微特电机及其驱动复习2.doc

微特电机及其驱动复习1根据微特电机的用途可以分为驱动用微特电机和控制用微特电机2伺服电动机的功能是将输入的电信号转变为机械信号输出。根据电信号的不同，可又分为直流伺服电动机和交流伺服电动机3自整角机的功能是对机械信号进行传递测量或指示，根据功能的不同它又可分为力矩式自整角机控制式自整角机4步进式电动机的功能是将数字脉冲电信号转变为机械信号。根据工作原理可分为反应式永磁式混合式步进电动机5根据在控制系统中的作用，又可将控制用微特电机分为测量元件和执行元件。测量元件包括旋转变压器，交直流测速发电机，自整角机等。执行元件主要有交直流伺服电动机，步进电动机，力矩电机等。6对控制用微特电机要求主要是高可靠性高精度快速响应1按结构，直流伺服电动机可分为传统型和低惯量型2直流伺服电动机主要采用电枢控制方式3为什么两相伺服电动机的转子电阻要设计的得相当大，若过大，对电机的性能有哪些不利影响？：答：当转子电阻足够大时，临界转差率Sm1，电动机的可调转速范围在0到同步速之间；随着转子电阻的增大，异步电机的机械特性更接近于线性关系，增大转子电阻后，还能防止出现“自转”现象，但过大则损耗功率也将变大4伺服电动机也称为执行电动机5交流异步伺服电动机的控制方法：幅值控制相位控制幅值相位控制双相控制，双相控制时，伺服电机始终在圆形旋转磁场下工作6交流异步伺服电动机为了获得线性的调节特性，伺服电动机工作在较小的相对转速范围内，这可通过提高伺服电动机的工作频率来实现。1直流测速发电机输出特性产生并不是严格的线性特性，误差的原因;电枢反应的影响电刷接触电阻的影响电刷位置的影响温度的影响纹波的影响2交流测速发电机可分为同步测速发电机和异步测速发电机3异步测速发电机误差产生的原因：气隙磁通d的变化励磁电源的影响温度的影响4剩余电压产生的原因：基波分量电容分量高次谐波分量5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同步转速来实现。因此，异步测速发电机大都采用400Hz的中频励磁电源1步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊执行电动机，又由于它输入的是脉冲电流，所以也叫脉冲电动机2步进式电动机主要有反应式永磁式和混合式3反应式步进电动机转子转过一个齿距，从磁路情况来看，变化了一个周期。因此，转子一个齿距所对应得电角度为2电弧或360电角度4要提高步进电动机启动频率可考虑：增加电动机的相数，运行的拍数和转子的齿数，增大最大静转矩；减小电动机的负载和转动惯量；减小电路的时间常数; 减小电动机内部或外部的阻尼转矩5步进电动机的驱动电源由变频信号源脉冲分配器和脉冲放大器三部分组成6步进电动机的典型驱动方式：单电压驱动方式高低电压驱动方式定电流斩波驱动方式调频调压驱动方式细分驱动方式1自整角机按其输出量不同，可分为力矩式自整角机和控制室自整角两类。力矩式自整角主要用于精度要求不高的指示系统中2控制式自整角机主要应用于由自整角机和伺服机构组成的随动系统中3自整角机的结构和一般旋转电机一样，主要由定子和转子两大部分组成，定转子的铁心由硅钢片叠压而成；定转子绕组有单相绕组和三相绕组两种。单相绕组为励磁绕组，可以使分布式也可以是集中式;三相绕组称为整步绕组，一般均为对称分布式，并接成星形 力矩式自整角机有凸极式和隐极式两种结构4自整角机的整步绕组嵌放在转子和定子上各有何利弊：答：前者有三组滑环和电刷，摩擦转矩较大，会影响精度，但转子易平衡，而且滑环和电刷仅当系统存在失调角时，即自整角机转子处于转动状态时才有电流通过，滑环的工作条件较好，这种结构大都用于容量较大的力矩式自整角机中。后者有两组滑环和电刷，摩擦转矩较小，精度较高，可靠性也高，但转子重量不以平衡，要引起附加误差，而且即使转子处在协调位置，励磁绕组也长期经电刷和滑环通过励磁电流，容易造成电刷和滑环在固定接触处因接触电阻损耗引起过热甚至烧坏。所以这种结构适用于容量较小的指示式远距离角度传输系统5旋转变压器或称回转变压器，可作为解算元件，主要用于坐标变换，三角运算等，也可作为传感元件 ，用于随动系统中远距离测量，传输或再现一个角度。此外，还可以用作移相器和角度数字转换装置等6对比二次侧补偿和一次侧补偿，当采用二次侧补偿时Zl1必须等于Zl2才能实现完全补偿，对于正弦旋转变压器来说，如负载阻抗Zl1是一变值，则要求作为补偿电路的余弦绕组负载阻抗Zl2 随之作相应变化，这在实际应用时颇为不便。