控制电机复习提纲.docx

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控制电机复习提纲

《控制电机》复习提纲

一、填空题：

1、同步电机负载运行时，气隙中存在两种磁势分别是隐极式和凸极式。

2、汽轮发电机的转子结构一般采用隐极式。

3、同步电动机通常工作在过励状态下，从电网吸收容性的无功功率，向负载提供感性的无功功率，从而提高电网的功率因素。

4、同步调相机主要运行在状态下，专门向电网供给功率，以提高功率因素。

5、为了减小交流伺服电动机（或交流测速发电机）的转动惯量，转子结构采用非磁性空心杯形，通常采用高电阻率的硅锰青铜或锡锌青铜材料制成。

6、步进电动机是用脉冲电信号进行控制的，其转速大小取决于控制绕组的脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关；其旋转方向取决于控制绕组的轮流通电的顺序。

7、同步电动机是通过转子上装置阻尼绕组来获得起动转矩。

8、要改变伺服电动机的转速和转向，应改变其电机极数和电源频率、电压方向。

9、、交流伺服电动机为获得圆形旋转磁场，应使控制电压和励磁电压相位上相差90°，采用两相对称绕组通入两相对称电流方法获得。

10、无刷直流电动机可以通过改变来实现无极调速。

11、测速发电机能够将输入的转速信号转换为输出的电压信号。

12、控制式自整角机应用于角度和位置的检测元件，实现机械角度和电信号之间的转换。

13、旋转变压器主要应用于解算装置和高精度随动系统中。

14、磁悬浮高速列车是应用了同步直线电动机的原理，它将初级线圈和铁心装在列车上，铁轨作为次级线圈。

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，

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。

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？

为什么？

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》《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？

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。

5、何谓交流测速发电机的“剩余电压”？

消除剩余电压的方法？

剩余电压，就是指测速发电机的励磁绕组已经供电，转子不动（即零速时），输出绕组所产生的电压。

剩余电压又称为零速电压。

减少剩余电压的方法：

（1）将输出绕组和励磁绕组分别嵌在内外定子的铁心上，内定子相对于外定子能够转动。

（2）采用补偿绕组消除剩余电压，补偿绕组与励磁绕组串联，嵌在输出绕组的槽中。

（3）由外部采用适当线路，产生一个校正电压来抵消剩余电压。

图8-22消除剩余电压的简单网络框内是一个分相器和移相器。

（4）交变分量难以用补偿法消除，只能依靠改善转子材料性能和提高转子杯加工精度，通常采用四极电机。

目前剩余电压可做到小于10mV。

《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。

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

《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。

《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？

优点：

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。

步进电动机的专门驱动电源的基本组成？

《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、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）。

3、直线电机的主要类型及典型应用**

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。

4、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。

5、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）。

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

直流测速发电机PRINCIPLEOFOPERATION:

TheDCTachogeneratorisaspeedtransducer,whichdevelopsDCvoltageproportionaltospeedofthemotorconnectedtoit.PermanentMagneticfieldeliminatestheneedofexternalexcitationandoffersextremelyreliableandstableoutputs.Theaccuracyofthetachogeneratordecidesthemaximumaccuracyofspeedofthecontrolledmachine.Theyarewidelyusedinapplicationsforfeedbackanddisplaypurposes.

直流测速发电机是一个速度传感器，直流电压的发展速度成正比，连接到它的发动机。

永久磁场消除了外部激励的需要，提供了极为可靠，稳定的输出。

测速的精度决定了受控机器速度最高的精度。

它们广泛应用于显示器的反馈和应用的目的。

直流伺服电动机的电气制动（electricbrakeofDCservomotor）运行状态（operatingstate）电动状态（motorstate）制动状态（brakestate）电枢等效电路（equivalentcircuitofarmature）机械特性方程式（mechanicalcharacteristicequation）发电制动（generatingbrake）反接制动（reverseconnectionbrake）动能制动（kineticenergybrake）空载（no-load）力矩波动（torqueripple）调节特性（regulationcharacteristic）峰值堵转（peakblock）惯量（inertia）

AxialFluxMotor 轴向磁通电动机

Thismotorisdifferentfromconventionalelectricmotorsduetothedifferentpathofthemagneticflux.Inconventionalmotorsthefluxflowsradiallythroughtheairgapbetweentherotorandthestator.Howeverinthismotorthefluxflowsparalleltotheaxleofthemotor.Therotor,oftenreferredtoasapancakerotor,canbemademuchthinnerandlighter,hencethesemotorsareoftenusedforapplicationsrequiringquickchangesinspeed.

这种马达是从传统的不同，由于在不同的路径磁电机。

在传统的电动机的径向磁流，通过之间的转子和定子气隙。

不过，在这个汽车的流量流向平行于电机轴。

转子，通常称为煎饼转子，可多更轻更薄，因此这些电动机应用中往往需要在速度快的变化。

Thisparticular4-polediscwavewindingistakenfromM.G.Say&E.O.Taylor"DirectCurrentMachines".

这种特殊的4极光盘波绕组摘自MGSay＆EOTaylor“直流电机”。

Thisimageshowsasinglesegmentofthewinding.Althoughrelativelysimpleinisolation,connecting21segmentstoformthecompletewindingwouldbeadifficulttaskwereitnotforMagNet'sabilitytoautomaticallydeterminetheconductingpathbetweencoilterminals.IntheMagNetmodelofthismotorthereisonlyone"Coil"component,definedbytwoterminals,oneontheendofeachbrush.

此图片显示了单一市场的清盘。

虽然比较简单，隔离，21段连接，形成完整的清盘将是一项艰巨的任务是为磁铁的能力自动确定线圈终端之间进行的道路不是。

在这个电机磁铁模型只有一个“线圈”组件，两个终端，在每个刷尽头的一个定义。

Thisvideoofthecurrentdensitymagnitudeshowstheautomaticcommutatingactionofthebrushes.ForeachpositionoftherotorMagNetanalysestheconductortodeterminewherethecurrentwillflow.Notehowthecurrentdensityishigheratthecornersduetothefactthatinthismotortherotorconductorsaremadefromsolidcopperratherthanstrandedwires.Thesizeandlocationofthebrushesandsectorsiscriticaltooptimaloperationofthemotor.Inthisvideoitcanbeseenwheneachcoilswitchesoffinthegapbetweenmagnetpolesbeforethecurrentdirectionreverses.Itcanalsobeseenthatthetimingofthismotorcouldbeimprovedtomaintainauniformcurrentdensityoverthecycle.Thisimageshowstheconvolutedpaththatthecurrentfollowswhil