控制电机复习提纲Word格式.docx
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15、磁盘存储器中应用的是音圈式直线直流电动机，用它控制磁头可以代替原来的步进电动机及齿条机构。
16、举例说明下列几种控制电机的实际应用：
步进电动机：
数控机床、绘图机、轧钢机的自动控制、自动记录仪表、数模变化；
微型同步电动机：
驱动仪器仪表中的走纸、打印记录机构、自动记录仪、电子钟、电唱机、录音机、录像机、磁带机、电影摄影机、放映机、传真机、无线电通讯设备；
无刷直流电动机：
高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域；
直线异步电动机：
低速磁悬浮列车。
17、指针式电子钟用电动机驱动指针，
《绪论》《同步电机》《微型同步电动机》
1、雷达天线控制系统应用了哪些控制电机？
简单说明系统工作原理。
自整角发送机和接收机——敏感元件
直流伺服电动机——执行元件
直流测速发电机——校正元件
2、同步电机的主要类型？
同步发电机，同步电动机，同步调相机
3、一水电站供应一远距离用户，为改善功率因素添置一台同步调相机，此机应装在水电站内还是装在用户（受电端）附近？
为什么？
4、同步电动机能否自行起动？
同步电动机不能够自行起动
因为在一个周期内，作用在同步电动机转子上的平均起动转矩为零。
5、简述同步电动机的异步起动法？
异步起动法就是在凸极式同步电动机的转子极靴上装一个起动绕组（阻尼绕组）来获得起动转矩。
具体步骤如下：
（1）首先将同步电动机的励磁绕组通过一个附加电阻短接，该附加电阻约为励磁绕组电阻的10倍，并且励磁绕组不能开路。
（2）将定子绕组通以三相交流电源，建立旋转磁场，在转子的起动绕组中产生感应电动势及电流，此电流与定子旋转磁场相互作用而产生异步电磁转矩——异步起动。
（3）当同步电动机的转速接近同步转速时（达95%n1时），将附加电阻切除，励磁绕组与直流电源连接，依靠同步转矩保持电动机同步运行——牵入同步。
同步电动机异步起动法的原理接线图：
6、什么是功率角？
功率角的物理意义？
同步电动机什么时候出现失步现象？
图中
滞后
于一个夹角δ，称为功率角，其物理定义是合成等效磁极与转子磁极轴线之间的夹角，δ角的大小：
表征了同步电动机电磁功率和电磁转矩的大小。
当δ＞90°
，会出现“失步”现象，同步电动机不能正常运行。
7、应用同步电动机如何提高系统的功率因数？
由于电网上的负载多为感性负载（感应电动机和变压器），它们从电网中吸收感性的无功功率。
同步电动机工作在过励状态下，从电网中吸收容性的无功功率，则可向其它感性负载提供感性的无功功率，从而提高功率因数，这是同步电动机的最大优点。
因此，为改善电网功率因数和提高电机过载能力，同步电动机的额定功率因数一般设计为1~0.8（超前）。
8、同步调相机的作用？
同步调相机专门用来改善电网的功率因数，以提高电网的运行经济性及电压的稳定性。
9、微型同步电动机的应用？
其转速的特点？
应用于自动和遥控装置，无线电通讯设备，同步联络系统，磁带录音和钟表工业等
特点：
具有恒定不变的转速，即电动机的转速不随负载和电压的变化而变化。
10、过去常用永磁材料有哪些？
高性能的稀土永磁材料有哪些？
其主要特点？
软磁材料？
硬磁材料？
**
稀土永磁材料（如钕铁硼NdFeB）主要特点：
具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积、高性价比等特性
软磁材料：
磁导率μ高，剩磁Br小，磁滞回线窄而长，如：
铸钢、硅钢、坡莫合金，制作电机铁心；
硬磁材料：
μ不高，剩磁Br大，磁滞回线宽而胖、高矫顽力和高剩磁，如：
铁钴钒（FeCoV）、铁钴钼（FeCoMo）、锰铋（MnBi）及稀土永磁材料铁氧体、钕铁硼、钐钴（SmCo）、钕镍钴（NdNiCO），制造永久磁铁。
11、什么是居里点温度？
居里点温度是衡量磁性材料的重要指标，是指磁性材料永久失去磁性的温度，一旦环境温度超过居里点温度，即使时间很短，永磁材料也会退磁
12、永磁材料在什么情况下会发生退磁现象？
永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机。
《直流测速发电机》
1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?
答：
电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。
由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。
2.如果图2-1中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何?
在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。
电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。
当电枢转过180°
以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。
4.为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速?
负载电阻不能小于给定值?
