微特电机课后复习题.pdf

微特电机总复习微特电机总复习 第二章 伺服电动机 2 2 若直流伺服电动机的励磁电压下降 对电动机的机械特性和调节特性会有哪些影响 答 励磁电压下降则电枢电压减小 又由于机械特性是线性的 所以将导致理想空载转速降 低 电磁转矩减小 调节特性是指 电机负载转矩恒定时 电机转速值控制电压变化的关系 所以励磁电压下降将导致电机转速 n 下降 2 4 为什么两相伺服电动机的转子电阻要设计得相当大 若转子电阻过大 对电机的性能会 产生那些不利影响 答 原因有 1 为了增大调速范围 和起动转矩 2 为了使机械特性更接近线性 3 两相交流伺服电动机在控制信号消失后会产生自转现象 如果转子电阻足够大 则电动机 转子在脉振磁场作用下的合成电磁转矩始终为制动转矩 可以消除自转现象 并且可以 扩大其稳定运行范围 不过若转子电阻过大 会降低启动转矩 同时也会导致机械特性变硬 更多的能量将消耗在电 阻上 电机发热大 且快速响应性能变差 2 6若已知直流伺服电动机的转动惯量 J 如何从机械特性上求出电机的机电时间常数 如何加快电机的动态响应 5分 答 根据机械特性求得 n0 及 Td 即可求得 2 7 一台直流伺服电动机其电磁转矩为 0 2 倍额定电磁转矩时 测得始动电压为 4V 并当点 数电压 Ua 49V 时 电机转速为 1500r min 试求电机为额定电磁转矩 转速为 3000 日 min 时 应加多大的电枢电压 2 8 一台型号为45SY006的直流伺服电动机 额定电压27V 转速9000r min 功率28W 测得 电枢的转动惯量 J 6 228 10 6kg m2 电枢电压 Ua 13V 时测得 n0 4406r min 堵转转矩 Tk0 0 1006N m 按标准规定电动机的机电时间常数应不大于30ms 试问该电机的机电时间常 数是否符合要求 解 0 a U n Ce 得 0 14406 338 9 13 a n CeU Ta d a CU T R 得 13 129 2 0 1006 aa Td RU CT 6 21 60 26 228 10 13 338 9 129 2 60 2830 a m Te RJ CC msms 可见 该电机的机电时间常数符合要求 2 10 已知一台直流伺服电动机的电枢电压 Ua 110V 空裁电流 I0 0 005A 空载转速 n0 4600 r minRa 80 试求 1 当电枢电压 U 67 5aV 时的理想空载转速 n0及堵转转矩 Td 2 该电机若用放大器控制 放大器内阻 Ri 80 开路电压 Ui 67 5V 求这时的理想空载转速 n0和堵转转矩 Td 3 当阻力转矩 T1 T0由30 l0 3N m 增至40 l0 3N m 时 求上述两种情况下转速的变化 n 解 0 1100 005 80 0 0238 4600 aa a e UR I C n 1 理想空载转速 0 67 5 2836 min 0 0238 a e U nr C 堵转转矩 67 5 9 559 55 0 02380 192 m 80 a de a U TCN R 2 理想空载转速 0 67 5 2386 min 0 0238 i e U nr C 堵转转矩 67 5 9 559 55 0 02380 0959 80 80 i de ai U TCN m RR 3 电源电压直接控制 L0L 22 3 21L2L1 22 TT T 9 55 80 TT 40 30 10148 min 9 55 0 0238 aaaa eeTee a eT URUR n CC CCC R nnnr C C 负载增加后 转速下降了 148r min 经放大器控制 L0L 22 3 21L2L1 22 TT T 9 55 80 80 TT 40 30 10296 min 9 55 0 0238 iaiaai eeTee ai eT URRURR n CC CCC RR nnnr C C 负载增加后 转速下降 296r min 第三章 测速发电机 3 1直流测速发电机按励磁方式分有哪几种 各有什么特点 答 按励磁方式分为 电磁式 永磁式 电磁式 励磁绕组由外部直流电源供电 通电时产生磁场 永磁式 没有励磁绕组 所以可省去励磁电源 结构简单 使用方便 3 2 直流测速发电机的输出特性 在什么条件下是线性特性 产生误差的原因和改进的方法 是什么 P 51 54 答 测速发电机输出电压和转速的关系称为输出特征性即 Ua f u 当不考虑电枢反应 且认 为 Ra 和 Rl 都能保持为常数 斜率也是常数 