精選控制電機(jī)(2版)思考題與習(xí)題參考答案

精選控制電機(jī)(2版)思考題與習(xí)題參考答案控制電機(jī)〔2版〕思考題與習(xí)題參考答案〔機(jī)械工業(yè)出版社，李光友等編著〕第1章直流伺服電動(dòng)機(jī)1.一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為110V，額定電樞電流為0.4A，額定轉(zhuǎn)速為3600r/min，電樞電阻為50Ω，空載阻轉(zhuǎn)矩N·m，試問電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是多少？解：TL=Ω=2πn60=120π,T2.一臺(tái)型號(hào)為55SZ54的直流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為110V，額定電樞電流為0.46A，額定轉(zhuǎn)矩為N·m，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。忽略電動(dòng)機(jī)本身的空載阻轉(zhuǎn)矩，試求電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)和電樞電阻。解：U=Ea+IaRaE3.伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)為70SZ54，效率，空載阻轉(zhuǎn)矩N·m。試求額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流，電磁轉(zhuǎn)矩，反電動(dòng)勢(shì)和電樞電阻。解：IaN=Te=Ra4.由兩臺(tái)完全相同的直流電機(jī)組成的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組。它們的勵(lì)磁電壓均為110V，電樞繞組電阻均為75Ω。當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞加110V電壓，電樞電流為0.12A，機(jī)組的轉(zhuǎn)速為4500r/min。試求：〔1〕發(fā)電機(jī)空載時(shí)的輸出電壓為多少？〔2〕電動(dòng)機(jī)仍加110V電壓，發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻為1kΩ時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速為多少?解：〔1〕UF0〔2〕由Ea=CeΦn接負(fù)載時(shí)，U=CeΦCeΦ解得In15.試用分析電樞控制時(shí)的類似方法，推導(dǎo)出電樞繞組加恒定電壓，而勵(lì)磁繞組加控制電壓時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。并說明這種控制方式有哪些缺點(diǎn)?答：磁場(chǎng)控制時(shí)電樞電壓保持不變。機(jī)械特性是指勵(lì)磁電壓不變時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系，即n=UaCeΦ-TeR6.假設(shè)直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓下降，對(duì)電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性將會(huì)產(chǎn)生哪些影響?答：電樞控制時(shí)，假設(shè)勵(lì)磁電壓下降，Φ減小，k增大，機(jī)械特性變軟，始動(dòng)電壓變大。7.電樞控制的直流伺服電機(jī)，當(dāng)控制電壓和勵(lì)磁電壓都不變時(shí)，電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，試問這時(shí)電機(jī)控制電流、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速n都會(huì)有哪些變化？并說明由原來的穩(wěn)態(tài)到達(dá)新穩(wěn)態(tài)的物理過程。答：勵(lì)磁電壓不變，可近似認(rèn)為Φ不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，Te減小，由Te=C物理過程：負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)加速，反電動(dòng)勢(shì)升高，電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降，直到新的轉(zhuǎn)矩平衡后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。8.直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為什么是一條下傾的直線？為什么放大器的內(nèi)阻越大，機(jī)械特性就越軟?答：直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為n=UaCeΦ-TeRaCeC9.直流伺服電動(dòng)機(jī)在不帶負(fù)載時(shí)，其調(diào)節(jié)特性有無死區(qū)？調(diào)節(jié)特性死區(qū)的大小與哪些因素有關(guān)?答：有死區(qū)。Us10.當(dāng)直流伺服電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)四個(gè)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向成什么關(guān)系？它們的能量流向有什么特點(diǎn)?答：電動(dòng)機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)電機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。反接制動(dòng)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電能和轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部的熱能。能耗制動(dòng)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反。轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部的熱能。11.試述機(jī)電時(shí)間常數(shù)的物理意義。答：電動(dòng)機(jī)在空載狀態(tài)下，勵(lì)磁繞組加額定勵(lì)磁電壓，電樞加階躍額定控制電壓，轉(zhuǎn)速從零升到理想空載轉(zhuǎn)速的63.2%所需的時(shí)間。12.直流伺服電動(dòng)機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象，簡(jiǎn)述產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的原因及其對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。答：電樞齒槽的影響，電樞接觸壓降的影響，電刷和換向器之間摩擦的影響。造成控制系統(tǒng)誤差。13.一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載〔即負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變〕，測(cè)得始動(dòng)電壓，當(dāng)電樞電壓為50V時(shí)，其轉(zhuǎn)速為1500r/min，假設(shè)要求轉(zhuǎn)速到達(dá)3000r/min，試問要加多大的電樞電壓?解：14.一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定電樞電壓和勵(lì)磁電壓都為110V，額定電樞電流為0.46A，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，額定轉(zhuǎn)矩為N·m，忽略空載阻轉(zhuǎn)矩。要求：〔1〕繪出電樞電壓為110V和80V時(shí)的機(jī)械特性曲線；〔2〕當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為N·m電樞電壓為80V時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；〔3〕對(duì)應(yīng)于該負(fù)載和電壓下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和始動(dòng)電壓。解：〔1〕由CtΦIaERn=nn01n02k曲線略?！?〕n=U〔3〕TU15.一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，空載電流，空載轉(zhuǎn)速，電樞電阻，試求：〔1〕當(dāng)電樞電壓時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；〔2〕該電機(jī)假設(shè)用放大器控制，放大器的內(nèi)阻，開路電壓，求這時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。解：〔1〕Cn0T〔2〕n0T交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)1．空心杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)相比，在結(jié)構(gòu)與原理上有何異同?答：籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，只是定子為兩相繞組，并且為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做得細(xì)而長(zhǎng)。空心杯型感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的定子分成外定子和內(nèi)定子兩局部。外定子局部與籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)相同，在鐵心槽中嵌有空間相距90°電角度的兩相交流繞組，而內(nèi)定子鐵心中一般不放繞組，僅作為磁路的一局部，以減少主磁通磁路的磁阻。內(nèi)、外定子之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀，所以稱為空心杯型轉(zhuǎn)子?？招谋秃突\型感應(yīng)伺服電機(jī)在原理上是相同的，杯型轉(zhuǎn)子可以看做是導(dǎo)條數(shù)目非常多、條與條之間緊靠在一起、而兩端自行短路的籠型轉(zhuǎn)子。2．兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻為什么必須足夠大?轉(zhuǎn)子電阻是不是越大越好？為什么?答：為了得到盡可能接近線性的機(jī)械特性，并實(shí)現(xiàn)無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象，兩相感應(yīng)伺服電機(jī)必須具有足夠大的轉(zhuǎn)子電阻。轉(zhuǎn)子電阻并非越大越好。如果轉(zhuǎn)子電阻過大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中的電阻損耗增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小，效率降低。3．什么是“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象?對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該采取哪些措施來克服“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象?為了實(shí)現(xiàn)無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象，單相供電時(shí)應(yīng)具有怎樣的機(jī)械特性?答：兩相感應(yīng)伺服電機(jī)正常勵(lì)磁，在控制電壓作用下以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，當(dāng)無控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)應(yīng)該立即停轉(zhuǎn)，假設(shè)電機(jī)仍能以某一轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，那么會(huì)造成失控，稱為“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象。為了克服“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象，首先在設(shè)計(jì)上轉(zhuǎn)子電阻必須足夠大，以使正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm+>1；另外，在制造過程中還應(yīng)該防止因工藝不良造成控制電壓切除后的氣隙磁場(chǎng)不是單相脈振磁場(chǎng)，而是稍有橢圓的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象，單相供電時(shí)電機(jī)的合成電磁轉(zhuǎn)矩在整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)均應(yīng)為負(fù)值，即在整個(gè)機(jī)械特性曲線上轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩符號(hào)始終相反，此時(shí)機(jī)械特性位于第二、四象限。4．兩相繞組有效匝數(shù)不等的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，假設(shè)外施兩相對(duì)稱電壓，電機(jī)中能否得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？假設(shè)要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩相繞組的外施電壓應(yīng)滿足什么條件？答：對(duì)于兩相繞組有效匝數(shù)不等的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，假設(shè)外施兩相對(duì)稱電壓，電機(jī)中不能得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。假設(shè)要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩相電壓的比值應(yīng)等于兩相繞組的有效匝數(shù)比，且相位上相差。5．幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，假設(shè)有效信號(hào)系數(shù)e由0變化到1，電機(jī)中的正序、負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)的大小將如何變化？答：在幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)中，假設(shè)有效信號(hào)系數(shù)e為0，在滿足無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象的條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，此時(shí)正、負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)大小相等，合成磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁動(dòng)勢(shì)；假設(shè)有效信號(hào)系數(shù)e為1，那么合成磁動(dòng)勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，即只有正序磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)幅值為零；假設(shè)有效信號(hào)系數(shù)0<e<1，那么合成磁動(dòng)勢(shì)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)的幅值小于正序磁動(dòng)勢(shì)幅值，并且隨著有效信號(hào)系數(shù)e的增大，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)的幅值逐漸減小。6．幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)e≠1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速為何低于同步轉(zhuǎn)速？當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速為什么隨之降低?答：對(duì)于幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)有效信號(hào)e小于1時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，氣隙磁場(chǎng)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)序磁場(chǎng)產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，合成電磁轉(zhuǎn)矩等于0，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的理想空載狀態(tài)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速即為理想空載轉(zhuǎn)速，顯然這一轉(zhuǎn)速低于同步速。當(dāng)控制電壓降低時(shí)，有效信號(hào)系數(shù)變小，磁場(chǎng)的橢圓度變大，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及相應(yīng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，因此電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速隨之降低。7．幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，有效信號(hào)系數(shù)e=1時(shí)，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速是多少？假設(shè)采用幅值-相位控制，并按起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)選擇電容和控制繞組電壓，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速能否到達(dá)同步轉(zhuǎn)速？為什么？答：對(duì)于幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電機(jī)，當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)e=1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速。對(duì)于幅值-相位控制的兩相感應(yīng)伺服電機(jī)，假設(shè)按起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)選擇電容和控制繞組電壓，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后便成為橢圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的反向轉(zhuǎn)矩的作用，理想空載轉(zhuǎn)速將低于同步轉(zhuǎn)速。8．兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)為何常采用中頻電源供電？答：為了提高控制精度，希望伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性為線性。但兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)特性的線性度較差，只在轉(zhuǎn)速很低〔轉(zhuǎn)速標(biāo)么值很小〕時(shí)近似為線性關(guān)系。因此為了使伺服電動(dòng)機(jī)能工作在調(diào)節(jié)特性的線性范圍內(nèi)，應(yīng)使其始終在較小的轉(zhuǎn)速標(biāo)么值下運(yùn)行，這樣，為了提高電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，就需提高伺服電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，所以常采用中頻電源供電。9．如何改變兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?為什么?答：當(dāng)控制電壓相對(duì)于勵(lì)磁電壓的相位由滯后變?yōu)槌啊不蚍粗?，電機(jī)的轉(zhuǎn)向就會(huì)改變。這可以通過將控制繞組〔或勵(lì)磁繞組〕的兩端對(duì)調(diào)實(shí)現(xiàn)，對(duì)調(diào)后控制電壓〔勵(lì)磁電壓〕反相，其與勵(lì)磁電壓〔控制電壓〕相位的超前滯后關(guān)系隨之改變。10．機(jī)械特性非線性和有效信號(hào)系數(shù)大小對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能各有何影響？答：考慮機(jī)械特性的非線性，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律已經(jīng)不再呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，其動(dòng)態(tài)性能將優(yōu)于線性機(jī)械特性時(shí)。但由于實(shí)際兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的μ值不超過0.2，因而忽略非線性對(duì)機(jī)電時(shí)間常數(shù)的影響造成的誤差不超過22%，因此機(jī)械特性非線性對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響不大，其作用常可忽略。有效信號(hào)系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響較為顯著，隨著有效信號(hào)系數(shù)的減小，控制電壓降低，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能會(huì)變差，當(dāng)控制電壓較小時(shí)，其過渡過程時(shí)間可延長(zhǎng)約一倍。11．兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有哪些?各是如何定義的?答：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有：〔1〕空載始動(dòng)電壓：在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的最小控制電壓?！?〕機(jī)械特性非線性度：在額定勵(lì)磁下，將任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械特性與線性機(jī)械特性在轉(zhuǎn)矩時(shí)的速度偏差與空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)定義為機(jī)械特性的非線性度?！?〕調(diào)節(jié)特性的非線性度：在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，當(dāng)時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差與時(shí)的空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)定義為調(diào)節(jié)特性的非線性度?！?〕機(jī)電時(shí)間常數(shù)：對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)而言，機(jī)電時(shí)間常數(shù)是反映電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)是用對(duì)稱狀態(tài)下的空載轉(zhuǎn)速代替同步轉(zhuǎn)速按照下式計(jì)算所得，式中Tk0為對(duì)稱狀態(tài)下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。12．何為兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)?額定功率含義如何?答：當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于對(duì)稱狀態(tài)時(shí)，其輸出功率是隨轉(zhuǎn)速變化的，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近空載轉(zhuǎn)速的一半時(shí)，輸出功率最大，通常就把這個(gè)點(diǎn)規(guī)定為兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)。電機(jī)可以在這個(gè)狀態(tài)下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不過熱。這個(gè)最大的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)的額定功率。13．一臺(tái)兩極的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁繞組通以400Hz的交流電，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=18000r/min時(shí)，使控制電壓Uc=0，問此瞬時(shí)：(1)正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速率(即轉(zhuǎn)差率)為多少?(2)正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率各為多少?(3)正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩方向和大小是否一樣?哪個(gè)大?為什么?解：(1)電機(jī)的同步速轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為(2)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率為反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率為不一樣。正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。在控制電壓Uc=0的瞬時(shí)，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。這是因?yàn)閷?duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，為了防止自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子電阻必須足夠大，以使單相供電時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩在整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)為負(fù)值14．有一臺(tái)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，歸算到勵(lì)磁繞組的轉(zhuǎn)子電阻和勵(lì)磁電抗為rr'=2Xm，假設(shè)忽略定子繞組電阻和定、轉(zhuǎn)子繞組漏抗，試計(jì)算采用幅值控制和幅值-相位控制并在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種情況下，它們的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之比是多少？幅值-相位控制時(shí)電容容抗XCa應(yīng)為Xm的多少倍？解：由兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的等效電路，在上述條件下，歸算到勵(lì)磁繞組的堵轉(zhuǎn)電阻和電抗分別為，假設(shè)采用幅值-相位控制，并要求起動(dòng)時(shí)為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，那么勵(lì)磁繞組應(yīng)串聯(lián)的電容容抗為設(shè)電源電壓為U1，那么幅值控制在堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流和電磁功率分別為幅值-相位控制在堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流和電磁功率分別為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的比值為15．