班里要请我吃夜宵 控制电机复习提纲概要Word文件下载.docx
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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、指针式电子钟用步进电机电动机驱动指针，
二、问答题：
《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。
敏感元件——自整角发送机和接收机
执行元件——直流伺服电动机
校正元件——直流测速发电机
转换元件——放大器和解调器
放大元件——直流放大器和可控硅控制线路
控制对象——雷达天线
雷达天线通过控制系统作用随自整角发送机转动，自整角接收机转轴和天线相连，摇动手轮7，使得自整角发送机和自整角接收机产生一个转角差γ，这时自整角接收机就有交流电压U1输出，经过交流放大器放大后，由环形解调器转换成直流电压U2，并送入直流放大器放大，放大后的直流电压U3被输入到可控硅控制线路的差动放大器，去控制可控硅的导通和截止。
当可控硅VD1和VD4导通时，就有一定极性的信号电压通入直流伺服电动机5，立即向一个方向旋转。
当手轮7向另一方向转动，输入信号相位相反，伺服电动机向另一方向旋转。
直流伺服电动机应该是朝着天线和发送机之间的转角差γ减小的方向旋转，直到β=α。
这时U1、U2、U3都等于零，伺服电动机停止转动。
雷达天线的转角就能自动地跟随手轮而转动，以达到手控天线的目的。
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？
应装在在用户（受电端）附近，以减少线路上的损耗和电压降，改善功率因素，可使各种工况下的受电端电压基本保持不变。
若装在水电站内，输电线很长，电压波动较大。
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？
**
永久磁钢
钕铁硼（NdFeB）
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》《交流测速发电机》
1、交流测速发电机的用途？
在自动控制系统中作为敏感元件和校正元件，将输入的转速信号转变为电压信号输出，电压U与转速n成正比。
广泛应用在国防工业和科研的精密自动控制技术中。
2、与直流测速发电机相比，交流测速发电机有哪些优缺点？
与直流测速发电机比较，交流异步测速发电机的主要优点是：
（1）不需要电刷和换向器，构造简单，维护容易，运行可靠；
（2）无滑动接触，输出特性稳定，精度高；
（3）摩擦力矩小，惯量小；
（4）不产生干扰无线电的火花；
（5）正、反转输出电压对称。
主要缺点是：
（1）存在相位误差和剩余电压；
（2）输出斜率小；
（3）输出特性随负载性质（电阻、电感、电容）而不同。
3、为什么与直流测速发电机相比，交流测速发电机更适合作为解算元件？
用作解算元件的应着重考虑精度要高，输出电压稳定性要好；
由于直流测速机有电刷、换向器接触装置，可靠性差，精度较低，因此交流异步测速机更适合作解算元件。
!
4、如何减小交流测速发电机的线性误差？
引起直流测速发电机线性误差有哪些？
为了减少电刷接触压降引起线性误差，电刷应采用什么材料？
*
减小线性误差的方法：
（1）在测速发电机的技术条件中规定了最大线性工作转速nmax，当电机在转速n＜nmax情况下工作时，其线性误差不超过标准规定的范围。
（2）应尽可能减小励磁绕组的漏阻抗，并且采用由高电阻率材料制成的非磁杯形转子，可减少转子漏抗的影响，并使引起励磁电流变化的转子磁通削弱。
（3）转子电阻值不宜过大。
转子电阻值选得过大，又会使测速发电机输出电压降低（即输出斜率指标降低），电机灵敏度随之减小。
1温度影响
2电枢反应
3延迟换向的影响
4纹波电压的影响
5电刷接触压降的影响
采用接触压降较小的银---石墨电刷、高精度测速发电机采用铜电刷。
并在电刷与换向器接触的表面上镀上银层，使换向器不易磨损
《直流伺服电动机》《交流伺服电动机》
交流伺服小结
（1）单相绕组通入单相交流电后，产生脉振磁场。
（2）两相对称绕组通入两相对称电流就能产生圆形旋转磁场；
即空间上相差90°
电角度，时间上90°
相位差，幅值又相等的两个脉振磁场必然形成圆形旋转磁场。
（3）旋转磁场的转向是从超前相的绕组轴线转到滞后相的绕组轴线。
把两相绕组中任意一相绕组上所加的电压反相（即相位改变180°
），就可以改变旋转磁场的转向。
（4）旋转磁场的转速称为同步速n1，只与电机极数和电源频率（交流伺服电动机使用的电源频率通常是标准频率f=400Hz或50Hz）有关，其关系为
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。
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，控制电压从0到Ua0范围内，电机不动，称为死区（失灵区）负载越大，死区越大。
图3-17直流伺服电动机的调节特性曲线组图3-19可变负载时的调节特性
（负载为常数时的调节特性）
4、绘制交流伺服电动机不同控制电压下的机械特性。
图7–62幅值控制伺服电动机的机械特性图7-63电容伺服电动机的机械特性
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。
改变控制电压的极性和大小,便可改变伺服电动机的转向和转速
6、交流伺服电动机如何获得圆形旋转磁场？
**做实验时采用的具体方法？
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
《自整角机》《旋转变压器》
1、自整角机的类型和应用。
说明控制式和力矩式自整角机的区别和应用。
自整角机的应用：
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，
2.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。
《无刷直流电动机》
1、无刷直流电动机的优点？
作用？
改变无刷直流电动机转向的方法？
1）既具有直流电动机的特性，
2）又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等；
3）转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。
作用：
无刷直流电动机用途非常广泛：
可作为一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。
方法：
1）改接位置传感器的输出电压信号
2）变换电枢电流方向
2、无刷直流电动机的组成？
关键部分？
无刷直流电动机是由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成
关键部分：
转子位置传感器
3、位置传感器的作用是什么?