输出特性便有线性关系 改进方法 1 电枢反应的影响 1 对电磁式直流测速发电机 在定子磁极上安装补偿绕组 Wc 2 在设计电机时 选择较小的线负荷和较大的空气隙 3 在使用时 转速不应超过最大线性工作转速 所以负载电阻不应小于最小负载电阻 2 电刷接触电阻的影响 为了减小电刷接触电压的影响 缩小不灵敏区 在直流测速发电机 中 常常采用导电性能好的黄铜 石墨电刷或含银金属电刷 实际使用时 选用较大的负载电 阻和适当的转子转速 3 电刷位置的影响 调整电刷位置 使其严格位于几何中性线上 4 温度的影响 1 设计电机时 磁路比较饱和 使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小 2 在 励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流 对测试精度要求比较高 的场合 可在励磁回路中串联具有负温度系数的热敏电阻并联网络 3 励磁回路由恒流源供电 5 纹波的影响 增加每条支路中串联的元件数 可以减小纹波 电枢采用斜槽结构 3 3 为什么直流测速发电机在使用时转速不宜超过规定的最高转速 而负载不能小于规定 值 答 由于电枢反应的去磁效应使线性误差增加 并且负载电阻越小或转速越高 电枢电流越 大 去磁效应越强 线性误差越大 故使用时转速不宜超过规定的最高转速 负载不能小于 规定值 3 5为什么异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构 而不用鼠笼式结构 答 根据结构特点笼形转子异步测速发电机输出斜率大 但线性度差 相位误差大 剩余电 压高 而空心杯形转子异步测速发电机的精度较高 转子转动惯量也小 性能稳定好 因此 异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构 而不用鼠笼式结构 3 7 异步测速发电机输出特性存在线性误差的主要原因有哪些 怎样确定线性误差的大小 答 异步测速发电机理想的输出特性也是一条直线 但实际上并非如此 引起误差的主要原 因是 d 的大小和相位都随着转速而变化 负载阻抗的大小和性质 励磁电源的性能 温度 以及剩余电压 其中剩余电压是引起误差的主要原因 将实际输出电压与理想 线性 输出电压的最大差值 m U 与对应最大转速 max n 技术条件规 定的 的最大理想 线性 输出电压 m2 U 之比定义为线性误差 即 100 2 m m U U 3 8为什么异步测速发电机的励磁电源大多采用400Hz 的中频电源 答 对于一定的转速 通常采用提高励磁电源的频率 从而增大异步测速发电机的同步转速 来实现 所以采用 400Hz 的中频励磁电源 3 9什么是异步测速发电机的剩余电压 各个分量的含义和产生的原因 对系统的影响 如何 减小 P61 63 答 测速发电机在规定的交流电源励磁下 电机的转速为零时 输出绕组所产生的电压 称 为剩余电压 1 基波分量 1 变压器分量 磁路不对称 2 旋转分量 铁心材料磁滞方向不同 3 电容分量 励磁绕组和输出绕组之间存在分布电容 2 高次谐波分量 励磁电压为非正弦波 电机磁路的饱和 措施 该进电机的制造材料和工艺 降低磁路的饱和度 采用具有补偿绕组的结构等 外接 补偿装置 第四章 步进电动机 4 2 怎样确定步进电动机转速的大小 与负载转矩大小有关系吗 怎样改变步进电动机的转 速 答 反应式步进电动机的转速取决于脉冲频率 f 转子齿数 r Z 和拍数 N 即 NZ f r 60 n 而 与电压 负载 温度等因素等无关 当转子齿数一定时 转子旋转速度与输人脉冲频率成正 比 因此 改变脉冲频率可以改变转速 4 3 何为反应式步进电动机的步距角 它与哪些因素有关 六相12极步进电动机 若在单六 拍 双六拍及单双十二拍通电方式下 步距角各为多少 答 步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角 步距角取决于转子齿数 r Z 和拍数 N 即 CmZNZN r t 0 r 0 s 360360 而拍数 N 又取决于通电状态 C 和电机的相数 m 单六拍和双六拍 Qs 60 Zr 在单双十二拍时 Qs 30 Zr 4 4有一台四相反应式步进电机 其步距角为1 8 0 9 试求 1 转子齿数是多少 2 写出四相八拍的一个通电顺序 3 A 相绕组的电流频率为400Hz 时 电机转速为多少 解 1 已知 360 r CmZ 那么 360360 1 850 