转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。
而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；
eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。
基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。
同样可以证明ea∝n2。
因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。
所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。
为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。
《直流伺服电动机》《交流伺服电动机》
1、与交流伺服电动机比较，直流伺服电动机具有哪些优缺点？
（1）直流伺服电动机的机械特性和调节特性线性度好，转矩随着转速的增大而均匀下降；
而交流伺服电动机的机械特性是非线性的。
（2）直流伺服电动机无自转现象；
而交流伺服电动机若参数选择不当，制造工艺不良，单相状态下会产生自转现象。
（3）直流伺服电动机适用于大功率系统，但由于有电刷和换向器，结构复杂，影响电机稳定性；
交流伺服电动机结构简单、运行可靠、维护方便，但体积大、效率低（转子电阻很大，损耗大），只适用于小功率系统。
（4）直流伺服电动机的控制绕组由直流放大器供电，有零点漂移现象，影响系统工作精度和温定性。
直流放大器结构复杂，体积、质量比交流放大器大得多。
2、什么是伺服电动机的“自转现象”？
如何消除？
只要阻转矩小于单相运行时的最大转矩，电动机仍将在转矩T作用下继续旋转。
这样就产生了自转现象，造成失控
为了消除自转现象，交流伺服电动机零信号时的机械特性必须如图7-44所示
零信号机械特性必须在第二象限和第四象限，这也就要求有相当大的转子电阻。
6.2何谓“自转”现象？
交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？
自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动。
克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>
1的地方.当速度n为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象。
3、什么是直流伺服电动机的始动电压Ua0？
调节特性死区的大小与什么因素有关？
绘制直流伺服电动机不同负载下的调节特性。
Ua0始动电压，是电动机处于待动而未动的临界状态下的控制电压，负载越大，死区越大。
4、绘制交流伺服电动机不同控制电压下的机械特性。
5、如何改变直流伺服电动机以及交流伺服电动机的转速和转向？
任意一个绕组上所加的电压反相时（电压倒相或绕组两个端头换接），则流过该绕组的电流也反相，由原来超前电流的就变成滞后电流，原来是滞后电流的则变成超前电流，这样就改变了伺服电动机的转向。
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。
6、交流伺服电动机如何获得圆形旋转磁场？
当两相对称交流电流通入两相对称绕组时，在电机内会产生圆形旋转磁场，当两相绕组有效匝数不等时，若要产生圆形旋转磁场，这时两个绕组中的电流值也应不等，且应与绕组匝数成反比
7、采用非磁性空心杯转子的控制电机有哪几种？
有哪些优点？
非磁性空心杯转子的材料？
直流伺服电动机，交流伺服电动机，交流异步测速发电机，直流测速发电机
优点：
1）转动惯量小，轴承摩擦阻转矩小，快速响应;
2）由于它的转子没有齿和槽，所以定、转子间没有齿槽粘合现象，转矩不会随转子不同的位置而发生变化，恒速旋转时，转子一般不会有抖动现象，运转平稳；
3）线性误差小，精度较高
材料：
高电阻率的硅锰青铜或锡锌青铜，它的杯壁极薄，一般在0.3mm左右
1.直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定?
直流电动机的电磁转矩表达式：
T=CTφIa…………
（1）
电枢电流的表达式：
Ia=（Ua-Ea）/Ra=（Ua-Ceφn）/Ra…………
（2）
由表达式
（1）知道，电磁转矩在φ不变的情况下，由电枢电流Ia决定。
由表达式
（2）知道，在φ不变的情况下，电枢电流由外加电压，电枢内阻及电动机转速共同决定，且稳态时T=TS，由表达式
（1）得到，电枢电流由负载总阻转矩决定。
3.一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅提高电枢端电压，试问电枢电流、转速变化怎样?
当直流伺服电动机负载转矩、励磁电流不变时，仅将电枢电压增大，此时由于惯性，转速来不及变化，Ea=Ceφn，感应电势不变，电枢电压增大，由电压平衡方程式：
Ia=（Ua-Ea）/Ra=（Ua-Ceφn）/Ra可知，电枢电流Ia突然增大；
又T=CTφIa，电磁转矩增大；
此时，电磁转矩大于负载转矩，由T=TL+Tj=TL+JdΩ/dt知道，电机加速；
随着转速n的增加，感应电势Ea增加，为保持电压平衡，电枢电流Ia将减少，电磁转矩T也将减少，当电磁转矩减小到等于总的负载阻转矩时，电机达到新的稳态，相对提高电枢电压之前状态，此时电机的转速增加、电磁转矩、电枢电流不变。
7.直流电动机在转轴卡死的情况下能否加电枢电压?
如果加额定电压将会有什么后果?
