控制电机(2版)思考题与习题参考答案(20210402112749)

1、控制电机（2版）思考题与习题参考答案 （机械工业，光友等编著） 第1章 直流伺服电动机 1. 一台直流电动机，其额定电压为110V,额定电枢电流为0.4A,额定转速为3600r/min, 电枢电阻为500,空载阻转矩几=0.015 Nm,试问电动机的额定负载转矩是多少？ 解：=T,= = n= 0.0955N.m = !T=120n, Ea = U- RaIa = HO- 50 X 0.4 = 90V Tl = 0. 0955 - 0.015 = 0. 0805N. m 2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V,额定电枢电流为0. 46A,额 定转矩为0.093 N-

2、m,额定转速为3000r/mino忽略电动机本身的空载阻转矩试求电 机在额定运行状态时的反电动势E,和电枢电阻R,。 解：Ua + JRa , K = WQ , =警=100 E厂罟畔严=5, R厂i卷尹=101. IQ 3. 伺服 电动机 型号为70SZ54 , Pn =55W,Un =U=110V,效 率 tn =62.5%,nN =3000r/nin ,空载阻转矩T（） =0.0714 N-m。试求额定运行时电动机 的电枢电流1椒，电磁转矩T反电动势E“n和电枢电阻Rr/5) 丁 = 62T sin(/n)” _ sin(/5)咖 _ ” 19.步进电动机的驱动电源有哪几种类型？各有什么

3、特点？ 答：步进电动机的驱动电源主要有单一电压型、高低压切换型、电流控制的高、低压切 换型和细分驱动型四中。单一电压型电源只用一种电压，线路简单，功放元件少，成本低。 但由于主回路串联电阻上要消耗功率，引起发热和效率降低，这种电源只适用于驱动小功率 步进电动机或性能指标要求不高的场合。高低压切换型电源利用高压电源加快绕组初始导通 时电流的上升速度，利用低压电源维持电流基本为常值。这样不但提高了电源效率，而且起 动和运行频率也比单一电压型电源要高。电流控制的高、低压切换电源，增加了一个电流检 测环节，根据主回路电流的变化情况，反复地接通和关断高压电源，使电流波顶维持在需求 的围，步进电动机的运行

4、性能得到了显著的提高，相应使起动和运行频率升高。但因在线路 中增加了电流反馈环节，使其结构较为复杂，成本提高。细分驱动电源就是把步进电动机原 来的一步再分为若干步，使步进电动机的转动近似为匀速运动，并能在任何位置停步。这种 驱动方式下，控制绕组的电流由原来的矩形波改为阶梯波。在输入电流的每个台阶，电机转 动一步，电流的台阶数越多，电机的步距角越小。因此，电机运行的平稳性提高，低频特性 得到改善，负载能力也有所增加。 第5章測速发电机 1. 直流测速发电机产生误差的原因有哪些？如何减小其影响？ 答：直流测速发电机产生误差的原因有电枢反应的影响、延迟换向的影响、温度的彫响、 纹波的影响和电刷接触压

5、降的影响等。为了减小电枢反应对输出特性的影响，应使转速不超 过允许的最高转速，所接负载不小于给定的电阻值。对小容量的发电机，通常采用限制最高 转速的措施来减小延迟换向去磁效应的影响。用励磁回路串联热敏电阻并联网络、串联阻值 较大的附加电阻、将磁路设计的比较饱和来减小温度对励磁电流的影响。采用接触压降较小 的电刷来减小电刷接触压降的影响。 2. 直流测速发电机的主要性能指标有哪些？ 答：直流测速发电机的主要性能指标有：线性误差，灵敏度，最高线性工作转速和最小 负载电阻，不灵敏区，输出电压的不对称度，纹波系数等。 3. 在分析感应测速发电机的工作原理中，哪些与直流机的情况相同，哪些与变压器相同。

6、请分析它们之间的相似之处和不同点。 答：在分析感应测速发电机的工作原理中，转子等效交轴绕组感应电动势是导体切割磁 力线产生的，与直流电机的情况类似；而转子交轴磁场在定子输出绕组中感应电动势的机理 与变压器相同，即磁通交变在绕中感应电动势。 4. 转子不动时，交流感应测速发电机为何没有电压输出？转动时，为何输出电压与转速成 正比，但频率却与转速无关？ 答：交流感应测速发电机转子不动时，励磁绕组与转子绕组共同产生的磁场其轴线与励 磁绕组轴线重合，与输出绕组轴线正交，输出绕组不交链磁通，感应电动势等于篆。转子转 动时，励磁绕组和转子等效直轴绕组仍然产生直轴磁场，转子等效交轴绕组切割直轴磁场产 生感应

