电大电气传动与调速系统复习资料

1、电大电气传动与调速系统复习 资料第一章电机与拖动基础 1、 直流电机定转子各由哪些主要部件组成？各部件的 主要作用是什么？ 直流电机由定子和转子两部分组成。包括：（I）主磁极 由主极铁心和套在铁心上的励磁绕组组成，它的作用是建 立主磁场。（2）换向（附加）极由换向极铁心和套在上面 的换向极绕组组成，用来改善直流电机的换向。 （3）电刷 装置由电刷、刷握和汇流条组成，它是将直流电引人或引 出电枢的装置。（4）机座即电机定子外壳，起固定与支撑 的作用，同时又是主磁路的一部分。 2、 直流电机铭牌上的额定功率、额定电压、额定电流， 对于发电机和电动机各指什么？ 直流电机的铭牌数据：对发电机额定功率指

2、能够输出 的最大电功率，额定电压和额定电流指输出最高电压和最 大电流（PN。UNIN） ； 而对电动机额定功率指能够输出的最 大机械功率，额电流指允许输人的最高电压和最大电流 （PN=U ulN）。 3、 直流电机有哪几种励磁方式？不同励磁方式的电动 机如何实现反转？ 流电机的励磁方式分为：他励、并励、串励、复励。 单独改变励磁绕组极性或者电枢绕组极性都可使用机实现 反转，如果两者极性同时改变，电机仍将沿原方向运转。 4、 什么叫电枢反应？它对电机产生哪些影响？ “电枢 反应”就是电枢磁场对主磁场的影响。产生的影响包括： 使主磁场发生畸变，磁力线不再对称于磁极轴线；物理中 线偏离几何中线不再重

3、合，几何中线处磁场不再为 0；削弱 了主磁场。这些影响将对直流电机的正常运行产生恶劣作 用，必须设法消除。 5、 串励直流电动机有哪些特点？串励直流电动机的机 械特性曲线是一条非线性的软特性，当轴上负载为 0 时电 机转速 r 所以串励直流电动机不允许轻载工作；由于它的 电磁转矩与电枢电流的平方成正比，所以起动转矩大，过 载能力强；由于电枢与励磁绕组串联，通人直流或交流电 流电机都不受影响，所以在交流电源情况下亦可正常工作。 6 直流发电机的电磁转矩与原动机的拖动转矩，电动 机的感应电动势与电枢电压之间的方向相同还是相反？各 有何物理意义？直流发电机的电磁转矩与原动机输人的拖 动转矩方向相反，

4、是一对作用力和反作用力的关系。随发 电机输出电流的增大，电磁转矩增大(T= Cla ),所需的输 人转矩也随着增大，才能维持输人转矩与阻转矩之间的平 衡，使电机匀速运转。 直流电动机运转时功割磁场产生的感应电动势与电枢 外加电压方向相反，故为反电势，它维持了电压平衡关系， 限制了电枢电流的大小la =( UaEa) / ( Ra + RL),不 致使电动机电流过大。 7 直流发电机的外特性受哪几个因素影响？直流电动 机的转速特性受哪几个因素影响？ 直流发电机的输出特性(Ua= Ea-IaRa )受转速的高低、 主磁场的强弱以及电枢回路电阻大小的影响( Ea = Cp 冲 n):直流电动机的转速

5、特性， 受外加电枢电压通人励磁 电流所建立的主磁场以及电枢回路电阻大小的影响。 8 二负载的机械特性有哪几种？负载转矩与转速之间 各有什么关系？ 负载的机械特性分为三大类，即恒转矩负载、恒功率 负载、泵类和通风机负载。其中恒转矩负载又分为反抗性 恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 反抗性恒转矩负载转矩大小不变而与转速的方向永远 相反。而位能性恒转矩负载大小不变方向也不变，当电机 正转时，负载转矩与转速方向相反；当电机反转时，负载 转矩与转速方向相同。 恒功率负载转矩的大小与转速之间成反比。（T = K/n） 泵类和通风机负载的大小与转速的平方成正比（ T = Kn2） 9 改变他励直流电动机的

6、电枢电压、电枢回路电阻或 励磁电流时，机械特性将如何变化？ 改变他励直流电动机的电枢电压，机械特性的斜率不 变，理想空载转速 n。与电压成正比变化，所以特性平行移 动；增大电枢回路电阻，no 不变，特性的斜率 p 随阻值正 比增大，所以特性变软；减小励磁电流，主磁场减弱，no上 升，特性的斜率也增大。 10 电动机的调速性能指标有哪些？各如何定义？ 电动机的调速性能指标有： （1） 调速范围电动机带额定负载时的最高转速与最低 转速之比。 （2） 调速精度 （静差率） 在调速范围内最低转速所对 应的机械特性曲线上的额定速降 nN。与该曲线上的比值。 （3） 平滑性定义为相邻两级转速之比。 11

7、直流发电机和电动机的功率流程图有何不同？可 变损耗和不变损耗各指什么？ 直流发电机的功率流程是原动机输人机械功率，减去 EU 1-11奁乘电机的期喀程圏 仍 宜淹发电机的功牢关臺b）宜匱电命机的功率关舉 空载损耗，转化成电磁功率，再减去电枢（与励磁）损耗， 输出电功率。 图 I 11 直流电机的功率流程图 a）直流发电机的功率关系 b）直流电动机的功率关系 直流电动机的功率流程是从电源输人电功率， 减去电 枢 （与励磁）损耗，转化成电磁功率，再减去空载损耗， 在轴上输出机械功率。可变损耗指的是电枢（与励磁）损 耗，也叫铜损耗，它与电枢（励磁）电流的平方成正比。 不变损耗指的是空载磨擦损耗和铁心