一臺(tái)400Hz的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，控制繞組和勵(lì)磁繞組的有效匝數(shù)比kcf=1，當(dāng)勵(lì)磁繞組電壓Uf=110V，而控制繞組電壓Uc=0時(shí)，測(cè)量勵(lì)磁電流為If=0.2A，假設(shè)將If中的無功分量用并聯(lián)電容補(bǔ)償之后，測(cè)得有功分量Ifa=0.1A，試問：(1)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)阻抗Rck和Xck各等于多少?(2)如果采用幅值-相位控制，為在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，應(yīng)在勵(lì)磁繞組中串多大電容?假設(shè)電源電壓U1=110V，此時(shí)控制電壓Uc應(yīng)為多大？勵(lì)磁繞組電壓Uf為多少？解：〔1〕由題意可知，堵轉(zhuǎn)阻抗為當(dāng)勵(lì)磁電流為0.2A時(shí)，其有功分量為0.1A，因此有ΩΩ〔2〕為在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電容的容抗應(yīng)為Ω相應(yīng)電容值μF有效信號(hào)系數(shù)應(yīng)為相應(yīng)地，控制繞組電壓應(yīng)為V電容電壓為根據(jù)電壓相量圖，考慮到此時(shí)應(yīng)領(lǐng)先90o電角度，故勵(lì)磁繞組電壓為V可見，勵(lì)磁電壓與控制電壓大小相等，相位差90o電角度16．三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，為什么要在變頻的同時(shí)變壓？試畫出通常采用的電壓-頻率協(xié)調(diào)關(guān)系，并說明為什么要采用這樣的電壓-頻率關(guān)系。答：在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速過程中，通常希望電機(jī)的磁通近似保持不變。因?yàn)槿绻磐p少，意味著電動(dòng)機(jī)的鐵心沒有得到充分利用，是一種浪費(fèi)；如果磁通過分增加，又會(huì)使鐵心飽和，引起定子電流勵(lì)磁分量的急劇增加，導(dǎo)致功率因數(shù)下降，損耗增加，電機(jī)發(fā)熱等一系列問題。為此在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速過程中，需進(jìn)行電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，使電動(dòng)機(jī)的電壓隨著頻率的變化而變化，即必須在變頻的同時(shí)變壓。通常采用的電壓-頻率協(xié)調(diào)關(guān)系如下圖，在基頻以下采用恒壓頻比或帶低頻補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制，基頻以上為恒壓變頻。在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eg=4.44fNkN1Φm，考慮到定子漏阻抗壓降相對(duì)較小，假設(shè)忽略其影響，那么有定子電壓Us≈Eg=4.44fNkN1Φm，這意味著假設(shè)要使磁通Φm近似不變，電壓應(yīng)隨頻率成比例變化，即應(yīng)采用恒壓頻比控制。當(dāng)計(jì)及定子電阻壓降的影響，采用恒壓頻比控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩最大值會(huì)隨著頻率的降低而下降，低頻時(shí)由于定子電阻壓降的相對(duì)值較大，最大轉(zhuǎn)矩下降較多，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的帶載能力。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，往往要求在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)過載能力不變，因此希望變頻運(yùn)行時(shí)不同頻率下的最大轉(zhuǎn)矩保持恒定，為此通常需在低頻時(shí)進(jìn)行電壓補(bǔ)償，即在Us/f1=常數(shù)的根底上，適當(dāng)提上下頻時(shí)的電壓，以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響。當(dāng)頻率到達(dá)額定頻率時(shí)，電機(jī)端電壓已到達(dá)額定值，因此在基頻以上運(yùn)行時(shí)，假設(shè)要保持磁通恒定，所要求電壓將大于額定電壓，考慮到逆變器輸出電壓及電動(dòng)機(jī)額定電壓的限制，基頻以上通常采用恒壓變頻，即使Us=UsN，此時(shí)電機(jī)的磁通將隨著頻率增加而減小。17．試說明三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制的根本思想。答：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制的根本思想是：借助于坐標(biāo)變換，把實(shí)際的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等效成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流電動(dòng)機(jī)。在一個(gè)適中選擇的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)相似的轉(zhuǎn)矩公式，且定子電流中的轉(zhuǎn)矩分量與勵(lì)磁分量可以實(shí)現(xiàn)解耦，分別相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)中的電樞電流和勵(lì)磁電流，這樣在該坐標(biāo)系中三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就可以像直流電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行控制，從而使得三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有與直流伺服電動(dòng)機(jī)相似的動(dòng)態(tài)性能。18.何謂坐標(biāo)變換？交流電機(jī)分析與控制中坐標(biāo)變換的物理意義是什么？答：從數(shù)學(xué)的角度看，所謂坐標(biāo)變換就是將方程中原來的變量用一組新的變量代替，或者說用新的坐標(biāo)系去替換原來的坐標(biāo)系。從物理意義上看，電機(jī)分析與控制中的坐標(biāo)變換可以看作是電機(jī)繞組的等效變換。19.設(shè)有一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，定子繞組通入角頻率為1的三相對(duì)稱正弦電流試求：〔1〕通過三相-兩相變換變換到坐標(biāo)系中的兩相電流i、i；〔2〕在以1旋轉(zhuǎn)的同步dq坐標(biāo)系中的兩相電流id、iq〔設(shè)t=0時(shí)d軸與A軸重合〕。解：〔1〕坐標(biāo)系中的兩相電流i、i為〔2〕設(shè)某時(shí)刻d軸領(lǐng)先A軸的電角度為，那么dq坐標(biāo)系中的兩相電流為假設(shè)dq坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速為1，且t=0時(shí)d軸與A軸重合，那么有代入上式，得可見，dq坐標(biāo)系中的電流為直流。20．何謂“偽靜止〞繞組？在兩相靜止的坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系中，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組哪些是“偽靜止〞繞組？答：偽靜止繞組具有靜止和旋轉(zhuǎn)雙重屬性：一方面從產(chǎn)生磁場(chǎng)的角度講，它相當(dāng)于靜止繞組，繞組電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)軸線在空間靜止不動(dòng)；但另一方面從產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的角度講，繞組又具有旋轉(zhuǎn)的屬性，即除了因磁場(chǎng)變化而在繞組中產(chǎn)生變壓器電動(dòng)勢(shì)外，繞組還會(huì)因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生速度電動(dòng)勢(shì)。在坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子繞組為偽靜止繞組，定子繞組是真正的靜止繞組；而在同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系中，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組均為偽靜止繞組〔轉(zhuǎn)速等于同步速時(shí)除外〕。21．何謂按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系？試寫出在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的根本方程，推導(dǎo)其矢量控制方程，并據(jù)此說明感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制原理。答：所謂按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，是指使dq坐標(biāo)系的d軸始終與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縭的方向一致，為了與未定向的dq坐標(biāo)系加以區(qū)別，常將定向后的d軸改稱M〔Magnetization〕軸，相應(yīng)地q軸改稱T〔Torque〕軸，定向后的坐標(biāo)系稱為按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系。在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中，定子電壓方程和定子磁鏈方程分別為轉(zhuǎn)子電壓方程和轉(zhuǎn)子磁鏈方程為轉(zhuǎn)矩公式為由轉(zhuǎn)子磁鏈方程，將轉(zhuǎn)子電流用轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流表達(dá)，然后代入轉(zhuǎn)子電壓方程和轉(zhuǎn)矩公式，可得下述矢量控制方程：或，，由矢量控制方程可見，轉(zhuǎn)子磁鏈r僅由定子電流的M軸分量isM產(chǎn)生，與T軸分量isT無關(guān)，而電磁轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)子磁鏈r和isT共同決定，在r一定的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與isT成正比。因此在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中，isM是產(chǎn)生有效磁場(chǎng)〔轉(zhuǎn)子磁鏈r〕的勵(lì)磁分量，相當(dāng)于直流伺服電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁電流if，稱為定子電流的勵(lì)磁分量，通過控制isM可以控制r的大小；而定子電流的T軸分量isT是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的有效分量，相當(dāng)于直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞電流ia，稱為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。由于isT不影響轉(zhuǎn)子磁鏈r，所以定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量是解耦的，它們分別對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響，因此在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中我們可以象在直流電機(jī)中分別控制電樞電流和勵(lì)磁電流一樣，通過對(duì)isT和isM的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈的控制。22．感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，何謂直接定向矢量控制？何謂間接定向矢量控制？其MT坐標(biāo)系各是如何確定的？答：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，根據(jù)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向MT坐標(biāo)系M軸空間位置角確實(shí)定方法不同，分為直接定向和間接定向兩大類。在直接定向矢量控制系統(tǒng)中，角通過反響的方式產(chǎn)生，即根據(jù)有關(guān)量的實(shí)測(cè)值通過各種轉(zhuǎn)子磁鏈模型計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的大小及其空間位置角，故也叫做磁通檢測(cè)型或磁通反響型矢量控制。直接定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈檢測(cè)方法有多種，例如：可以根據(jù)定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的實(shí)測(cè)值，通過電流模型法獲得。間接定向矢量控制系統(tǒng)中，角以前饋的方式產(chǎn)生，即由給定值利用轉(zhuǎn)差公式獲得，故也叫做前饋型或轉(zhuǎn)差型矢量控制。轉(zhuǎn)差型矢量控制中，根據(jù)轉(zhuǎn)差公式，利用轉(zhuǎn)子磁鏈給定值r*和定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定值isT*計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率給定值ωsl*，ωsl*與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速ωr之和即為M軸的旋轉(zhuǎn)角速度ω1*，其積分即為M軸的空間位置角。23．在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中，為什么感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子電流有T軸分量〔isT≠0〕而轉(zhuǎn)子磁鏈卻無T軸分量〔rT=0〕？答：由MT坐標(biāo)系中的T軸轉(zhuǎn)子磁鏈方程可知，轉(zhuǎn)子T軸電流，這意味著轉(zhuǎn)子T軸電流產(chǎn)生的自感磁鏈，即該磁鏈與定子電流T軸分量isT在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的互感磁鏈大小相等、極性相反，因此isT在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的互感磁鏈全部被轉(zhuǎn)子T軸電流產(chǎn)生的自感磁鏈所抵消，故轉(zhuǎn)子磁鏈并無T軸分量。