特種電機原理及應(yīng)用課后答案

1、1 簡述特種電機的特點及發(fā)展趨勢。特點：工作原理、勵磁方式、技術(shù)性能以及結(jié)構(gòu)上有較大特點，且種類繁多、功能多樣化，種類繁多，功能多樣化，而且不斷產(chǎn)生功能特性，性能優(yōu)越的新穎電機。發(fā)展趨勢：機電一體化、智能化、大功率化、小型化、微型化、勵磁材料永磁化、高功能化。2 電機中常用的永磁材料有哪幾類，各有何特點？ 鋁鎳鈷永磁材料：溫度系數(shù)小，剩余磁場強度較高，但矯頑力很低；退磁曲線呈非線性；使用前要進(jìn)行穩(wěn)磁處理。 鐵氧體永磁材料：價格低廉，制造工藝簡單，質(zhì)量較輕；溫度系數(shù)較大，剩磁密度不高，矯頑力較大；退磁曲線大部分接近直線；不能進(jìn)行電加工。 稀土永磁材料：高剩磁密度，高矯頑力，高磁能積；稀土鈷永磁價

2、格昂貴，溫度系數(shù)小，退磁曲線基本上是一條直線；釹鐵硼永磁價格較便宜，溫度系數(shù)較大，容易腐蝕，在高溫下使用時退磁曲線的下半部分要產(chǎn)生彎曲。1. 永磁直流電動機與電勵磁直流電動機結(jié)構(gòu)上有什么相似和不同之處？兩者相比，永磁直流電動機有什么優(yōu)點？相似之處：在電樞結(jié)構(gòu)上基本相同。不同之處：在定子側(cè)永磁直流電動機為永磁體，而電勵磁直流電動機為電勵磁磁極。 優(yōu)點：永磁電動機沒有勵磁繞組銅耗，因此相對而言效率更高；永磁電動機體積小質(zhì)量輕、機械特性硬、電壓調(diào)整率小。2.永磁材料的性能對永磁直流電動機磁極結(jié)構(gòu)和永磁體尺寸有什么影響？永磁材料的性能對磁極的結(jié)構(gòu)形式和尺寸有決定性影響。由于永磁材料的性能差異很大，為達(dá)

3、到某一要求，所選用不同材料的磁極的結(jié)構(gòu)形式和尺寸不相同。鐵氧體在性能上具有Br小、Hc相對高的特點，所以常做成扁而粗的瓦片形或圓筒形的磁極結(jié)構(gòu)；鋁鎳鈷永磁具有Br高、Hc低的特點，一般做成細(xì)而長的弧形或端面式的磁極結(jié)構(gòu)； 稀土永磁的Br、Hc及（BH）max都很高，適宜做成磁極面積和磁化長度都很小的結(jié)構(gòu)。3.永磁直流電動機有極靴的磁極結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點和缺點？原因何在？有極靴磁極結(jié)構(gòu)既可起聚磁作用，提高氣隙磁通密度，還可調(diào)節(jié)極靴形狀以改善空載氣隙磁場波形；負(fù)載時交軸電樞反應(yīng)磁通路徑經(jīng)極靴閉合，對永磁磁極的影響較小。缺點是漏磁系數(shù)大，負(fù)載時的氣隙磁場的畸變較大。原因：極靴的存在使得永磁體不能直接面向

4、氣隙，主磁通就變小，漏磁系數(shù)變大；主磁通需經(jīng)極靴閉合，使得負(fù)載時氣隙磁場產(chǎn)生較大的畸變。4.永磁直流電動機中的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢各由什么物理量決定？為什么電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換不可分割的兩個方面？電磁轉(zhuǎn)矩至決定于fai和ia，與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，運動電動勢僅決定于氣隙磁通fai和電機的轉(zhuǎn)速n。永磁直流電動機中兩個最基本的物理量，一時電樞繞組通以電流時在磁場中受力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem，二是電樞繞組在磁場中運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E，由機電能量轉(zhuǎn)換原理可知，在直流電動機中，只有運動電動勢吸收的電能才能轉(zhuǎn)換為機械能，因此產(chǎn)生運動電動勢是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵；與此同時，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下

