控制电机复习题2

一填空

1 按照输出电压与转子转角间的函数关系，旋转变压器可以分为(正余弦旋转变压器)(线性旋转变压器)(特种函数变压器)。

2 按照电机极对数来分，旋转变压器可分为(单级对)(多级对)种。

3 按照有机无刷和滑环间的滑动接触来分，旋转变压器又可分为(接触式)和（非接触式）两种。

4 线性旋转变压器的输出电压与转角成（正比）。

5 自整角机按其功能可分为(力矩式自整角机)和(控制式自整角机)。

6 发送机和接收机整步绕组各自的直轴磁动势、交轴磁动势以及合成磁动势的大小，与发送机和接收机的(位置角)无关，仅为（失调角）的函数。

7 在力矩式自整角机中，电磁整步转矩T1与励磁电压Uf的平方成（正比），与电源频率f 成（反比），当（失调角=90。）时取最大值T1m。

8 自整角机的分类：（力矩式自整角机）和（控制式自整角机）。

9 （测速发电机）是一种把输入的（转速信号）转换成输出的（电压信号）的（机电是信号元件）。

10 自动控制系统对测速发电机的性能要求是（精度高）、（灵敏度高）、（可靠性好）。

11 测速发电机主要可分为（直流测速发电机）和（交流测速发电机）。

12 直流测速发电机有两种基本形式：一种是（电磁式），另一种是（永磁式）。

13 交流测速发电机分为（同步测速发电机）和（异步测速发电机）。

14 当交流异步测速发电机励磁绕组施加恒定的励磁电压Uf,电机以转速n旋转时，输出绕组的输出电压U2与转速n成（正比）。

15 当异步测速发电机的转速一定，且负载阻抗足够大时，无论什么性质的负载，负载阻抗的变化都不会引起输出电压的明显改变。

16 直流伺服电动机按励磁方式来分有两种：一种是（电磁式），另一种是（永磁式）。

17 交流伺服电动机可分为（同步伺服电动机）和（异步伺服电动机）。

18 异步伺服电动机转子有两种结构，一种是（笼型转子），另一种是（杯型转子）。

19 若要产生圆形旋转磁场，则异步伺服电动机定子两相绕组电压的相位差为（90。）电角度，并且其（有效值）应与（有效串联匝数）成（正比），这种两相对称交流电压。

20 异步伺服电动机电磁转矩与控制电压、转差率和电机参数的关系。对于已经制成的电机，电机参数一般（不变），当电机转速一定时，（电磁转矩）与（控制电压的平方）成（正比）。

21 对于异步伺服电动机，（临界转差率Sm）与（转子电阻）成（正比），但（最大转矩Tem）却与转子电阻无关。

22 按照转子结构的不同，同步电动机主要可分为(永磁式)、（磁阻式）和（磁滞式）三种。

23 永磁同步电动机四种常见的转子结构：（径向式）、（切向式）、（并联式）、（涡轮式）。

24 永磁同步电动机发电运行状态，（转子磁极）是（拖动者），（定子磁极）是(被拖动者)。

25 永磁同步电动机电动机运行状态，(定子磁极)是(拖动者)，（转子磁极）是（被拖动者）。

26 在电励磁同步电动机中，Xd（>）Xq；在永磁同步电动机中，一般情况下Xd（<）Xq。27在永磁同步电动机中，在电源电压U1和频率f1保持不变时，永磁同步电动机的电磁转矩Te仅是（功率角）的函数。

28 造成永磁同步电动机不能直接起动原因有两个方面：（1）、（转子本身具有一定的惯性）；（2）、（起动瞬间定、转子磁场之间转速相对过大）。

29 在磁阻同步电动机中，磁阻同步电动机Xd（>）Xq。

30 磁滞同步电动机最可贵的特点是（具有很大的起动转矩）。

31 涡流转矩的基本特点与异步电动机的电磁转矩是相似的，即（TB的大小与转子切割定子旋转磁场的相对速度有关。）

32 无刷直流电动机主要由（电动机本体）、（电子开关线路）、和（转子位置传感器）三部分组成。

33 步进电动机从转子结构来说，主要包括（反应式）、（永磁式）、（混合式）三种。

34 步进电动机是一种把（电脉冲信号）转换成（机械角位移）的控制电机，常作为数字控制系统中的（执行元件）。

35．步进电动机的转速取决于（脉冲电源的频率）、（转子齿数）和（拍数），而与电压、负载和温度等因素无关。当转子齿数一定时，转子转速与脉冲电源的频率成（正比），即电机转速与脉冲频率同步。这样，步进电动机可以直接采用开环控制，并进行较宽范围的无级调速。36．（直线电动机）是一种做（直线运动）的电机。

