《控制電機(jī)》參考答案(李光友)

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1、 控制電機(jī)（2版）思考題與習(xí)題參考答案 （機(jī)械工業(yè)岀版社，李光友等編著） 第1章 直流伺服電動(dòng)機(jī) 1 —臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為110V,額定電樞電流為04A,額定轉(zhuǎn)速為3600r/min, 電樞電阻為50C,空載阻轉(zhuǎn)矩％=0.015N?m,試問(wèn)電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)我轉(zhuǎn)矩是多少？ 解：幾=Te - To , Te =警=箸=0.0955N.m n = ^=12Chr, Ea = U-RaIa = 110 - 50 x 0.4 = 90V Tl = 0.0955 一 0.015 = 0.0805N.m 2. 一臺(tái)型號(hào)為55SZ54的直流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定電壓為110V,額定電樞電

2、流為0.46A, 額定轉(zhuǎn)矩為0.093 N?m,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。忽略電動(dòng)機(jī)本身的空載阻轉(zhuǎn)矩T°,試求 電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)E,和電樞電阻 解：U=Ea + laRa , Te = EaIa/D , Q =醤=2血 Ea = ^ = 0,093xl00TT = 63.5 IV, Ra = = 110-635 = 101.1D a la 0.46 a Ia 0.46 3. 伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 70SZ54 , PN =55W,Un = Uf =110V,效率 T]N =62.5%,nN =3000r/nmi ,空載阻轉(zhuǎn)矩％ =0.0714 N?m。試求額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)

3、機(jī) 的電樞電流I寂，電磁轉(zhuǎn)矩反電動(dòng)勢(shì)E釈和電樞電阻 解：IaN = ^= 110X0.625 = 0-8A，Tln=^ =益= 0.175N.m , fl = ^ = 100ir Te = Tln + To = 0.175 + 0.0715 = 0.2465N.m. EaN = ^ = 警伽=96.75V U-BaN 110-96.8 0. =16.50 4由兩臺(tái)完全相同的直流電機(jī)組成的電動(dòng)機(jī)?發(fā)電機(jī)組。它們的勵(lì)磁電壓均為110V＞電樞繞 組電阻均為750。當(dāng)發(fā)電機(jī)空我時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞加110V電壓，電樞電流為0 12A,機(jī)組的 轉(zhuǎn)速為4500r/mm。試求：（1）發(fā)電機(jī)空載

4、時(shí)的輸出電壓為多少？ （2）電動(dòng)機(jī)仍加110V電 壓，發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻為lkC時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速為多少。 解：（1） UF0 = EDa = U - RaIDa0 = 110 -75 x 0.12 = 101 V <2) 由爲(wèi)=Ce

5、500 5.試用分析電樞控制時(shí)的類似方法，推導(dǎo)出電樞繞組加恒定電壓，而勵(lì)磁繞組加控制電壓 時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。并說(shuō)明這種控制方式有哪些缺點(diǎn)7 答：磁場(chǎng)控制時(shí)電樞電壓保持不變。機(jī)械特性是指勵(lì)磁電壓不變時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn) 矩變化的關(guān)系，即n =冷-詐法=n0 -也。由公式可知，當(dāng)控制電壓加載勵(lì)磁繞組上， 即采用磁場(chǎng)控制時(shí)，隨著控制信號(hào)減弱，①減小，k增大.機(jī)械特件變軟。調(diào)節(jié)特性是指電 磁轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，轉(zhuǎn)速隨控制信號(hào)變化的關(guān)系。由公式可知，n與6為非線性關(guān)系，不利于精 確調(diào)速。 6若直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓下降，對(duì)電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性將會(huì)產(chǎn)生哪些影響？ 答：電樞控制

6、時(shí)，若勵(lì)磁電壓下降，①減小，k增大，機(jī)械特性變軟，始動(dòng)電壓變大。 7電樞控制的直流伺服電機(jī)，當(dāng)控制電壓和勵(lì)磁電壓都不變時(shí)，電機(jī)軸上的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩減小， 試問(wèn)這時(shí)電機(jī)控制電流電磁轉(zhuǎn)矩1；和轉(zhuǎn)速n都會(huì)有哪些變化？并說(shuō)明由原來(lái)的穩(wěn)態(tài)到 達(dá)新穩(wěn)態(tài)的物理過(guò)程。 答：勵(lì)磁電壓不變，可近似認(rèn)為①不變。負(fù)我轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，Te減小，由Te = Ct

7、越大，機(jī)械 特性就越軟。 答：直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為11 =啓-冬當(dāng)控制電壓和勵(lì)磁電壓均不變時(shí),, 鬻和云需都是常數(shù)，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩Te之間是線性關(guān)系，且隨著電磁轉(zhuǎn)矩Te的增加，轉(zhuǎn) 速n下降，因此機(jī)械特性是一條下傾的直線。放大器的內(nèi)阻對(duì)機(jī)械特性來(lái)說(shuō)，與電樞電阻是 等價(jià)的，電阻越大，II線斜率■鴛就越大，機(jī)械特性就越軟。 9直流伺服電動(dòng)機(jī)在不帶負(fù)戦時(shí)，其調(diào)節(jié)特性有無(wú)死區(qū)？調(diào)節(jié)特性死區(qū)的大小與哪些因素 有關(guān)？ 答：有死區(qū)。山=土^ ,死區(qū)電壓與起始負(fù)戦轉(zhuǎn)矩，電樞電阻，勵(lì)磁電壓，電機(jī)結(jié)構(gòu) / J關(guān)。 10.當(dāng)直流伺服電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)四個(gè)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與 轉(zhuǎn)

8、速的方向成什么關(guān)系？它們的能疑流向有什么特點(diǎn)2 答：電動(dòng)機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相同，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)電機(jī)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 方向相反，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能.反接制動(dòng)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電能和轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn) 化為電機(jī)內(nèi)部的熱能。能耗制動(dòng)：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反。轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部的 熱能。 11試述機(jī)電時(shí)間常數(shù)的物理意義。 答：電動(dòng)機(jī)在空戦狀態(tài)下，勵(lì)磁繞組加額定勵(lì)磁電壓，電樞加階躍額定控制電壓，轉(zhuǎn)速 從零升到理想空載轉(zhuǎn)速的63 2%所需的時(shí)間. 12直流伺服電動(dòng)機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象，簡(jiǎn)述產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的原因及其 對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。 答：電樞齒槽的彫響，電樞接觸

9、壓降的影響，電刷和換向器之間摩擦的影響.造成控制 系統(tǒng)誤差。 13 一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)栽(即負(fù)我轉(zhuǎn)矩保持不變)，測(cè)得始動(dòng)電壓= 4V , 當(dāng)電樞電壓為50V時(shí)，其轉(zhuǎn)速為1500r/min,若要求轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min,試問(wèn)要加多大的 電樞電壓？ 解：由題意，畔嚴(yán)=丄，n =譬U-130.4,代入數(shù)據(jù)得U=96V 50-4 U-4 46 14 一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定電樞電壓和勵(lì)磁電壓都為110V,額定電樞電流為0.46A, 額定轉(zhuǎn)速為3000r/min,額定轉(zhuǎn)矩為0.09 N?m,忽略空載阻轉(zhuǎn)矩T。。耍求：(1)繪出電樞 電壓為110V和80V時(shí)的機(jī)械特性曲線；(2

