微特电机习题

1-2直流伺服电动机励磁电压下降对特性影响？

答：由n=Ua/Ce φ-RaTem/CeCt φ2,以及φ=NUf/RmZ 可知：

（1）Uf ↓→φ↓ →机械特性斜率↑ →Tst ↓

（2） Uf ↓→φ↓→调节特性斜率↑ →调节范围减小。

2-1.为什么直流测速发电机的使用转速不超过规定的最高转速？负载电阻不能小于规定值？

答：Δu=1/(1+R1/Kn),因此当n 越大时，误差Δu 越大；R1越小时，Δu 越大。负载电阻过小会加剧电枢反应的去磁影响。考虑到电枢反应，电刷接触压降影响后，输出特性在低速时有不灵敏区；在高速时，又向下弯曲。速度过高会引起电压脉动，因输出电压中交变分量幅值和频率一转速有关。

2-4.为什么交流异步测速发电机输出电压大小与电机转速成正比，而频率却与转速无关？

答：转子转动后，转子切割直轴磁能φd ，并产生电势Er ，由于直轴磁通φd 为脉振磁通，Er 为交变电势，其交变频率为φd 的脉振频率f ，Er=C2*n φd ，Er 产生短路电流Ir ，产生脉振磁势Fr 。Fr 可分解为励磁磁势Frd 和交轴磁势Frq 。交轴磁势Frq 产生频率为f 的脉振磁通φq 。又φq-Frq-Fr-Er-n ，因交轴脉冲φq 空间位置和输出绕组轴线一致，他将感应出频率为f 的输出电势E2，所以E2-φq-n 。即输出电势E2的频率为励磁电源的频率f ，而与转速n 无关，大小正比于转子转速。

2-7剩余电压：当测速发电机由恒频恒压的交流电源励磁，电机的转速为零时，仍有一个很小的输出电压，称之为剩余电压。剩余电压分为基波和高频两种。

减小剩余电压的措施：①选用较低的铁心磁密②采用单层集中绕组和可调铁心结构③定子铁心采用旋转叠装法④修补定子铁心和转子空心杯⑤采用补偿绕组⑥外接补偿装置

4-2.如何控制步进电动机输出的角位移或线位移量？步进电动机有哪些优点？

答：控制步进电动机输出的角位移或线位移量是利用每输入的电脉冲信号进行控制。优点，一是输出角位移量或线位移量不受电压的大小、负载的大小、环境条件等外界各种因素的干扰；二是步进电动机在不失步的情况下运行，其步距误差不会长期积累；三是控制性能好；四是有些型式的步进电动机在停止供电的状态下还有定位转矩，在停机后某些相绕组仍保持通电状态时，具有自锁能力。

4-3.怎样确定步进电动机转速的大小？与负载转矩大小有关系吗？怎样改变步进电动机的转速？

答：反应式步进电动机的转速取决于脉冲频率f 、转子齿数r Z 和拍数N ，即：

N Z f r 60n =，而与电压、负载、温度等因素等无关。当转子齿数一定时，转子旋转速度与输人脉冲频率成正比。因此，改变脉冲频率可以改变转速。

4-4何为反应式步进电动机的步距角？它与哪些因素有关？

答：步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角；步距角取决于转子齿数

r Z 和拍数N ，即：Cm Z N Z N r t 0r 0s 360360

===θθ，而拍数N 又取决于通电状态C 和电机的相数m 。

4-5.什么是反应式步进电动机的静稳定区和初始平衡位置？什么是最大静转矩？最大静转矩与哪些物理量有关？

答: 反应式步进电动机的静稳定区是指通电状态不变，电机处于稳定状态的区域，静稳定区在πθπ<<-之间。初始稳定平衡位置是指步进电动机在空载情况下，控制绕组中通以直流时转子的最后稳定平衡位置（或称零位）。最大静转矩是指步进电动机在规定的通电相数下矩角特性上的转矩最大值。在一定通电状态下，最大静转矩与电流的平方成正比。

4-6. 反应式步进电动机的起动频率和运行频率为什么不同？连续运行频率和负载转矩有什么关系？为什么？

答: 起动频率要比连续运行频率低得多，这是因为电动机刚起动时转速等于0，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载阻转矩外，还要克服转动部分的惯性转矩

dt d ΩJ 。因此起动时电机的负担比连续运转时为重。如果起

动时脉冲频率过高，则转子的运动速度就跟不上定子磁场旋转的速度，转子就要落后于稳定平衡位置一个角度。当落后的角度使转子位置在动稳定区之外，步进电动机就要失步或振荡，使电机不能起动。因此，为了能正常起动，起动频率不能过高，但当电机一旦起动以后，如果再逐渐升高脉冲频率，由于这时转子角加速

度dt dΩ较小，惯性矩不大，因此电机仍能升速。显然连续运行频率要比起动频率高。

连续运行频率和负载转矩的关系也就是矩频特性关系，因为在运行时负载转矩要与电磁转矩平衡，而电磁转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性，所以连续运行频率随负载转矩的增加而下降。