44 1 8 r r Z Z 2 四相八拍通电顺序 A AB B BC C CD D DA A 四相八拍的控制电压波形图 A相 B相 C相 D相 3 8 4003200fNfHz 6060 6060 400 480 min 50 rrr Nff f nr NZNZZ 4 6步进电动机的负载转矩小于最大静转矩时能否正常步进运行 为什么 答 步进电动机的负载转矩必须小于最大负载转矩 或起动转矩 才能保证步进电动机的正 常步进运行 因为如果负载转矩大于最大负载转矩 初始平衡位置就会处在动稳定区之外 即在下一个通电状态下电磁转矩会小于负载转矩 从而无法保证正常步进运行 4 7反应式步进电动机的起动频率和运行频率为什么不同 连续运行频率与负载转矩有怎样 的关系 为什么 答 由于起动时 电磁转矩不仅要克服负载转矩 同时还要克服转子系统的惯性转矩 Jd dt 因而起动频率要比运行频率低 因为控制绕组中有电感 绕组中的电流不能突变 故 绕组中平均电流会随频率增高而减小 即电磁转矩也相应减小 所以反应式步进电动机连续 运行频率随负载转矩增高而减小 4 8一台四相步进电动机 若单相通电时矩角特性为正弦波 其幅值为 Tmax 则 1 两相通电时的最大静转矩 2 作出单相通电时的矩角特性 3 求四相八拍运行时的 最大带负载转矩 答 1 Tmax1 2cos m Tmax 2cos 4 Tmax 2Tmax 2 4 9设步进电机工作在三相单三拍运行方式 其通电顺序为 A B C A 相应的矩角特性如 图 1 指出理想空载时 B 相静稳定区和动稳定区 2 若步进电动机的负载转矩为 TL 分析由 B 相通电改变为 C 相通电时 步进电动机的运动情况 答 1 B 相静稳定区为 3 5 3 动稳定区为 3 7 3 2 步进电动机将将转过一个步距角到达新的平衡点 即 C 相矩 角特性与 T TL 的交点 Oc 4 11 一台三相反应式步进电动机 步距角 s 3 1 5 已知它的最大静转矩为0 685N m 系统总的转动惯量为1 725 10 5kg m2 试求该电动机的自由振荡频率和周期 答 T 1 f0 0 005s 4 12 简要说明步进电动机的低频共振现象 答 当控制脉冲间隔的时间比转子衰减振荡的时间短 转子还未稳定在平衡位置下一个脉冲就到来 若不 考虑阻尼作用且电机空载控制脉冲频率等于或接近步进电动机振荡频率 f0 的 1 K K 1 2 3 转子会在 某次通电绕组换相时突然反相振荡 进而引发失步 一般一次失步的步数是运行拍数的整数倍 严重时转 子会停留在某一位置上或围绕某一位置振荡 这就是步进电动机的无阻尼低频共振 第五章 自整角机 5 2 如果励磁电压降低是频率升高 力矩式自整角接收机产生的最大整步转矩如何变化 为 什么 答 力矩式自整角接收机产生的最大整步转矩 它和励磁电压的平方成正比 和电源的频率成反比 因此 励磁电压降低或频率升高使最大整步转矩减小 5 5 力矩式自整角机比整步转矩的数值大好还是小好 为什么 答 比整步转矩的数值大好 因为比整步转矩越大 则系统越灵敏 5 6 在一定的转速下 为了减小传输误差 保证系统精确 自整角机电源的频率高一些好还 是低一些好 为什么 答 低一些好 因为电源的频率低 则在一定转速下 发送机引起一定的失调角所产生的转 矩就大 从而接收机转过的角度也就大 减小了传输误差 提高了系统精度 5 8 说明控制式自整角机的工作原理 答 发送机励磁绕组接单相交流电源 其整步绕组上产生感应电动势 由于发送机和接收机 整步绕组按相序相接 故产生的电流流过接收机整部绕组 其三相绕组的合成磁动势与输出 绕组匝链 从而在输出绕组中产生感应电动势 输出电压 5 9 自整角变压器的比电压大好还是小好 为什么 答 电压大好 自整角变压器在协调位置附近 失调角为 1 时的输出电压称为比电压 比 电压越大 表示系统的精度和灵敏度越高 5 10 如果调整伺服电动机 使它有正的信号电压时 向负方向偏转 有负的信号电压时 向 正方向偏转 那么接收机转子处在 0 和 180 这两个位置上 哪一个 位置是稳定的 为什么 答 1 当自整角变压器的转于处 0 的位置上 发送机向正方向转动 则控制电压为正 伺服电动机正向转动 带动接收机的转子也正向转动 使失调角减小 直到 0 为止 同 理发送机向负方向转动 伺服电动机带动接收机的转子也向负方向转动 直到 0 为止 这说明 0 是稳定协调位置 2 假如接收机的转于处于 180 的位置上 当发送机向正方向转动 其控制电压为 负值 伺服电动机带动接收机转子向负的方向转动 