控制方式有
哪些缺点？
参考答案：磁场控制时电枢电压保持不变。机械特性是指励磁电压不变时电动
机转速随电磁转矩变化的关系，
即。由公式可知，当控制电压加载励磁绕组上，即采用
磁场控制时，随着控制信号减弱，Φ减小，k增大，机械特性变软。调节特性
是指电磁转矩不变时，转速随控制信号变化的关系。由公式可知，n与Φ为非
线性关系，不利于精确调速。
[填空题]
6若直流伺服电动机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性将会产生
哪些影响？
参考答案：电枢控制时，若励磁电压下降，Φ减小，k增大，机械特性变软，
始动电压变大。
[填空题]
7电枢控制的直流伺服电机，当控制电压和励磁电压都不变时，电机轴上的负
载转矩减小，试问这时电机控制电流I
a
、电磁转矩T
e
和转速n都会有哪些变
化？并说明由原来的稳态到达新稳态的物理过程。
参考答案：励磁电压不变，可近似认为Φ不变。负载转矩减小时，T
e
减小，由
T
e
=C
t
ΦI
a
得I
a
减小，U=C
e
Φn+I
a
R
a
，转速升高。
物理过程：负载转矩减小时，瞬时电磁转矩大于负载转矩，电动机加速，反电
动势升高，电流下降，电磁转矩下降，直到新的转矩平衡后进入稳态。
[填空题]
8直流伺服电动机的机械特性为什么是一条下倾的直线？为什么放大器的内阻
越大，机械特性就越软？
参考答案：直流伺服电动机的机械特性为。当控制电压和励磁电
压均不变时，都是常数，转速n和电磁转矩Te之间是线性关系，且
随着电磁转矩Te的增加，转速n下降，因此机械特性是一条下倾的直线。放大
器的内阻对机械特性来说，与电枢电阻是等价的，电阻越大，直线斜率就
越大，机械特性就越软。
[填空题]
9直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？调节特性死区的大小
与哪些因素有关？
参考答案：有死区。，死区电压与起始负载转矩，电枢电阻，励磁电
压，电机结构有关。
[填空题]
10当直流伺服电机运行在电动机、发电机、反接制动、能耗制动四个状态时，
电磁转矩与转速的方向成什么关系？它们的能量流向有什么特点？
参考答案：电动机：电磁转矩与转速方向相同，电能转化为机械能。
发电机：电磁转矩与转速方向相反，机械能转化为电能。
反接制动：电磁转矩与转速方向相反，电能和转子机械能转化为电机内部的热
能。
能耗制动：电磁转矩与转速方向相反。转子机械能转化为电机内部的热能。
[填空题]
11试述机电时间常数的物理意义。
参考答案：电动机在空载状态下，励磁绕组加额定励磁电压，电枢加阶跃额定
控制电压，转速从零升到理想空载转速的63.2%所需的时间。
[填空题]
12直流伺服电动机当转速很低时会出现转速不稳定现象，简述产生转速不稳定
的原因及其对控制系统产生的影响。
参考答案：电枢齿槽的影响，电枢接触压降的影响，电刷和换向器之间摩擦的
影响。造成控制系统误差。
[填空题]
13一台直流伺服电动机带动恒转矩负载（即负载转矩保持不变），测得始动电
压U
a0
=4V，当电枢电压为50V时，其转速为1500r/min，若要求转速达到
3000r/min，试问要加多大的电枢电压？
参考答案：由题意，
2024年4月15日发(作者：彭南莲)
控制电机
[填空题]
1一台直流电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为0.4A，额定转速为
3600r/min，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩T
0
=0.015N·m，试问电动机的额定
负载转矩是多少？
参考答案：
[填空题]
2一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为
0.46A，额定转矩为0.093N·m，额定转速为3000r/min。忽略电动机本身的空
载阻转矩T0，试求电机在额定运行状态时的反电动势Ea和电枢电阻Ra。
参考答案：
[填空题]
3伺服电动机型号为70SZ54，P
N
=55W，U
N
=U
f
=110V，效率η
N
=62.5%，
n
N
=3000r/min，空载阻转矩T