8、损耗，它们与电 流大小无关。 12 他励直流电动机为什么不允许直接起动？可米用 什么方法起动？ 他励直流电动机在起动时，由于转速为 0,反电势亦为 0Ea= Ea二Ce；n,电源电压全部加在电枢电阻上， 电流过大， 所以不允许直接起动。可以采用降低电源电压或电枢回路 电阻串电阻的方法起动。 13 决定电动机起、制动过渡过程的三要素是什么？ 决定电动机起、制动过渡过程的三要素是：起始值、 稳态值和机电时间常数。 14. 如何判断电动机处于电动运行状态、发电运行状 态、制动运行状态？ 判断电动机的运行状态要看电磁转矩 T 与转速 n 的方 向相同还是相反，电磁转矩是拖动转矩还是阻转矩；同时 还要看

9、感应电势 Ea 与电枢电压 Ua 的方向相同还是相反， 感应电势是输出电势还是反电势。电动运行状态 T 与 n 同 向，T 表现为拖动转矩，Ea 与 Ua 反向，Ea 表现为反电势。 发电运行状态 T 与 n 反向，T 表现为阻转矩，Ea 与 Ua 同向，Ea 表现为输出电势。制动运行状态与发电运行状 态相同，只不过惯性动能或位能所发出的电没有输出，而 是全部消耗在电枢回路的电阻上，变为热能散发掉。 15. 三相异步电动机的旋转磁场有哪些特点？其转速、 转向、幅值和极对数各取决于什么？ 三相异步电动机的旋转磁场性质如下： 转速： 为同步 速ni60fJp ,与电源频率成正比，与定子极对数成反比

10、。转向: 取决于输人电流的相序，电机总是由超前相向滞后相的方 向旋转。 幅值大小：基波磁势 Fi1.35WiKwli/P 瞬时位置：哪相 rzT r2VS VI甩I rFnj X m / i =仝 n + 后 i ) 应=+ 片 打十兀、=/o 転 J =亍 hJ 电流达正最大值时，旋转磁势的幅值恰好转到该相绕组的 轴线处。极对数：取决于定子绕组在定子槽中的布置，或 者说取决于定于绕组元件的节距。 16 .画出三相异步电动 机的 T 型等值电路，写出基本方程式。 17 .改变三相异步电动机定于端电压或转子回路串人 电阻将使机械特性如何变化？ 改变三相异步电动机定子端电压时，同步速 nl 不受影

11、 响，根据参数表达式可看出，临界转差的大小不变，电磁 转矩的平方与电源电压成正比，所以当降低定子电压时， 电动机的起动转矩和临界转矩都会成平方倍减小，这显然 会对电动机的运行造成重要影响，在拖动重载时甚至无法 正常工作。 当转子回路串人电阻时，同步速 ni也不受影响，根据 参数表达式临界转矩与转子电阻大小无关，而临界转差的 大小与转子电阻成正比变化，所以串人适当电阻可以增大 电动机的起动转矩，常用于三相异步电动机带重载起动。 18 三相异步电动机有哪些起动方法？各有什么特 点？ 三相异步电动机的起动可以分为两大类（I ）小容量电 机轻载起动时电流不大可直接起动；重载时需采用特殊制 造的电机，即

12、深槽转子异步电动机或双鼠笼异步电动机， 利用趋肤效应以获得大的起动转矩。 （2）大容量电机轻载 起动时必须降低定子端电压，以减小起动电流。常用的降 压方法有定子串电阻或电抗，定子串自耦变压器，星 -三角 变换等；重载起动时可采用转子串电阻或者串频敏变阻器 的起动方法。 19 三相异步电动机的调速方法有哪些？各有什么优 缺点？ 三相异步电动机的调速方法有（I ）定子调压，调速范 围窄，若加转速负反馈可得到较好的调速特性。 （2）定子 调频，调速范围宽，调速性能好，应用越来越广。 （3）转 子串电阻调速，方法简单易行，但由于特性变软，低速时 损耗大且运行不稳定，只用于要求不高的场合。 （4）转子

13、串电势调速也叫串级调速，是一种节能的调速方法，它将 转差损耗回收加以利用，因增加设备较多，所以只适用于 大功率电机的调速。（5）变极调速，利用改变定子绕组接 线进行调速，无须投入其他设备，但需特殊制造电机，只 有少数几级速度。（6）转差离合器调速，由于特性软，要 加负反馈环节，调速性能好，但只适用于小功率电机的调 速。 20 他励直流电动机和三相异步电动机的能耗制动有 什么不同？ 他励直流电动机的能耗制动是将电枢电源断开，给电 枢串人适当电阻，使惯性旋转的转子槽导体切割主磁场发 电，即将动能转为电能，再变成消耗在转子回路电阻上的 热能，同时产生制动转矩。而三相异步电动机的能耗制动 是断开定子三

14、相电源的同时，给任意两相绕组通人一个直 流电流，建立一个极性不变的磁场，使惯性旋转的转子切 割这个磁场，产生制动转矩。 21 一台他励直流电动机的铭牌额定数据为： 17KW 220V 90A 1500r/min Ra = 0.376，拖动恒转矩额定负 载运行。求： (1) 这台电动机固有机械特性上的理想空载点、额定工 作点、堵转点的电枢电流和转速？ (2) 将电枢电压降为 150V,电动机的电枢电流和转速各 为多少？ (3) 若把磁通减小到 0.8 N，电动机的电枢电流和转速 各变为多少？ 解：(1 ) Ce：N =(UN -lNRa)/nN =(220 90 0 3 7)61 5 30124

