电机控制题库

电机控制1、控制电机通常在自控系统和计算装置中作为执行元件、检测元件、解算元件。

(P1)2、与普通电机相比，控制电机要求具有高可靠性、高精度、快速响应。

(P1)第一章 伺服电机1、伺服电机的基本要求是：宽广的调速范围，机械特性和调节性能为线性，无“自转”现象，快速响应。

（P8） 3、简述直流伺服电机机械时间常数m τ的涵义及其对系统的要求。

涵义：当电动机空载时电枢外施阶跃电压，其角速度（或转速）从零升到稳定角速度（或转速）的63.2％时所需的时间。

（P15）a t e a m R J C C J R ,1,60222φφπτ∝=。

减小电枢转动惯量，采用细长电枢或空心杯、盘式绕组；提高气隙磁通密度；减小电枢电阻和放大器电阻。

（P15） 4、两相交流伺服电机增大转子电阻的意义。

可以增大调速范围，使得机械性能更加线性。

异步电机的稳定运行区域为转差率0-Sm 这一段区域，可调速范围很小。

增大转子电阻后，临界转差率Sm 增大，增大到一定值之后临界转差率Sm 将大于或等于1，电机的调速范围就扩展为0-n0。

另外还可以防止“自转现象”。

（P23）5、两相交流伺服电机，控制相绕组在空间上落后于励磁绕组90度，其电流领先于励磁电流90度；若控制相绕组电流落后于励磁电流90度，电机将反向旋转。

6、何谓两相交流伺服电动机“自转”现象，如何克服。

“自转”现象：但想绕组的脉振磁势分解为正序负序磁场的叠加，T=T1+T2，在正向旋转时，0<s<1，T>0。

所以，只要负载转矩不太大，转子仍能继续旋转，不会因控制信号的消失而停转，这种“自转”现象使伺服电动机失去控制。

增大转子电阻，使sm>1，则合成单相转矩在电动机正向旋转范围内为负值，即T<0。

这就是说，控制信号消失后，处于单运行状态的电机由于电磁转矩为制动性质而能迅速停转。

因此，增大转子电阻是防止交流伺服电动机出现“自转”现象的有效措施。

（P22） 7、交流伺服电机控制方法。

（P25）幅值控制：控制电压与励磁电压之间保持90度相位差不变，通过改变控制信号（电压）的幅值来改变电机的转速。

相位控制：控制电压的幅值保持不变，通过改变控制电压对励磁电压的相角来实现对电机的控制。

幅值相位控制（电容控制）：激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源，当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。

双相控制：激磁电压与控制电压间的相位固定为90度，而激磁电压的幅值随控制信号的改变而同样的改变，也就是说，不论控制信号大小，电机始终在圆形旋转磁场下工作，可获得最大输出功率和效率。

8、下图，线性电位器输入端加电压1U ，输出与角度θ正比，V U 11=，放大器输出端接交流伺服电机的控制绕组，求θ与1U 的关系。

线性电位器输出端电压为,1,12'11'1-=-=∆∴=U U U U U U θθ 只要0≠∆U ，伺服电机将会带动电位器指针转动，使得'1U 增大U ∆减小，知道为零。

此时11101U U U =⇒=-=∆θθ 即θ与1U 为倒数关系。

9、直流力矩电机结构特点是扁平式结构，较多的极对数，采用扁平式结构的原因。

（P19）电枢体积，电枢电流，电流密度，气隙磁通相同的两台电机,2,2121RR V V ==由2112222212144l l l R l R l R =⇒==πππ。

电枢电流和电流密度相同，导体直径也相同，在槽满率不变时绕线根数124N N =，电机电磁转矩1111R IN l B T e δ=，1222222e e e T T R IN l B T =⇒=δ，电枢直径增大一倍，电磁转矩也增大一倍。

设电抠总导体数为N ，一对电刷间的并联支路数为2N ，则每一支路所串联的导体数为2N，电刷间的电动势为lD NB U n Dnl B N E a δδππ1206020=⇒=，在电枢电压和气隙平均磁通密度相同的情况下，电枢直径增大一倍，理想空载转速减小一半。

第二章 测速电机1、直流测速电机误差产生的原因有：电枢反应影响，电刷接触电压降，温度，波纹影响。

（P52）2、空心杯转子异步测速电机输出电势2E 的幅值与转子转速无关，其频率与励磁电压频率相同。

（P57）转子旋转时，转子杯导条切割磁通Φd 而产生旋转电动势Er ，其频率也为f ，而大小则正比于电势。

磁势可以分解为两个空间分量，即直铀磁势和交轴磁势，nE F F r r rq q ∝∝∝∝Φ。

因交轴脉振磁通的空间位置和输出绕组的轴线方向—致，它将在输出绕组中感应出频率为f 的变压器电势，即为测速发电机的输出电势。

n E q ∝Φ∝2，因此，异步测速发电机的输出电势的频率就为激磁电源的频率f ，而与转速n 的大小无关，它的大小则正比于转速。

3、交流测速电机不同性质负载时向量图及不同性质负载对输出特性的影响。

（P61）纯电阻负载时（ZL=R2） 纯电感负载时 (ZL=jXL)纯电容负载时 (ZL=-jXC)转速一定，当负载阻抗足够大时，不论什么性质的负载，负载阻抗的变化不会引起输出电压明显变化；当容抗大于一定值时，容性负载与电阻负载的变化对输出电压的影响可以互补，但却扩大了对电压相位移的影响；电阻—电感负载，可获得相位移不受负载阻抗改变的影响，但却扩大了对输出电压的影响。