第3章無刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)1．無刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)中，外表式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各有何特點(diǎn)？答：外表式轉(zhuǎn)子的永磁體通常呈瓦片形，通過環(huán)氧樹脂粘貼等方式直接固定在轉(zhuǎn)子鐵心外表上，由于永磁體的磁導(dǎo)率與氣隙相近，因此其交、直軸磁路磁阻根本相同，屬于隱極式同步電動(dòng)機(jī)；內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，由于直軸磁通的磁路除了通過氣隙和鐵心外尚需穿過兩個(gè)永磁體，這相當(dāng)于在直軸磁路上串聯(lián)了兩個(gè)長(zhǎng)度等于永磁體厚度的氣隙，使直軸磁路磁阻大于交軸磁路，因此屬于凸極同步電動(dòng)機(jī)。2．同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，何謂他控變頻？何謂自控變頻？永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)通常采用何種變頻方式？為什么？答：他控變頻是指用獨(dú)立的變頻裝置給同步電動(dòng)機(jī)供電，通過直接改變變頻裝置的輸出頻率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，是一種頻率開環(huán)控制方式。自控變頻方式中所用的變頻裝置是非獨(dú)立的，其輸出電流〔電壓〕的頻率和相位受反映轉(zhuǎn)子磁極空間位置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)控制，是一種定子繞組供電電源的頻率和相位自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子磁極空間位置的閉環(huán)控制方式。永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)通常采用自控變頻方式。他控變頻時(shí)，當(dāng)頻率給定值一定，變頻器的輸出頻率恒定，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行情況與恒頻電源供電時(shí)無異，也會(huì)產(chǎn)生恒頻電源供電時(shí)的振蕩、失步等現(xiàn)象。而自控變頻中由于電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率始終和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持同步，不會(huì)出現(xiàn)振蕩和失步，因此永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)通常采用自控變頻方式。3．無刷永磁電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)主要由哪幾局部組成？試說明各局部的作用及它們之間的相互關(guān)系。答：無刷永磁電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)主要由4個(gè)局部組成：永磁同步電動(dòng)機(jī)SM、轉(zhuǎn)子位置傳感器PS、逆變器和控制器。由轉(zhuǎn)子位置傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁極的空間位置信號(hào)，并將其提供應(yīng)控制器；控制器根據(jù)來自外部的控制信號(hào)和來自位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，產(chǎn)生逆變器中各功率開關(guān)器件的通斷信號(hào)；最終由逆變器將輸入直流電轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)頻率和相位的交流電流和電壓，供應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)。4．正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是什么？?jī)煞N電機(jī)在結(jié)構(gòu)上有何差異？答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為正弦波，為了產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，定子繞組應(yīng)通入正弦波電流；而無刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為梯形波，為了產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，定子繞組電流應(yīng)為方波。無刷直流電動(dòng)機(jī)中，為了得到平頂局部具有足夠?qū)挾鹊奶菪尾ǜ袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子常采用外表式或嵌入式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鋼呈弧形〔瓦片形〕，并采用徑向充磁方式，這樣磁極下的氣隙均勻，永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)的空間分布接近于矩形波或梯形波，定子方面假設(shè)采用整距集中繞組，就可以得到近似為梯形波的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于內(nèi)置式轉(zhuǎn)子很難產(chǎn)生梯形波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，無刷直流電動(dòng)機(jī)一般不宜采用這種結(jié)構(gòu)。正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子既可以采用外表式和嵌入式結(jié)構(gòu)，也可以采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。為產(chǎn)生正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使氣隙磁密盡可能呈正弦分布。以外表式結(jié)構(gòu)為例，在正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子磁鋼外表常呈拋物線形，并采用平行充磁方式；定子方面采用短距分布繞組或正弦繞組，以最大限度地抑制諧波磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形的影響。5．為什么說無刷直流電動(dòng)機(jī)既可以看作是直流電動(dòng)機(jī)，又可以看作是一種自控變頻同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)？答：無刷直流電動(dòng)機(jī)是由直流電動(dòng)機(jī)開展而來的，其出發(fā)點(diǎn)是用由轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變器構(gòu)成的電子換向器取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向器，把輸入直流電流轉(zhuǎn)換成交變的方波電流輸入多相電樞繞組，其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方式、控制方法和運(yùn)行性能都與直流電動(dòng)機(jī)十分相似，由于省去了機(jī)械換向器和電刷，故得名為無刷直流電動(dòng)機(jī)。但是從另一方面看，就電動(dòng)機(jī)本體而言，無刷直流電動(dòng)機(jī)與正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)差異不大；從控制系統(tǒng)的角度看，無刷直流電動(dòng)機(jī)也是由逆變器供電的，并且工作在自控變頻方式或自同步方式下，因此它又是一種自控變頻同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。6．簡(jiǎn)述工作于二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。答：無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，改變逆變器各功率開關(guān)的通斷狀態(tài)，以控制電樞繞組的導(dǎo)通情況及繞組電流的方向，即實(shí)現(xiàn)繞組電流的換相，在直流電流一定的情況下，使永磁磁極所覆蓋線圈邊中的電流方向及大小均保持不變，導(dǎo)體所受電磁力在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩的大小和方向也保持不變，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)。對(duì)于工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60°電角度，就進(jìn)行一次換相，使繞組導(dǎo)通情況改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，對(duì)應(yīng)于360°電角度，需進(jìn)行6次換相，相應(yīng)地定子繞組有六種導(dǎo)通狀態(tài)，而在每個(gè)60°區(qū)間只有兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通，另外一相繞組電流為零。7．為什么說在無刷直流電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變器起到了“電子換向器〞的作用？答：根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，為了能產(chǎn)生大小、方向均保持不變的電磁轉(zhuǎn)矩，每一主磁極下電樞繞組元件邊中的電流方向應(yīng)相同并保持不變，但因每一元件邊均隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而輪流經(jīng)過N、S極，故各元件邊中的電流方向必須相應(yīng)交替變化，即必須為交變電流。在有刷直流電動(dòng)機(jī)中，把外部輸入直流電變換成電樞繞組中的交變電流是由電刷和機(jī)械式換向器完成的，每當(dāng)一個(gè)元件邊經(jīng)過幾何中性線由N極轉(zhuǎn)到S極下或由S極轉(zhuǎn)到N極下時(shí)，通過電刷和機(jī)械換向器使繞組電流改變方向。而在無刷直流電動(dòng)機(jī)中將直流電動(dòng)機(jī)反裝，即將永磁體磁極放在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組成為靜止的定子繞組，為了使定子繞組中的電流方向能隨其線圈邊所在處的磁場(chǎng)極性交替變化，將定子繞組與逆變器連接，并安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，以檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，由轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，確定電樞繞組各線圈邊所在處磁場(chǎng)的極性，據(jù)此控制逆變器中功率開關(guān)器件的通斷，從而控制電樞繞組的導(dǎo)通情況及繞組電流的方向，顯然在這里轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變器起到了“電子換向器〞的作用。8．無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)有何特點(diǎn)？答：無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)不是勻速旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，而是跳躍式前進(jìn)的步進(jìn)磁動(dòng)勢(shì)，對(duì)于工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60°電角度，電樞磁動(dòng)勢(shì)跳躍前進(jìn)60°，電樞磁動(dòng)勢(shì)領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的電角度始終保持在60°~120°之間。9．試畫出理想情況下三相無刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形，并據(jù)此說明其轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)條件。答：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形圖略。三相無刷直流電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為考慮到任意時(shí)刻三相繞組中只有兩相導(dǎo)通，設(shè)上橋臂導(dǎo)通相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流分別為e1、i1，下橋臂導(dǎo)通相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為e2、i2，考慮到i1=-i2=Id，那么有可見，在一定轉(zhuǎn)速下要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)的話，繞組電流Id和導(dǎo)通兩相的線電動(dòng)勢(shì)〔e1-e2〕均應(yīng)保持恒定，為此，繞組電流應(yīng)為120°的矩形波，且導(dǎo)通兩相均應(yīng)始終處于電動(dòng)勢(shì)波形的平頂局部，即梯形波電動(dòng)勢(shì)的平頂寬度應(yīng)大于120°電角度，同時(shí)換相時(shí)刻必須準(zhǔn)確。10．試比擬無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)速公式和機(jī)械特性。答：有刷直流電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)速公式和機(jī)械特性方程如表所示。有刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)速公式機(jī)械特性方程考慮到Ke與永磁體在定子繞組產(chǎn)生的永磁磁鏈成正比，而，可見無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的相應(yīng)公式在形式上相同。