15、 理想空载点 n。=UN /CeN =2 2/00.1 2 41 7 7r4m i n 宁0 额定工作点 nN =1500/ min; I N =90( A) 堵转点 n=。; I s =U N / Ra =220/0.3763 =585 ( A) Ia =IN 90A; n =(Ua - I NRa)/CeN =(150 -90 0.3786) / 0.124 =935(r / m i n ) (3)负载转矩不变，磁通减小 20%则 la 增加 20% ; la =1.2 90 =108 n -(U N -1 NRa)/0.8ce N =(220 -90 0.376)/0.8 0.12 =

16、1875(r / min) 22、一台他励直流电动机的铭牌额定数据为： 13KW 220V 687A 1500r/min Ra = o.224，要求调整精度 no% , 试求： (1) 采用电枢串电阻调速时的调速范围有多少？最 低转速时串多大电阻？ (2) 采用降低电枢电压调速的调速范围有多少？最 低转速时的电压为多少？ 解：ce =(UN -Ra)/nN =(220 一68.7 0.224)/1500 = 0.1364 (1)n。=UN /ce N =220/0.1364 =1613(r/min) .：n 二 n。、=1613 0.3 =484(r/min) nmin 二 n。.n =161

17、3-484 = 1129(r/ min) 调速范围D 2 nmin = 1500/1129 =1.33 R =C-：n/lN) -Ra =(484/68.7) -0.224 = 6.821() AnN = I N Ra = 68.7 汉0.224 = 15.4(r / min) nomin - ：nN/、= 15.4/0.3 = 51.3(r / min) nmax = n0min - 厶n” 51.3 -15.35.9(r / min). D =nmax/n min =1500/35.9 =41.78 Ua 二 Ea lNRa=Ce ：Nnmin 68.7 0.224 =0.1364 35.

18、9 15.4 = 20.3(V) 23、 一台他励直流电动机的电枢额定电压 220V、额定 电流 74A，额定电流 74A，额定转速 1500r/min 电枢额定电 动势 204.6V，电机铁损耗 PFe=326W，机械械磨擦损耗 Pm=240W，忽略杂散损耗，求这台电动机额定运行时的电 磁转矩、输入功率和效率各为多少？ 解： TN=lNEa=74 204.6 =15.14(KW) R =UNIN =220 74 =16.28(KW) P2 = P PFe -Pm =16280 362 -204 =15.714 =P2/ P =15.714/16.28 =0.965 24、 一台并励直流电动机

19、的额定数据如下： 17KW 220V 300r/min 889A Ra = o.11* ，励磁电阻只十做.“， 忽略电枢反应，试求：额定负载时电动机的输出转矩、电 磁转和效率？ 解: P2N =17KW R =U Nl N =17/19.558 =0.87 I f 二U f /Rf =220/181.8 =1.2(A) la = I N -If =88.9 -1.2 = 87.7(A) PM =R Pcuf =PCUa =195581.22 X181.587.72 X0.114 = 18.42(KW) 25、一台他励直流电动机用于吊重物，其额定数据如下： 29KW 440V 76A 1000r

20、/min, Ra“.377，忽略空载损耗， 负载转矩TL =0.8TN试求： (1) 电动机以 500r/min 的速度吊起重物， 电枢回路需 串多大电阻？ (2) 有哪几种方法可使负载以 500r/min 的速度下放？ 电枢回路各需串多大电阻？ (3) 当以 500r/min 的速度吊起重物时， 将电枢电压突 然反接，并使电流不超过2IN，最后稳定下放速度为多少？ 解：(1) Ce：N =(UN -IzRa)/nN=(440 -76 0.377)/1000 = 0.411 n =(U N -laRa)/Ce：N =(400 -0.8 76 R)/0.411=500 R =(400 -0.41

21、1 500)/0.8 76 =3.857(门) 电枢回路需串电阻：3.857 一 0.377二3.48() (2)采用倒拉下放重物： -500 =(400 -0.8 76 R)/0.411 R =(440 0.411 500)/0.8 76 =10.6() 电枢回路需串电阻10.6-0.377 =10.223(0) 采用能耗下放重物：-500 0.8 76 R/0.411 R =0.411 500/0.8 76 =3.38() 电枢回路需串电阻3.38 -0.377 =3.003() (3) R=(CeN n U N)/2IN =(0.411 500 440)/2 76 =4.247() n

22、=(-UN -laRa)/Ce N =(-440 -0.8 76)/0.411 = T218(r /min) 26、一台三相四极异步电动机， 150KW 38V/50HZ 1460 r/min,过载能力一3.1，求这台电动机的固有机械特性。 解：固有机械特性的四个殊点 (1)同步点 T=0，S=0， 小=60右/卩=60 50/2 =1500(r/min) 额定工作点nN =1460r/min， SN -nN)/m =(1500 -1460)/1500 =0.0267 TN =9.55PN/nN =9.55 150 103/1460 = 981(NM ) (3)临界点 Tm = XTN = 3

23、.1 汉 981 = 3041(NM ) Sm =SN ；2 -1 = 0.0267(3.1 .3.12 -1) =0.16 4 ) 起 动 点 Ts 2T = 2 3041 =949(NM) 1 1 Sm 0.16 S 0.16 27、一台三相极异步电动机，10KW 38V50HZ 21.6A，定子绕组 Y 接，额定运行时，定子铜耗Pcul=557W，转 子铜耗Pcu2 =314W，铁耗PFe =27W，机械磨擦损耗Pm =77W，附加 损耗 Ps =200W 试求其额定转速、输出转矩和电磁转矩各为多少? 解： pM = F2 ps pm 10000 200 77 314 =10591 n