37．按照结构型式的不同，直线电机可分为（扁平型直线电机）和（圆筒形直线电机）。38．直线感应电动机的（速度）与（电源频率及电机）极距成（正比）。

39．按照励磁方式的不同，直线直流电动机可分为（永磁式）和（电磁式）两种。

40．按结构型式的不同，永磁式直线直流电动机可分为（动磁型）和（动圈型）两种。

简答：

1、分别简述力矩式自整角机和控制式自整角机的工作原理。

答:力矩式自整角机的原理：两台自整角机的励磁结组连在一起

控制式自整角机的原理：当控制式自整角机的发送机转子旋转时，发送机与接收机的转子偏离协调位置，接收机的转子绕组产生感应电动势，并输出一定大小的电压，该电压经放大器放大后，给伺服电动机供电，带动接收机转子及负载一起旋转，使失调角和输出电压逐渐减小，直至协调的位置。如果发送机的转子连续旋转，则接收机的转子及负载也将连续地同步旋转。

2、试分析控制式自整角接收机整步绕组合成磁动势的特点。

答：（1）、接收机整步绕组直轴磁动势Fjd、交轴磁动势Fjq的大小，与发送机和接收机的位置无关，仅为失调角的函数。

（2）、接收机三相整步绕组的合成磁动势Fj是脉振磁动势，其大小是单相基波磁动势幅值的倍，并且与发送机和接收机的位置角以及失调角无关。

（3）、在发送机和接收机整步绕组空间位置一致的情况下，接收机整步绕组合成磁动势Fj的空间位置总是与发送机转子的空间位置一致。

3、为什么直流测速发电机的实际转速不宜超过规定的最高转速，而负载电阻不能小于规定

的电阻值？

答：根据直流电动机的电枢反应理论，电枢电流所产生的电枢磁场对主磁场有消弱作用，使合成磁场的波形发生畸变，并且负载电阻越小或者转速越高时，电枢电流就越大，磁场的削弱作用就越强，造成输出的特性的非线性。因此，为了减小电枢电流及电枢反应的去磁作用，应尽可能采用比较大的负载电阻，并保证转速不得超过规定的最高转速。

4、为什么异步测速发电机的励磁绕组大多采用400Hz的中频电源？

答：因为减小电机的相对转速n ,有利于减小直轴磁通的变化，因为转子直轴磁动势的大小与电机的相对转速有关。所以，对于一定的转速，通常是提高励磁电源的频率，增大同步转速，从而达到减小输出电压误差的目的。所以，异步测速发电机较多采用400HZ 的中频励磁电源。

5、什么是异步测速发电机的剩余电压？简要说明剩余电压产生的原因以及消除或削弱的方法？

答：当异步测速发电机的励磁绕组已经供电，转子处于静止状态时，输出绕组所产生的电压称为剩余电压，用Us表示。

原因：剩余电压又称零速电压，它由两部分组成：一部分是固定分量Usz，其值与转子位置无关；另一部分是交变分量Usj,其位置与转子位置有关。

剩余电压分量Usz产生的主要原因是：励磁绕组与输出绕组不正交，磁路不对称，或气隙不均匀等；剩余电压交变分量Usj产生的主要原因是空心杯转子的不对称，空心材料

的不均匀，杯的厚度不一致等。

消弱方法：1、采用四级电机的结构2、将励磁绕组和输出绕组分开放置，将励磁绕组置于外定子铁心，输出绕组置于内定子铁心3、采用补偿绕组抵消剩余电压4、采用补偿电路抵消剩余电压

13、为什么异步伺服电动机的转子电阻要选得很大？转子电阻过大对电机性能又有哪些负面影响？

答;对于异步伺服电动机，在额定控制电压下不同转子电阻时的机械特性不相同，转子电阻越大，机械特性线性的范围就越大，这对于伺服电动机的稳定运行和扩大调速范围是非常有利的，所以异步伺服电动机的转子电阻要选得很大。

负面影响：（1）、如果转子电阻取过大，异步伺服电动机产生转矩的能力将受到限制，若转子电阻增加的足够的大，则最大转矩将小于Tem。

（2）、增大转子电阻电动机效率会降低，同样功率的电动机体积也要大一些，其次转差率Sem>1,使起动转矩减小。

14、什么是异步伺服电动机的自传现象？如何消除自转现象？

答：在异步伺服电动机中，正向旋转磁场所产生的电磁转矩是Te+,反向旋转磁场所产生的电磁转矩是Te-,两者合成的结果是Te.正向旋转时电磁转矩Te是正值；反向旋转时电磁转矩Te是负值，这说明Te总是驱动性质的，电动机在两个方向都可以旋转。这种情况对于伺服电动机而言是不利的，相当于控制信号消失而仍有角位移或角速度位移输出，称为“自转现象”。

消除方法:增大转子电阻，使正向电磁转矩Te+和反向电磁转Te-的临界转差率Sm>1，这时，正向旋转时电磁转矩Te是负值；反向旋转时电磁转矩Te是正值，即Te总是制动的。因此，在控制电压为零时，电动机在两个方向都不可能自转。

15、异步伺服电动机的控制方式有哪些？

答：（1）、幅相控制，即仅改变控制绕组电压U c的幅值；

（2）、相位控制，即仅改变控制绕组电压U c的相位；

（3）、幅-相控制，即同时改变控制绕组电压Uc的幅值和相位。

16、永磁同步电动机和磁阻同步电动机的转子上为什么要装设笼型绕组？它的作用是什么？如果是变频电源供电，那么是否需要装设笼型绕组？为什么？

答：（1）磁阻同步电动机与永磁同步电动机一样，都是为了克服起动比较困难的问题。

（2）在整个起动过程中，笼型绕组产生异步起动转矩，而永磁体产生发点制动转矩，但当达到同步转速时，异步起动转矩为零，而发电制动转矩变为同步牵引转矩，带动电动机正常同步运行。