11．工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)有何要求？如何根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)得到逆變器各功率開關(guān)的控制信號(hào)？答：工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子位置信號(hào)應(yīng)為三路上下電平各為180°、相位依次差120°〔或者60°〕電角度的方波信號(hào)，而且三路方波信號(hào)的跳變時(shí)刻應(yīng)該與換相時(shí)刻對(duì)應(yīng)，即應(yīng)滯后各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)30°電角度。假設(shè)無刷直流電動(dòng)機(jī)采用微處理器控制，可以將三路位置信號(hào)作為3位二進(jìn)制數(shù)由I/O端口輸入，由于轉(zhuǎn)子處于不同的60°區(qū)間，其所形成的3位二進(jìn)制數(shù)代碼不同，微處理器可根據(jù)這3位二進(jìn)制代碼，判斷轉(zhuǎn)子所在60°區(qū)間，并據(jù)此產(chǎn)生逆變器功率開關(guān)的通斷信號(hào)。各功率開關(guān)的控制信號(hào)也可以由硬件譯碼電路產(chǎn)生，由三路位置信號(hào)通過邏輯運(yùn)算就可以得到六個(gè)功率開關(guān)的導(dǎo)通信號(hào)，這種譯碼電路常稱為換相邏輯電路。不同運(yùn)行狀態(tài)下各功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位置信號(hào)的邏輯關(guān)系見教材表3-1。12．無刷直流電動(dòng)機(jī)如何調(diào)速？當(dāng)采用PWM控制時(shí)，何謂反響斬波方式？何謂續(xù)流斬波方式？何謂PWM電壓控制？何謂PWM電流控制？答：無刷直流電動(dòng)機(jī)既可以通過改變直流電壓Ud調(diào)速，也可以在直流電源電壓Ud一定的情況下，通過對(duì)逆變器的功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，連續(xù)地調(diào)節(jié)施加到電動(dòng)機(jī)繞組的平均電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。反響斬波：對(duì)上、下橋臂兩只功率開關(guān)同時(shí)進(jìn)行PWM控制。續(xù)流斬波：只對(duì)上、下橋臂中的一只功率開關(guān)施加PWM信號(hào)，另一只功率開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)，即另一只開關(guān)僅受換相邏輯控制，而不受PWM信號(hào)影響。PWM電壓控制：直接通過改變占空比調(diào)節(jié)施加到定子繞組的電壓平均值。PWM電流控制：根據(jù)電流實(shí)測(cè)值與給定值的偏差產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，對(duì)電流瞬時(shí)值進(jìn)行控制，以使電流實(shí)際值跟蹤其給定值的PWM方式。13．無刷直流電動(dòng)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)運(yùn)行？如何實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)？答：由無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極處于某一空間位置時(shí)，只要改變N、S極下導(dǎo)通繞組中電流的方向，就可以改變所產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的方向，因此只要使各相繞組電流波形與正向電動(dòng)狀態(tài)時(shí)反相，就可以使無刷直流電動(dòng)機(jī)由正向電動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)入正向制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。即正向制動(dòng)狀態(tài)下，在各相電動(dòng)勢(shì)波形正半波平頂局部應(yīng)使繞組流過反向電流，在各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)負(fù)半波平頂局部，應(yīng)使繞組流過正向電流。這可以通過改變各功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位置信號(hào)的關(guān)系實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)于正向電動(dòng)狀態(tài)的上橋臂導(dǎo)通信號(hào)，在正向制動(dòng)狀態(tài)下應(yīng)作為該相下橋臂導(dǎo)通信號(hào)，反之亦然。與此類似，通過改變各功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位置信號(hào)的關(guān)系，就可以使電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，在反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)同樣有反向電動(dòng)和反向制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。14．在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要因素有哪些？答：理想情況下，三相無刷直流電動(dòng)機(jī)相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為平頂寬度大于120°的梯形波，繞組電流為正、負(fù)半波各120°電角度的方波，且方波電流與梯形波電動(dòng)勢(shì)相位一致，那么無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)，但對(duì)于實(shí)際電動(dòng)機(jī)上述理想條件很難滿足。首先，就感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形而言，既與永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)的空間分布有關(guān)，又與定子繞組結(jié)構(gòu)及是否采用斜槽等有關(guān)，平頂寬度可能小于120°電角度。其次，就繞組電流波形而言，由于電樞繞組電感的存在，繞組電流不能突變，一相繞組關(guān)斷、另一相繞組導(dǎo)通的換相不可能瞬間完成，需要一個(gè)過程，稱為換相過程。當(dāng)逆變器采用PWM控制時(shí)，還會(huì)使繞組電流產(chǎn)生紋波。因此實(shí)際電流波形并不是120°的方波。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形和繞組電流波形與理想波形的偏差均會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。其中由繞組電流換相引起的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響最大，換相期間可能產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩尖峰。此外，由于定子齒槽存在所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一個(gè)因素。如果因換相時(shí)刻不準(zhǔn)確導(dǎo)致繞組電流相位與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位不一致，也會(huì)使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。15．在正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中，何種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩？為什么？為使磁阻轉(zhuǎn)矩與永磁轉(zhuǎn)矩方向相同，對(duì)定子電流有何要求？答：當(dāng)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用嵌入式或內(nèi)置式結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子為嵌入式或內(nèi)置式的永磁同步電動(dòng)機(jī)，直軸磁路上由于永磁體的存在使磁阻增大，故Ld<Lq，由轉(zhuǎn)矩公式可知，當(dāng)id、iq均不為零時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。考慮到〔Ld-Lq〕<0，為使磁阻轉(zhuǎn)矩與永磁轉(zhuǎn)矩方向相同，應(yīng)使電動(dòng)機(jī)定子電流的直軸分量id<0。16．正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)控制中何謂id=0控制？為什么外表式永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用id=0控制？試說明id=0控制的主要優(yōu)缺點(diǎn)。答：所謂id=0控制就是在控制過程中始終使定子電流的d軸分量id為零，而僅通過對(duì)定子電流q軸分量iq的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。id=0控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩與定子電流幅值成正比，而且對(duì)于外表式正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于Ld=Lq，不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，id的大小與電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，通過使id=0可以使產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩所需的定子電流最小，從而減少損耗、提高效率。因此外表式正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用id=0控制。id=0控制也存在一些缺乏。采用id=0控制時(shí)電流矢量is總是滯后電壓矢量us一個(gè)角，這意味著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)總是滯后的，而且在一定轉(zhuǎn)速下隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，電流iq增大，電壓矢量與電流矢量的夾角增大，電機(jī)的功率因數(shù)降低。另外隨負(fù)載增加，所需的定子電壓矢量幅值也相應(yīng)增大，因此對(duì)變頻器的容量要求較高。不過對(duì)于外表式電機(jī)，由于等效氣隙大，電感Ld=Lq的值很小，因此角始終較小，上述問題并不嚴(yán)重。對(duì)于內(nèi)置式正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于q軸電感Lq較大，隨著負(fù)載增加會(huì)導(dǎo)致角顯著增大，功率因數(shù)明顯降低，而且同樣情況下所需的定子電壓也較大，考慮逆變器輸出電壓限制時(shí)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍減少，可見內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)采用id=0控制時(shí)性能不如外表式。17．正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)弱磁控制？為什么要進(jìn)行弱磁控制？答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制是通過增加定子直軸去磁電流分量來實(shí)現(xiàn)的，即利用負(fù)的定子直軸電流id產(chǎn)生去磁的直軸電樞反響磁鏈，局部地抵消永磁勵(lì)磁磁鏈的作用，從而使直軸磁鏈d及由此產(chǎn)生的速度電動(dòng)勢(shì)rd減少，以降低高速運(yùn)行時(shí)所需的外加電壓，提高逆變器極限電壓下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用弱磁控制可以擴(kuò)大正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。18．試比擬無刷直流電動(dòng)機(jī)和正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)。答：理想情況下，無刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為平頂寬度大于120的梯形波，電流波形為120的方波，而且電流波形與電動(dòng)勢(shì)波形同相位，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)。實(shí)際上由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形不理想及電流換相不能瞬間完成造成電流波形不理想會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，影響了其在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用，這是其最主要的缺點(diǎn)。此外，由于受感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形的限制，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍要比正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)小。無刷直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且功率密度和轉(zhuǎn)矩／電流優(yōu)于正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)。正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形均應(yīng)為正弦波，理想情況下轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高性能，在高性能伺服系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。