控制电机的复习资料

控制电机的复习资料
《直流伺服电动机》
一、填空题
1．伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。

2．伺服电动机将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度而输出。

输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。

改变控制电压可以改变伺服电动机的转速及转向。

3．直流伺服电动机的结构上可以分为传统型和低惯量型。

与传统型的直流伺服电动机相比，低惯量型的直流伺服电动机具有时间常数小响应快速的特点。

4．电枢控制法是以电枢绕组作为控制绕组，是在负载转矩一定时，保持励磁电压不变，通过改变电枢电压来调节电动机转速，即电枢电压加大，转速增大；电枢电压减小，转速减小；电枢电压为零，电动机停转。

当电枢电压的极性改变后，电动机的旋转方向也随之改变。

5．直流伺服电动机的静态特性主要包括机械特性和调节特性。

6．机械特性是指控制电压恒定时，电动机的转速与转矩的关系。

机械特性与纵轴的交点为电磁转矩等于零时电动机的理想空载转速。

7．机械特性的斜率表示了电动机机械特性的硬度，即电动机的转速随转矩的改变而变化的程度。

8．调节特性是指在电磁转矩恒定时，电动机的转速与控制电压的关系。

9．调节特性曲线上从原点到始动电压点的这一段横坐标所示范围，称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。

失灵区的大小与负载转矩的大小成正比，负载转矩越大，想要使直流伺服电动机运行起来，电枢绕组需要加的控制电压也要相应的越大。

当n=0时，调节特性曲线与横轴的交点就表示在某一电磁转矩时，电动机的始动电压。

10．伺服电动机在自动控制系统中通常作为执行元件使用，对控制系统的性能影响很大，因此它应具有如下功能：①宽广的调速范围；②机械特性和调节特性均为线性；③无自转现象；④响应快速。

11．动态特性是指电动机的电枢上外施电压突变时，电动机从一种稳定转速过渡
到另一种稳定转速的过程。

11．为了减小直流伺服电动机的机电过渡过程，可以采取以下措施：①尽可能减小电枢电阻；②采用细长型或空心杯型电枢、盘型电枢，以获得较小的转动惯量；
③应增加每个电极气隙的磁通，即提高气隙的磁密。

12．占空比表示了一个周期里，功率开关管导通的时间与周期的比值，改变它就可以改变电枢电压的平均值，从而达到调速的目的。

改变占空比的方法有以下三种：定宽调频、调宽调频、定频调宽。

现阶段采用最多的方法是定频调宽。

13．单极性驱动是指在一个PWM周期里，电动机的电枢电压的极性呈单一性变化。

该驱动电路仅需两路驱动脉冲，电路较简单，驱动的电流波动较小，可以实现四象限运行，是一种广泛应用的驱动方式；双极性驱动低速时平稳性好，但在工作时由于四个开关管都处于开关状态，功率损耗较大，因此双极性驱动只用于中小型电机，使用时要加死区控制，防止同一桥臂下开关管直通。

二、简答题
1.若直流伺服电动机的励磁电压下降，对电动机的机械特性和调节特性将会产生哪些影响？
2．请用电压平衡方程式解释直流电动机的机械特性为什么是一条下倾曲线？为什么放大器电阻越大，机械特性就越软？
3．直流伺服电动机空载时，调节特性有无死区？如果有死区，它的大小是什么原因造成的？
4．简述机电时间常数的物理意义。