（3）不需要。因为采用变频电源供电，频率是变化的，所以形成旋转磁场的速度是变化的。刚起动时，转速很小，随着时间推移，频率会增加。

@18、为什么磁滞同步电动机的磁滞转矩在异步状态时是不变的，而在同步状态时却是可变的？

￥19、磁滞同步电动机的涡流转矩与哪些因素有关？为什么？

答：T B的大小与转子切割定子旋转磁场的相对速度有关，是随着转子转速的增加而减小的。T B也与材料有关。

*20、在无刷直流电动机中，位置传感器的作用是什么？改变每相开始导通的位置角，对电机的性能有何影响？

答：位置传感器是无刷直流电动机的重要组成部分，其作用是检测转子磁场相对于定子各相绕组的位置，以确定各相绕组导通和关断的顺序。

21、为什么无刷直流电动机的转子较多采用表面式环形永磁体的结构？

答：对于径向充磁的表面转子结构，由于交轴方向上永磁体本身的磁阻很大，故交轴电枢磁动势所引起的气隙磁场畸变较小，通常可以不予考虑；对于切向充磁的内嵌式转子结构，由于交轴方向上极靴、铁心的磁阻很小，故交轴电枢磁动势可导致气隙磁场发生较大畸变，使主磁极一端磁通加强，另一端减弱。

25、直线感应电动机与旋转感应电动机在电磁性能上有什么不同？

答：（1）旋转感应电动机定子三相绕组是对称的，因而若施加的三相电压对称，则三相电流就是对称的。但直线感应电动机，即使三相电压对称，三相绕组电流也不对称。

（2）旋转感应电动机定、转子之间的气隙是圆形的，连续不断，不存在始端和终端。但直线感应电动机初、次级之间的气隙存在着始端和末端。当次级的一端进入或退出气隙时，都会在次级导体中感应附加电流，这就是所谓的“边缘效应”。

（3）由于直线感应电动机初、次级之间在直线方向上要延续一定的长度，且法向电磁力往往不均匀，因此在机械结构上一般将初、次级之间的气隙做得较长，这样，其功率因数比旋转感应电动机还要低。

26、直线同步电动机与直线感应电动机相比有什么特点？

答：同直线感应电动机相比，直线同步电动机具有更大的驱动力，控制性能和位置精度更好，功率因数和效率较高，并且气隙可以取得较长。

三、计算题

1、 有一台正余弦旋转变压器，输入电压U 1=36V ，变比K u=0.56,把它作为线性旋转变压器，

求转角 =600时的输出电压。

解:U R2 =1cos 1sin U k k u u θθ

+ ==3660cos 56.0160

sin 56.0??+?? V

=27.30V

所以当转角 60=θ的输出电压U R2=27.30V

2、 有一台线性旋转变压器，输入电压U 1=50V ，变比k u =0.57试分别求出转角θ =300

和

60=θ的输出电压。 解:1)当

30=θ时的输出电压

U R2 =1cos 1sin U k k u u θθ

+ =5030cos 57.0130sin 57.0??+?

V

=7.17V

所以当转角

30=θ时的输出电压U R2=7.17V

2)当 60=θ时的输出电压

U R2 =1cos 1sin U k k u u θθ

+

=5060cos 57.0160sin 57.0??+?

V

=38.41V

所以当转角 60=θ的输出电压U R2=38.41V

3、 设计用正余弦旋转变压器来求解反三角函数arctan(U 2/U 1)的接线图。

4、 一台电磁式直流测速发电机，额定电枢电压100V ，额定转速1000r/min ，电枢回路电阻25

欧，负载电阻1K 欧，试分别求额定转速时和转速为800r/min 时的电枢电动势和输出电压。

5、一台直流伺服电动机带一恒定负载，起动电压为5V ，当电枢电压为50V 时，转速为1000r/min ，若要求转速达到2000r/min ，则需要加多大的电压？

6、一台异步伺服电动机，额定频率为50HZ,空载转速为1480 r/min,试求电机的极对数、同步转速、空载时的转差率和转子电流频率。

解：（1）由空载转速为1480r/min ，可得同步转速为1500 r/min ，所以

n 1=p f 160

1500r/min=p HZ

5060?

解得 P=2

（2）

6、一台三相反应式步进电动机，步距角为3.00/1.50，求转子齿数。

7、一台四相反应式步进电动机，步距角为1.80/0.90。试问：

（1）转子齿数是多少？

（2）脉冲电源的频率为400Hz 时，电动机每分钟的转速是多少？

（3）写出四相八拍通电方式时的一个通电顺序。

8、有一台五相十拍的反应式步进电动机，电机转速为100r/min,已知转子齿数为24，试求：

（1）步进电动机的步角距：

（2）脉冲电源的频率。