第三章 自整角机1、力矩式和控制式自整角机的区别。

力矩式自整角机：本身不放大力矩，要通过发送方的驱动装置放大力矩带动负载；主要用于指示系统。

控制式自整角机：主要用于自整角机和伺服机构成的随动系统；当发送机和接收机的转子之间存在失调角时，接收机上将有与此失调角成正弦关系的电压输出；需要伺服电动机、放大器、减速齿轮等，负载能力取决于伺服电动机及放大器。

（P73）2、三相整步绕组各项电流等于零的条件是：失调角θ为零，即接收机发送机转子处于协调位置。

3、（1）定转子接线及位置如图。

30=α，达到协调位置时，β应为多少度？（2）力矩式自整角机系统中，若将发送机（或接收机）的激磁绕组极性接反后，试分析这时发送机和接收机转子的协调位置会具有什么特点？（3）力矩式自整角机系统中，若将发送机（或接收机）的整步绕组顺序改变后，试分析这时发送机和接收机转子的协调位置会具有什么特点？ 4、实际使用自整角变压器时，预先把转子由协调位置转动90︒电角度的原因。

当输出绕组轴线在直轴位置时，输出电压为αcos 22m U U =。

实际应用时，希望失调角为零时，输出电压也为零；只要出现失调角，就有电压输出，使伺服电动机转动；并且能通过输出电压判断失调角的偏转方向。

预先把转子由协调位置转动90︒电角度，即取输出电压为零的转子位置，即交轴方向作为起始位置，ααsin )90cos(22'2m m U U U =-= ，就可以满足上述要求。

（P94）5、为什么自整角变压器在 0=θ和 180=θ时输出电压都为零，但只有一个位置是稳定的。

若调整伺服电动机，在正向控制电压时正向转动，在反向控制电压时反向转动。

（1）当自整角变压器的转于处 0=θ的位置上，发送机向正方向转动，则控制电压为正，伺服电动机正向转动，带动接收机的转子也正向转动，使失调角减小，直到 0=θ为止。

同理发送机向负方向转动，伺服电动机带动接收机的转子也向负方向转动，直到 0=θ为止。

这说明 0=θ是稳定协调位置。

（2）假如接收机的转于处于 180=θ的位置上，当发送机向正方向转动、其控制电压为负值，伺服电动机带动接收机转子向负的方向转动，失调角趋向增大，不能回到 180=θ位置，反之亦然。

这说明180=θ不是稳定的协调位置。

6、以下差动式自整角机系统中： （1）求 （2） （3）7、n 台力矩式自整角接收机的并联运行，发送机与接收机同型号时，每一台接收机的整步转矩为成对运行时的22+n 倍（P89），n 台同型号的自整角变压器联到同一台发送机，每一台输出电压的为成对运行时的21+n 倍（P96）。

第四章 旋转变压器1、正余弦旋转变压器通常定子上有两套空间位置相差 90的绕组，这两套绕组的匝数、形式完全一致，一套作为励磁绕组，另一个为交轴绕组。

2、设1=u K ，V U x 50=，V U y 20=， 30=α求21,r r U U 。

VU U U V U U U y x r y x r 3.33sin cos 32.42cos sin 21=-==+=αααα（P128）3、旋转变压器一次侧、二次侧补偿的向量原理图及其原理。

一次侧补偿：在定子侧的交轴绕组中接入合适的负载，用交轴绕组感应磁势的交轴分量来补偿正弦绕组负载时产生的感应磁势的交轴分量。

只要交轴绕组的负载足够小，就可以有效补偿正弦绕组负载时产生的感应磁势的交轴分量，所以一般是将交轴绕组短接；在计及励磁电源内阻时，交轴负载就等于电源内阻。

输入功率和输入阻抗都随着转自转角改变，输出电压与转子转角保持正弦关系，不受负载阻抗变化影响。

一般是将交轴绕组直接短接。

（P117）二次侧补偿：二次侧补偿，是在余弦绕组输出端接入合适的负载，使得余弦绕组也产生感应磁势，用余弦绕组感应磁势的交轴分量来补偿正弦绕组负载时产生的感应磁势的交轴分量。

一般要求正余弦负载相同。

二次侧补偿输入阻抗不随转自转角变化，保持稳定。

但必须正余弦绕组负载阻抗一致，在负载变化情况下不易实现。

（P114）第五章 步进电机1、步进电机输出角位移量或线位移量与其输入的脉冲数成正比，而转速或线速度与脉冲的频率成正比。

(P145)2、下面各图分别表示哪一相或两相控制绕组通电时的平衡状态：(PP146)3、比较步进电机单拍通电方式、双拍通电方式与单双拍通电方式运行的性能优劣。

单三拍运行的电流切换少，驱动电路简单，但容易造成失步；(P147)单双拍运行可以获得较小的步距角，较低的转速，使得控制更加精确；(P149)另一方面，步距角的减小也使得裕量角增大，电机工作性能稳定；(P155)此外单双拍运行时的最大负载较大。

(P157)4、一个定子六极转子四极的三相反应式步进电机，单相最大静转矩为m N T m ⋅=10，工作频率为50Hz 。

分别求在三相单三拍运行时、三相单双六拍运行时的：（1）步距角及转速、（2）动态稳定区及裕量角、（3）最大负载转矩。

I 、三相单三拍：（1）步距角00030413360360=⨯⨯==r s mCZ θ，转速m r mCZ f n r /250413506060=⨯⨯⨯==；(P149)（2）电步距角322ππθ==mC se ，动态稳定区（35,3ππ-），裕量角3πθπθ=-=se r (P155)；（3）最大负载转矩m N mCT T m st .53cos10cos =⨯==ππ。