10、)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.08 N?m電樞電壓為80V時(shí) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3)對(duì)應(yīng)于該負(fù)我和電壓下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T匕和始動(dòng)電壓U" la 解：(1)由Ct 0.0205 =3902 r/min 曲線略。

11、 亠=響8 = 26202 Ct①Ce? 0.0205 x 0.196 (2) n = ^-kTs =急- 26202 x 0 08=1806 r/mm (3小=也=泄空=(M49Nm K Ra 105.28 Ra 105.28 Us。= s Ts =0.196 X 0 08 = 42 97 V 15己知一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞電壓Ua =110V,空載電流1^ =0.055A,空載轉(zhuǎn)速 Hg = 46001711M1 ,電樞電阻Ra = 80Q ,試求：(1)當(dāng)電樞電壓Ua = 67.5V時(shí)的理想空 載轉(zhuǎn)速1】。和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T匕；(2)該電機(jī)若用放大器控制.放大器的內(nèi)

12、阻R = 80Q,開(kāi)路電 ffiUx=67.5V,求這時(shí)的理想空我轉(zhuǎn)速1】。和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 解：(1) U = Ea + IaRa, Ea = U- IaRa = 110 - 80 x 0.055 = 105.6V 105.6 4600 30 30 Ct

13、23 =2935 r/min 第二章 交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī) 1.空心杯形轉(zhuǎn)子兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)與籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)相比，在結(jié)構(gòu)與原理上有 何異同？ 答:籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，只是定子為兩相繞組, 并且為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需做得細(xì)而長(zhǎng)?？招谋透袘?yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的定子分成外定子 和內(nèi)定子兩部分。外定子部分與籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)相同，在鐵心槽中嵌有空間相距 90。電角度的兩相交流繞組，而內(nèi)定子鐵心中一般不放繞組，僅作為磁路的一部分，以減少

14、 主磁通磁路的磁阻。內(nèi)、外定子之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯子形狀， 所以稱為空心杯型轉(zhuǎn)子?？招谋秃突\型感應(yīng)伺服電機(jī)在原理上是相同的，杯型轉(zhuǎn)子可以看 做是導(dǎo)條數(shù)目非常多、條與條之間緊靠在一起、而兩端自疔短路的籠型轉(zhuǎn)子。 2. 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻為什么必須足夠大?轉(zhuǎn)子電阻是不是越大越好？為什么2 答：為了得到盡可能接近線性的機(jī)械特性，并實(shí)現(xiàn)無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，兩相感應(yīng)伺服電機(jī) 必須具冇足夠大的轉(zhuǎn)子電阻. 轉(zhuǎn)子電限并非

15、越大越好?如果轉(zhuǎn)子電陰過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中的電陰損耗增加，電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩減小，效率降低。 3. 什么是“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)釦對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該采取哪些措施來(lái)克服“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。 為了實(shí)現(xiàn)無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，單相供電時(shí)應(yīng)具有怎樣的機(jī)械特性？ 答:兩相感應(yīng)伺服電機(jī)正常勵(lì)磁，在控制電壓作用下以 淀轉(zhuǎn)速運(yùn)行，當(dāng)無(wú)控制信號(hào)時(shí)， 電機(jī)應(yīng)該立即停轉(zhuǎn)，若電機(jī)仍能以某一轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則會(huì)造成失控，稱為“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。 為了克服“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，首先在設(shè)計(jì)上轉(zhuǎn)子電阻必須足夠大，以使正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生繪 大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率s^>l；另外，在制造過(guò)程中還應(yīng)該避免因工藝不良造成控制電壓切除 后的氣隙磁場(chǎng)不是單相脈振磁場(chǎng)，而是稍有橢圓

16、的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 為了實(shí)現(xiàn)無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，單相供電時(shí)電機(jī)的合成電磁轉(zhuǎn)矩在整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)均 應(yīng)為負(fù)值,即在整個(gè)機(jī)械特性曲線上轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩符號(hào)始終相反，此時(shí)機(jī)械特性位于第二、 四彖限。 4. 兩相繞組冇效匝數(shù)不等的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若外施兩相對(duì)稱電壓，電機(jī)中能否得到 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩相繞組的外施電壓應(yīng)滿足什么條件？ 答：對(duì)于兩相繞組有效匝數(shù)不等的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若外施兩相對(duì)稱電壓，電機(jī)中 不能得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩相電壓的比值應(yīng)等于兩相繞組的有效匝 數(shù)比，且相位上相差90°。 5. 幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，若冇效信號(hào)系數(shù)“由0變化到

17、1,電機(jī)中的正序、負(fù) 序磁動(dòng)勢(shì)的大小將如何變化？ 答：在幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)中，若有效信號(hào)系數(shù)&為0,在滿足無(wú)“自轉(zhuǎn)” 現(xiàn)象的條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0,此時(shí)正、負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)大小相等，合成磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁動(dòng)勢(shì); 若有效信號(hào)系數(shù)“為1，則合成磁動(dòng)勢(shì)為圜形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，即只有正序磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì) 幅值為零；若有效信號(hào)系數(shù)0V&V1,則合成磁動(dòng)勢(shì)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)的幅 值小于正序磁動(dòng)勢(shì)幅值，并且隨著有效信號(hào)系數(shù)4的增大，負(fù)序磁動(dòng)勢(shì)的幅值逐漸減小。 6. 幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)“H1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速為何低于同 步轉(zhuǎn)速？當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電機(jī)的理想空我轉(zhuǎn)速為什么隨之降

18、低？ 答：對(duì)于幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)有效信號(hào)心小于1時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將產(chǎn) 生橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，氣隙磁場(chǎng)為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，將會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)序磁場(chǎng)產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，合成電 磁轉(zhuǎn)矩等于0,對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的理想空載狀態(tài)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速即為理想空裁轉(zhuǎn)速，顯然這一轉(zhuǎn) 速低于同步速。 當(dāng)控制電壓降低時(shí)，有效信號(hào)系數(shù)變小，磁場(chǎng)的橢圓度變大，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及相應(yīng)的制 動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，因此電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速B9之降低。 7. 幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，有效信號(hào)系數(shù)冬習(xí)時(shí)，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速是多少？ 若采用幅值?相位控制，并按起動(dòng)時(shí)獲得圓形

19、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)選擇電容和控制繞組電圧，電機(jī)的理 想空載轉(zhuǎn)速能否達(dá)到同步轉(zhuǎn)速？為什么？ 答：對(duì)于幅值控制的兩相感應(yīng)伺服電機(jī)，當(dāng)冇效信號(hào)系數(shù)0=1時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速等于 同步轉(zhuǎn)速。 對(duì)于幅值-相位控制的兩相感應(yīng)伺服電機(jī)，若按起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)選擇電容和控 制繞組電壓，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后便成為橢圓型旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)，由于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的反向轉(zhuǎn)矩的作用，理想空載轉(zhuǎn)速將低于同步轉(zhuǎn)速。 8. 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)為何常采用中頻電源供電？ 答：為了提高控制精度，希望伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性為線性。但兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)調(diào) 節(jié)特性的線性度較差，只在轉(zhuǎn)速很低（轉(zhuǎn)速標(biāo)么值很?。r(shí)近似為線