24、= 0，S = 1 SN = FCU2 / pN =314/10591 = 0 03 n =60f/p=60 50/1500(r / min) nN =n ,1 -SN) =1500(1 -0.03) =1455(r/mi n) TN =9.55PN/ n” =9.55 10 1。3 /1455 = 65.66(NM ) TN =9.55PN /n1 =9.55 10591 /1500 =67.46(NM ) 28、一台三相六极异步电动机， 28KW 380V/50HZ 950r/min 逸1” “88，定子铜耗、铁耗共 2.2KW，机械损耗 1.1KW，忽略附加损耗。试求其额定运行时的转差率

25、、转 子铜耗、效率、定子电流、转子电流的频率？ 解： m =60=60 50/3 =1000(r/mi n) SN =(n1 nN )/n1 =(1000 -950)/1000 = 0.05 Pcu2 =SNPN =SN(Pm P2)/(1 -SN) =0.05(1.1 2.8)/(1 -0.05) =1.53(KW) PM =Pcu2 / SN =1.53/0.05 =30.6(kw) 二 P2/R =28(30.6 2.2)=0.854 I1p1/ 3U1 coS =32.8/ 3 380 0.88 566gA) f2 SN =0.05 50=2 5 HZ 29 某绕线转子异步电动机的额定

26、数据为： 5KW 960r/min 380V/50HZ 14.94A E2N=164V ,皿=20.6A, 2.3,定子绕组 Y 接，拖动恒转矩负载TL=075TM，采用反 接制动停车，要求超始制动转矩为 1. 8TN，求转子每相需串 人多大电阻？ 解：SN（ n1-nN）/n1=（1000-960/1000=0.04 2=SN E2N/ V 3I2N=0.04X 164V 3X 20.6=0.184() Sm 亠2 i =0.04(2.3+ 2.32 -i )=0.175 0.75TN=吕牛 S : Sm Sm S 解出 S=0.029 n=n1(1-S)=1000(1-0.029)=972

27、(r/min) S =ni-n)/-n 1=(-1000)-97?/-1000=1.972 sm=s【2 i=1.972空 打 i =4.088 1.8 1.8 1.8 R 珂（Sm/Sm） 1r24.088/0.175 一1 X 0.184=4.11（。） 第二章控制电机 1 一般单相异步电动机若无起动绕组时， 能否自行起 动？ 一般单相异步电动机无起动绕组时，是不能自行起动 的。因为单相绕组通人正弦交流电，只能建立随电源频率 交变的脉振磁场，而不是旋转磁场，不可能使转子产生转 矩。 2. 台定子绕组 Y 接的三相鼠笼式异步电动机轻载运 行，若一相引出线突然断线，电动机还能否继续运行？停 下

28、来后能否重新起动？为什么？ 一台定子绕组 Y 接的三相鼠笼式异步电动机轻载运 行，若一相引出线突然断线，电动机会继续运行，但此时 旋转磁场已由国形旋转磁场变成椭圆形旋转磁场，转子的 转矩变小，轻载可能继续运行，重载就可能带不动了。同 样道理，若电动机停下来再重新起动，也要看轴上负载的 大小，起动转矩若大于负载转矩电动机可以转起来，如果 起动转矩小于负载转矩电动机就可能转不起来。 3简述 罩极式单相异步电动机的工作原理。罩极式单相异步电动 机的转向如何确定？若不拆卸重新装配转子，是否可以使 其反转？这种电动机的主要优缺点是什么？ 罩极式异步电动机的罩极部分与未罩部分产生的磁通 之间，在空间相差一

29、个电角度，在时间上也差一个电角度， 会在气隙中产生椭园形旋转磁场，切割转子导条建立转矩， 而使电动机运转。电动机的旋转方向总是从超前相绕组的 轴线，转向滞后相绕组的轴线，若不拆卸重新装配转子， 电动机是不可能反转的。这种罩极式异步电动机的优点是 结构简单、制造方便、价格便宜，常用于小风扇、电唱机 等起动转矩要求不大的场合；其缺点是只能单方向运转。 4 电容分相式单相异步电动机有哪几种不同型式，各 有什么优缺点？如何改变电容分相式单相异步电动机的转 向？ 电容分相式单相异步电动机分为电容起动异步电动 机、电容运转异步电动机和电容起动与运转异步电动机三 种。电容起动异步电动机所配电容使电动机在起动

30、时旋转 磁场是 I 圆形的，可产生较大的起动转矩。电容运转异步电 动机所配电容使电动机在运转时旋转磁场是圆形的，在运 转时可产生较大的拖动转矩。电容起动与运转异步电动机 配两个电容，使电动机在起动和运转时都可得到比较好的 性能。 把工作绕组或起动绕组中的任一个绕组接电源的两个 端子对调，即可实现电机的反转。 5 单相异步电动机主要分哪几种类型？ 单相异步电动机分为分相电动机和罩极电动机两大 6 直流伺服电动机的励磁电压和电枢控制电压均维持 不变，而负载增加时，电动机的转速、电枢电流和电磁转 矩将如何变化？ 直流伺服电动机的励磁电压和电枢控制电压均维持不 变，而负载增加时，电动机的转速将下降，电

31、枢电流和电 磁转矩都会增大。 7 直流伺服电动机的始动电压是指什么？直流伺服电 动机电刷压力过大轴承缺乏润滑油或转轴转动不灵活是否 会影响电动机的起动转矩和始动电压？ 从直流伺服电动机的调节特性可以看出，当转速 n = 0 时对应不同的负载转矩，需要的控制电压也不同，调节特 性曲线与横坐标的交点，就是不同负载转矩时电动机的始 动电压。即电动机处于待动而未动的临界状态时所加的控 制电压。始动电压随负载转矩的增大而增大，一般把调节 特性曲线上横坐标从 0 到始动电压这一范围称为在一定负 载转矩时伺服电动机的失灵区或死区。直流伺服电动机电 刷压力过大轴承缺乏润滑油或转轴转动不灵活是会影响电 动机的起