7、电动势，该电动势的大小正比于转子转速，频率为励磁电源频率，保持不变。该电动 势在等效交轴绕组中产生电流，建立交轴磁场。交轴磁场在输出绕组中感应电动势，其大小 正比于转子转速，频率为电源频率保持不变。 5. 何为感应测速发电机的线性误差、相位误差、剩余电压和输出斜率？ 答：感应测速发电机的线性误差是指在额定励磁条件下，测速发电机在最大线性工作转 速围，实际输出电压与理想线性输出电压的最大绝对误差Agax与线性输出电压特性所对应 的最大输出电压勺尬之比。相位误差是指在额定励磁电压下，发电机在最大线性工作转速围， 输出电压基波分量与励磁电压基波分量间的相位差随转速的变化值A。剩余电压是指感应 测速发

8、电机在励磁绕组接额定励磁电压，转子静止时输出绕组中所产生的电压。输出斜率 是指在额定励磁电压下，转速为1000r/min时测速发电机的输出电压。 6说明图5-18相呈图上的各符号所代表的物理量及其相位关系，并说明相位误差产生的原 因O 图 5-18 答：图5-18中， f为沿着励磁绕组轴线脉振的合成磁通，为励磁磁通 f在励磁绕 组中所产生的变压器电动势，为转子导体切割励磁磁通e f产生的切割电动势，相位与e r 相同。在作用下产生滞后于角的转子电流I,由1“产生的磁通e 2与其同相位，因 而也与f的夹角为。由于磁通2的交变，在输出绕组中产生电动势已2的相位滞后于 290。电角度，而与Ef的夹角

9、为。输出绕组开路时，输出电压就等于-耳。再根据电 压平衡方程式， Ef加上励磁绕组的阻抗压降IfZf就与电源电压平衡。 7.请说明感应测速发电机的剩余电压各种分量的含义、产生的原因及对系统的影响。 答：感应测速发电机的剩余电压可分为：1)固定分量Wa，其大小与转子位置无关；2) 交变分量Uv,其值与转子位置有关，当转子位置变化时，其做周期性变化。在自动控制系 统中，剩余电压同相分量将引起系统误差，正交分量虽不产生误差，但会使放大器及伺服电 动机温升增高。 在定、转子接蝕的表面有一层特殊的摩擦材料，装配后依靠碟簧变形产生的轴向压力将转子 与定子紧紧的压在一起。由于压电瓷相邻分区的极化方向相反，在

10、共振频率的交流电压激励 下，相邻极化区将会分别伸和收缩，从而在定子弹性体中激励出弯曲振动，形成驻波。使用 两相对称交流电压同时激励A区和B区，就可以在定子环中激发出行波振动。此时，定子弹 性体表面任意一点按照椭圆轨迹运动，从而使定子弹性体表面质点对转子体产生一种驱动 力，使转子旋转，转子的族转方向与行波方向相反。 2. 超声波电机的转速和转向是如何确定的？ 答：一般情况下，若超声波电机定子和压电瓷对称，仅有激励电压不对称时，转子运 动速度的最大值为vxmax =-处卑。由于定转子之间不可避免的 yjg； COS 曲 + 盘 COS2（dX 一0） 存在打滑，因此转子的实际速度小于公式给出的数值

11、。转子的转向是由定子弹性体表面质点 的症转方向决定的，它与行波旋转方向相反。改变二相激励电源的相位关系，即可改变电机 的转向。 3. 行波型超声波电机的调速方法有几种？各有什么特点？ 答: 由转子最大速度公式vxmax = _砂W初0可知,对于给定的 Jg COS- 0 + COS-（曲 一0） 超声波电机，转子速度与激励电源的角频率血、电压幅值U （对应于驻波振幅g）和两相 电源的相位差0有关。因此，改变这三个变量中的任一个变量，都可以调节超声波电机的 转速。改变电压幅值调速：改变电压幅值可以直接改变行波的振幅，但是在实际应用中一般 不采用调压调速方案。因为如果电压过低，压电元件有可能不起振

12、，而电压过高又会接近压 电元件的工作极限，而且在实际应用中也不希望采用高电压，毕竟较低的工作电压是比较容 易获得的。改变驱动电源频率调速：调节驱动电源在谐振点附近的频率可以调节电机的速度， 频率控制对超声波电动机最为合适。由于电机工作点在谐振点附近，因此调频具有响应快的 特点。另外，由于工作时谐振频率的漂移，要求有自动跟踪频率变化的反馈回路。改变驱动 电源的相位调速：改变两相电压的相位差，可以改变定子表面质点的椭圆运动轨迹，从而调 节电机的转速。这种方法的缺点是低速起动困难，驱动电源设计较复杂。 4. 与电磁式电机相比，超声波电机有哪些特点？ 答：与传统的电磁式电机相比，超声波电机具有以下特点： （1）低速大转矩。 （2）无电磁噪声，电磁兼容性好。 （3）响应快、控制特性好。 （4）断电自锁。 （5）运行噪声小。 （6）结构形式多样。 （7）摩擦损耗大，效率低。 （