当采用一次侧补偿时，补偿回路的阻抗Zq与负载无关，只要适当选取Zq便可消去交轴磁场的影响，因此在实际应用时较为方便，易于实现。如果对输出电动势的函数关系要求很严，则可同时采用一次侧补偿和二次侧补偿7正余弦旋转变压器负载后之所以输出特性曲线产生畸变，是由于转子磁势的交轴分量得不到补偿引起的。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 ，方法有一次侧，二次侧补偿1永磁无刷直流电动机主要由永磁电机本体，转子位置传感器和功率电子开关组成2三段式启动法：转自定位，外同步加速和外同步到自同步切换3常见的转子位置传感器有磁敏式,电磁式和光电式0 1单相交流串励电动机优点：使用方便转速高，体积小，质量轻启动转矩大，过载能力强2如将一台单相直流串励电动机接到交流电源上，由于磁通和电流都将同时改变，电磁转矩的方向仍将保持不变，电机仍可工作，但因下述原因，该电机的运行情况将十分恶劣，甚至不能运转：直流电机磁极铁心的定子磁轭均系铸钢制成，将有很大的涡流损耗；在励磁绕组和电枢绕组中将有很大的电抗电压降； 换向元件中将产生直流电机所没有的短路电动势，是换向发生困难，甚至产生严重的换向火花3单相串励电动机的调速方法：改变电源电压U改变励磁磁通d改变电机绕组串联电阻Ra+Rf4双凸极开关主要是只开关词组电机（SR电机）和双凸极永磁电机（DSPM电机）5开关磁阻电机系统主要由开关磁阻电机，功率变换器，控制器和传感器等部分构成 1 如何改变电容分相式单相异步电动机的转向？答 若要改变电机转向只需把起动绕组与主绕组相并联的出线对调即可实现。2 一台直流伺服电动机带动一恒转矩负载(负载阻转矩不变)， 测得始动电压为 4V ， 当电枢电压Ua=50 V时，其转速为 1500 r/min。若要求转速达到 3000 r/min，试问要加多大的电枢电压?解：当电枢电压Ua=50 V时 若要求转速达到 3000 r/min， 需要加的电枢电压3 什么叫自转现象？如何消除交流伺服电动机的自转现象？答 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”现象。可以通过增加转子电阻的办法来消除“自转”。因为增加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的Sm+1，控制电压消失后的机械特性如右图所示。正向旋转时在控制电压消失后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机制动到停止；若电机反向旋转，则在控制电压消失后的电磁转矩为正值，也为制动转矩，也使电机制动到停止，从而消除“自转”现象。4当微型同步电动机的负载变化时，转速变化吗？答 微型同步电动机正常运行时的转速都是同步转速，与负载的大小无关，所以负载变化时，转速不变。5 为什么磁滞转矩在异步状态时是不变的， 而在同步状态时却是可变的? 答 磁滞转矩在异步状态时所对应磁滞角是最大磁滞角c，其大小只决定于转子所用的硬磁材料的性质。因而当转子在低于同步速运转时(常称异步状态运行)，不管转子转速如何，磁滞转矩是不变的。而在同步状态运行时，磁滞同步电动机相当于一台永磁式同步电动机。磁滞角的大小决定于负载的大小，当负载的大小从0到，定子磁动势与转子磁动势夹角相应从0到c变化。当负载阻转矩增大时， 电机就要瞬时减速， 定、 转子两个磁场间的夹角增大，电机产生的转矩也增大，再与负载阻转矩相平衡以同步速运转，因而磁滞角增大。6 磁滞同步电动机最突出的优点是什么?答： 磁滞式同步电动机最突出的优点是自身具有起动转矩，因而结构简单、运行可靠，而且起动电流小，起动转矩大，运行稳定。7 反应式步进电动机的步距角与齿数有何关系？答 反应式步进电动机的步距角与齿数的关系：8步进电机技术数据中标的步距角有时为两个数， 如步距1.5/3， 试问这是什么意思? 答：表征不同通电方式下的步进电机的步距角的大小。如步距角1.5，是指步进电机作三相六拍方式运行时；步距角3，则是在三相单三拍下运行。9接上负载后，正、余弦旋转变压器输出电压有何变化？怎样消除？答： 正、余弦旋转变压器在负载运行时，绕组中会有电流流过，且建立了在绕组轴线方向上的电枢反应磁动势，这个磁动势可以分解成为轴分量和轴分量。其中，轴分量与接电源的励磁绕组组成变压器副边与原边的关系，由于磁动势平衡，对轴磁通大小无影响。