32、动转矩和始动电压的。会使死区增大。 8 直流伺服电动机一般采用什么控制方法？如何使其 反转？ 一般用电压信号控制直流伺服电动机的转向与转速大 小。改变电枢绕组电压的方向与大小的控制方式，叫电枢 控制；改变励磁电压的方向与大小的控制方式，叫磁场控 制。后者不如前者，很少采用。将电动机的电枢绕组或励 磁绕组中的任一个绕组接电源的两个端子对调，即可实现 电机的反转。 9 直流伺服电动机的励磁电压下降，对电动机的机械 特性如何变化？ 直流伺服电动机的励磁电压下降会使磁场减弱， 转速 升高，与他励直流电动机的特点相同，机械特性曲线上理 想空载转速升高，特性斜率增大。 10 交流伺服电动机有哪几种控制方法

33、？如何使其反 转？ 交流伺服电动机的控制方法有幅值控制、相位控制和 幅相控制三种。无论哪种控制方式，只要将控制信号电压 的相位改变 180 电角度（反相）,从而改变控制绕组与励磁 绕组中电流的相位关系，原来的超前相变为滞后相，原来 的滞后相变为超前相，电动机的转向就随之改变。 11 交流伺服电动机的自转现象指什么？如何消除自 转现象？ 交流伺服电动机的控制电压为 0 时，转子立即停转， 满足伺服性。如果控制电压为 0 时，转子仍旧继续旋转， 这种失控现象称交流伺服电动机的“自转现象”。 增大转子 电阻， 使 Sm 1,机械特性处于 II、IV 象限，当交流伺服 电动机的控制电压为 0时，转子承

34、受制动性转矩，迫使转 子停转，这样就消除了自转现象。 12 为什么永磁式同步电动机转子上通常装有鼠笼绕 组？ 永磁式同步电动机转子上装的鼠笼绕组绕组。因为旋 转磁场的同步速很高，不能将静止的转子牵人同步运行， 需要在转子上安装鼠笼绕组，使旋转磁场切割鼠笼转子导 条产生异步转矩而起动，当转子转速接近同步速时，就很 容易地被牵人同步运行。 13 转子上安装鼠笼绕组的永磁式同步电动机，转速 不等于同步速时，鼠笼绕组和永久磁铁是否都起作用？转 速等于同步速时，鼠笼绕组和永久磁铁是否都起作用？为 什么？ 转子上安装鼠笼统组的永磁式同步电动机，转速不等 于同步这时，鼠笼绕组起作用，永久磁铁不起作用；而当

35、转速等于同步速时，永久磁铁起作用，而鼠笼绕组不再起 作用。因为此时转子转速等于同步速，旋转磁场与转子相 对静止，不再切割鼠笼转子导条，也就没有转矩产生。 14. 将无刷直流电动机与永磁式同步电动机及直流伺 服电动机作比较，分析它们之间有哪些相同和不同点？ 无刷直流电动机由电子开关电路、永磁式同步电动机 及位置传感器组成，它去掉了普通直流伺服电动机的电刷 和换向器，避免了滑动机械接触影响电机的精度、性能和 可靠性以及火花引起的无线电干扰，增长了电机寿命，也 避免了结构复杂、噪音大、维护困难的缺点，却保留了直 流电动机调速和起动性能好、堵转转矩大的优点；同时还 具有交流永磁式同步电动机结构简单、运

36、行可靠、维护方 便等优点。 15. 位置传感器的作用如何？ 位置传感器是一种无机械接触的检测转子位置的装 置，其作用是检测转子磁场相对于定子绕组的位置，代替 普通直流电动机的电刷和换向器，实现电子换向。它有多 种结构形式，常见的转换方式有电磁转换、光电转换和磁 敏转换。 16 .简述无刷直流电动机的工作原理。如何使无刷直 流电动机反转？ 无刷直流电动机是由电子开关电路、永磁式同步电动 机及位置传感器组成的电动机系统。直流电源经开关线路 向电动机定于绕组供电，位置传感器检测出转子磁场相对 于定子绕组的位置，并提供信号去触发开关线路中的功率 开关元件使之导通或截止，各相依次通人电流，和转子磁 极主

37、磁场相互作用，产生转矩，使电动机旋转。 要实现无刷直流电动机的反转，可采取以下几种办法： （1） 改变位置传感器的输出电压信号，采用正反转两 套位置传感器。 （2） 使每相绕组两端头互换，改变绕组中电流的方向。 （3） 用霍尔元件作位置传感器的，可将每片霍尔元件 一对电流端或电势端端头互换。 （4） 在控制电路中用一逻辑信号 （正反转） 指令改变 电机各相绕组的导通顺序。 17 如何控制反应式步进电动机输出的角位移和转 速？怎样改变步进电动机的转向？ 反应式步进电动机输出的角位移与输人的脉冲数成正 比，其转速与输人脉冲的频率成正比，改变输人脉冲的数 目或改变输人脉冲的频率就可以控制反应式步进电

38、动机输 出的角位移和转速。反应式步进电动机的旋转方向取决于 输人脉冲的相序，改变输人脉冲的相序就可以使步进电动 机反转。 18 简要说明步进电动机静稳定区和动稳定区的概念。 不改变步进电动机控制绕组通电状态时获得的矩角特 性中 o = 0 时 T = 0,这一点为步进电动机的稳定平衡点， 当 0= 二。时同样 T = 0，但这两点是不稳定的平衡点。两个 不稳定的平衡点之间即为步进电动机的静态稳定区域。 步进电动机的动稳定区是指使步进电动机从一种通电 状态切换成另一种通电状态而不失步区域。 19 一台反应式步进电动机，已知相数 m=6,单拍运 行步距角为 3，单双拍运行步距为 1.5，求转子齿数