4-1畸变产生的原因，正余弦旋转变压器负载运行时，电机中存在转子绕组磁势的交轴分量，Fr1q，由它产生交轴磁通，并在正弦输出绕组中也产生感应磁势，由于交轴磁场的影响，将会使正弦输出绕组中的合成感应电势Er1不再与转子转角a保持正弦函数关系，同样影响到输出电压，产生畸变。

正余弦旋转变压器在负载时输出电压发生畸变，其原因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机中的交轴磁势予以补偿。

消除方法，在负载时对电机中的交轴磁势补偿.通常可采用二次侧补偿和一次侧补偿方法。

4-2答：二次侧补偿：利用余弦输出绕组，在其输出端接入合适的负载阻抗Zl2，这样在余弦输出绕组中也有负载电流通过，同时产生磁势Fr2，选取合适的负载阻抗，可使磁势Fr2的交轴分量Fr2q完全补偿Fr1q 二次侧特点：二次侧对称补偿的正余弦旋转变压器其输入阻抗不随转子转角的改变而变化，这是应用二次侧对称补偿时的优点，励磁If不随转子转角a的改变而改变，输入功率和输入阻抗亦然。必须使正余弦输出绕组的负载阻抗保持相等，对于变动的负载阻抗，二次侧补偿不宜实现

一次侧补偿：在定子交轴绕组中接入合适的负载阻抗。正弦输出绕组中负载电流产生的磁势分解成直轴分量和交轴分量，交轴分量与定子交轴绕组的轴线方向一致，它在交轴绕组中感应电势，并产生电流，形成磁势Fq，这样电机的交轴磁场由Fr1q和Fq共同作用产生，阻抗Zq的大小影响交轴磁场的大小，通常阻抗很小，产生很强的去磁左右，使交轴磁通趋于零，从而消除输出电压的畸变

一次侧特点：励磁绕组电流If随转子转角a的改变而改变，相应输入功率和输入阻抗也随转子转角a改变而改变，这时，输出电压Ur1随转子转角a呈正弦变化，且不受负载阻抗Zl1变动的影响。这是—次侧对称补偿的优点。

5-8步进电机的连续运行频率要比起动频率高很多，因为步进电机起动时除了要克服负载转矩以外，还要满足电机加速的要求，它的负担远比连续运行时重，若起动时脉冲频率稍高，电机的转速就不易跟上，会在起动中发生失步，而连续运行时，电机处于稳态情况，随着脉冲频率升高，电机的角加速度甚小，它便能随之增长升速

5-1何为自整角机？

答：自整角机是一种感应式交流微特电机，它能实现转轴的转角与电信号之间的相互变换，自整角机是具有自动整步能力。

5-2．简要说明力矩式自整角机中发送机和接收机定子绕组中合成磁动势的性质。

答：力矩式自整角机实际运行时，发送机和接收机同时励磁，定子绕组分别同时产生磁密F B 和J B ，其磁场为

脉动磁场，脉动磁场的轴线分别与转子励磁磁场的轴线重合；因此，两磁动势合成还是一个脉动磁动势。

5-3. 什么是力矩式自整角机的整步转矩和比整步转矩？

答：力矩式自整角机的接收机转子在失调时所产生的电磁转矩来促使转子和发送机转子协调，这个转矩称为整步转矩。当失调角为10时，力矩式自整角机的整步转矩称为比整步转矩。

5-4力矩式自整角机的接收机中整步转矩是如何产生的，它与哪些因素有关？

答：力矩式自整角机的失调角定义为发送轴和接收轴的转角差θ。接收机定子交轴磁密Bq（即与转子绕组轴线垂直的分量）与其励磁磁密相互作用产生整步转矩。整步转矩与失调角θ的正弦函数成正比，在失调角很小时，Tem近似与失调角θ成正比。凸极式自整角机的整步转矩由两个不同性质的分量所组成，一个是整步

绕组中的电流和励磁绕组建立的主磁通相互作用而产生的电磁整步转矩

θ

sin

2

2

1

1

q

q

f

Z

X

f

U

K

T=

；另一个是由

于直轴和交轴磁阻不同而引起的反应转矩θsi n2T m

22=T 。隐极式自整角机无反应整步转矩，只有电磁整步转矩。

5-5什么是力矩式自整角机的静态误差？产生静态误差主要取决于哪些因素？ 答：静态误差：当发送机与接收机静态协调时，两者转子转角之差为接收机的静态误差。静态误差是衡量接收机跟随发送机的静态准确程度指标。静态误差越小，则接收机跟随发送机的能力越强。力矩式自整角机的静态误差主要取决于比整步转矩（失调角θ=1°时产生的整步转矩）和摩擦转矩的大小。