與無刷直流電機(jī)相比，其主要缺點(diǎn)是本錢較高，特別是為了實(shí)現(xiàn)正弦電流控制需要使用高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器，而無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組電流每隔60電角度才換相一次，作為速度伺服時(shí)可以使用本錢低廉的分辨率為60的位置傳感器。19．正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制通常各建立在何種坐標(biāo)系上？控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)其坐標(biāo)系各如何確定？答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制通常建立在轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系上，坐標(biāo)系的d軸與轉(zhuǎn)子的磁極軸線重合；三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制通常建立在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系上，其M軸始終與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縭方向一致。控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的d軸空間位置角通常是由位于電動(dòng)機(jī)非負(fù)載端軸伸上的轉(zhuǎn)子位置傳感器直接檢測(cè)，而三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的M軸空間位置角需通過各種計(jì)算模型或觀測(cè)器進(jìn)行估算。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1.簡(jiǎn)述反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與根本工作原理。答：反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定、轉(zhuǎn)子組成。定、轉(zhuǎn)子鐵心為硅鋼片疊壓而成，在面向氣隙的定、轉(zhuǎn)子鐵心外表有齒形相同的小齒。定子為凸極結(jié)構(gòu)，每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒有繞組，轉(zhuǎn)子齒數(shù)與相數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系。以四相八極反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例來表達(dá)其工作原理：定子鐵心無小齒，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，轉(zhuǎn)子只有六個(gè)齒，齒寬等于定子極靴的寬度。當(dāng)只有一相通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，會(huì)使得轉(zhuǎn)子的齒軸線與該相的軸線相對(duì)齊。此時(shí)切換到相鄰的下一相通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，使得相鄰的齒軸線與通電相繞組軸線對(duì)齊，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走過了一個(gè)步距角，定子繞組輪流導(dǎo)通一次，轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)齒距角。依此周而復(fù)始，轉(zhuǎn)子就連續(xù)旋轉(zhuǎn)。2.何謂拍?單拍制和雙拍制有何區(qū)別？答：電源的通電方式每變換一次，稱為一拍。拍數(shù)等于相數(shù)時(shí)稱為單拍分配方式，拍數(shù)為相數(shù)的兩倍時(shí)稱為雙拍分配方式。3.何謂步距角？有幾種表示法？相互關(guān)系如何？答：每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度，稱為步距角。步距角可以用機(jī)械角度表示，也可以用電角度表示，在數(shù)值上兩者的比值為。4.影響步距角大小的因素有哪些？步距角大小對(duì)電機(jī)性能又有哪些影響？答：由步距角的計(jì)算公式可知，步距角的大小與運(yùn)行的拍數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有關(guān)。步距角越小，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度就越高。5.什么叫做矩角特性？什么叫做矩角特性曲線族？答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性可以由矩角特性來描述。矩角特性是不改變控制繞組通電狀態(tài)，也就是保持一相或幾相控制繞組通入直流電流時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系。在同一坐標(biāo)系中，依次畫出各相繞組分別通電時(shí)的矩角特性就是矩角特性曲線族。6.何謂靜穩(wěn)定區(qū)、動(dòng)穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定裕度？它們與步距角有什么關(guān)系？答：靜穩(wěn)定區(qū)：在失調(diào)角時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，該位置稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。在的區(qū)間內(nèi)，與的方向相反，也就是總是阻止的變化，假設(shè)由于外力矩〔負(fù)載〕使轉(zhuǎn)子偏離穩(wěn)定平衡點(diǎn)，只要在上述范圍內(nèi)，一旦去掉外力，轉(zhuǎn)子就能在靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下返回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)。上述區(qū)間稱為靜穩(wěn)定區(qū)。動(dòng)穩(wěn)定區(qū)：在理想空載狀態(tài)下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)切換到相鄰的另一相通電狀態(tài)，不至引起失步的區(qū)域，即。穩(wěn)定裕度：把矩角特性曲線n的穩(wěn)定平衡點(diǎn)O離開曲線〔n+1〕的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)()的距離，稱為“穩(wěn)定裕度〞。穩(wěn)定裕度為：步距角越小，穩(wěn)定與度越大。7.何謂運(yùn)行矩頻特性和運(yùn)行頻率？何謂起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性和起動(dòng)頻率？答：運(yùn)行矩頻特性：當(dāng)控制脈沖頻率到達(dá)一定數(shù)值之后，再增加頻率，由于電感的作用使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，渦流作用使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩又進(jìn)一步減小?？梢?，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是電源脈沖頻率的函數(shù)，把這種函數(shù)關(guān)系稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩—頻率特性，簡(jiǎn)稱為運(yùn)行矩頻特性。運(yùn)行頻率：當(dāng)控制電源的脈沖頻率連續(xù)提高時(shí)，在一定性質(zhì)和大小的負(fù)載下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能加到的最高頻率稱為最高連續(xù)運(yùn)行頻率或者最高跟蹤頻率。起動(dòng)矩頻特性：在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定時(shí)，起動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，稱作起動(dòng)矩頻特性。起動(dòng)慣頻特性：在給定的驅(qū)動(dòng)電源條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，起動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系，稱為起動(dòng)慣頻特性。起動(dòng)頻率：電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)時(shí)所能加的最高控制頻率稱為起動(dòng)頻率或突跳頻率。8.負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率有何影響？為什么連續(xù)運(yùn)行頻率比起動(dòng)頻率高？答：隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加，起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率減小。起動(dòng)頻率低于運(yùn)行頻率是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速等于零，在起動(dòng)過程中，電磁轉(zhuǎn)矩除了克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還要克服轉(zhuǎn)動(dòng)局部的慣性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)行一步就需要更長(zhǎng)的時(shí)間。9.靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值與哪些因素有關(guān)？試求三相、四相和六相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)和一相通電時(shí)最大靜轉(zhuǎn)矩的比值。答：反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一相繞組通電時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值。由此可知，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值與每極控制繞組的磁動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子每極下的小齒數(shù)、鐵心長(zhǎng)度、氣隙比磁導(dǎo)中基波幅值有關(guān)，在電機(jī)確定的情況下，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值正比于氣隙磁動(dòng)勢(shì)幅值的平方，如果磁路不飽和，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值就正比于繞組電流有效值的平方。由公式可知，三相、四相和六相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)和一相通電時(shí)最大靜轉(zhuǎn)矩的比值分別是：1、和。10.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角小、最大靜轉(zhuǎn)矩大時(shí)，起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高還是低？為什么？答：當(dāng)步距角小，最大靜轉(zhuǎn)矩大時(shí)，使得矩角特性躍變角變小。每一步穩(wěn)定時(shí)所用的反響時(shí)間變小，起動(dòng)和運(yùn)行頻率會(huì)變高。11.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)發(fā)生振蕩現(xiàn)象？什么條件下易發(fā)生共振和丟步現(xiàn)象？如何防止？答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)，即通電脈沖的間隔時(shí)間大于其機(jī)電過渡過程所需的時(shí)間時(shí)，其轉(zhuǎn)子是經(jīng)過幾個(gè)振蕩周期后才穩(wěn)定在平衡位置的。從一相變換到另一相時(shí)矩角特性向前移動(dòng)了一個(gè)步距角，平衡位置發(fā)生改變。在新的矩角特性曲線上，由于慣性的作用，步進(jìn)電動(dòng)時(shí)機(jī)做無阻尼或者有阻尼的振蕩。隨著控制脈沖頻率增加，脈沖周期縮短，因而有可能會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)子振蕩還未完全衰減完的狀態(tài)時(shí)下一個(gè)脈沖到來的情況，此時(shí)如果控制脈沖的頻率與轉(zhuǎn)子固有振蕩為倍數(shù)關(guān)系，就會(huì)產(chǎn)生共振。另外，如果在下一個(gè)電脈沖到來時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)之外，就會(huì)出現(xiàn)低頻失步現(xiàn)象。采用較多的拍數(shù)，以及加上一定的阻尼和干摩擦負(fù)載，是擬制振蕩和防止共振的有效措施。12.綜述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及其含義？答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及其含義是：〔1〕最大靜轉(zhuǎn)矩：在規(guī)定的通電相數(shù)下，矩角特性上靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的最大值?！?〕步距角：輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度?！?〕靜態(tài)步距角誤差：實(shí)際步距角與理論步距角之間的差值，常用理論步距角的百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)值來表示。〔4〕起動(dòng)頻率和起動(dòng)頻率特性：起動(dòng)頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。起動(dòng)頻率特性分為起動(dòng)矩頻特性和起動(dòng)慣頻特性。