20、性關(guān)系。因此為了使伺 服電動(dòng)機(jī)能工作在調(diào)節(jié)特性的線性范圍內(nèi)，應(yīng)使其始終在較小的轉(zhuǎn)速標(biāo)么值下運(yùn)行，這樣, 為了提高電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，就需提高伺服電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，所以常采用中頻電源供電。 9. 如何改變兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？為什么？ 答：當(dāng)控制電壓相對(duì)于勵(lì)磁電壓的相位由滯后變?yōu)槌埃ɑ蚍粗?，電機(jī)的轉(zhuǎn)向就會(huì)改 變。這可以通過(guò)將控制繞組（或勵(lì)磁繞組）的兩端對(duì)調(diào)實(shí)現(xiàn)，對(duì)調(diào)后控制電壓（勵(lì)磁電壓） 反相，其與勵(lì)磁電壓（控制電壓）相位的超前滯后關(guān)系隨之改變。 10. 機(jī)械特性非線性和有效信號(hào)系數(shù)大小對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能各有何影響？ 答：考慮機(jī)械特性的非線性，兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨

21、時(shí)間的變化規(guī)律己經(jīng)不再呈指 數(shù)函數(shù)關(guān)系，其動(dòng)態(tài)性能將優(yōu)于線性機(jī)械特性時(shí)。但由于實(shí)際兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的“值不 超過(guò)0.2,因而忽略非線性對(duì)機(jī)電時(shí)間常數(shù)的影響造成的誤差不超過(guò)22%,因此機(jī)械特性非 線杵?對(duì)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響不大，其作用常可忽略。 有效信號(hào)系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的彫響較為顯著，隨著有效信號(hào)系數(shù)的減小，控制電壓降低, 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能會(huì)變差，當(dāng)控制電壓較小時(shí)，其過(guò)渡過(guò)程時(shí)間可延長(zhǎng)約一倍. 11. 兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有哪些？各是如何定義的2 答：兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有： （1） 空載始動(dòng)電壓U,o：在額定勵(lì)磁電壓和空我情況下，使轉(zhuǎn)子

22、在任意位置開(kāi)始連續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的最小控制電壓? （2） 機(jī)械特性非線性度km：在額定勵(lì)磁下，將任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械特性與線性 機(jī)械特性在轉(zhuǎn)矩Z = 1； /2時(shí)的速度偏差A(yù)n與空裁轉(zhuǎn)速％之比的百分?jǐn)?shù)定義為機(jī)械特性 的非線性度. （3） 調(diào)節(jié)特性的非線性度?：在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，當(dāng)匕=0.7時(shí)，實(shí)際調(diào) 節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差△!】與匕=1時(shí)的空我轉(zhuǎn)速％之比的百分?jǐn)?shù)定義為調(diào)節(jié) 特性的非線性度。 （4） 機(jī)電時(shí)間常數(shù)rm：對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)而言，機(jī)電時(shí)間常數(shù)是反映電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速性 的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)是用對(duì)稱狀態(tài)下的空載轉(zhuǎn)速％代替同 步轉(zhuǎn)速按照下式計(jì)

23、算所得幾= 0.1047 /1；0 ,式中Tko為對(duì)稱狀態(tài)下的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 12. 何為兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)？額定功率含義如何？ 答：當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于對(duì)稱狀態(tài)時(shí)，其輸出功率是隨轉(zhuǎn)速變化的，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近空載轉(zhuǎn)速的一 半時(shí)，輸出功率最大，通常就把這個(gè)點(diǎn)規(guī)定為兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)。電機(jī)可以在 這個(gè)狀態(tài)下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不過(guò)熱。這個(gè)最大的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)的額定功率。 13. 一臺(tái)兩極的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁繞組通以400Hz的交流電，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=18000r/min 時(shí)，使控制電壓Uc=0,問(wèn)此瞬時(shí)： （1） 正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速率（即轉(zhuǎn)差率）為多少？ （2） 正、反向旋

24、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率各為多少？ （3） 正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩方向和大小是否一樣？哪個(gè)大P為什么？ 解：(1)電機(jī)的同步速“讐讐= 24。。。皿 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)羞率為 11. 一 11 $ 11. 24000 -18000 = =0.25 24000 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)差率為 s = = 2-s+ = 2-0.25 = 1.75 (2)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率為 f^. = s+f = 0.25 x 400 = 100Hz 反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流的頻率為 f

25、= sf = 1.75x400 = 700Hz (3)不一樣。正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。在控制電壓6=0的瞬時(shí)，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于正向 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。這是因?yàn)閷?duì)于兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，為了避免自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子電 阻必須足夠大，以使單相供電時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩在整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行范 圍內(nèi)為負(fù)值 14. 有一臺(tái)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，己知?dú)w算到勵(lì)磁繞組的轉(zhuǎn)子電阻和勵(lì)磁電抗為r；=2Xn, 若忽略定子繞組電阻和定、轉(zhuǎn)子繞組漏抗，試計(jì)算采用幅值控制和幅值位控制并在起動(dòng) 時(shí)荻得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種情況下，它們的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

26、矩之比是多少？幅值-相位控制時(shí)電容容抗 乂‘應(yīng)為Xn的多少倍？ 解：由兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)的等效電路，在上述己知條件下，歸算到勵(lì)磁繞組的堵轉(zhuǎn)電 阻和電抗分別為 若釆用幅值?相位控制，并要求起動(dòng)時(shí)為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則勵(lì)磁繞組應(yīng)串聯(lián)的電容容抗 為 時(shí)十 X； _(1：/5尸十(21：/5)2 X& 一 2

27、5）3 + （0.5r；-2r；/5）2 < pck2 = 21；耳=2x^pr-xy = 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的比值為 15. 一臺(tái)400Hz的兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)，控制繞組和勵(lì)磁繞組的冇效匝數(shù)比kf=l,當(dāng)勵(lì)磁 繞組電壓Uf=110 V,而控制繞組電壓Uc=0時(shí)，測(cè)量勵(lì)磁電流為If=0 2A,若將If中的無(wú)功 分量用并聯(lián)電容補(bǔ)償之后，測(cè)得有功分量広=0 1A,試問(wèn)： （1） 電機(jī)的堵轉(zhuǎn)阻抗Kdc和Xk各等于多少？ （2） 如果采用幅值-相位控制，為在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，應(yīng)在勵(lì)磁繞組中串多大電 容？若電源電壓Ui=110V,此時(shí)控制電壓5應(yīng)為多大？勵(lì)磁繞組電壓Uf為多少？

28、 Uf 110 解：（1）由題意可知，堵轉(zhuǎn)阻抗為zck =—=—— = 550 0 If 0.2 當(dāng)勵(lì)磁電流為0 2A時(shí)，其有功分量為0 1A,因此有 Rtk = Zck cos0= 550 x0.5 = 275 Q Xck = Zck sin（p= 550x0.866 = 4763 Q （2）為在起動(dòng)時(shí)獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電容的容抗應(yīng)為 275?十476?3, 4763 = 635.10  相應(yīng)電容值Ca = = = 0.6265嚴(yán) 6?^ 2^x400x635.1 有效信號(hào)系數(shù)應(yīng)為"許芻"2 相應(yīng)地，控制繞組電壓應(yīng)為Uc = a\J： = ?