39、. 解：0 sc =360/6 汉Zr 汇 1 =3 或 0se=360/mZr = 3600/6 汉汇 2=5 则:乙=20 （个齿） 20、一台采用五相十拍通电的步进电动机，测得上动 机的转速为 100r/min，己知转子有 24 个齿，求（1）步进 电动机的步距角（2）脉冲电源的频率。 解：（1 ） Ose =360/mZrC =360/5 24 2 =1.5 （2） n = 60f/mZrC =60f /5x24x2 = 100 则 f=400HZ 21、若一台四相反应式步进电动机，其步距角为1.80/0.90 , 试问（1）1.80/0.90表示什么？ （ 2）转子齿数为多少？ （

40、3）写 出四相八拍运行方式的一个通电顺序。（4）在 A 相绕组测 得电源的频率为 400HZ 时，其每分钟转速为多少？ 解:（ 1 ） 1.80 / 0.90表示这台步进电运机单拍运行时步距角为1.80， 单双拍运行时步距角为00。 (2) Ose=360/4 Zr 2=0.9 则0 Zr =360/7.2 =50 (个齿) (3) A - AB - B - BC - C - CD - D - DA - A （4） n = 60 f /mZrC =60 汽 400/4 汉 50 x2 =60（r/min） 22 .步进电机的驱动电源由哪几部分组成？ 步进电机的驱动电源一般由脉冲信号发生电路、脉

41、冲 分配电路和功率放大电路等几部分组成。脉冲信号发生电 路产生基准频率信号供给脉冲分配电路，脉冲分配电路完 成步进电机控制的各相脉冲信号，功率放大电路对脉冲分 配回路输出的控制信号进行放大，驱动步进电机的各相绕 组，使步进电机转动。 脉冲分配器有多种形式，早期的有环型分配器，现在逐 步被单片机所取代。功率放大电路有单电压、双电压、斩 波型、调频调压型和细分型等多种形式。近年来出现将控 制信号形成和功率放大电路合为一体的集成控制电源。 23. 影响步进电机性能的因素有哪些？使用时如何改善 步进电机的频率特性？ 步进电机的主要性能指标是频率特性曲线， 步进电机的 转矩随频率的增大而减小。步进电机的

42、频率特性曲线和许 多因素有关，这些因素包括步进电机的转子直径、转子铁 心有效长度、齿数、齿形、齿槽比、步进电机内部的磁路、 绕组的绕线方式、定转子间的气隙、控制线路的电压等。 其中有的因素是步进电机在制造时已确定的，使用者是不 能改变的，但有些因素使用者是可以改变的，如控制方式、 绕组工作电压、线路时间常数等。 控制方式对频率特性的影响较大，使用时尽量采用单双 拍控制方式。 线路时间常数小，步进电机的频率特性好，同时时间常 数小也可使起动频率增高。因此在实际使用时应尽量减小 时间常数。为了减少时间常数，可增大电阻 RC为不使稳态 电流减少，在增大电阻的同时，可采用提高供电电压的方 法。在实际中

43、，可根据客观情况来考虑选择恰当的外部电 阻 Rc，使步进电机处于合适的工作状态。通常在改变开关 电压的同时改变外接电阻的值，即增大电阻的同时提高开 关电压使步进电机的频率特性得到改善。 在使用步进电机时应使步进电机工作于高频稳定区。 步进电动机的步距角和转速的特点是不受电压信号和 负载变化的影响，仅与脉冲频率有关，它每转一圈都有固 定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距角误差不会长 期积累，如果停机后某些相绕组仍保持通电状态，还有自 锁能力。控制输人脉冲数量、频率及电机各相绕组的接通 顺序，可以得到各种需要的运行特性。 24. 简述细分驱动电路的工作原理。 步进电机细分驱动电路 步进电机的转动

44、是靠脉冲电压完成的，对应一个脉冲电 压，步进电机转子转动一步，步进电机的各相绕组电流轮 流切换，使转子旋转。如果每次进行输人脉冲切换时，不 是将绕组电流全都通人或关断，仅改变对应绕组中额定电 流的一部分，那么转子相应的每步转动也只是原步距角的 一部分。通过控制绕组中电流数值即可控制转子的步距角 的大小。所谓细分电路，就是把步进电机的步距角减小， 把一步再细分成若干步如 10 步） ,这样步进电机的运动近 似地变为匀速运动。并能使它在任何位置停步。这种将一 个步距角细分成若干步来完成的控制方式，称为细分控制 方式。 采用这种线路可以大大改善步进电机的低频特性， 可使 步进电机的步进角变小，从而提

45、高步进电机的控制精度， 能实现机床加工的微量进给。 步进电机中对电流进行细分，本质是在绕组上对电流进 行叠加，使原来的矩形电流供电波形变为阶梯电流波形供 电，要求绕组中的电流以若干个等幅等宽的阶梯上升到额 定值，或以同样的阶梯从额定值下降到零。电流波形从 0 经过 10 个等宽等高的阶梯上升到额定值， 下降时又经过同 样的阶梯从额定值下降至 0。它与一般的由 0 值突跳至额定 值，从额定值跳至 0 的通电方式相比，步距角缩小了 1/10， 因而使电机运转非常平滑虽然这种驱动电源的结构比较 复杂，但有如下优点：在不改变电机内部结构的前提下， 使步进电机具有更小的步距角、更高的分辨率，使电机运 行