0
=0.0714N·m。试求额定运行时电动机的电枢电流
I
aN
，电磁转矩T
e
，反电动势E和
aN
电枢电阻R
a
。
参考答案：
[填空题]
4由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。它们的励磁电压均为
110V，电枢绕组电阻均为75Ω。当发电机空载时，电动机电枢加110V电压，
电枢电流为0.12A，机组的转速为4500r/min。试求： （1）发电机空载时的输
出电压为多少？ （2）电动机仍加110V电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机
组的转速为多少？
参考答案：
[填空题]
5试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组
加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。并说明这种控制方式有
哪些缺点？
参考答案：磁场控制时电枢电压保持不变。机械特性是指励磁电压不变时电动
机转速随电磁转矩变化的关系，
即。由公式可知，当控制电压加载励磁绕组上，即采用
磁场控制时，随着控制信号减弱，Φ减小，k增大，机械特性变软。调节特性
是指电磁转矩不变时，转速随控制信号变化的关系。由公式可知，n与Φ为非
线性关系，不利于精确调速。
[填空题]
6若直流伺服电动机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性将会产生
哪些影响？
参考答案：电枢控制时，若励磁电压下降，Φ减小，k增大，机械特性变软，
始动电压变大。
[填空题]
7电枢控制的直流伺服电机，当控制电压和励磁电压都不变时，电机轴上的负
载转矩减小，试问这时电机控制电流I
a
、电磁转矩T
e
和转速n都会有哪些变
化？并说明由原来的稳态到达新稳态的物理过程。
参考答案：励磁电压不变，可近似认为Φ不变。负载转矩减小时，T
e
减小，由
T
e
=C
t
ΦI
a
得I
a
减小，U=C
e
Φn+I
a
R
a
，转速升高。
物理过程：负载转矩减小时，瞬时电磁转矩大于负载转矩，电动机加速，反电
动势升高，电流下降，电磁转矩下降，直到新的转矩平衡后进入稳态。
[填空题]
8直流伺服电动机的机械特性为什么是一条下倾的直线？为什么放大器的内阻
越大，机械特性就越软？
参考答案：直流伺服电动机的机械特性为。当控制电压和励磁电
压均不变时，都是常数，转速n和电磁转矩Te之间是线性关系，且
随着电磁转矩Te的增加，转速n下降，因此机械特性是一条下倾的直线。放大
器的内阻对机械特性来说，与电枢电阻是等价的，电阻越大，直线斜率就
越大，机械特性就越软。
[填空题]
9直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？调节特性死区的大小
与哪些因素有关？
参考答案：有死区。，死区电压与起始负载转矩，电枢电阻，励磁电
压，电机结构有关。
[填空题]
10当直流伺服电机运行在电动机、发电机、反接制动、能耗制动四个状态时，
电磁转矩与转速的方向成什么关系？它们的能量流向有什么特点？
参考答案：电动机：电磁转矩与转速方向相同，电能转化为机械能。
发电机：电磁转矩与转速方向相反，机械能转化为电能。
反接制动：电磁转矩与转速方向相反，电能和转子机械能转化为电机内部的热
能。
能耗制动：电磁转矩与转速方向相反。转子机械能转化为电机内部的热能。
[填空题]
11试述机电时间常数的物理意义。
参考答案：电动机在空载状态下，励磁绕组加额定励磁电压，电枢加阶跃额定
控制电压，转速从零升到理想空载转速的63.2%所需的时间。
[填空题]
12直流伺服电动机当转速很低时会出现转速不稳定现象，简述产生转速不稳定
的原因及其对控制系统产生的影响。
参考答案：电枢齿槽的影响，电枢接触压降的影响，电刷和换向器之间摩擦的
影响。造成控制系统误差。
[填空题]
13一台直流伺服电动机带动恒转矩负载（即负载转矩保持不变），测得始动电
压U
a0
=4V，当电枢电压为50V时，其转速为1500r/min，若要求转速达到
3000r/min，试问要加多大的电枢电压？
参考答案：由题意，