起動(dòng)矩頻特性是指在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)載慣量一定時(shí)，起動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系；起動(dòng)慣頻特性是指在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，起動(dòng)頻率和負(fù)載慣量之間的關(guān)系?！?〕運(yùn)行頻率和運(yùn)行矩頻特性：運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的最高頻率。運(yùn)行矩頻特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨電源脈沖頻率變化的關(guān)系曲線。13.反響式、永磁式和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理上有何異同點(diǎn)？答：反響式、永磁式和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就根本工作原理來說是相同的，均為控制電源發(fā)出一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)步距角。但由于永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)轉(zhuǎn)子上由永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子要連續(xù)不斷的跟隨電源脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)，定子每相繞組必須雙向通電。14.一臺(tái)三相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50，試求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相三狀態(tài)和三相六狀態(tài)運(yùn)行式時(shí)的步距角？解：三相三拍：，，；三相六拍：15.一臺(tái)五相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角為1.5°/0.75°試問該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)是多少？解：五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)五相五拍運(yùn)行時(shí)，拍數(shù)，步距角轉(zhuǎn)子齒數(shù)16.一臺(tái)五相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)采用五相十拍運(yùn)行方式時(shí)，步距角為1.5°，假設(shè)電源脈沖頻率為3000Hz，試問電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少?解：拍數(shù)步距角，轉(zhuǎn)速17.一臺(tái)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，假設(shè)單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其幅值為，試求：⑴四相八拍運(yùn)行方式時(shí)一個(gè)循環(huán)的通電順序，并畫出各相控制電壓波形圖；⑵兩相同時(shí)通電時(shí)的最大靜轉(zhuǎn)矩；⑶分別做出單相及兩相通電時(shí)的矩角特性；⑷四相八拍運(yùn)行方式時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。解：假設(shè)各相繞組在空間的排列順序?yàn)锳CBD，那么：〔1〕電機(jī)四相八拍運(yùn)行時(shí)，一個(gè)循環(huán)的通電順序?yàn)锳→AC→C→CB→B→BD→D→DA→各相電壓的波形如下列圖所示。A相A相tC相tB相tD相t〔2〕二相同時(shí)通電時(shí)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值為〔3〕設(shè)A相單獨(dú)通電時(shí)，矩角特性為，那么C相單獨(dú)通電時(shí)的矩角特性為，二相同時(shí)通電時(shí)的矩角特性為。〔4〕電機(jī)四相八拍運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，解得，。18.一臺(tái)五相十拍運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)，在A相中測(cè)得電流頻率為600Hz，試求：⑴電機(jī)的步距角；⑵轉(zhuǎn)速；⑶設(shè)單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其幅值為30N·m，求三相同時(shí)通電時(shí)的最大靜轉(zhuǎn)矩。解：〔1〕步距角〔2〕電機(jī)轉(zhuǎn)速〔3〕三相同時(shí)通電時(shí)，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩19.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源有哪幾種類型？各有什么特點(diǎn)？答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要有單一電壓型、上下壓切換型、電流控制的高、低壓切換型和細(xì)分驅(qū)動(dòng)型四中。單一電壓型電源只用一種電壓，線路簡(jiǎn)單，功放元件少，本錢低。但由于主回路串聯(lián)電阻上要消耗功率，引起發(fā)熱和效率降低，這種電源只適用于驅(qū)動(dòng)小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或性能指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合。上下壓切換型電源利用高壓電源加快繞組初始導(dǎo)通時(shí)電流的上升速度，利用低壓電源維持電流根本為常值。這樣不但提高了電源效率，而且起動(dòng)和運(yùn)行頻率也比單一電壓型電源要高。電流控制的高、低壓切換電源，增加了一個(gè)電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，根據(jù)主回路電流的變化情況，反復(fù)地接通和關(guān)斷高壓電源，使電流波頂維持在需求的范圍內(nèi)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能得到了顯著的提高，相應(yīng)使起動(dòng)和運(yùn)行頻率升高。但因在線路中增加了電流反響環(huán)節(jié)，使其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本錢提高。細(xì)分驅(qū)動(dòng)電源就是把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原來的一步再分為假設(shè)干步，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)近似為勻速運(yùn)動(dòng)，并能在任何位置停步。這種驅(qū)動(dòng)方式下，控制繞組的電流由原來的矩形波改為階梯波。在輸入電流的每個(gè)臺(tái)階，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，電流的臺(tái)階數(shù)越多，電機(jī)的步距角越小。因此，電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性提高，低頻特性得到改善，負(fù)載能力也有所增加。第5章測(cè)速發(fā)電機(jī)1.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生誤差的原因有哪些？如何減小其影響？答：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生誤差的原因有電樞反響的影響、延遲換向的影響、溫度的影響、紋波的影響和電刷接觸壓降的影響等。為了減小電樞反響對(duì)輸出特性的影響，應(yīng)使轉(zhuǎn)速不超過允許的最高轉(zhuǎn)速，所接負(fù)載不小于給定的電阻值。對(duì)小容量的發(fā)電機(jī)，通常采用限制最高轉(zhuǎn)速的措施來減小延遲換向去磁效應(yīng)的影響。用勵(lì)磁回路串聯(lián)熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、串聯(lián)阻值較大的附加電阻、將磁路設(shè)計(jì)的比擬飽和來減小溫度對(duì)勵(lì)磁電流的影響。采用接觸壓降較小的電刷來減小電刷接觸壓降的影響。2.直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)有哪些？答：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)有：線性誤差，靈敏度，最高線性工作轉(zhuǎn)速和最小負(fù)載電阻，不靈敏區(qū)，輸出電壓的不對(duì)稱度，紋波系數(shù)等。3.在分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理中，哪些與直流機(jī)的情況相同，哪些與變壓器相同。請(qǐng)分析它們之間的相似之處和不同點(diǎn)。答：在分析感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理中，轉(zhuǎn)子等效交軸繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的，與直流電機(jī)的情況類似；而轉(zhuǎn)子交軸磁場(chǎng)在定子輸出繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的機(jī)理與變壓器相同，即磁通交變?cè)诶@中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4.轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，交流感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)為何沒有電壓輸出？轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，為何輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，但頻率卻與轉(zhuǎn)速無關(guān)?答：交流感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組共同產(chǎn)生的磁場(chǎng)其軸線與勵(lì)磁繞組軸線重合，與輸出繞組軸線正交，輸出繞組不交鏈磁通，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子等效直軸繞組仍然產(chǎn)生直軸磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子等效交軸繞組切割直軸磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，頻率為勵(lì)磁電源頻率，保持不變。該電動(dòng)勢(shì)在等效交軸繞組中產(chǎn)生電流，建立交軸磁場(chǎng)。交軸磁場(chǎng)在輸出繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，頻率為電源頻率保持不變。5.何為感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的線性誤差、相位誤差、剩余電壓和輸出斜率?答：感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的線性誤差是指在額定勵(lì)磁條件下，測(cè)速發(fā)電機(jī)在最大線性工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實(shí)際輸出電壓與理想線性輸出電壓的最大絕對(duì)誤差?Umax與線性輸出電壓特性所對(duì)應(yīng)的最大輸出電壓U2m之比。相位誤差是指在額定勵(lì)磁電壓下，發(fā)電機(jī)在最大線性工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出電壓基波分量與勵(lì)磁電壓基波分量間的相位差隨轉(zhuǎn)速的變化值?φ6.說明圖5-18相量圖上的各符號(hào)所代表的物理量及其相位關(guān)系，并說明相位誤差產(chǎn)生的原因。圖5-18答：圖5-18中，?f為沿著勵(lì)磁繞組軸線脈振的合成磁通，Ef為勵(lì)磁磁通?f在勵(lì)磁繞組中所產(chǎn)生的變壓器電動(dòng)勢(shì)，Erv為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割勵(lì)磁磁通?f產(chǎn)生的切割電動(dòng)勢(shì)，相位與?f相同。在Erv作用下產(chǎn)生滯后于Ervθ角的轉(zhuǎn)子電流Irv，由Irv產(chǎn)生的磁通?2與其同相位，因而也與?f的夾角為θ。由于磁通?2的交變，在輸出繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E2的相位滯后于7.請(qǐng)說明感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的剩余電壓各種分量的含義、產(chǎn)生的原因及對(duì)系統(tǒng)的影響。答：感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的剩余電壓可分為：1〕固定分量Ura，其大小與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)；2〕交變分量8.感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的線性誤差與哪些因素有關(guān)？為什么在工作時(shí)要規(guī)定最高轉(zhuǎn)速?答：感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的線性誤差與勵(lì)磁繞組的漏阻抗、杯形轉(zhuǎn)子漏電抗和交軸磁通引起直軸磁通的變化有關(guān)。線性誤差近似與轉(zhuǎn)速的平方成正比，限定最高轉(zhuǎn)速可以使線性誤差誤差限定在要求的范圍內(nèi)。9.簡(jiǎn)要說明在純電阻、純電感和純電容負(fù)載下，負(fù)載變化對(duì)感應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性的影響。假設(shè)要求輸出電壓的大小不受負(fù)載變化的影響，應(yīng)采用什么性質(zhì)的負(fù)載組合？答：純電阻負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載電阻的減小，輸出電壓也隨著減小，而輸出電壓的相位移卻增大。純電感負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載感抗的減小，輸出電壓和相位移都隨著減小。