5、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。運動電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩構(gòu)成了一對機電耦合項，是永磁直流電動機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換不可分割的兩個重要方面。5.同電勵磁電動機相比，永磁直流電動機運行中有什么值得注意的特殊問題？為什么會存在這些問題？ 運行特性的溫度敏感性；永磁材料的磁性能受溫度的影響，因此，永磁電機運行時要注意工作溫度對運行特性的影響。 永磁體勵磁不可調(diào)；永磁體的磁性能是固有的物理特性，在安裝到電機上之前就已經(jīng)固定，在運行中不能調(diào)節(jié)永磁體的磁性能。 交軸電樞磁動勢和交軸電樞反應(yīng)；電樞反應(yīng)不僅影響氣隙磁場的分布與大小，而且使永磁體的工作點相應(yīng)改變，影響到永磁體的工作狀態(tài)。6.已知一臺永磁直流電動機，其電樞電

6、壓U=110V，電樞電流Ia=0.4A，轉(zhuǎn)速n=3600r/min，電樞電阻Ra=50，忽略空載轉(zhuǎn)矩和電刷電壓，試求：(1) 該運行狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩；(2) 如果電動機運行中，由于溫度升高永磁體勵磁磁通減少了20%，在電樞電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變的情況下，電樞電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩各變化多少；解：（1）E=Ua=110V ?=2n/60Tem=E*Ia/?=110*0.4/(2*3600/60)=0.1167(N?m)（2）Tem=T2+T0 因為T2不變，T0不計 所以Tem不變Tem =CT*I 1*I1=2*I2 1/2=I2/I1=5/4 I2=0.5A E不變，E=Ce*n 1/2=n2

7、/n1=5/4 n2=4500 r/min電樞電流增加0.1A、轉(zhuǎn)速增加900r/min、電磁轉(zhuǎn)矩不變。7.試論述永磁直流電動機運行中，永磁體勵磁磁通減少后對運行特性的影響？空載轉(zhuǎn)速提高，電磁轉(zhuǎn)矩減少。9. 10.永磁同步電動機與電勵磁同步電動機結(jié)構(gòu)上有什么相似和不同之處？兩者相比，永磁同步電動機有什么優(yōu)點？相似之處：在定子結(jié)構(gòu)上基本相同。不同之處：永磁同步電動機由永磁體提供磁通取代了電勵磁繞組勵磁。優(yōu)點：省去了集電環(huán)和電刷，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了運行的可靠性；又因無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機的效率和功率因數(shù)。11.永磁同步電動機徑向式和切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)各有什么優(yōu)點？為什么徑向式結(jié)構(gòu)

8、轉(zhuǎn)軸上不需要采用隔磁措施。徑向式：樓次系數(shù)小，轉(zhuǎn)軸上不需要采取隔磁措施，轉(zhuǎn)子沖片機械強度相對較高，安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形。切向式:漏磁系數(shù)大，且需要采取相應(yīng)的隔磁措施，制造工藝較徑向式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本有所增加。優(yōu)點在于一個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通，尤其當(dāng)電機級數(shù)較多，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢更明顯，此外這種結(jié)構(gòu)的凸極效應(yīng)明顯，產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩在電機總轉(zhuǎn)矩中比例高達(dá)40%，這對充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電動機功率密度和擴展電動機恒功率運行范圍都是有利的。13.轉(zhuǎn)子磁極具有凸極性的永磁同步電動機與電勵磁凸極同步電動機在矩角特性上有什么差別？為什么？轉(zhuǎn)子磁極具有凸極性的永磁同步電動

9、機的矩角特性曲線上轉(zhuǎn)矩最大值所對應(yīng)的功率角大于90，而電勵磁凸極同步電動機小于90。因為永磁同步電動機的直軸同步電抗Xd小于交軸同步電抗Xq，而電勵磁同步電動機恰好相反，對永磁同步電動機有90<<180；對電勵磁同步電動機0o<<90o 1.簡述永磁無刷電動機構(gòu)成和工作原理。永磁無刷電動機由電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和驅(qū)動電路三部分組成。電動機本體是進(jìn)行機電能量變換的器件，由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子軛上裝有永磁體，用以提供主磁通；定子鐵芯上裝有多相繞組用來輸入電能。與轉(zhuǎn)子同軸的位置傳感器用來檢測磁極位置。驅(qū)動電路根據(jù)位置傳感器的信號依次向繞組供電。在a相導(dǎo)通期間，若a導(dǎo)體中