46、平稳，可以减小或消除电机在低频段运转时产生的振动、 噪音等现象。 第三章直流调速系统 1、开环系统额定静态速降是由什么因素决定的？ 开环系统的静态速降为 皿乎，其中 C。为电机所固有 Ce 的常数，因此开环系统额定静态速降主要由电机的额定电 流、电枢回路总电阻决定。 2 试概述闭环调速系统的主要特点。改变给定电压是 否能够改变电动机的转速？ 如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比能否改变转 速？为什么？如果测速机励磁发生变化，系统有没有克服 这种扰动的能力？ (1) 闭环调速系统的主要特点：a 当给定电压Ugd不变 时，加入转速负反馈将使转速大大降低， 理想空载转速。口。 只是开环 匕，即人入

47、山。如果还要维持系统的运动速度基 1+k 1+k 本不变，即n“nok，那么闭环时的U。必须比开环时相应提高 (1k )倍。 b 当负载相同时，闭环系统的静态速降 小，将大大减小，只是开环系统静态速降的 c.如果电动机的最高转速相同，对静差率的要求相同， 则闭环系统的调速范围是开环系统的(1k)倍。 (2) 给定电压是系统的参考输入量， 改变给定电压能 够改变电动机的转速。 调整反馈电压的分压比，相当于改变了反馈系数，能够 改变电动机的转速。 (3) 测速机励磁发生变化引起的扰动， 不在反馈环所 包围的前向通道中，所以闭环系统没有克服这种扰动的能 力？ 3 转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是

48、什么？ 转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是闭环系统的 自动调节作用。在开环系统中，当负载电流增大时，电枢 电流Id在电阻R上的压降也增大，转速就要降下来。现在引 人了转速负反馈，转速稍有降落，反馈电压人就感觉出来 了。因给定电压Ugd不变，因此加到触发器上的控制电压 UC =Kp(Ugd -Ufn)便自动增加了，它可使晶闸管整流电压 Ugd增加， 电动机转速便相应回升。由于电枢电压nb将大大减速 的增量心Udo补偿A Udo压 降，就使转速基本维持不变。 4有一 V 一 M 调速系统，已知电动机的电势系数 Ce =127(v/rpm), IN =15A, n” =150转/分，电枢回路总电阻

49、R = 3，晶闸管整 流装置的放大倍数a，。，要求调速范围 D = 20S= 10%, (1) 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速 降。(2)采用转速负反馈组成单闭环系统，如果最大给定 电压为 30V，则转速反馈系数应为多少？( 3)计算所需 的放大器的放大倍数。 0.83 (转 /分) D(1S) 20(10.1) / . mob N 150 0.1 = 丛 30 =o.2a (2) Ufmax :nN 150 (3) 一 41.69 Kp=K=41t=8.82 Ksa 30 0.2 5 在带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统中，如 果稳压管的稳压值 Uw 发生变化，或电流反馈系

50、数卢发生 变化，各对系统的静特性有什么影响？ 带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的静特性 为： 当稳压管的稳压值发生变化时相当于给定电压发生变 化，影响理想系统的空载转速。电流反馈系数月发生变化 相当于电枢回路总电阻发生变化，影响系统的静态速降。 所以当稳压管的稳压值发生变化或电流反馈系数月发生变 化，将影响系统静特性的斜率。 6 为什么积分控制的调速系统是无静差的？积分调节 器的输入偏差电压U =0 时，输出电压是多少？决定于那些 元素？解：(1 ) nok =I43(转/ 分) n”s nmax K 二KpKs e 系统的动态速降能否为零，为什么？ 在积分控制的调速系统中，控制作用不仅依

51、靠偏差本身 而且依靠偏差的累计。只要输人偏差U .0,积分控制就使得 f Udt逐渐积累，因而转速就要变化。只有到 AU 工 0 时，输 出电压为一定值f.Udt不再变化，转速才稳定下来，因而是无 静差的。 当输入偏差电压 AU = 0 时，输出电压为一定值，它取 决于偏差的大小、偏差为零的时刻、积分时间常数等。 系统的动态速降不能为另，如果动态速降也为零，那么 系统的偏差电压U始终为零，则F：udt为零，控制作用就失去 了，系统无法工作。 7.双闭环调速系统在稳定运行时，速度调节器的输人、 输出电压各为多少？电流调节器的输人、输出电压各为多 少？ 在转速、电流双闭环调速系统中，如果转速、电流

52、两个 调节器都采用 PI 调节器，稳定运行时，它们的输人电压都 为零。 转速调节器的输出电压为： U gi 二 1 f x 电流调节器的输出电压为： u Cen gd TfRxR k _ KS 8 如果要改变双闭环系统的转速， 可调节什么参数？ 改变转速调节器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行 不行？如果要改变堵转电流 （系统起动时的最大电流） 应 调节什么参数？ 如果要改变转速可调节给定电压U gn或转速反馈系数a 改变转速调节器的放大倍数不行，改变转速反馈系数行。 如果要改变堵转电流应调节转速调节器的输出限幅值 Ug 或电流反馈系数 1。 9 双闭环调速系统在突加给定的起动过程中，转速调

53、 节器为什么能迅速达到限幅值，其限幅值是如何整定的？ 电流调节器是否应达到限幅值，其限幅值是如何整定 的？答：双闭环调速系统在突加给定时，由于电机的机械 惯性，转速为零，使转速反馈电压礼为零，这时加在转速 调节器输人端的偏差电压 Un很大，而转速调节器的积分时 间常数较小，所以转速调节器的输出能迅速达到限幅值， 电流调节器不应达到限幅值， 限幅值应大于最大的输出控制电压， 10.双闭环调速系统对电网电压及负载扰动， 其调节过 程的特点是什么？ 对电网电压的扰动无需等到电机转速发生变化， 只要电 枢回路电流发生变化时，由电流调节器调节即可，有效减 小了电机转速的变化。负载扰动要电机的转速发生变化

