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第七章 思考题与习题及答案 P2077-l交流伺服电动机的理想空载转速为何总是低于同步转速?当控制电压变化时，电动机的转速为何能发生变化？答：P171，173，交流伺服电机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似，它的转子通常为笼型结构，也是属于感应电动机，所以理想空载转速总是低于同步转速。对于两相伺服电机，如果励磁绕组和控制绕组中加的电压是对称的，便可得到圆形的旋转磁场。但如果两者的幅值不同，或是相位差不是90。，得到的便是椭圆形的旋转磁场。改变控制电压的大小或是改变它与励磁电压之间的相位角，都能使电动机气隙中旋转磁场的椭圆度发生变化，从而影响电磁转矩，当负载转矩一定时，达到改变转速的目的。交流伺服电机的控制方式有三种：(1)幅值控制方式即保持励磁电压的相位和幅值不变，通过调节控制电压的大小来改变电机的转速；通过改变控制电压的相位来改变电机的转向。 (2)相位控制方式即保持励磁电压和控制电压的幅值不变，通过调节控制电压与励磁电压之间的相位差来改变电机的转速和转向，一般很少采用。(3)幅值相位控制方式即保持励磁电压的相位和幅值不变，同时改变控制电压的幅值和相位以达到控制的目的。7-2交流伺服电动机的转子电阻为什么都选得相当大？如果转子电阻选得过大又会产生什么影响? 答：P172，转子电阻大，起动转矩也大，根据电动机的人工机械特性，电阻过大也会降低起动转矩，从而影响快速响应性能。7-3什么是自转现象？如何消除？答：P172，伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。消除方法一是适当增大转子电阻（常用），二是在定子的两个绕组中通人两个相反方向电流，产生的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性合成转矩是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。7-4如果直流伺服电动机电刷压力过大或者轴承装配不良以致影响轴的灵活转动时，试问这些因素会不会影响直流伺服电动机的机械特性和调节特性? 答：一般不会影响直流伺服电动机的机械特性，但对调节特性有一定的影响，会使调节特性变差。7-5如何从电磁关系上说明电枢控制式和磁极控制式直流伺服电动机的性能不同? 答：P176，电枢控制是将电枢电压作为控制信号来控制电动机的转速，磁极控制是通过改变励磁电压来控制转速，电枢控制功率较大，磁极控制功率很小。7-6什么是步进电机的步距角？什么是单三拍、单六拍工作方式? 答：P183，步距角指三相步进电机每输入一个脉冲信号，电机转过的角度。反应式步进电机步距角一般为1.5，永磁式步进电机步距角一般为7.5或15，混合式两相步进电机步距角一般为1.8，而五相步距角一般为0.72。三相单三拍通电方式是步进电机工作时，定子绕组按UVWU的顺序轮流通电，则转子就按顺时针方向一步一步地转动，每一步（拍）转过30。步进电机三相六拍工作方式是步进电机工作时的通电顺序为UUVVVWWWUU，即每一循环共六拍，其中三拍为单相通电，三拍为两相通电每一拍转过15。7-7步进电动机为什么必须“自动错位”自动错位的条件是什么? 答：P183，7-8影响步进电动机性能的因素有哪些?使用时应如何改善步进电动机的频率特性？答：P183，步进电机的性能指标主要有步距角、静态步距角误差、额定电流、额定电压等。7-9为什么交流伺服电动机的转子常常采用笼型结构，而交流异步测速发电机转子却很少采用笼型结构，一般都为非磁性空心杯式结构？答：P172，空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，空心杯转子异步测速发电机的性能精度比笼型的要高得多，笼型交流伺服电动机转子的主要性能有输出斜率大、线性度差、相位误差大、剩余电压高，一般用在精度要求不高的控制系统中。7- l0试简述直线电动机的工作原理及应用范围。答：P187，在直线异步电动机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，会产生气隙磁场。在理想情况下，这个气隙磁场沿展开的直线方向呈现正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按U、V、W相序沿直线移动，这个磁场是平移的，称为行波磁场。行波磁场的移动速度称为同步速度，次级导条在行波磁场切割下，产生感应电动势并产生电流。所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力作用下，如果初级是固定不动的，次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。改变电源的相序，可以改变直线电动机的运动方向。直线电动机主要用于要求机械作直线运动的场合。如工业自动装置中的执行元件，自动生产线上的传送带、机械手、各种自动门、磁悬浮列车等。7-11为什么交流异步测速发电机输出电压的大小与电机转速成正比，而频率却与转速无关? 答：P193，当转子以某一速度旋转n时，由于切割纵轴磁通而在转子绕组中产生第二个电动势，称为速度电动势Ev。Ev与成正比，与转速n也成正比。在Ev作用下，转子中有第二个电流Iv流过，同样，由于转子电阻远大于电抗， Iv将与Ev同相，且Ivn。