10、流入頁面的電流處在N極下，則a' 導(dǎo)體中流出頁面的電流處在S極下，產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)動后，換向成b相導(dǎo)通，同理產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩；如此a、b、c三相循環(huán)導(dǎo)通，電機進(jìn)入逆時針轉(zhuǎn)向電動機運行狀態(tài)。根據(jù)上述原理，電機也可進(jìn)入順時針轉(zhuǎn)向電動機運行狀態(tài)。3.位置傳感器都有哪幾種？簡述它們的工作原理。（霍爾位置傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁性編碼器）7.永磁無刷直流電動機的驅(qū)動模式有哪幾種？簡述它們各有什么特性?！叭郰聯(lián)結(jié)，3狀態(tài)，一相單向?qū)?20o”每次只有一相導(dǎo)通，電流總為正值。每相導(dǎo)通120電角度。“三相Y聯(lián)結(jié)，6狀態(tài)，兩相雙向?qū)?0o”每次兩相同時導(dǎo)通，電流可雙向流通。每

11、次導(dǎo)通60o電角度。共性：當(dāng)電壓一定時，機械特性是一條直線；隨著電壓的下降，機械特性平行下移。轉(zhuǎn)矩-電流特性是一條斜率為正數(shù)、過原點的直線。轉(zhuǎn)矩-電壓特性是一條斜率為正數(shù)、不過原點與U正半軸相交的直線。功率特性是一條過原點、開口朝下的拋物線。11.如何改變永磁無刷電動機的旋轉(zhuǎn)方向？在“三相Y聯(lián)結(jié)，3狀態(tài)，一相單向?qū)?20”驅(qū)動模式下，調(diào)換b、c兩相的導(dǎo)通順序可實現(xiàn)反向；在“三相Y聯(lián)結(jié)，6狀態(tài)，兩相雙向?qū)?0o”驅(qū)動模式下，互換橋式電路上下橋臂的開通關(guān)斷狀態(tài)可實現(xiàn)反向。16.無獨立位置傳感器永磁同步電動機有哪些位置預(yù)估方法？1、基于反電動勢的位置估算器；2、檢測定子電壓、電流轉(zhuǎn)子位置估算器；

12、3、基于觀測器的速度和位置估算器；4、由于幾何形狀和飽和的影響，基于電感變化的估算器；5、用于人工智能的估算器。1.簡述直流伺服電動機的基本工作原理?；陔姶鸥袘?yīng)定律和電磁力定律，當(dāng)電樞兩端接通直流電源時，電樞繞組中有電樞電流產(chǎn)生磁場，電樞磁場與氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動機帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)。改變電動機的輸入?yún)?shù)，其輸出參數(shù)也隨之變化。5.兩相交流伺服電動機轉(zhuǎn)子電阻的選擇原則是什么？轉(zhuǎn)子電阻過大或過小對電動機性能將會產(chǎn)生怎樣影響？原則：一使電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，二要有效防止電動機的“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。因此要采用較大的轉(zhuǎn)子電阻。轉(zhuǎn)子電阻過小，電動機的調(diào)速范圍較小，并且單相運行的感應(yīng)電動機仍然產(chǎn)

13、生正方向的電磁轉(zhuǎn)矩，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子仍然繼續(xù)運行，而不會因Ua為零而立即停止。 而轉(zhuǎn)子電阻過大會導(dǎo)致?lián)p耗增加。6.兩相交流伺服電動機的控制方式有哪些？試就它們各自的特點作簡要說明。1、幅值控制：控制電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90度電角度不變。當(dāng)Ua為最大值時氣隙磁場為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機為最高轉(zhuǎn)速；當(dāng)Ua為零時電動機停轉(zhuǎn)。2、相位控制：控制電壓的幅值保持不變。當(dāng)控制電壓與勵磁電壓之間的相位差為90度時，電動機為最高轉(zhuǎn)速；當(dāng)相位差角為零時，電動機停轉(zhuǎn)。3、幅值相位控制：調(diào)節(jié)控制電壓Ua的幅值時，勵磁繞組電壓Uf的幅值極其與控制電壓Ua之間的相位差角都隨之變化，從而使電動機轉(zhuǎn)