29、 ^- = 1.732- — = 190.5 V 心 1 電容電壓為 Uca = - U] =也=-/ 門0 X635.1 = 220V 屁 + (Xca - Xck)2 7275： + (635.1-476.3)2 根據(jù)電壓相量圖，考慮到此時(shí)6應(yīng)領(lǐng)先"AO。電角度，故勵(lì)磁繞組電壓為 U f = yfu^ -Uf = V2202-1102 = 190.5 V 可見(jiàn)，勵(lì)磁電壓與控制電壓大小相等，相位差90。電角度 16. 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，為什么要在變頻的同時(shí)變壓？試畫(huà)出通常采用的電壓■頻 率協(xié)調(diào)關(guān)系，并說(shuō)明為什么要采用這樣的電壓■頻率關(guān)系。 答：在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻

30、調(diào)速過(guò)程中，通常希里電機(jī)的磁通近似保持不變。因?yàn)槿绻?磁通減少，意味著電動(dòng)機(jī)的鐵心沒(méi)有得到充分利用，是一種浪費(fèi)；如果磁通過(guò)分增加，又會(huì) 使鐵心飽和，引起定子電流勵(lì)磁分重的急劇増加，導(dǎo)致功率因數(shù)下降，損耗增加，電機(jī)發(fā)熱 等一系列問(wèn)題。為此在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速過(guò)程中，需進(jìn)行電壓■頻率協(xié)調(diào)控制，使電動(dòng)機(jī) 的電壓隨著頻率的變化而變化，即必須在變頻的同時(shí)變壓。 通常采用的電壓-頻率協(xié)調(diào)關(guān)系如圖所示，在基頻以下采用恒壓頻比或帶低頻補(bǔ)償?shù)暮?壓頻比控制，基頻以上為恒壓變頻。 在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E<=4 44曬】。吋 考慮到定子漏阻抗壓降相對(duì)較小，若忽略其影響，則有定 子電壓U5=Eg=4 4

31、4fNkxi %，這意味著若要使磁通少m近 似不變，電壓應(yīng)隨頻率成比例變化，即應(yīng)采用恒壓頻比控 制。當(dāng)計(jì)及定子電阻壓降的影響，采用恒壓頻比控制時(shí)的 轉(zhuǎn)矩最大值會(huì)隨著頻率的降低而下降，低頻時(shí)由于定子電阻壓降的相對(duì)值較大，最大轉(zhuǎn)矩下 降較多，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的帶較能力。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)我，往往要求在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)過(guò)我能力 不變，因此希望變頻運(yùn)行時(shí)不同頻率下的最大轉(zhuǎn)矩保持恒定，為此通常需在低頻時(shí)進(jìn)行電壓補(bǔ)償，即在u,/f尸常數(shù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高低頻時(shí)的電壓，以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響。 當(dāng)頻率達(dá)到額定頻率時(shí)，電機(jī)端電壓己達(dá)到額定值，因此在基頻以上運(yùn)行時(shí)，若要保持 磁通恒定，所要求電壓將大丁?額定電壓，考

32、慮到逆變器輸出電壓及電動(dòng)機(jī)額定電壓的限制, 基頻以上通常采用恒壓變頻，即使U產(chǎn)U,N,此時(shí)電機(jī)的磁通將隨著頻率增加而減小。 17. 試說(shuō)明三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本思想。 答：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本思想是：借助于坐標(biāo)變換，把實(shí)際的三相感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)等效成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流電動(dòng)機(jī)。在一個(gè)適當(dāng)選擇的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，三相感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)相似的轉(zhuǎn)矩公式，且定子電流中的轉(zhuǎn)矩分量與勵(lì)磁分量可以實(shí)現(xiàn)解 耦，分別相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)中的電樞電流和勵(lì)磁電流，這樣在該坐標(biāo)系中三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就 可以像直流電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行控制，從而使得三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有與直流伺服電動(dòng)機(jī)相似的動(dòng) 態(tài)性能

33、。 18何謂坐標(biāo)變換？交流電機(jī)分析與控制中坐標(biāo)變換的物理意義是什么？ 答：從數(shù)學(xué)的角度看，所謂坐標(biāo)變換就是將方程中原來(lái)的變量用一組新的變量代替，或 者說(shuō)用新的坐標(biāo)系去替換原來(lái)的坐標(biāo)系?從物理意義上看，電機(jī)分析與控制中的坐標(biāo)變換可 以看作是電機(jī)繞組的等效變換。 19設(shè)有一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，定子繞組通入角頻率為◎的三相對(duì)稱正弦電流 iA = >/2I cos(ojt + (p) iB = >/2I cos(?t + 0-120 ) L = >/2I cos(?t + 0+120 ) 試求： （1）通過(guò)三相-兩相變換變換到OCp坐標(biāo)系中的兩相電流応、如 （2）在以砌旋轉(zhuǎn)的同步dq坐

34、標(biāo)系中的兩相電流id、h （設(shè)t=0時(shí)d軸與A軸重合）。 解：（1） ocp坐標(biāo)系中的兩相電流1?、ip為 a >/2I COS(?t + ① y/2I cos⑷t + 0-120 ) y/Il COS(O]t + 0+12O ) /jj r cos(?t+0) L sin(ait + ? （2）設(shè)某時(shí)刻d軸領(lǐng)先A軸的電角度為&則dq坐標(biāo)系中的兩相電流為 COS ⑷ t +（P） siigt + 0） 若dq坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速為他，且t=0時(shí)d軸與A軸巫合，則有 代入上式，得 COS0 sin? 可見(jiàn)，dq坐標(biāo)系中的電流為直流。 20?何謂“偽靜止

35、”繞組？在兩相靜止的ocp坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系中，三相感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組哪些是“偽靜止”繞組？ 答：偽靜止繞組具有靜止和旋轉(zhuǎn)雙重屬性：一方面從產(chǎn)生磁場(chǎng)的角度講，它相當(dāng)于靜止 繞組，繞組電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)軸線在空間靜止不動(dòng);但另一方面從產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的角度講, 繞組又具有旋轉(zhuǎn)的屬性，即除了因磁場(chǎng)變化而在繞組中產(chǎn)生變壓器電動(dòng)勢(shì)外，繞組還會(huì)因旋 轉(zhuǎn)而產(chǎn)生速度電動(dòng)勢(shì)。 在ocp坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子繞組為偽靜止繞組，定子繞組是真正的靜止繞組；而在同步旋轉(zhuǎn) 的dq坐標(biāo)系中，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組均為偽靜止繞組(轉(zhuǎn)速尊于同步速時(shí)除外)。 21 ?何謂按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系？試寫(xiě)出在按