当直流电动机在转轴卡死的情况下不能加电枢电压。
因为电动机转轴卡死时，电枢电流很大，再由于通风条件差，将会使电机绕组过热而损坏。
如果加额定电压，其电枢电流必定超过其额定电流，若长期工作，将会使电机绕组和换向器损坏。
8.并励电动机能否用改变电源电压极性的方法来改变电动机的转向?
不能。
因为当改变并励电动机的电源极性时，励磁磁通φ的方向改变，同时，电枢电流Ia的方向改变，因此，由电磁转矩公式T=CTφIa可知道，T的方向不变，因此不能改变电动机的转向。
9.当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化?
并说明由原来的稳态到达新的稳态的物理过程。
此时，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。
由原来的稳态到达新的稳态的物理过程分析如下：
开始时，假设电动机所加的电枢电压为Ua1，励磁电压为Uf，电动机的转速为n1，产生的反电势为Ea1，电枢中的电流为Ia1，根据电压平衡方程式：
Ua1=Ea1+Ia1Ra=CeΦn1+Ia1Ra
则此时电动机产生的电磁转矩T=CTΦIa1，由于电动机处于稳态，电磁转矩T和电动机轴上的总阻转矩Ts平衡，即T=Ts。
当保持直流伺服电动机的励磁电压不变，则Φ不变；
如果负载转矩减少，则总的阻转矩Ts=TL+T0将减少，因此，电磁转矩T将大与总的阻转矩，而使电动机加速，即n将变大；
n增大将使反电势Ea变增大。
为了保持电枢电压平衡（Ua=Ea+IaRa），由于电枢电压Ua保持不变，则电枢电流Ia必须减少，则电磁转矩也将跟着变小，直到电磁转矩小到与总阻转矩相平衡时，即T=Ts，才达到新的稳定状态。
与负载转矩减少前相比，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增大。
1.直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？
若有，为什么？
调节特性死区的大小与哪些因素有关？
1.有死区。
由
，因为是空载，所以TL=0，但
，故
，所以有死区。
由关系式
，可知，死区的大小主要与空载电枢电流
和电枢电阻
有关。
2.直流电动机为什么不能直接起动？
如果直接起动会引起什么后果？
2.起动瞬间转速n=0，电动势Ea=CeΦn=0，最初起动电流
。
若直接起动，由于Ra很小，Ist会达到十几倍甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。
3.要得到圆形旋转磁场，加在励磁绕组和控制绕组上的电压应符合什么条件？
3.当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数相等时，要求两相电压幅值相等，相位相差90度；
当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数不相等时，要求两相电压相位相差90度，电压幅值应与匝数成正比。
4.直流电动机的启动性能要求是什么？
4.
（1）启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时的阻转矩；
（2）启动时电枢电流不要太大；
（3）要求电动机有较小的转动惯量和在加速过程中保持足够大的电磁转矩以利于缩短启动时间。
5.为什么交流伺服电动机的转子转速总是比磁铁转速低？
5.因为电动机轴上总带有机械负载，即使在空载下，电机本身也会存在阻转矩。
为了克服机械负载的阻力矩，转子绕组中必须要有一定大小的电流以产生足够的电磁转矩，而转子绕组中的电流是由旋转磁场切割转子导条产生的，那末要产生一定数量的电流，转子转速必须要低于旋转磁场的转速。
《自整角机》《旋转变压器》
1、自整角机的类型和应用。
将转轴上的转角变换为电气信号，或将电气信号变换为转轴上的转角，使机械上互不相联的两根或几根转轴同步偏转或旋转，以实现角度的传输、变换和接收。
广泛应用于远距离的指示装置和伺服系统。
类型：
1、按使用要求可分为：
（1）力矩式自整角机：
指示系统
（2）控制式自整角机：
随动系统
2、按结构、原理的特点分为：
控制式、力矩式、霍尔式、多极式、固态式、无刷式、四线式等七种。
控制式和力矩式属于有接触式：
结构简单、性能良好，广泛使用。
无接触式：
没有电刷和滑环，可靠性高、寿命长，但结构复杂、电气性能差。
控制式自整角机的应用：
作为角度和位置的检测元件，它可将机械角度转换为电信号或将角度的数字量转变为电压模拟量。
在伺服系统中作为敏感元件
力矩式自整角机的应用：
广泛用作测位器。
直接达到转角随动的目的，即将机械角度变换为力矩输出，
旋转变压器的应用
用途：
进行坐标变换、三角函数计算和数据传输、将旋转角度转换成信号电压等等。
又是一种精密测位用的机电元件,在伺服系统、数据传输系统和随动系统中也得到了广泛的应用。
《步进电动机》
1、步进电动机的优点？
如何实现反应式步进电动机的无级调速？
优点:
1）在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。
可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。
2）步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；
能够快速启动、反转和制动。
它不需要变换,能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。
改变脉冲频率可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。
2、如何控制步进电动机输出的角位移或线位移量，转速或线速度?