影响直流伺服电动机机电时间常数的因素有哪些？采取哪些措施可以减小电动机的机械时间常数？
5．简述PWM调速原理。

三、计算题
课本P18 1、2、14
《无刷直流电动机》
一、填空题
1．无刷直流电动机用晶体管开关电路和位置传感器来代替电刷和换向器。

2．无刷直流电动机系统由电动机、转子位置传感器、晶体管开关电路三部分组成。

3．直流电源通过开关电路向电动机供电，位置传感器随时检测到转子所处的位置，并根据转子位置信号来控制开关管的导通与截止，从而实现无刷换向。

4．电磁式位置传感器是利用电磁效应来实现转子位置测量的；光电式传感器是利用光电效应制成的；磁敏式位置传感器的基本原理是霍尔效应和磁阻效应。

5．永磁无刷直流电动机由于采用自控式逆变器，电动机输入电流的频率和电动机转速始终保持同步，电动机和逆变器不会产生振荡和失步。

6．两两导通方式下，三三导通方式下，三相全控电路其合成力矩是单相电磁转矩的1.5倍。

因此两两导通三相六状态工作方式在实际中最为常用。

7．每一晶体管导通时，转子所转过的空间电角度称为导通角。

8．电枢磁场在空间保持某一状态时转子所转过的空间电角度，即定子上前后出现的两个不同的磁场轴线间所夹的电角度称为磁状态角，或称为状态角。

9．减小磁状态角可以减小电动势的脉动，因而也就减小了转矩的波动。

二、简答题
1.为什么说在无刷直流电机中转子位置传感器和逆变器起到了“电子换向器”的作用？
2. 位置传感器在无刷直流电动机中起到什么作用？常见的位置传感器有哪些类型？它们的检测位置的传感原理分别是什么？
3. 无刷直流电动机的电枢磁动势有何特点？
4. 试画出理想情况下，三相无刷直流电动机感应电动势和绕组电流波形，并根据此说明其转矩无脉动条件。

5. 无刷直流电动机如何调速？当采用PWM控制时，何谓反馈斩波方式？何谓续流斩波方式？何谓PWM电压控制？何谓PWM电流控制？
三、综合分析题
请设计一个基于单片机的无刷直流电动机控制系统，画出控制原理框图，简述实
现原理。

《交流感应伺服电动机》
一、 填空题
1． 由于励磁绕组电压固定不变，而控制电压是变化的，故通常情况下，两相绕组中的电流不对称，电动机中的气隙磁场也不是圆形磁场，而是椭圆形磁场。

2． 为了得到尽可能线性的机械特性，并实现无“自转”现象，必须具有足够大的转子电阻。

3． 定子旋转磁场的速度与转子旋转的速度之差与定子磁场的旋转速度之比称为转差率。

4． 两相感应伺服电动机的控制方式有：①幅值控制；②相位控制；③幅值-相位控制。

5． 两相感应伺服电动机幅值控制时，获得圆形旋转磁场的条件是有效信号系数等于1，此时 控制电压等于Uc=kcfU1。

（kcf 为控制绕组和励磁绕组的有效匝数之比）
6． 幅值控制时两相感应伺服电动机的机械特性是非线性的。

7． 两相感应伺服电动机相位控制时，获得圆形旋转磁场的条件是控制电压和励磁电压的相位差1sin 90==ββ或 。

8． 对于两相感应伺服电动机，机械特性的非线性对其动态性能影响不大，其作用通常可以忽略。

但随着控制电压的降低，其动态性能会变差，当控制电压较小时，其过渡过程时间可能会延长约一倍。

9． 感应电动机变频调速过程中，需要进行电压-频率协调控制，使电动机的端电压随着频率的变化而变化，以使气隙磁通能保持额定值不变，最基本的电压-频率协调控制就是使Us/f1=常数，即所谓的恒压频比控制。

10. 三相感应电动机在基频以下采用恒转矩调速，在基频以上采用恒功率调速。

二、 简答题
课本P55 2、3、4、6、7
三、计算题
课本P56 15
《步进电动机》
一、填空题
1．步进电动机是一种数字电动机，它受脉冲信号控制，并将电脉冲信号转换成角位移或线位移的控制电机。

2．它的直线位移或角位移量与电脉冲数成正比，所以电动机的直线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大范围内调节电动机的转速，并能快速启动、制动和反转。

3．电动机的步距角和转速的大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如温度、气压、冲击和振动等影响，它仅与脉冲频率有关。