失调角趋向增大 不能回到 180 位 置 反之亦然 这说明 180 不是稳定的协调位置 5 11 控制式自整角机系统如图 5 23 所示 1 画出自整角变压器转子的协调位置示意图 2 若输出电压最大值为 100V 写出图示位置时输出电压瞬时值 U2 表达式 3 求失调角 解 1 1 2 12 12 12 协调位置 2 2 100sinU 3 12 90 5 12 一对力矩式自整角机如图所示 1 画出接收机转子所受的整步转矩方向的示意图 2 求失调角 3 画出接收机协调位置示意图 答 2 1 2 5 14 为什么自整角机接收机并联的台数要受限制 当自整角变压器整步绕组的每相阻抗远 远大于控制式发送机整步绕组的阻抗 每台自整角变压器的比电压的变化程度如何 答 并联工作时每台接收机的整步转矩将随着接收机台数的增加而减小 比整步转矩同时也 减小同样倍数 比整步转矩的减小将导致力矩式自整角系统的精度降低 自整角变压器的整步绕组电流减小 它所产生的合成磁动势减小 使输出绕组输出电压 的最大有效值减小 比电压随之减小 导致系统的精度和灵敏度降低 角度传输误差增大 但是因为发送机整步绕组阻抗可忽略 整步绕组电流会有所提高 比电压减小程度减轻 第六章 旋转变压器 6 1 正余弦旋转变压器在负载时输出电压为什么会发生畸变 消除输出特性曲线畸变的方法 有哪些 答 输出电压发生畸变的原因是由于转子磁势的交轴分量得不到补偿所引起的 因此为了消 除畸变 不仅转子的直轴磁势必须补偿 转子的交轴磁势也必须完全予以补偿 补偿方法有 两种 二次侧补偿和一次侧补偿 6 2 正余弦旋转变压器二次侧完全补偿的条件是什么 一次侧完全补偿的条件又是什么 是 比较采用二次侧补偿和一次侧补偿各有哪些特点 答 二次侧完全补偿的条件是转子正 余绕组的负载阻抗相等 一次侧完全补偿的条件是在 定子励磁绕组与交轴绕组完全相同的条件下 交轴绕组的负载阻抗 Zq 等于励磁电源内阻抗 Zi 二次侧补偿的特点是正余弦旋转变压器的励磁绕组输入电流 If 与转子转角 无关 因此 当外施电压恒定时 其输入功率 S UfIf 和输入阻抗也都不随转子转角 而变化 一次侧补偿 正余弦旋转变压器的输入电流 If 与转子转角 有关 因此输入功率以及输入阻抗均随 而变 6 3 如图 6 28 所示 在定子绕组 S1 S1 的两端施加单相交流电压 Uf 定子交轴绕组和转子 正 余弦组均开路 如使 由 0 度逆时针逐渐增大到 90 度 试问图中的三个电压表 PV1 PV2 和 PV3 的读数分别会发生什么变化 指出变化趋势 如在钉子绕组 S1 S1 的两端施加直 流 且直流电压的大小接近于铭牌上规定的交流电压有效值 此时的情况又将如何 答 1 2 sin cos 2310 Ruf Ruf Uk U Uk U PVPVPV 6 4 线性旋转变压器输出电压与转子转角 的关系式是什么 若要求输出电压的线性误差小 于 0 1 时 转角 的角度范围是多少 设变比 ku 0 52 答 关系式 输出电压与转角成正比 即 U k 由式 1 cos1 sin 2sk k R UU u u 经数学推导证明 当 k 0 52 时 在 60 范围内 输出电压 和转角成线性关系 并且与理想直线相比较 误差不超过 0 1 6 5 线性旋转变压器产生的原因和改进方法 答 产生误差的原因 1 绕组谐波的影响 当绕组中有电流通过时 所产生的磁势在空间为非正弦分布 引起 磁场的绕组谐波 2 齿槽的影响 因定子铁心的内表面和转子铁心的外表面开有齿和槽 电机气隙实际上 不均匀 引起齿谐波 3 铁心磁路的饱和影响 铁心磁路饱和使电机气隙磁通密度在空间为非正弦分布 由此 引起谐波电动势 4 材料的影响 如定 转子铁心材料导磁性能各向异性 在铁心叠装时又未采取必要的 措施 使电机中沿气隙圆周各处的导磁性能不同 电机绕组或铁心部分绝缘顺坏而形成 短 路匝 效应 5 制造工艺的影响 各种原因造成的定 转子偏心 引起电机气隙不均匀 铁心冲片上 齿槽的分度不均匀 造成两套绕组的不对称等 6 交轴磁场的影响 在实际使用时 由于接入电机的阻抗不满足完全补偿条件而使电机 中存在着交轴磁场 造成输出电压误差 产生误差的诸多因素中 工艺类误差可通过在电机加工过程中保证严格的工艺要求 使 它降到容许的限度 电路上的误差可以根据系统的要求采取一次侧补偿 二次侧补偿或一次 侧 二次侧同时补偿加以消除 对于绕组谐波可通过选用适当的绕组型式 如正弦绕组 短 矩分布绕组等 以及选择合理的齿槽配合等措施加以解决 定 转子铁心齿槽引起的齿谐波 因谐波电动势的