5-6控制式自整角机的作用是什么？输出的信号与哪些因素有关？

答：控制式自整角机的作用是作为角度和位置的检测元件，将机械角度转换为电信号或将角度的数字量转换为电压模拟量。具体说是接收机不带负载，只输出一个与发送机、接收机转子之间的角位移有关的电压信号。输出的信号与失调角、控制式自整角机的精度等级及相应的主要技术指标有关。

5-7控制式自整角机和力矩式自整角机的励磁是否相同？

答：不同，控制式自整角机运行时，只有发送机励磁，ZKB 不励磁；力矩式自整角机的发送机ZLF 和接收机ZLJ 转子绕组都要励磁。

5-8如果励磁电压降低或频率升高，力矩式自整角接收机产生的最大整步转矩如何变化?为什么? 答：力矩式自整角接收机产生的最大整步转矩221m 1q

q f Z X f U K T =，它和励磁电压的平方成正比，和电源的频率

成反比，因此，励磁电压降低或频率升高使最大整步转矩减小。 5-9．如果在力矩式自整角机系统中将发送机和接收机的整步绕组轮换相接(例如a1—b2、b1—c2、c1-a2)，试分析这时发送机和接收机转子的协调位置具有什么特点?

答：与教材上讲的比较，这时发送机和接收机转子的协调位置多了120度。自分析。

5-10一般力矩式自整角机为什么采用凸极式结构，而不采用隐极式结构？

答：由于自整角机的精确度和运行可靠性在很大程度上取决于比整步转矩的大小，而力矩式自整角机采用凸极式结构比采用隐极式结构的比整步转矩大，系统灵敏度高。

5-11什么是自整角变压器的比电压？比电压大好还是小好，为什么?

答：自整角变压器在协调位置附近，失调角为10时的输出电压称为比电压。比电压越大，表示系统的精度和灵敏度越高。因此，比电压大好。

已知一台永磁直流电动机，其电枢电压U=110V ，电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600r/min ，电枢电阻Ra=50Ω，忽略空载转矩和电刷电压，试求：

(1) 该运行状态下的电磁转矩；

(2) 如果电动机运行中，由于温度升高永磁体励磁磁通减少了20%，在电枢电压和负载转矩保持不变的情况下，电枢电流、转速和电磁转矩各变化多少；

解：（1）E=Ua=110V ?=2πn/60

Tem=E*Ia/?=110*0.4/(2π*3600/60)=0.1167(N ?m)

（2）Tem=T2+T0 因为T2不变，T0不计 所以Tem 不变

Tem =CT*￠*I ￠1*I1=￠2*I2 ￠1/￠2=I2/I1=5/4 I2=0.5A

E 不变，E=Ce*￠*n ￠1/￠2=n2/n1=5/4 n2=4500 r/min

电枢电流增加0.1A 、转速增加900r/min 、电磁转矩不变。

简述直流伺服电动机的基本工作原理。

基于电磁感应定律和电磁力定律，当电枢两端接通直流电源时，电枢绕组中有电枢电流产生磁场，电枢磁场与气隙磁场相互作用，产生电磁转矩，电动机带动负载旋转。改变电动机的输入参数，其输出参数也随之变化。

两相交流伺服电动机转子电阻的选择原则是什么？转子电阻过大或过小对电动机性能将会产生怎样影响？

原则：一使电动机具有宽广的调速范围，二要有效防止电动机的“自转”现象。因此要采用较大的转子电阻。

转子电阻过小，电动机的调速范围较小，并且单相运行的感应电动机仍然产生正方向的电磁转矩，只要负载转矩小于电磁转矩，转子仍然继续运行，而不会因Ua 为零而立即停止。 而转子电阻过大会导致损耗增

加。

两相交流伺服电动机的控制方式有哪些？试就它们各自的特点作简要说明。

1、幅值控制：控制电压与励磁电压之间的相位差始终保持90度电角度不变。当Ua为最大值时气隙磁场为圆形旋转磁场，电动机为最高转速；当Ua为零时电动机停转。

2、相位控制：控制电压的幅值保持不变。当控制电压与励磁电压之间的相位差为90度时，电动机为最高转速；当相位差角为零时，电动机停转。

3、幅值—相位控制：调节控制电压Ua的幅值时，励磁绕组电压Uf的幅值极其与控制电压Ua之间的相位差角都随之变化，从而使电动机转速得到调节。当Ua为零时，电动机停转。

何谓步进电动机的起动频率，它和运行频率大小一样吗？为什么？

步进电动机的起动频率和运行频率大小不一样。步进电动机在起动时，转子从静止状态开始加速，电动机的磁阻转矩除了克服负载转矩外，还要克服轴上的惯性转矩，因而起动时电动机的负担比连续运转时要大。当起动时脉冲频率过高，转子的运动速度跟不上定子磁场的变化，步进电动机就可能要失步或震荡，电动机便无法起动。因此，步进电动机的运行频率要比起动频率高。