54、后， 由转速调节器来调节。3 l 开环系统额定静态速降是由什 么因素决定的？ 开环系统的静态速降为 m 乎，其中 C。为电机所固有 Ce 的常数，因此开环系统额定静态速降主要由电机的额定电 流、电枢回路总电阻决定。 11 .不可逆脉宽调制电路中非受限式和受限式两种方 式比较各有什么优缺点？ 非受限式方式在产生反向电流时，对电机转速的影响 会有多大？是否会影响电机正常使用？ 受限式电路中只使用一个晶体管，由电感释放能量进行 续流，电流只能是单方向的，在负载电流小，开关频率不 够高时，其限幅值按所要限制的最大电流值来整定， Ugi 需0 否则将失去调节作用， UkCengdK IfzR。 Ks 容

55、易产生电流断续现象。非受限式电路中增加了 一个晶体营，在电流变为零时由电动机产生反向电流，这 样就保证了电流在任何情况下都能连续。 由于脉宽调制电路中开关频率较高，所以非受限式方式 在产生反向电流时，对电机转速的影响不会很大，不影响 电机正常使用。 12 试述单极性工作制和双极性工作制的不同特点。 单极性脉宽调制电路是两组不可逆脉宽调制电路的组 合，一组输出正电压，另一组输出负电压，因此也有受限 式和非受限式两种方式。单极性电路在一周期内的输出电 压波形始终是单一极性，最多有两个晶体管同时工作。双 极性脉宽调制电路在一周期内的输出电压波形为正负双极 性，四个晶体管分两组轮流工作。 13.晶体管

56、直流脉宽调速系统与晶闸管电动机直流调速 系统相比有什么优点？ 晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管电动机直流调速系 统相比有以下优点： (1) 晶体管脉宽调制电路的开关频率一般在几千赫兹， 而三相晶闸管全控桥的开关频率有 300 赫兹，前者的开关 频率差不多比后者咼一个数量级。这样晶体管直流脉宽调 速系统的频带要比晶闸管直流调速系统宽许多，因此系统 的响应速度快，动态抗负载扰动的能力强。 (2) 由于开关频率高， 晶体管脉宽调制电路仅靠电枢 中电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电流 容易连续，同时电机的损耗和发热较小。 (3) 对交流电网的影响小， 没有晶闸管可控整流电路 换相时对电网的“

57、污染”，而且其功率因数高，效率高。 (4) 主电路需用的可控功率元件少，线路简单。例如 组成可逆直流脉宽调速系统的 H 型电路只需四个大功率晶 体管，而在可逆晶闸管直流调速系统的两组反并联三相全 控桥中则需要十二个晶闸管。此外，晶体管的控制也比晶 闸管容易。这样，就使得晶体管直流脉宽调速系统的线路 比晶闸管直流调速系统的线路简单。 第四章交流调速系统 1 为什么改变异步电动机定子供电频率，可以调节异 步电动机的转速？ 由ni=60fi/p可知，当极对数p不变时，同步转速ni和电源 频率fi成正比。而异步电动机的转速n =(1sni =(1s)60fi/p，所以连 续地改变供电电源频率，就可以平

58、滑地调节电动机的转速。 2 异步电动机变频调速时，如果只从调速角度出发， 仅改变人是否可行？为什么？在实际应用中，同时还要调 节Ui，否则会出现什么问题？ 由电机学可知，异步电动机有如下关系式： U i 二 Ei =44.4匚心1叫：吕 式中，定于绕组匝数Ni ,定于绕组系数KNI为常数。在电 源频率fi 一定时，定于绕组感应电压势Ui与Ei与产生它的气 隙合成磁通电成正比。忽略定子阻抗压降时，定子电压 U ； 与 E ；近似相等。由式(4-1)看出，若Ui不变，fi与“成反成 反比。如果人下降，则入增加，使磁路过饱和，励磁电流 迅速上升，铁损增加，电动机效率降低，也使功率因数减 小。如果fi

59、上升，则：；Jm减小，电磁转矩减小，电动机的过载 能力下降。可见调速时为维持恒磁通 4 不变，在调节人的 同时还要协调地调节Ui ,才可以使异步电动机具有较好的性 能。 3、异步电动机变频调速时，常用的控制方式有哪几 种？它们的基本思想是什么？这几种控制方式得到的机械 特性如何？ 常用的控制方式有三种： (1)保持Ui/fi =常数的控制方式 一般生产机械的负载多为恒转矩负载。对恒转矩负载， 希望在调速过程中保持最大转矩几。不变，即电动机的过 载能力不变。由电机学可知，最大转矩 Tmax为 T 3pU2 Imax 二 2 2 4呑1 .J （Xi X2） 若忽略定子电阻“ rl ,并考虑到Xi

60、 X2 Xk =2:f1（L1 L2）,则 Tmax：（Ui/fi）2所以在从额定频率（称为基频）向下调节 fl时，协 调控制Ui， 使fi与Ui的比值保持不变， 即可保证在调速过程中， 电动机的最大转矩不变。称为压频比恒定的控制方式。 在频率较高时，定子电阻ri马相对于短路电抗xXk X。 来说，可以忽略（因为xi），在调节fi同时，调节Ui，并保 持Ui/fi=常数，即可使Tmax不变。但是在频率较低时，ri相对Xk来 说，不可忽略。此时既使仍保持压频比恒定，由 讥也要减 小，从而使最大转矩Tmax减小。电动机低速运行时，过载能 力随转速n的降低而降低。 因此这种控制方式的变频调速只 适用