《电气传动与调速系统》课程思考题与习题解答二

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。2．一台定子绕组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，电动机还能否继续运行？停下来后能否重新起动？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时旋转磁场是l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类。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动转矩和始动电压的。会使死区增大。8．直流伺服电动机—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？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＝0时T＝0，这一点为步进电动机的稳定平衡点，当0=±。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.解:00316/3600rscZ或0005.126/360/3600rrseZmZ则：20rZ（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）0005.12245/360/3600CmZrse（2）1002245/60/60fCmZfnr则f=400HZ21、若一台四相反应式步进电动机，其步距角为009.0/8.1，试问（1）009.0/8.1表示什么？（2）转子齿数为多少？（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）009.0/8.1表示这台步进电运机单拍运行时步距角为08.1，单双拍运行时步距角为09.0。（2）502.7/3609.024/360000rrseZZO则(个齿)（3）A-DA-D-CD-C-BC-B-AB-A（4）min)/(602504/40060/60rCmZfnr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，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