36、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的坐標(biāo)系中感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)的基本方程，推導(dǎo)其矢量控制方程，并據(jù)此說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制原理。 答:所謂按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向,是指使dq坐標(biāo)系的d軸始終與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚サ姆较蛞恢拢?為了與未定向的dq坐標(biāo)系加以區(qū)別，常將定向后的d軸改稱M (Magnetization)軸，柑應(yīng) 地q軸改稱T (Torque)軸，定向后的坐標(biāo)系稱為按轉(zhuǎn)了?磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系。 在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的bfT坐標(biāo)系中，定子電壓方程和定子磁鏈方程分別為 二 RAt + PHt + ^Wm 轉(zhuǎn)子電壓方程和轉(zhuǎn)子磁鏈方程為 轉(zhuǎn)矩公式為 屮T ~ L12*5M + 0 = Li2^t + Smifr -

37、 Te = — Pn“iiT 由轉(zhuǎn)子磁鏈方程，將轉(zhuǎn)子電流用轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流表達(dá)，然后代入轉(zhuǎn)子電壓方程和轉(zhuǎn) 矩公式，可得下述矢量控制方程： ,M =平乜0「或“=占呂山， L12 T「p+1 由矢量控制方程可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子磁鏈％僅由定子電流的M軸分量l,M產(chǎn)生，與T軸分量vr 無(wú)關(guān)，而電磁轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)子磁鏈0和燈共同決定，在處一定的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與1ST成正比。 因此在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中，產(chǎn)生有效磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子磁鏈％）的勵(lì)磁分量， 相當(dāng)于直流伺服電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁電流切稱為定子電流的勵(lì)磁分就，通過(guò)控制1,M可以控制 0的大?。欢ㄗ与娏鞯腡軸分量燈是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的有效分量，相當(dāng)于直流伺服電

38、動(dòng)機(jī) 的電樞電流la，稱為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量.由于lsT不影響轉(zhuǎn)子磁鏈S，所以定子電流的轉(zhuǎn) 矩分疑和勵(lì)磁分戢是解耦的，它們分別對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響，因此在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的入仃坐標(biāo) 系中我們可以象在直流電機(jī)中分別控制電樞電流和勵(lì)磁電流--樣，通過(guò)對(duì)IsT和isM的控制實(shí) 現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈的控制。 22.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，何謂直接定向矢量控制？何謂間接定向矢量控制？其MT 坐標(biāo)系各是如何確定的？ 答：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，根據(jù)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向MT坐標(biāo)系M軸空間位覆角& 的確定方法不同，分為直接定向和間接定向兩大類。 在直接定向矢最控制系統(tǒng)中，&角通過(guò)反饋的方式產(chǎn)生，即

39、根據(jù)有關(guān)量的實(shí)測(cè)值通過(guò) 各種轉(zhuǎn)子磁鏈模型計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的大小及其空間位置角&,故也叫做磁通檢測(cè)型或磁通反饋 型矢量控制。直接定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈檢測(cè)方法有多種，例如：可以根據(jù)定子電流 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的實(shí)測(cè)值，通過(guò)電流模型法獲得。 間接定向矢量控制系統(tǒng)中，8角以前饋的方式產(chǎn)生，即由給定值利用轉(zhuǎn)差公式獲得， 故也叫做前饋型或轉(zhuǎn)差型矢量控制。 轉(zhuǎn)差型矢量控制中，根據(jù)轉(zhuǎn)差公式為=丑，利用轉(zhuǎn)子磁鏈給定值幺?和定子電流轉(zhuǎn) 矩分量給定值vr*計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率給定值砂盧，◎盧與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速如Z和即為M軸的旋轉(zhuǎn)角速度 切*,其積分即為M軸的空間位置角& 23.在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系中，為什么感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定

40、子電流有T軸分量（v#0） 而轉(zhuǎn)子磁鏈卻無(wú)T軸分量（艸=0） ? 答：由MT坐標(biāo)系中的T軸轉(zhuǎn)子磁鏈方程幺t = Li丄t + J=t = 0可知，轉(zhuǎn)子T軸電流 i,T = -皿，這意味著轉(zhuǎn)子T軸電流產(chǎn)生的自感磁進(jìn)3遼=-11壷T，即該磁鏈與定子電 流T軸分量燈在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的互感磁鏈大小相等、極性相反，因此"在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的 互感磁鏈全部被轉(zhuǎn)子T軸電流產(chǎn)生的自感磁鏈所抵消，故轉(zhuǎn)子磁鏈并無(wú)T軸分量。 第3章無(wú)刷永磁伺服電動(dòng)機(jī) 1.無(wú)刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)中，表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各有何特點(diǎn)？ 答：表面式轉(zhuǎn)子的永磁體通常呈瓦片形，通過(guò)壞氧樹(shù)脂粘貼等方式直接固定在轉(zhuǎn)子鐵心 農(nóng)面上，由于永磁

41、體的磁導(dǎo)率與氣隙相近，因此其交、直軸磁路磁阻基本相同，屬于隱極式 同步電動(dòng)機(jī)；內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，由于直軸磁通的磁路除了通過(guò)氣隙和 鐵心外尚需穿過(guò)兩個(gè)永磁體，這相當(dāng)于在直軸磁路上串聯(lián)了兩個(gè)長(zhǎng)度等于永磁體厚度的氣隙, 使直軸磁路磁阻大于交軸磁路，因此屬于凸極同步電動(dòng)機(jī)。 2?同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，何謂他控變頻？何謂自控變頻？永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)通常采用 何種變頻方式？為什么？ 答：他控變頻是抬用獨(dú)立的變頻裝置給同步屯動(dòng)機(jī)供電，通過(guò)直接改變變頻裝置的輸 出頻率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，是一種頻率開(kāi)壞控制方式。 自控變頻方式中所用的變頻裝置足非獨(dú)立的，其輸出電流（電壓）的頻率和相位受反

42、映轉(zhuǎn)子磁極空間位崑的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)控制，是一種定子繞組供電電源的頻率和相位自動(dòng)跟蹤 轉(zhuǎn)子磁極空間位置的閉壞控制方式。 永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)通常采用自控變頻方式。 他控變頻時(shí)，當(dāng)頻率給定值一定，變頻器的輸岀頻率恒定，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行情況與恒 頻電源供電時(shí)無(wú)異，也會(huì)產(chǎn)生恒頻電源供電時(shí)的振蕩、失步等現(xiàn)象。而自控變頻中由于電動(dòng) 機(jī)輸入電流的頻率始終和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持同步，不會(huì)出現(xiàn)振蕩和失步，因此永磁同步伺服電 動(dòng)機(jī)通常采用自控變頻方式。 3. 無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？試說(shuō)明孑部分的作用及它們之間的相互 關(guān)系。 答：無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)主要由4個(gè)部分組成：永磁同步電動(dòng)機(jī)SM、轉(zhuǎn)子位置

43、傳 感器PS、逆變器和控制器。由轉(zhuǎn)子位遏傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁極的空間位宣信號(hào)，并將其提供 給控制器；控制器根據(jù)來(lái)自外部的控制信號(hào)和來(lái)自位宜傳感器的轉(zhuǎn)子位宜信號(hào)，產(chǎn)生逆變器 中各功率開(kāi)關(guān)器件的通斷信號(hào);最終由逆變器將輸入直流電轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)頻率和相位的交 流電流和電壓，供給伺服電動(dòng)機(jī)。 4. 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是什么？?jī)煞N電機(jī)在結(jié)構(gòu)上有何差 別？ 答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為正弦波，為了產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，定子繞組應(yīng) 通入止弦波電流；而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為梯形波，為了產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，定子繞 組電流應(yīng)為方波。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，為了得到平頂部分具有足夠?qū)?/p>