但轴分量得不到补偿，就又在输出绕组中感应电动势，这样就破坏了正、余弦绕组电动势只应为转子转角的正、余弦函数的关系，使输出电压发生畸变。正、余弦旋转变压器消除畸变的方法是进行补偿，补偿的方法是从消除或减弱造成电压畸变的交轴分量磁势入手。1）可以给正弦绕组或余弦绕组接上相同的负载阻抗，它们各自产生轴方向的磁动势大小相等、方向相反，二者可以互相抵消，使输出电压不再畸变，即二次侧补偿；2）也可以在原边进行补偿，将 D3D4作为补偿绕组通过阻抗Z（等于电源内阻抗）或直接短接（因电源内阻抗很小），在绕组D3D4中产生感应电流，从而产生交轴方向磁通势，补偿转子绕组的交轴磁势，即一次侧补偿。为了减小误差，在使用时我们常常把一次侧、二次侧补偿同时使用。10 力矩式自整角机与控制式自整角机控制方式有何不同？转子的起始位置有何不同？答 （1）自整角机控制系统中，当失调角产生时，力矩自整角接收机输出与失调角成正弦关系的转矩，直接带动接收机轴上的机械负载，直至消除失调角。但力矩式自整角机力矩不大，如果机械负载较大，则采用控制式自整角控制系统，自控式自整角机把失调角转换为正弦关系的电压输出，经过电压放大器放大后送到交流伺服电动机的控制绕组中，使伺服电机转动，再经齿轮减速后带动机械负载转动，直到消除失调角。（2）对力矩式自整角机转子的起始位置分别为发送机和接受机a相定子绕组的轴线位置；对控制式自整角机，发送机的转子绕组仍以a相定子绕组轴线作为起始位置，而把自整角变压器的转子由a相定子绕组轴线旋转90作为起始位置。11一对控制式自整角机如图题9-11所示。发送机转子绕组通上励磁电流后, (1) 画出自整角变压器转子的协调位置； (2) 求失调角。 图题9-11 图题20-12 解 (1)自整角变压器转子的协调位置如图Xt所示。(2) 失调角q=q1-q2=500-300=200 图题9-11 图题9-1212某对力矩式自整角机接线图如图题9-12所示。(1) 画出接收机转子所受的转矩方向；(2) 画出接收机的协调位置；(3) 求失调角。解：(1) 接收机转子所受的转矩方向如图T所示；(2)接收机的协调位置如图Xt所示； (3) 失调角13 什么叫比整步转矩？什么叫比电压？答 力矩式自整角机当失调角时的静态整步转矩称为比整步转矩，数值越大，自整角机越灵敏，系统工作越灵敏，因此数值越大越好；当失调角时自整角变压器输出绕组上输出的电压大小称为比电压，比电压越大越好，比电压越大，说明自整角机越灵敏，系统工作越灵敏。14为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答 由于电机的磁路存在饱和，因而电枢反应有去磁效应，当负载电阻一定时，直流测速机的转速越高，感应电动势越大，电枢电流越大，电枢反应有去磁效应就越强，同时延迟换向去磁效应越强，使输出特性偏离直线越多，所以，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速。当直流测速发电机的电枢电势一定时，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应有去磁效应就越强，使输出特性偏离直线越多，所以，直流测速发电机的负载电阻不能小于给定值。15直流测速发电机的误差主要有哪些？如何消除或减弱？答 直流测速发电机的误差主要有其输出电压与转速之间的非线性误差。造成这种误差的原因主要有以下三个方面：1）电枢反应去磁和延迟换向去磁的影响。为了减小电枢反应去磁和延迟换向去磁带来的非线性误差，通常采用限制直流测速机使用时其转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能小于给定值。2）温度的影响。为了减小温度变化带来的非线性误差，我们通常把直流测速发电机的磁路设计为饱和状态。另外，可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，或串接一个温度系数为负的电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。3）接触电阻的影响：接触电阻总是随负载电流变化而变化，当负载电阻一定时，低速时电流较小，接触电阻较大，线性误差较大。高速时电流较大，接触电阻较小而且基本上越于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。