控制电机复习

《绪论》

1、控制电机的种类和特点

控制电机分为执行元件和测量元件。执行元件主要包括直流伺服电动机、无刷直流电动机、步进电动机、直线电动机；测量元件主要包括旋转变压器、自整角机、交直流测速发电机

主要任务：信号的传递和转换

特点:运行平稳、响应迅速、准确可靠；体积小、质量轻

2、控制电机的发展的趋势:微型化、大型化、新型化、数字化

第一章旋转变压器

3、旋转变压器的结构和工作原理

结构：由定、转子两大部件组成，定、转子槽中各安放两个垂直的绕组（励磁绕组和补偿绕组，正弦绕组和余弦绕组）

原理：定子励磁绕组施加交流励磁电压，产生脉振磁场，脉振磁场将在输出绕组中产生感应电动势。

4、旋转变压器种类：按极对数分单极对和多极对

5、为什么旋转变压器会发生畸变?如何补偿?

答：原因在于负载电流产生的交轴磁场。为消除畸变，就必须在负载时对电机中的交轴磁势予以补偿。通常可采用二次侧补偿和一次侧补偿方法。

6、什么叫线性旋转变压器？输出电压与转子转角成线性函数关系的旋转变压器。

第二章自整角机

7.什么是自整角机？其结构及工作原理？P16

自整角机是用于同步随动系统中的一种特种电机，它通过电的方式在两个或两个以上无机械联系的转轴之间传递角位移或使之同步旋转。自整角机主要由发送机和接收机组成，发送机负责转角信号的发送，接收机负责转角信号的接收或电压信号的输出。自整角机按其功能分控制式和力矩式自整角机。

8.控制式自整角机和力矩式自整角机有何不同？

①力矩式自整角机主要用在指示系统中，可实现角度的传输②当发送机与接收机之间有失调角产生时，接收机转子在整步转矩的作用下旋转，并减小失调角，直至失调角为零③它为开环系统，无力矩放大作用，负载能力较低，因此适用于负载较轻及精度要求不高的远距离随动系统；①控制式自整角机主要用在传输系统中，做检测元件用，可将角度信号转换为电压信号②当发送机与接收机之间有失调角产生时，接收机转子将输出一个与失调角成正弦函数关系的电压，该电压经放大器放大后控制伺服电动机的转动，伺服电动机又带动接收机转子旋转，使失调角减小，直至为零③它为闭环系统，其负载驱动能力取决于伺服电动机的容量，所以能带动较大负载，并且精度较高。

9.自整角机的技术数据有哪些？其使用原则有哪些？

力矩式自整角机技术参数：①比整步转矩②零位误差③静态误差④阻尼时间

控制式自整角机技术参数：①比电动势②零位误差③静态误差

使用原则：①各类自整角机在使用前应首先确定其基准电气零位②对接使用的自整角机，对接绕组的额定电压和额定频率必须相同③力矩式自整角机所带机械负载较重时，应根据所要求的精度选择比整步转矩大的自整角机④在电源容量允许的情况下，应选用输入阻抗较小的发送机，以获得较大的负载能力。

⑤选用控制式自整角机时，应选用输入阻抗较大的接收机，以减轻发送机的负载。⑥发送机和接收机不能互换使用，因为两者结构上有差异，参数也不尽相同。

第三章测速发电机

10.测速发电机的种类有哪些？其结构和工作原理是什么？

答：测速发电机主要分为直流测速发电机和交流测速发电机两种，直流测速发电机又可分为电磁式直流测速发电机和永磁式直流测速发电机。

结构：直流测速发电机：转子结构和电枢绕组和小功率直流发电机是完全一样的，定子部分包括：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等，转子（电枢）包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇和转轴等。

交流测速发电机：交流测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的。不需要电刷和换向器。

工作原理：直流测速发电机：在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势。显然输出电压与转速成正比。

交流测速发电机：当定子励磁绕组外接频率为 f的恒压交流电源 u，励磁绕组中有电流 i流过，在直轴（即轴）上产生以频率 f脉振的磁通。在转子不动时，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），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速，并以励磁磁场的脉振频率交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么此短路电流所产生的脉振磁通在空间位置上与输出绕组的轴线一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势。输出绕组感应产生的电势实际就是交流异步测速发电机输出的空载电压，其大小正比于转速，其频率为励磁电源的频率。