旋转方向由什么决定？
步进电动机的角位移量θ或线位移量s与脉冲数k成正比；
它的转速n或线速度v与脉冲频率f成正比，
步进电动机的转速取决于各控制绕组通电和断电的频率（即输入的脉冲频率）；
旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序
3、如何提高步进电动机的工作精度？
为了提高工作精度，就要求步距角很小。
1）减小步距角可以增加拍数N。
相数增加相当于拍数增加，对同一相数既可以采用单拍制，也可采用双拍制。
采用双拍制时步距角减小一半。
所以一台步进电动机可有两个步距角，如1.5°
/0.75°
、1.2°
/0.6°
、3°
/1.5°
等。
2）增加转子齿数ZR，步距角也可减小。
反应式步进电动机的转子齿数一般是很多的，步距角为零点几度到几度。
第六章习题与答案
6.1有一台交流伺服电动机，若加上额定电压，电源频率为50Hz,极对数P=1，试问它的理想空在转速是多少？
n0=60*f/p
=60*50/1
=3000r/min
理想空在转速是3000r/min
6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流Ia1=0.05A，转速n1=3000r/min;
加负载后，电枢电流Ia2=1A,转速n2=1500r/min。
试做出其机械特性n=f（T）。
电动机的电磁转矩为T=BIaNLD/2,
n
3000
1500
0.05A1AT
6.5若直流伺服电动机的励磁电压一定，当电枢控制电压Uc=100V时，理想空载转速n0=3000r/min;
当Uc=50V时，n0等于多少？
n0=120Uc/πNBLD电压与转速成正比,当Uc=50V时,n0等于1500r/min
4.已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V，额定运行时的电枢电流Ia=0.4A，转速n=3600r/min,它的电枢电阻Ra=50Ω，空载阻转矩T0=15mN·
m。
试问该电动机额定负载转矩是多少?
解：
由Ea=Ua-IaRa…………
（1）
Ea=Ceφn…………
（2）
CT=60*Ce/（2*π）…………（3）
T=Ts=T0+TL…………（4）
T=CTφIa…………（5）
联立5个式子，可得到TL=80.5mN·
m
12.一台直流伺服电动机带动一恒转矩负载（负载阻转矩不变），测得始动电压为4Ｖ，当电枢电压Ua=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?
Ea=Ceφn,Ua-Ua0=Ea,当负载转矩不变时,Ua0不变，
则n1/n2=（Ua1-Ua0）/（Ua2-Ua0），即1500/3000=（50-4）/（Ua2-4），得到Ua2=96V，所以要加96V的电枢电压，转速才会到达3000r/min。
1.某台变压器，额定电压U1n/U2n=220/110（V），额定频率fn=50Hz，问原边能否接到下面的电源上?
试分析原因。
（1）交流380V，50Hz；
（2）交流440V；
100Hz；
（3）直流220V。
（1）不可以。
由U=E=4.44Wfφm，在电源频率均为50Hz的条件下，主磁通φm决定于外加电压U，380V的电压比额定的原边电压220V大很多，则加电后必然导致铁心严重饱和，变压器主磁通一般就设计的比较饱和，增加很小的磁通将引起空载电流I0急剧增加，即使变压器不带负载，变压器也会因此损坏。
（2）可以。
由U=E=4.44Wfφm，电压增加一倍，频率也增加一倍，则主磁通φm基本不变，因此，对变压器的影响很小。
但不是最理想。
（3）不可以。
变压器对于直流电源相当于短路，因此，一旦接上直流220V，变压器将很快烧毁。
3.某台单相变压器原边有两个额定电压为110V的线圈，如图4-27所示，图中副边绕组未画。
若电源电压为交流220Ｖ和110V两种，问这两种情况分别将1,2,3,4这四个端点如何联接，接错时会产生什么后果?
（1）220V电压可以接在1，4两端，而把2和3两端相连；
110V电压可以接在1，2两端及3，4两端
（2）若220V电压按110V的接法，则变压器原边电压将超过额定电压，变压器空载电流I0就会急剧增加，若超过不允许的的电流值，会导致变压器过热烧毁；
若110V电压按220V接法，原边电压将低于额定电压，接负载工作时若负载要求电压比副边能够提供的电压高，则变压器不能正常工作。
计算
1.一交流4极交流伺服电动机，接在电源电压50HZ电源电压上，以1300r/min进行旋转。
求旋转磁场的转速，启动前和启动后定子与转子上感应电动势的频率。
（6分）
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