44、度的梯形波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子常采用 農(nóng)面式或嵌入式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鋼呈弧形（瓦片形），并采用徑向充磁方式，這樣磁極下的氣 隙均勻，永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)的空間分布接近于矩形波或梯形波，定子方面若采用整距集 中繞組，就可以得到近似為梯形波的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由干內(nèi)置式轉(zhuǎn)子很難產(chǎn)生梯形波感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)一般不宜采用這種結(jié)構(gòu)。 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子既可以采用表面式和嵌入式結(jié)構(gòu)，也可以采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。 為產(chǎn)生正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使氣隙磁密盡可能呈正弦分布。以表面式結(jié)構(gòu)為例，在 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子磁鋼表面常呈拋物線形，并采用平行充磁方式；定子方面采 用短距分布繞組或正弦繞組，以最大

45、限度地抑制諧波磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形的影響。 5. 為什么說(shuō)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既可以看作足直流電動(dòng)機(jī)，又可以看作是一種自控變頻同步電 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)？ 答：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)的，其出發(fā)點(diǎn)是用由轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆 變器構(gòu)成的電子換向器取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向器，把輸入直流電流轉(zhuǎn)換成交變的方 波電流輸入多相電樞繞組，其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方式、控制方法和運(yùn)行性能都與直流電動(dòng)機(jī)十分相似， 由于省去了機(jī)械換向器和電刷，故得名為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。但是從另一方面看，就電動(dòng)機(jī)本 體而言，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)差別不大；從控制系統(tǒng)的角度看，無(wú)刷直 流電動(dòng)機(jī)也是由逆變器供電的，并且工作在自控變頻方

46、式或自同步方式下，因此它又是一種 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。 6. 簡(jiǎn)述工作于二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理. 答：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，改變逆變器g?功率開(kāi) 關(guān)的通斷狀態(tài)，以控制電樞繞組的導(dǎo)通情況及繞組電流的方向，即實(shí)現(xiàn)繞組電流的換相，在 直流電流一定的情況下，使永磁磁極所覆蓋線圈邊中的電流方向及大小均保持不變，導(dǎo)體所 受電磁力在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反作用轉(zhuǎn)矩的大小和方向也保持不變，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)。對(duì) 于工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60"電角度，就進(jìn)行一 次換相，使繞組導(dǎo)通情況改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，對(duì)應(yīng)于36

47、0°電角度，需進(jìn)行6次 換榊，相應(yīng)地定子繞組有六種導(dǎo)通狀態(tài)，而在每個(gè)60。區(qū)間只有兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通，另外 一相繞組電流為零。 7. 為什么說(shuō)在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變器起到了 “電子換向器”的作用？ 答：根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，為了能產(chǎn)生大小、方向均保持不變的電磁轉(zhuǎn)矩，毎一 主磁極下電樞繞組元件邊中的電流方向應(yīng)相同并保持不變，但因每一元件邊均隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 而輪流經(jīng)過(guò)N、S極，故各元件邊中的電流方向必須用應(yīng)交替變化，即必須為交變電流。在 有刷直流電動(dòng)機(jī)中，把外部輸入直流電變換成電樞繞組中的交變電流是由電刷和機(jī)械式換向 器完成的，每當(dāng)一個(gè)元件邊經(jīng)過(guò)幾何中性線由N極轉(zhuǎn)到S極下或由S

48、極轉(zhuǎn)到N極下時(shí)，通 過(guò)電刷和機(jī)械換向器使繞組電流改變方向。 而在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中將直流電動(dòng)機(jī)反裝，即將永磁體磁極放在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組成 為靜止的定子繞組，為了使定子繞組中的電流方向能隨其線圈邊所在處的磁場(chǎng)極性交替變化, 將定子繞組與逆變器連接，并安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，以檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的空間位置，由轉(zhuǎn)子磁 極的空間位置，確定電樞繞組g?線圈邊所在處磁場(chǎng)的極性，據(jù)此控制逆變器中功率開(kāi)關(guān)器件 的通斷，從而控制電樞繞組的導(dǎo)通情況及繞組電流的方向，顯然在這里轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆 變器起到了 “電子換向器”的作用。 8. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)有何特點(diǎn)？ 答：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)不是勻速旋轉(zhuǎn)的

49、圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，而是跳躍式前進(jìn)的 步進(jìn)磁動(dòng)勢(shì)，對(duì)于工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60° 電角度，電樞磁動(dòng)勢(shì)跳躍前進(jìn)60° ,電樞磁動(dòng)勢(shì)領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的電角度始終保持在60° -120°之間。 9. 試畫(huà)出理想情況下三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形，并據(jù)此說(shuō)明英轉(zhuǎn) 矩?zé)o脈動(dòng)條件。 答：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形圖略。 三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為 考慮到任意時(shí)刻三相繞組中只有兩相導(dǎo)通，設(shè)上橋臂導(dǎo)通相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流分別為 en 11.下橋臂導(dǎo)通相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為匕、12,考慮到n=-i2=Id,則有 勺斤+勺4 _ （勺一勺）—

50、 可見(jiàn)，在一定轉(zhuǎn)速下要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)的話，繞組電流Id和導(dǎo)通兩相的線電動(dòng)勢(shì)（ei-e2） 均應(yīng)保持恒定，為此，繞組電流應(yīng)為120。的矩形波，且導(dǎo)通兩相均應(yīng)始終處于電動(dòng)勢(shì)波形 的平頂部分，即梯形波電動(dòng)勢(shì)的平頂寬度應(yīng)大于120°電角度，同時(shí)換相時(shí)刻必須準(zhǔn)確。 10. 試比較無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)速公式和機(jī)械特性。 答：有刷直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)速公式和機(jī)械特性 方程如表所示. 有刷直流電動(dòng)機(jī) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E. = C.D1 Ep = K.n 轉(zhuǎn)矩公式 Z = c帆 Z = KtId 轉(zhuǎn)速公式 eg eg

51、 Ud R T n= — I, 2瓦Ke 機(jī)械待性方程 n=U. - K A eg c.cp Ud R F n - d 一 t 2K° KeKt 考慮到氐與永磁體在定子繞組產(chǎn)生的永磁磁鏈成正比，而Kt = —Ke,可見(jiàn)無(wú)刷直流 H 電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)的相應(yīng)公式在形式上相同。 11. 工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)有何要求？如 何根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)得到逆變器各功率開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)？ 答：工作在二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)方式的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子位罷信號(hào)應(yīng)為三路 高低電平各為180°、相位依次差120。（或者60° ）電角度的方波信號(hào)，而且