故直流测速发电机尽量用在测量转速较高的场合。另外，直流测速发电机输出的电压存在着纹波，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响，可采用滤波环节来消除或减弱纹波。16转子不动时，交流异步测速发电机为何没有电压输出? 转动时，为何输出电压值与转速成正比，但频率却与转速无关?答 在转子不动时，由励磁绕组产生的脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生与励磁电源同频率的脉振磁场，也在d轴，其合成磁场为FD，与处于q轴的输出绕组无磁通交链，故没有电压输出。在转子转动时，转子切割直轴磁通FD，在杯型转子中感应产生旋转电势E r，其大小正比于转子转速n，并以励磁磁场FD的脉振频率f交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势E r在杯型转子中产生交流短路电流Ir，其大小正比于Er ，其频率为E r的交变频率f。若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么电流Ir所产生的脉振磁通Fq的大小正比于E r，在空间位置上与输出绕组的轴线（q轴）一致，因此转子脉振磁场Fq与输出绕组相交链而产生感应电势E，据上分析有：因而输出绕组的输出U正比于转速n，其频率为励磁电源的频率f。17交流异步测速发电机剩余电压是如何产生的？怎样消除或减小？答：当转子静止时，交流测速发电机的输出电压应当为零，但实际上还会有一个很小的电压输出，此电压称为剩余电压。产生剩余电压的原因很多，最主要的原因是制造工艺不佳所致，如定子两相绕组并不完全垂直，从而使两输出绕组与励磁绕组之间存在耦合作用，气隙不均，磁路不对称，空心杯转子的壁厚不均以及制造杯型转子的材料不均等等都会造成剩余误差。要消除或减小剩余电压，根本方法无疑是提高制造和加工的精度；也可采用一些措施进行补偿，阻容电桥补偿法是常用的补偿方法，补偿效果良好。例：一、填空1、根据微特电机在控制系统中的作用，可以将其分为控制用微特电机 、 驱动用微特电机 。2、步进电动机的功能是将 数字脉冲信号 转化为 机械（角位移）信号 。可以分为 反应式 、永磁式、混合式步进电动机等。3、近年来，微特电机的发展，出现了一些新的发展趋势，主要有： 无刷化、微型化、集成化、永磁化、智能化、新结构新原理电机（答出任意三个即可 等。4、旋转变压器负载后输出特性会产生畸变，消除畸变的补偿方式有两种： 一次侧补偿 、 二次侧补偿 。5、在控制式自整角机中，为了使控制变压器的输出为零，所采取的措施：预先将转子转过90.6、常见转子位置传感器主要有磁敏式、电磁式和 光电式 。7、单相交流串励电动机的主要特点有：使用方便， 转速高（体积小、重量轻） ，启动转矩大，过载能力强。8、DSPM电机又称之为 双凸极永磁 电机。二、单项选择题1、下面哪一个不是自动控制系统对伺服电机的要求。 （ D ）A 调速范围宽 B 动态响应快 C 线性度好 D输出力矩大 2、在实际运用中，哪一个不是交流异步伺服电机采用的控制方式。 （ B ）幅值控制 频率控制 相位控制 电容控制3、在交流异步伺服电机四种控制方式中，哪一种方式得到的磁场始终是圆形旋转磁场。 （ B ）幅值控制 两相控制 相位控制电容控制4、下面哪一种步进电动机驱动方式可以改变步距角： （ C ）双电压驱动方式 定电流斩波驱动方式细分驱动方式 调频调压驱动方式5、要使交流异步测速发电机的输出相位基本不变，对负载阻抗的要求是：（ D ）只能采用纯电阻性负载 负载阻抗尽量小 使用阻容性负载 使用感抗性负载6、下面哪一个不是单相串励电动机的调速方案。 （ C ）改变电源电压调速 改变励磁磁通调速变频调速 串电阻调速三、是非1、直流力矩电动机转矩大、转速低的原因是它被做成了扁平式的结构。（ ）2、交直流伺服电机都有自转现象，克服的方法是加大转子电阻。 （ ）3、步进电动机的连续运行频率与负载转矩成正比。 （ ） 4、在低频区和高频区步进电动机都容易产生震荡。 （ ）5、自整角机都是成对使用的，有一个自整角发送机，必须要有一个自整角接收机与之对应。 （ ）四、简答题1、为什么异步伺服电机的最好使用中频电源？答：1.提高励磁电源的频率，可以提高异步电机的转速，电机的同步转速越高，则相同工作速度下，电机的相对转速越小，减小电机的相对转速，可以减小输出电压的误差