转子电流Iv也将在气隙中产生脉动磁通v，由于Ev滞后v90，故v为横轴方向(即输出绕组的轴线方向)。由于磁通中v与输出绕组0交链因此输出绕组中将产生感应电动势E，这个电动势就是测速发电机的输出电动势。显然，Evn。由此可见，在励磁电压Uf的幅值和频率恒定、且输出绕组负载很小时，交流测速发电机的输出电压与转速成正比，而其频率与转速无关，一直保持电源的频率。因此，只要测出其输出电压的大小就可以测出转速的大小。如果被测机械的转向改变，交流测速发电机的输出电压的相位也将改变。这样，异步测速发电机就能将转速信号变成电压信号，实现测速的目的。7-12交流异步测速发电机的输出特性为什么会存在线性误差？答：P194，造成线性误差的原因是因为气隙磁通不是常数。7-13什么是交流异步测速发电机的剩余电压?简要说明剩余电压产生的原因及减小的方法。答：P194，在理想状态下，交流异步测速发电机的转速为0时，其输出电压也将为0。但实际上并不如此。如果测速发电机已经供电，转子处于静止状态，而输出绕组将输出一个很小的电压，这个电压称为剩余电压。它一般是由磁路不对称、绕组匝间短路、铁心片间短路和转子电压不对称引起的，减小异步测速发电机的剩余电压的措施有：a采用单层集中绕组，b采用定子铁心和空心杯转子。另外还可以采用定子铁心旋转形叠装法、补偿绕组等方法来降低异步测速发电机的剩余电压。7-14为什么交流异步测速发电机转子采用非磁性空心杯结构，而不采用笼型结构？答：P192，空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，空心杯转子异步测速发电机的性能精度比笼型的要高得多，笼型转子异步测速发电机的主要性能有输出斜率大、线性度差、相位误差大、剩余电压高，一般用在精度要求不高的控制系统中。7-15为什么直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速?负载阻值不能小于给定值? 答：P191，因为直流测速发电机必须工作在线性范围，如果转速超过规定的最高转速也就超过允许的线性范围内的最高电枢转速，会影响输出电压的线性，也就是加大信号的误差，是我们把希望的。同样，负载电阻是指保证输出特性在线性范围内的最小电阻值，如果接到电枢两端的电阻小于这个值，电枢电流会比较大，使线性度变差，使信号的误差加大。7-16若直流测速发电机的电刷没有放在几何中心线位置，试说明这时电机正、反转时的输出特性。答：P191，会增加输出特性的不对称度。输出特性的不对称度是指直流测速发电机正、反转时，在相同的转速下，输出电压绝对值之差与两者平均值之比的百分数7-17如果一对自整角机定子绕组的一根连接线的接触不良或脱开，试问是否能同步转动? 答：不能，因为没有同步信号，或者同步信号不完整，所以不能同步转动。7-18试简述交直流两用电动机的工作原理及特点。答：P200，交直流两用电动机的工作原理与直流串励电动机相同，根据电动机左手定则，其正方向通电时的电动机转子的转矩方向和反方向通电时电动机转子的转矩方向是相同的。即交直流两用电动机由于其主磁通和电枢电流的方向同时随电源的极性而改变，因此能使平均转矩保持转动的方向不变。交直流两用电动机特点是具有较小的起动电流和较大的起动转矩、调速范围广、并能获得高速。交直流两用电动机的机械特性较软，在转矩增加时，转速迅速降低，致使输出功率增加有限，不容易因为负载加大而过载。7-19试简述永磁式、反应式、磁滞式三种微型同步电动机在结构、工作原理及应用场合的不同。答：P201，结构工作原理应用场合特点永磁式定子铁心上嵌放三相或单相绕组，转子采用永久磁铁磁极和起动用的笼型绕组或磁滞起动用的磁滞环或同步转速的低爪极自起动。定子绕组通入三相对称电流产生旋转磁场。单相电源供电时，定子起动绕组用电容器移相，建立旋转磁场。定子的旋转磁场与永久磁铁做成转子磁场相互作用，转子磁场在定子磁场的带动下，沿定子旋转磁场的方向以同样的速度旋转，借助于笼型结构异步起动。电动窗帘机、小型舞台布景、旋转灯具、自动化仪器仪表、电动室内外装潢、电动传票装置和电动器械上。电动机的效率高，有比较高的效率和功率因数，工作稳定，转速恒定。反应式定子结构与异步电动机基本相同。定子铁心用硅钢片冲制叠压而成，磁极各有一个开口，在对角的半个磁极铁心上各套一只短路环，如同单相罩极异步电动机的定子铁心，定子铁心上装有励磁线圈。转子用硬磁材料做成，一经磁化便产生固定的磁极。其转子可分为隐极式和凸极式。定子绕组通入交流电，由于短路环的电磁感应作用，像罩极异步电动机的定子铁心一样，在电动机的气隙中产生旋转磁场。电流变化一周，定子磁场旋转一周。转子在磁场中被磁化，形成磁性固定不变的磁极。由于磁极的相互作用，转子被定子磁场吸引，由于定子磁场在旋转，转子也就跟随定子磁场以同步转速旋转。用于记录仪表、摄影机、录音机及复印机等设备中运行稳定，可以通过改变定子、转子磁极对数来改变转子转速；还可以通过改变交流电的频率来改变转速。可靠。结构简单，价格低，磁滞式定子结构和异步电动机相似。可以做成三相或单相，单相常用电容器分相，容量特别小时，也有用罩极式或与爪极相结合成为罩极爪极磁滞式微型同步电动机。转子有效层由具有显著磁滞特性的硬磁材料制成，为光滑的圆柱体，分内层和外层。外层由磁滞材料构成，内层是非磁性的或磁性的套筒，定子产生旋转磁场，转子被磁化，最初被磁化的方向，使转子磁极落后于定子磁极一个失调角，定子磁场和转子磁场间的作用力方向发生了改变，不仅有径向力，还产生了切向力，这