4．反应式步进电动机是遵循磁通总是沿磁阻最小的路径闭合的原理，产生磁拉力转矩，即磁阻性质的转矩。

5．步进电机定子控制绕组每改变一次通电方式称之为一拍。

6．每一拍经过的电角度称为步距角。

同一台步进电机，若通电运行方式不同，其步距角也不相同。

电动机的相数和转子的齿数越多，则步距角就越小。

7．步进电动机的静态特性是指控制绕组的一相或几相通入直流电流，且通电状态保持不变，电动机处于稳定状态下，电动机的矩角特性、最大静转矩和矩角特性族。

8．通电状态保持不变，且步进电机在空载情况下，转子最后的平衡位置称为初始稳定平衡位置。

从理论上讲，此时电动机的静转矩（电磁转矩）为零。

9．当有扰动作用时，转子偏离初始稳定平衡位置，偏离的角度称为失调角。

静转矩与失调角的关系称为矩角特性。

10．在一定的通电状态下，最大静转矩与控制绕组内电流的关系称为最大静转矩特性。

最大静转矩与控制绕组中的电流的平方成正比。

11．步进电动机的矩角特性族是对应于不同的通电状态的矩角特性的总和。

12．动稳定区的边界到初始稳定平衡位置的区域称为裕量角。

裕量角越大，从一个动稳定区到达另一个动稳定区的时间就越短，电动机运行越稳定。

13．电动机的相数越多，步距角就越小，相应的裕量角也就越大，运行的稳定
性越好。

14．步进电动机能够带动的最大负载转矩要比最大静转矩要小，最大负载转矩可由矩角特性族上相邻的两条矩角特性的交点所决定。

当负载大于该值时，步进电动机就不能启动，所以也称为步进电动机的启动转矩。

15．转子的自由振荡频率与转子的齿数、最大转矩以及转子转动惯量有关。

16．电动机在连续转动时所产生的最大输出转矩T是随着脉冲频率f的升高而减小的，T与f两者间的关系曲线称为步进电动机的矩频特性。

17．步进电动机在低频段会出现低频共振现象。

步距角小时，振荡也要小一些，所以相数多的，并运行在拍数多的通电方式时，步进电动机的低频共振的危险要小一些。

增大步进电动机的阻尼，也可以对电动机的振荡起到抑制的作用。

18．步进电动机的启动频率是指它在一定负载转矩下能够不失步地启动的最高脉冲频率。

它的大小与电动机本身的参数、负载转矩及转动惯量的大小，以及电源条件等因素有关。

19．连续运行频率要比启动频率要高。

输入频率增高后，步进电动机的负载能力逐渐下降，到某一频率后，步进电动机已带不动任何负载，只要受到很小的扰动，就会振荡、失步甚至停转。

20．在转动惯量J为常数时，启动频率和负载转矩之间的关系称为启动矩频特性。

21．每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步矩角。

步距角的大小会直接影响步进电动机的启动和运行频率。

22．启动频率又称为突跳频率，是指步进电动机能够不失步启动的最高脉冲频率，它是步进电动机的一项重要指标。

23．步进电动机启动后，在控制脉冲频率连续上升时，能够维持不失步运行的最高频率称为运行频率。

24．额定电流是指电动机静止时，每相绕组允许通过的最大电流。

25．步进电动机的驱动电源包含变频信号源、脉冲分配器及脉冲功率放大器。

二、简答题
1.何谓拍？单拍制和双拍制有何区别？
2.何谓步矩角？步进电动机技术数据中标的步距角有时为两个数，试问这是什么含义？
3.什么叫矩角特性？什么叫矩角特性曲线族？
4.为什么步进电动机的连续运行频率比启动频率要高得多？
三、计算题
课本P123 16、18
四、综合设计题
设计一个基于单片机的完整的两相混合式步进电动机驱动控制系统，画出控制原理框图，简述实现原理。

《旋转变压器》
一、填空题
1．旋转变压器是测量机械转角的控制电机。

2．改变转子的转角，也就改变了原边和副边的电磁耦合程度，最终导致输出单相交流交流电压的幅值发生变化。

通过观察输出的单相交流电压的幅值的变化，就可以得知转角的变化。

3．在正、余弦旋转变压器中，当转子正弦输出绕组空载，励磁电压恒定时，其正弦输出绕组输出电压将与转子转角呈正弦函数关系；同样的，转子余弦输出绕组的空载输出电压将与转子转角呈余弦函数关系。

4．正、余弦旋转变压器在负载时输出电压发生畸变，根本原因是在于负载电流产生的交轴磁场。

为了消除输出电压的畸变，就必须在负载时，对电动机中的交轴磁场予以补偿。

通常可以采用一次侧补偿和二次侧补偿两种方法。

5．正、余弦旋转变压器的转子处于电气零位时的输出电压的大小称为零位电压。

理想的零位电压值为零。

6．零位误差是实际的电气零位与理论电气零位之差，以角分表示。

7．线性旋转变压器是指其输出电压的大小与转子转角成正比关系的旋转变压器。

二、简答题
1．正、余弦旋转变压器在负载时，输出电压为什么会发生畸变？如何解决？2．简要说明一次侧补偿的线性旋转变压器的工作原理。

3．试比较正、余弦旋转变压器中，采用二次侧补偿和一次侧补偿各有哪些特点？。