52、三路方波信 號(hào)的跳變時(shí)刻應(yīng)該與換相時(shí)刻對(duì)應(yīng)，即應(yīng)滯后各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)30°電角度。 若無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用微處理器控制，可以將三路位置信號(hào)作為3位二進(jìn)制數(shù)由I/O 端口輸入，由于轉(zhuǎn)子處于不同的60。區(qū)間，其所形成的3位二進(jìn)制數(shù)代碼不同，微處理器可 根據(jù)這3位二進(jìn)制代碼，判斷轉(zhuǎn)子所在60。區(qū)間，并據(jù)此產(chǎn)生逆變器功率開(kāi)關(guān)的通斷信號(hào). 各功率開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)也可以由硬件譯碼電路產(chǎn)生，由三路位置信號(hào)通過(guò)邏輯運(yùn)算就可 以得到六個(gè)功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通信號(hào)，這種譯碼電路常稱為換相邏輯電路。不同運(yùn)行狀態(tài)下各功 率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位置信號(hào)的邏輯關(guān)系見(jiàn)教材表3-1. 12. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)如何調(diào)速？當(dāng)采用PWM控制

53、時(shí)，何謂反饋斬波方式？何謂續(xù)流斬波方 式？何謂PWM電壓控制？何謂PWM電流控制？ 答：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既可以通過(guò)改變直流電壓Ud調(diào)速，也可以在直流電源電壓5—定 的情況下，通過(guò)對(duì)逆變器的功率開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM控制，連續(xù)地調(diào)節(jié)施加到電動(dòng)機(jī)繞組的平均 電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 反饋斬波：對(duì)上、卜橋臂兩只功率開(kāi)關(guān)同時(shí)進(jìn)行PWM控制。 續(xù)流斬波：只對(duì)上、下橋臂中的一只功率開(kāi)關(guān)施加PWM信號(hào)，另一只功率開(kāi)關(guān)保持導(dǎo) 通狀態(tài)，即另一只開(kāi)關(guān)僅受換相邏輯控制，而不受PWM信號(hào)影響. PWM電壓控制：直接通過(guò)改變占空比調(diào)節(jié)施加到定子繞組的電壓平均值。 PWM電流控制：根據(jù)電流實(shí)測(cè)值與給定值的偏差產(chǎn)生P

54、WM控制信號(hào)，對(duì)電流瞬時(shí)值 進(jìn)行控制，以使電流實(shí)際值跟蹤其給定值的PWM方式。 13. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)運(yùn)行？如何實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)？ 答：由無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極處于某一空間位置時(shí)，只要改變N、 S極下導(dǎo)通繞組中電流的方向，就可以改變所產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的方向，因此只要使各相繞組電 流波形與正向電動(dòng)狀態(tài)時(shí)反相，就可以使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由正向電動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)入正向制動(dòng)運(yùn)行 狀態(tài)。即正向制動(dòng)狀態(tài)下，在各柑電動(dòng)勢(shì)波形正半波平頂部分應(yīng)使繞組流過(guò)反向電流，在各 相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)負(fù)半波平頂部分，應(yīng)使繞組流過(guò)正向電流。這可以通過(guò)改變各功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)與位置信號(hào)的關(guān)系實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)于正向電動(dòng)狀態(tài)的上

55、橋臂導(dǎo)通信號(hào)，在正向制動(dòng)狀態(tài)下應(yīng)作 為該相下橋臂導(dǎo)通信號(hào)，反之亦然。 與此類似，通過(guò)改變各功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位置信號(hào)的關(guān)系，就可以使電機(jī)反向旋轉(zhuǎn), 在反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)同樣有反向電動(dòng)和反向制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。 14. 在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要因素有哪些？ 答：理想情況下，三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為平頂寬度大于120。的梯形 波，繞組電流為正、負(fù)半波各120。電角度的方波，瓦方波電流與梯形波電動(dòng)勢(shì)相位一致， 則無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)，但對(duì)于實(shí)際電動(dòng)機(jī)上述理想條件很難滿足。 首先，就感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形而言，既與永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)的空間分布有關(guān)，又與定子繞組結(jié)構(gòu) 及是否采用斜槽等

56、有關(guān)，平頂寬度可能小于匕0。電角度。 其次，就繞組電流波形而言，由于電樞繞組電感的存在，繞組電流不能突變，一相繞 組關(guān)斷、另一相繞組導(dǎo)通的換相不可能瞬間完成，需要一個(gè)過(guò)程，稱為換相過(guò)程。當(dāng)逆變器 采用PWM控制時(shí)，還會(huì)使繞組電流產(chǎn)生紋波。因此實(shí)際電流波形并不是120。的方波。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形和繞組電流波形與理想波形的偏差均會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。其中由繞組 電流換相引起的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響最大，換相期間可能產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩尖郵。 此外，由于定子齒槽存在所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一個(gè)因素。如果因 換相時(shí)刻不準(zhǔn)確導(dǎo)致繞組電流相位與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位不一致，也會(huì)使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。 15. 在正弦

57、波永磁同步電動(dòng)機(jī)中，何種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩？為什么？為使磁阻轉(zhuǎn)矩與 永磁轉(zhuǎn)矩方向相同，對(duì)定子電流有何要求？ 答：當(dāng)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用恨入式或內(nèi)置式結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn) 子為嵌入式或內(nèi)置式的永磁同步電動(dòng)機(jī),直軸磁路上由于永磁體的存在使磁阻增大，故3<1勺， 由轉(zhuǎn)矩公式1 =卩」壞口 +山-2）臥］可知，當(dāng)小h均不為零時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。 考慮到（Ld-Lj <0,為使磁阻轉(zhuǎn)矩與永磁轉(zhuǎn)矩方向相同，應(yīng)使電動(dòng)機(jī)定子電流的直軸分疑 id<0# 16. 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)控制中何inid=o控制？為什么表而式永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用 id=o控制？試說(shuō)明id =0控制的主要優(yōu)缺

58、點(diǎn)。 答：所謂1尸0控制就是在控制過(guò)程中始終使定子電流的d軸分量id為零，而僅通過(guò)對(duì)定 子電流q軸分量h的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。 id=0控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩與定子電流幅值成正比，而且對(duì)于表面式正弦波永磁同步電 動(dòng)機(jī)，由于J壬，不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，圮的大小與電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，通過(guò)使id=0可以使產(chǎn)生給 定轉(zhuǎn)矩所需的定子電流最小，從而減少損耗、提高效率。因此表面式正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī) 通常采用id=0控制。 id=o控制也存在一些不足。采用id=0控制時(shí)電流矢量&總是滯后電壓矢量心一個(gè)卩角， 這意味著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)總是滯后的，而耳在一定轉(zhuǎn)速下隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，電 流對(duì)增大，電壓矢量

59、與電流矢量的夾角0增大，電機(jī)的功率因數(shù)降低。另外隨負(fù)我增加，所 需的定子電壓矢疑幅值也相應(yīng)增大，因此對(duì)變頻器的容疑要求較高.不過(guò)對(duì)于表面式電機(jī)， 由于等效氣隙大，電感Ld主的值很小，因此P角始終較小，上述問(wèn)題并不嚴(yán)重。 對(duì)于內(nèi)罷式正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于q軸電感J較大，隨著負(fù)載;增加會(huì)導(dǎo)致卩角 顯著增大，功率因數(shù)明顯降低，而且同樣情況下所需的定子電壓也較大，考慮逆變器輸出電 壓限制時(shí)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍減少，可見(jiàn)內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)采用14=0控制時(shí)性能不如表 面式。 17. 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)弱磁控制？為什么要進(jìn)行弱磁控制？ 答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制是通

