第七章 思考题与习题及答案

第七章思考题与习题及答案P207

7-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U—V—W—U……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U→UV→V→VW→W→WU→U→……，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Φ而在转子绕组中产生第二个电动势，称为速度电动势E v。E v与Φ成正比，与转速n也成正比。在E v作用下，转子中有第二个电流I v流过，同样，由于转子电阻远大于电抗， I v将与E v同相，且I v∝Φn。转子电流I v也将在气隙中产生脉动磁通Φv，由于E v滞后Φv90°，故Φv为横轴方向(即输出绕组的轴线方向)。由于磁通中Φv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，E∝Φv ∝n。

由此可见，在励磁电压U f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?