11.交、直流测速发电机的误差因素有哪些，如何消除？

直流测速发电机误差因素：

①电枢反应的影响：直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ0减小，使输出电压减小。从输出特性看，斜率将减小，而且电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越显着，输出特性斜率减小越明显，输出特性直线变为曲线。

可以通过安装补偿绕组来抑制电枢电流对主磁场的影响，减小电枢反应造成的误差。

②换向延迟的影响：电枢绕组的电流方向是发电刷为其分界线的。当电枢绕组元件从一个支路经过电刷进入另一个支路时，其电流便由+i就成-i，但是当元件经过电刷而被电刷短路的瞬间，它的电流是处于由+i变到-i的过渡过程，这个过程叫作元件的换向过程。进行换向的元件叫作换向元件。换向元件流有电流时便产生磁通，该磁通和主磁通方向相反，对主磁通起去磁作用(这样的去磁作用叫做延迟换向去磁)。

为了改善线性度，对于小容量的测速机一般采取限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用。

③电刷接触电阻影响：测速电机输出为线性关系的一个条件是电枢回路总电阻为恒值。实际上总电阻中包含的电刷和换向器的接触电阻不是一个常数。它与材料、电流密度、电流方向、电刷接触压力、接触表面温度等因素有密切关系。电刷接触压降会在转速较低时，输出电压对转速的反应不灵敏，造成不灵敏区。

采用接触压降较小的银---石墨电刷、高精度测速发电机采用铜电刷。并在电刷与换向器接触的表面上镀上银层，使换向器不易磨损。

④纹波的影响：测速发电机的输出电势并非随时间变化而稳定的直流电势，其输出电势总是带着微弱的脉动，通常把这种脉动称为纹波。

纹波主要由电机本身的固有结构及加工误差所引起，不可避免。

⑤温度的影响：电机周围环境温度的变化以及电机本身发热都会引起电机绕组电阻的变化。当温度升高时，激磁绕阻电阻增大，激磁电流减小，磁通也随之减小，输出电压就降低。反之，当温度下降时，输出电压便升高。

在激磁回路中串联一个阻值比激磁绕阻电阻大几倍的附加电阻来稳流，这样，尽管温度升高将引起激磁绕组电阻增大，但整个激磁回路的总电阻增加不多。附加电阻可以用温度系数较低的合金材料制成。

交流测速发电机：

①直轴磁通变化的影响：要使输出电压和转速成正比关系，就必须保持直轴磁通恒定。实际上，由于转子导体在直轴磁场中旋转，讲产生运动电动势和电流，并在交轴方向产生交轴磁动势和交轴磁通，而转子在交轴磁场中旋转，也将产生直轴方向的磁动势，该直轴磁动势的大小应与转子转速的平方成正比，并与转子电阻值有关。根据磁动势平衡原理，转子直轴磁动势将使励磁绕组的电流发生变化，从而引起励磁绕组漏阻抗压降的改变，导致直轴磁通也随之改变，这就破坏了输出特性在转速较大时向下弯曲。所以励磁绕组的楼阻抗的大小可以直接影响直轴磁通的恒定。另外，转子漏抗的大小也会影响到运动电动势与转子电流的相位关系，使转子电流所产生的磁动势不完全位于交轴位置，其直轴磁动势分量也会影响到直轴磁通的恒定。

一般采用增大转子电阻的方法来减小直轴磁通对输出特性的影响。此外，减少电机的相对转速，也有利于减少直轴磁通的变化。

②负载阻抗的影响：当负载阻抗不是很大，发电机的输出特性酱油很大的变化。当输出绕组接有电阻——电感负载时，有可能使输出特性电压相位移不受负载阻抗的影响，但却扩大了对输出电压值的大小。常常采用电阻——电容负载。

③剩余电压的影响：转子是旋转的，这个剩余电压将于转子位置成周期性变化。当短路环的轴线与输出绕组轴线重合时，短路环中的E K、I K ΦK 均最小，剩余电压也最小；当短路环的轴线与输出绕组轴线