60、過(guò)增加定子直軸去磁電流分量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即 利用負(fù)的定子直軸電流id產(chǎn)生去磁的直軸電樞反應(yīng)磁鏈，部分地抵消永磁勵(lì)磁磁鏈的作用， 從而使直軸磁鏈鴨及由此產(chǎn)生的速度電動(dòng)勢(shì)血鴨減少，以降低高速運(yùn)行時(shí)所需的外加電壓， 提高逆變器極限電壓下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 采用弱磁控制可以擴(kuò)大正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。 18. 試比較無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和止弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服馳動(dòng)糸統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)。 答：理想情況下，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為平頂寬度大于120。的梯形波，電流 波形為120。的方波，而且電流波形與電動(dòng)勢(shì)波形同相位，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)。實(shí)際匕由 于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形不理想及電流換相不能瞬間完成造成電流波形

61、不理想會(huì)產(chǎn)生較興的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)，影響了其在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用，這是其最主要的缺點(diǎn)。此外，由于受感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞 組電流波形的限制，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍要比正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)小。無(wú)刷直流電 動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且功率密度和轉(zhuǎn)矩/電流優(yōu)于正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)。 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和繞組電流波形均應(yīng)為正弦波，理想情況下轉(zhuǎn)矩?zé)o脈 動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高性能，在高性能伺服系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。與無(wú)刷直流電機(jī)相比，其主要 缺點(diǎn)是成本較高，特別是為了實(shí)現(xiàn)正弦電流控制需要使用高分辨率的轉(zhuǎn)子位證傳感器，而無(wú) 刷貞流電動(dòng)機(jī)的繞組電流每隔60。電角度才換相一次，作為速度伺服時(shí)可以使用成本低廉的

62、分辨率為60。的位置傳感器。 19. 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制通常各建立在何種坐標(biāo)系上? 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)其坐標(biāo)系各如何確定？ 答：正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)欠量控制通常建立在轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系上，坐標(biāo)系的d軸與轉(zhuǎn) 子的磁極軸線重合;三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢疑控制通常建立在按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的MT坐標(biāo)系上, 其M軸始終與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶跨鄯较?致。 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的d軸空間位置角通常是由位于電動(dòng)機(jī)非負(fù)載 端軸伸上的轉(zhuǎn)子位置傳感器宣接檢測(cè)，而三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的M軸空間位置角需通過(guò)各種計(jì) 算模型或觀測(cè)器進(jìn)行估算。 第4章步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1.簡(jiǎn)述反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

63、與基本工作原理。 答：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定、轉(zhuǎn)子組成。定、轉(zhuǎn)子鐵心為硅鋼片疊壓而成，在面向氣隙 的定、轉(zhuǎn)子鐵心表而有齒形相同的小齒。定子為凸極結(jié)構(gòu)，每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì) 兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒(méi)有繞組，轉(zhuǎn)子齒數(shù)與相數(shù)之間應(yīng)滿足 Zr =2ink±2的關(guān)系。以四相八極反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例來(lái)敘述其工作原理：定子鐵心無(wú) 小齒，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，轉(zhuǎn)子只有六個(gè)齒，齒寬等于定子極靴的寬度。當(dāng)只有 一相通電時(shí)，由于磁通具有力圖疋磁阻最小路徑的特點(diǎn)，會(huì)使得轉(zhuǎn)子的齒軸線與該相的軸線 相對(duì)齊。此時(shí)切換到相鄰的下一相通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，使得相鄰的齒軸線與通 電相繞組軸線

64、對(duì)齊，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)疋過(guò)了一個(gè)步距角，定子繞組輪流導(dǎo)通一次，轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè) 齒距角。依此周而復(fù)始，轉(zhuǎn)子就連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 2何謂拍。單拍制和雙拍制有何區(qū)別？ 答：電源的通電方式每變換一次，稱為一拍。拍數(shù)等于相數(shù)時(shí)稱為單拍分配方式，拍數(shù) 為相數(shù)的兩倍時(shí)稱為雙拍分配方式。 3何謂步距角？有幾種表示法？相互關(guān)系如何？ 答：每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱為步距角。步距角可以用機(jī)械角 度表示，也可以用電角度表示，在數(shù)值上兩者的比值為1/Zr- 4影響步距角大小的因素有哪些？步距角大小對(duì)電機(jī)性能又有哪些影響？ 答：由步距角的計(jì)算公式0, 可知，步距角的大小與運(yùn)行的拍數(shù)和轉(zhuǎn)子的 ，N NZr

65、 齒數(shù)有關(guān)。步距角越小，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度就越高。 5什么叫做矩角特性？什么叫做矩角特性曲線族？ 答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性可以由矩角特性來(lái)描述。矩角特性是不改變控制繞組通電狀 態(tài)，也就是保持一相或幾相控制繞組通入直流電流時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏角的關(guān)系，即靜態(tài) 轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系t= f（q）。在同一坐標(biāo)系中，依次畫(huà)出各相繞組分別通電時(shí)的矩角特 性就是矩角特性曲線族。 6何謂靜穩(wěn)定區(qū)、動(dòng)穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定裕度？它們與步距角有什么關(guān)系？ 答：靜穩(wěn)定區(qū)：在失調(diào)角q=o時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩t = o,該位置稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。在 ?n<0.

66、矩 （負(fù)載）使轉(zhuǎn)子偏離穩(wěn)定平衡點(diǎn)，只要在上述范圍內(nèi)，一旦去掉外力，轉(zhuǎn)子就能在靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 的作用下返回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)?上述區(qū)間稱為靜穩(wěn)定區(qū)。 動(dòng)穩(wěn)定區(qū)：在理想空載狀態(tài)F,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)切換到相鄰的另一相通電狀 態(tài)，不至引起失步的區(qū)域，即（?龍+色）<（龍+乞）。 穩(wěn)定裕度:把矩角特性曲線n的穩(wěn)定平衡點(diǎn)0離開(kāi)曲線（n+1）的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)（?才+ QJ 的距離，稱為“穩(wěn)定裕度”。穩(wěn)定裕度為：^.=^-^=^- — = -（111-2） m m 步距角越小，穩(wěn)定與度越大。 7何謂運(yùn)行矩頻特性和運(yùn)行頻率？何謂起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性和起動(dòng)頻率？ 答：運(yùn)行矩頻特性：當(dāng)控制脈沖頻率達(dá)到一定數(shù)值之后，再增加頻率，由于電感的作用 使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，渦流作用使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩又進(jìn)一步減小?？梢?jiàn)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是電源脈沖頻率的函 數(shù)，把這種函數(shù)關(guān)系稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩一頻率特性，簡(jiǎn)稱為運(yùn)行矩頻特性。 運(yùn)行頻率：當(dāng)控制電源的脈沖頻率連續(xù)提高時(shí)，莊一定性質(zhì)和大小的負(fù)載下，步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)能正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能加到的最高頻率稱為晨高連續(xù)運(yùn)行頻率或者最高跟蹤頻率。 起動(dòng)矩頻特性：在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)