純電容負(fù)載時(shí)，隨著容抗的減小，相位移增大，輸出電壓先增大后減小。假設(shè)要求輸出電壓的大小不受負(fù)載變化的影響，采用電阻-電容負(fù)載。10.為什么測(cè)速發(fā)電機(jī)在使用時(shí)其負(fù)載阻抗不得小于規(guī)定值？答：當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，如果負(fù)載阻抗足夠大，即使負(fù)載阻抗在較大范圍內(nèi)變化，輸出電壓的大小和位移也幾乎不變，因此測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載阻抗不得小于規(guī)定的最小值。自整角機(jī)1．自整角機(jī)有什么用途?控制式和力矩式各有什么特點(diǎn)及應(yīng)用范圍?答：自整角機(jī)是一種將轉(zhuǎn)角變換成電壓信號(hào)或?qū)㈦妷盒盘?hào)變換成轉(zhuǎn)角，以實(shí)現(xiàn)角度傳輸、變換和指示的元件。它可以用于測(cè)量或控制遠(yuǎn)距離設(shè)備的角度位置，也可以在隨動(dòng)系統(tǒng)中用作機(jī)械設(shè)備之間的角度聯(lián)動(dòng)裝置，以使機(jī)械上互不相聯(lián)的兩根或兩根以上轉(zhuǎn)軸保持同步偏轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)。力矩式自整角機(jī)主要用于同步指示系統(tǒng)中，這類自整角機(jī)本身不能放大力矩，要帶動(dòng)接收機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載，必須要自整角機(jī)一方的驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)轉(zhuǎn)矩。力矩式自整角機(jī)為開環(huán)系統(tǒng)，它只適用于接收機(jī)軸上負(fù)載很輕〔如指針、刻度盤等〕，且角度傳輸精度要求不高的系統(tǒng)，如遠(yuǎn)距離指示液面的高度、閥門的開度、電梯和礦井提升機(jī)的位置、變壓器的分接開關(guān)位置等等?？刂剖阶哉菣C(jī)主要用于由自整角機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)。其接收機(jī)的轉(zhuǎn)軸不直接帶動(dòng)負(fù)載，即沒有力矩輸出。當(dāng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子之間存在角度差時(shí)，接收機(jī)將輸出與失調(diào)角呈正弦函數(shù)關(guān)系的電壓，將此電壓加給伺服放大器，用放大后的電壓來控制伺服電動(dòng)機(jī)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。與此同時(shí)接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也朝著減小失調(diào)角的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。直到接收機(jī)與發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角差為零，即到達(dá)協(xié)調(diào)位置時(shí)，接收機(jī)的輸出電壓為零，使伺服電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于接收機(jī)工作在變壓器狀態(tài)，通常稱其為自整角變壓器?？刂剖阶哉菣C(jī)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，它應(yīng)用于負(fù)載較大及精度要求高的隨動(dòng)系統(tǒng)。2．簡(jiǎn)述控制式和力矩式自整角機(jī)的工作原理。答：以一對(duì)自整角機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)為例，在控制式自整角機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)ZKF的勵(lì)磁繞組接電源，整步繞組與接收機(jī)ZKB的整步繞組對(duì)應(yīng)連接，ZKB輸出繞組的輸出電壓經(jīng)放大器放大后向伺服電動(dòng)機(jī)供電。假設(shè)接受機(jī)的轉(zhuǎn)子不在協(xié)調(diào)位置，那么ZKB有電壓輸出，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)還帶動(dòng)ZKB的轉(zhuǎn)子隨同負(fù)載一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使失調(diào)角減小，ZKB的輸出電壓隨之減小。當(dāng)?shù)竭_(dá)協(xié)調(diào)位置時(shí)，ZKB的輸出電壓為零，伺服電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在力矩式自整角機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)ZLF和接收機(jī)ZLJ的勵(lì)磁繞組接勵(lì)磁電源，整步繞組對(duì)應(yīng)連接。當(dāng)接收機(jī)與發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角不同時(shí)，接收機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生使失調(diào)角減小的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)負(fù)載和接收機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著失調(diào)角的減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，接收機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。只有理想空載時(shí)，失調(diào)角才等于零。3．一對(duì)控制式自整角機(jī)的協(xié)調(diào)位置和失調(diào)角是如何定義的?與力矩式有何不同?答：在一對(duì)控制式自整角機(jī)組成的隨動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)接收機(jī)〔自整角變壓器〕的輸出電壓為零時(shí)，即到達(dá)了協(xié)調(diào)位置。失調(diào)角。對(duì)于力矩式自整角機(jī)，協(xié)調(diào)位置是指自整角接收機(jī)轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩等于0的位置，失調(diào)角。4．在力矩式自整角機(jī)中，接收機(jī)整步轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的，其方向如何?此時(shí)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子上受不受整步轉(zhuǎn)矩的作用?答：在力矩式自整角機(jī)中，接收機(jī)ZLJ整步轉(zhuǎn)矩是由接收機(jī)整步繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)的交軸磁場(chǎng)分量與勵(lì)磁繞組電流相互作用產(chǎn)生的，該轉(zhuǎn)矩使接收機(jī)ZLJ轉(zhuǎn)子向失調(diào)角減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)發(fā)送機(jī)ZLF轉(zhuǎn)子上也受到方向相反整步轉(zhuǎn)矩。5．控制式和力矩式自整角機(jī)各有哪些性能指標(biāo)?都是如何定義的?答：控制式自整角機(jī)：電氣誤差理論上自整角變壓器和自整角發(fā)送機(jī)處于協(xié)調(diào)位置時(shí)，自整角變壓器輸出的電壓為零，但實(shí)際在協(xié)調(diào)位置時(shí)自整角變壓器輸出電壓不為零，而是，靜態(tài)時(shí)由所引起的誤差稱為ZKB的電氣誤差。零位電壓接收機(jī)與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子處于協(xié)調(diào)位置時(shí)，輸出繞組出現(xiàn)的端電壓叫做零位電壓。比電壓ZKB在協(xié)調(diào)位置附近，單位失調(diào)角時(shí)的輸出電壓稱為比電壓。輸出相位移輸出相位移是指ZKB輸出電壓的基波分量對(duì)ZKF勵(lì)磁電壓基波分量的時(shí)間相位差。速度誤差當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于ZKF定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)，并在兩定子繞組中產(chǎn)生附加電流和磁場(chǎng)，因而在ZKB輸出繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)稱為速度電動(dòng)勢(shì)，它正比于轉(zhuǎn)速。速度電動(dòng)勢(shì)和根本輸出電動(dòng)勢(shì)的相位不同，它可以分解為兩個(gè)分量：與根本輸出電壓同相位的分量和與其正交的分量。由于速度電動(dòng)勢(shì)分量的存在，使得最后ZKB轉(zhuǎn)子最后的位置不是出于的地方，而是使輸出電動(dòng)勢(shì)與相抵消的地方。這就偏離了協(xié)調(diào)位置角，造成了速度誤差。力矩式自整角機(jī)：靜態(tài)誤差理想狀態(tài)下，接收機(jī)應(yīng)與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)過相同角度。但由于接收機(jī)軸上存在摩擦轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩，所以是兩機(jī)的轉(zhuǎn)角出現(xiàn)差值。把靜態(tài)空載運(yùn)行而到達(dá)協(xié)調(diào)位置時(shí)，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度與接收機(jī)轉(zhuǎn)過的角度之差稱為靜態(tài)誤差。比整步轉(zhuǎn)矩在協(xié)調(diào)位置附近，失調(diào)角為時(shí)接收機(jī)上所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩。零位誤差當(dāng)ZLF的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁后，在理論上，從線電動(dòng)勢(shì)為零的某一位置開始，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過，整步繞組中至少有一線電動(dòng)勢(shì)為零。此位置為理論電氣零位。但由于設(shè)計(jì)、工藝、材料等因素的影響，實(shí)際電氣零位與理論電氣零位存在著差異，兩者之差稱為力矩式自整角機(jī)的零位誤差。阻尼時(shí)間強(qiáng)迫接收機(jī)轉(zhuǎn)子失調(diào)，放松后，經(jīng)過衰減振蕩到達(dá)協(xié)調(diào)位置時(shí)所需要的時(shí)間。6．差動(dòng)自整角機(jī)有什么用途?其結(jié)構(gòu)和聯(lián)接與普通自整角機(jī)有何異同?答：差動(dòng)自整角機(jī)的功能是與一對(duì)自整角機(jī)配合使用，把兩軸的角度之差或之和發(fā)送到第三軸上。差動(dòng)式自整角機(jī)采用隱極結(jié)構(gòu)，氣隙均勻，定、轉(zhuǎn)子上均是三相對(duì)稱繞組。定、轉(zhuǎn)子的三相繞組分別與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的整步繞組對(duì)應(yīng)相接。7．一對(duì)自整角機(jī)定子三相整步繞組的三根出線是否可以任意連接，假設(shè)仍與連接，而與連接，與連接，試問將會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果?答：不可以任意連接。當(dāng)仍與連接，而與連接，與連接時(shí)，將會(huì)使接收機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反。8．如果一對(duì)自整角機(jī)定子整步繞組的三根連線中有一根斷線，或接觸不良，試問能不能同步轉(zhuǎn)動(dòng)?答：不能同步轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)斷線時(shí)，電路不能構(gòu)成三相回路，接收機(jī)整步繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線不能保持與勵(lì)磁磁場(chǎng)同軸反向，破壞了原來的電磁關(guān)系。9．一對(duì)控制式自整角機(jī)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置如圖6-18所示。當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接電源后，在氣隙中產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，并在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，設(shè)定、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)比，定子回路每相總阻抗為Z，阻抗角為。求：(1)寫出發(fā)送機(jī)定子繞組各相電流瞬時(shí)值的表達(dá)式；(2)畫出自整角變壓器轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置；(3)求出失調(diào)角；(4)寫出輸出電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式〔設(shè)輸出電壓最大值為U2m〕。

圖6-18解：〔1〕：氣隙中產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，定、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)比，定子回路每相總阻抗為Z，阻抗角為。發(fā)收機(jī)三相整步繞組中的電動(dòng)勢(shì)為發(fā)收機(jī)三相整步繞組中的電流為〔2〕自整角變壓器轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置如下圖：〔3〕失調(diào)角〔4〕忽略鐵芯損耗時(shí)10．一對(duì)力矩式自整角機(jī)的接線和定、轉(zhuǎn)子位置如圖6-19所示。要求：(1)求出失調(diào)角，并畫出接收機(jī)的協(xié)調(diào)位置；(2)判