分为哪几种类型？
位置传感器作用是检测转子磁场相对定子绕组的位置。
主要结构形式：
电磁式、光电式和霍尔式
《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。
4、步进电动机的专门驱动电源的基本组成？
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲功率放大器。
5、从数控机床加工过程来看，对步进电动机有什么基本要求？
（1）步进电动机在电脉冲的控制下能迅速启动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；
（2）为了提高精度，要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。
这就要求步进电动机步距小、步距精度高，不得丢步或越步；
（3）动作快速。
即不仅启动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动效率；
（4）输出转矩大，可直接带动负载。
《直线电机》
1、与旋转电机相比，直线电机的主要优点？
（1）直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪音；
（2）快速响应：
用直线电机驱动时，由于不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响，因而加速和减速时间短，可实现快速启动和正反向运行；
（3）仪表用的直线电机，可以省去电刷和换向器等易损零件，提高可靠性，延长使用寿命；
（4）直线电机由于散热面积大，容易冷却，所以允许较高的电磁负荷，可提高电机的容量定额；
（5）装配灵活性大，往往可将电机和其它机件合成一体。
2、直线电机的主要类型及典型应用**
按照工作原理可分为三种：
直线感应电机（直线交流电机）；
直线直流电机；
直线同步电机（包括直线步进电机）。
1）应用：
在机械工业、仪器仪表工业、轨道交通、电梯、航空母舰飞机发射、电磁炮、导弹发射架、电磁推进潜艇等方面
2）主要类型：
平板型、管型和圆盘式
【应用：
在交通运输、机械传输装置中得到广泛应用，如磁悬浮高速列车（将初级绕组和铁心装置在列车上，而利用铁轨充当次级）、液态金属电磁泵、阀门、自动生产线上的传送带、机械手等。
】
圆盘型直线电机可用在旋转车台，实现无接触传动，结构简单、应用灵活。
3、如何改变直线电机的运动方向和速度？
直线感应电动机的速度与电机极距及电源频率成正比，因此改变极距或电源频率都可改变电机的速度。
改变直线电机初级绕组的通电相序，可改变电机运动的方向，因而可使直线电机作往复直线运动。
4、直线感应电机的基本工作原理？
工作原理（参考）当初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度Bδ是直线移动的，故称为行波磁场，如图12-7所示。
显然，行波的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为vs，称为同步速度，且vs=2fτcm/s（12-1）式中，τ为极距（cm），f为电源频率（Hz）。
在行波磁场切割下，次级导条将产生感应电势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，便产生切向电磁力。
如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。
三、计算题：
1、一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数Zr=48，在A相绕组中测得电流频率为600Hz，求：
（1）电机的步距角；
（2）转速；
2、见《同步电动机》的例题及习题**
[例题]某工厂电源电压为6000V，厂中使用了多台异步电动机，设其总输出功率为1500kW，平均效率为70%，功率因数为0.7（滞后），由于生产需要又增添一台同步电动机。
设当该同步电动机的功率因数为0.8（超前）时，将全厂的功率因数调整到1，求此同步电动机承担多少视在功率和有功功率。
[习题]设有一台发电机带有一感性负载，负载需要有功分量电流IP=1000A，无功分量电流IQ=1000A。
为了减少发电机和线路中的无功电流，在用户端安装一台同步调相机，自电网吸收容性无功电流IC=250A，试求补偿后发电机和线路中的无功电流和功率因素。
3、见《直流伺服电动机》习题12、13
[习题]一台直流伺服电动机带一恒转矩负载运行，测得始动电压为4V，当电枢电压Ua=50V时，其转速n=1500r/min，若要求转速提高到3000r/min，试求要加多大的电枢电压？
4、有一台初级固定次级运动的直线异步电动机，电源频率f为50Hz，同步速度vs为1000cm/s，额定运行时的滑差率s=0.05。
试计算该直线异步电动机的极距τ和额定运行时次级移动速度v。
部分课后题
第2章直流测速发电机
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。
第3章直流伺服电动机
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）
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