14、速得到調(diào)節(jié)。當(dāng)Ua為零時，電動機停轉(zhuǎn)。1.簡述反應(yīng)式步進(jìn)電動機的工作原理。反應(yīng)式步進(jìn)電機利用磁通總是要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理產(chǎn)生磁拉力形成磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩而步進(jìn)。反應(yīng)式步進(jìn)電機定子齒上裝有勵磁繞組，定子齒數(shù)為相數(shù)的兩倍，相對的齒上的繞組串聯(lián)成一相；轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，其上均勻分布著與定子齒同寬的齒，無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到什么位置，轉(zhuǎn)子齒的軸線總是最多只有一條與定子齒的軸線重合。以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機為例，當(dāng)采用三相單三拍通電方式，每拍只導(dǎo)通一相，根據(jù)“磁導(dǎo)最大原理”，轉(zhuǎn)子總是會以最短的路徑轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)子齒軸線與定子齒軸線對齊；當(dāng)采用三相雙三拍通電方式，每拍同時導(dǎo)通兩相，轉(zhuǎn)子總是會以最短的路徑轉(zhuǎn)動到使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

15、矩為零的位置。若依次循環(huán)按A-B-C或者AB-BC-CA的方式通電，反應(yīng)式步進(jìn)電機會按照通電信號一步一步的朝一個轉(zhuǎn)向步進(jìn)，則每次步進(jìn)的角度為30度，我們稱其步距角為30度。若改變繞組通斷電的頻率可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，若改變繞組輪流通電的順序可以改變電機的轉(zhuǎn)向。2.步進(jìn)電動機的步距角由哪些因素決定？步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速是由哪些因素決定的？步進(jìn)電動機的步距角由相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)以及通電方式?jīng)Q定。步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速由繞組通斷電的頻率決定。5.何謂步進(jìn)電動機的起動頻率，它和運行頻率大小一樣嗎？為什么？步進(jìn)電動機的起動頻率和運行頻率大小不一樣。步進(jìn)電動機在起動時，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速，電動機的磁阻轉(zhuǎn)矩除了克服負(fù)載

16、轉(zhuǎn)矩外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)矩，因而起動時電動機的負(fù)擔(dān)比連續(xù)運轉(zhuǎn)時要大。當(dāng)起動時脈沖頻率過高，轉(zhuǎn)子的運動速度跟不上定子磁場的變化，步進(jìn)電動機就可能要失步或震蕩，電動機便無法起動。因此，步進(jìn)電動機的運行頻率要比起動頻率高。6.怎樣改變步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)向？改變繞組輪流通電的順序可改變步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向。7.步距角為1.5/0.75°的反應(yīng)式三相六極步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)子有多少個齒？若運行頻率為2000Hz，求電動機運行的轉(zhuǎn)速是多少？ 步距角= 360/（Z*N） ； 轉(zhuǎn)速= 60f /（Z*N） 其中Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為拍數(shù) 1. 什么叫磁阻轉(zhuǎn)矩？開關(guān)磁阻電動機遵循磁通總是要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的“

17、磁導(dǎo)最大原理”，產(chǎn)生磁拉力形成磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的。2.為什么開關(guān)磁阻電動機都做成雙凸極結(jié)構(gòu)？因為開關(guān)磁阻電動機在結(jié)構(gòu)上的構(gòu)成原則是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁路的磁導(dǎo)要有盡可能大的變化，因此需采用凸極定子和凸極轉(zhuǎn)子的雙凸極結(jié)構(gòu)。3.簡述理想線性化開關(guān)磁阻電動機的工作原理。繞組電感，電流與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系如何？工作原理：利用磁阻的不等，磁通總向磁阻小的路線集中，通電的定子以磁力吸引鐵磁性的轉(zhuǎn)子，使磁力產(chǎn)生切向分力，即產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。定子的通電循序是根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置相對應(yīng)的最有利于對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向前轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩的那一相定子通電，轉(zhuǎn)過一定角度后又由下一個最有利于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的一相通電。不斷變換通電的定子繞組相序，使轉(zhuǎn)子連續(xù)朝一個方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，繞組電感在Lmax與Lmin之間變化，其頻率與轉(zhuǎn)子齒數(shù)成正比。在電源一定條件下，高速運行時，大電流上升速度很慢；低速運行時，小電流上升速度很快。減少on即on向1方向移動，電流幅值隨之而增加；另一方面，調(diào)節(jié)p又可以改變電流波形寬度，亦即改變電流波形。5.什么是電流斬波控制和角度位置控制？它們分別適用于何種場合？什么叫能量比？電流斬波控制：低速運行特別是起動時，采用斬波控制，限制電流峰值。包括3種控制方法：1.給定繞組上限值Imax和