《控制电机与特种电机》期末复习

开卷 《控制电机与特种电机》期末复习资料 修订第3版 1 第1章 绪论 1. 控制电机与特种电机的种类： 控制电机：直流测速发电机、直流伺服电动机、交流异步伺服电动机、旋转变压器、自整角机、步进电动机、直线电机 特种电机：开关磁阻电动机、永磁无刷直流电动机、交流永磁同步伺服电动机、盘式电机、超声波电机 第2章 测速发电机 1. 测速发电机把转速信号转换成电压信号输出,输出电压与输入的转速成正比关系 2. 测速发电机按输出信号的形式,可分为交流测速发电机和直流测速发电机两大类 3. 直流测速发电机按励磁方式分：电磁式直流测速发电机和永磁式直流测速发电机 直流电机电枢感应电动势KnnCEea

直流测速发电机带负载输出特性原理图 负载时,电枢电流I a ≠ 0,对应直流测速发电机的输出电压U a = E a – I a R a – ΔU b,式中：ΔU b为电刷接触压降；R a为电枢回路电阻 负载时电枢电流为LaaR U I R L 为测速发电机的负载电阻

电压系数：LaeRRCK1φ

直流发电机电压平衡方程式：U a = E a − I a R a

在带有负载后,由于电阻R a上有电压降,测速发电机的输出电压比空载时要小

直流测速发电机产生误差原因：温度对误差的影响、电枢反应的影响、延迟换向去磁作用的误差影响、纹波影响、电刷接触压降影响 1). 温度对误差的影响：随着温度↑,励磁绕组电阻↑,励磁电流↓,磁通也随之↓,输出电压就会被降低.反之,当温度↓时,输出电压便会升高 减小温度变化对输出特性的影响,通常可采取下列措施： (1) 设计电机时,让磁路比较饱和,使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小 (2) 在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流 2). 电枢反应的影响：直流电机的电枢反应,由于有电枢磁场的存在,当它与主磁场发生交链,使气隙中的磁场发生畸变,电枢反应的去磁效应对误差的影响,电枢对主磁场有去磁作用 减小电枢反应对输出特性影响的措施： (1) 对电磁式直流测速发电机,在定子磁极上安装补偿绕组.有时为了调节补偿的程度,还接有分流电阻 (2) 在设计电机时,选择较小的线负荷和较大的空气隙 (3) 在使用时,转速不应超过最大线性工作转速,所接负载电阻不应小于最小负载电阻,以保证线性误差在限定范围内

Wc：补偿绕组 R：分流电阻 3). 延迟换向去磁作用的误差影响：由于总电势的阻碍作用而使换向过程延迟 开卷 《控制电机与特种电机》期末复习资料 修订第3版 2 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 4). 纹波影响： 减小纹波影响的措施： (1) 增加每条支路中的串联元件数 (2) 采用无槽电枢工艺 5). 电刷接触压降影响： 为了减小电刷接触压降的影响,缩小不灵敏区,在直流测速发电机中,常常采用导电性能较好的黄铜—石墨电刷或含银金属电刷 4. 交流测速发电机包括同步和异步两种 同步测速发电机：以永久磁铁作为转子的交流发电机. 交流异步测速发电机：空心杯转子异步测速发电机和笼式转子异步测速发电机 异步测速发电机误差的产生原因：气隙磁通d的变化、励磁电源的影响、温度的影响 异步测速发电机的主要技术指标：线性误差、相位误差、剩余电压 减小剩余电压的措施 (1) 改进电机的制造材料及工艺 选用较低磁密的铁芯,降低磁路的饱和度；采用可调铁芯结构或定子铁芯旋转叠装法；采用具有补偿绕组的结构等,都可减小剩余电压 (2) 外接补偿装置 在电机的外部采用适当的线路,产生一个校正电压来抵消电机所产生的剩余电压 【习题】

1、一直流测速发电机,已知电枢回路总电阻Ra=180Ω,电枢转速n=3000r/min,负载电阻RL=2000Ω,负载时的输出电压Ua=50V,则常数e

K

=_0.1817_,斜率C=_____0.1667_____. CnnRRULaa1

Ke

=50 C=50/3000=0.1667

eK=C(LaRR1)=0.1667 X (1+180/2000)=0.181703

2、直流测速发电机的输出特性,在什么条件下是线性特性?产生误差的原因和改进的方法是什么?

答：直流测速发电机,当不考虑电枢反应,且认为励磁磁通、R a 和R L 都能保持为常数时可认为其特性是线性的. 误差产生原因有： 1).温度影响： 措施： (1) 设计电机时,磁路比较饱和,使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小 (2) 在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流 2).电枢反应的影响： 措施： (1) 对电磁式直流测速发电机,在定子磁极上安装补偿绕组.有时为了调节补偿的程度,还接有分流电阻.

(2) 在设计电机时,选择较小的线负荷(aCCDiNA)和较大的空气隙. (3) 在使用时,转速不应超过最大线性工作转速,所接负载电阻不应小于最小负载电阻,以保证线性误差在限定范围内. 3).延迟换向去磁作用的影响; 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,限定最高工作转速. 4).纹波影响; 措施一,增加每条支路中的串联组件数可以减小纹波；措施二,采用无槽电枢工艺 5). 电刷接触压降影响： 开卷 《控制电机与特种电机》期末复习资料 修订第3版 3 为了减小电刷接触压降的影响,缩小不灵敏区,常常采用导电性能较好的黄铜—石墨电刷或含银金属电刷. 3、若直流测速发电机的电刷没有放在几何中性线的位置上,试问此时电机正、反转时的输出特性是否一样?为什么? 答：负载运行时,若电刷的位置没有严格的位于几何中性线上,会造成测速发电机正反转时输出电压不对称,即在相同的转速下,测速发电机正反转时,输出电压不完全相等.这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时,电枢反应的直轴分量磁通若在一种转向下起去磁作用,而必然在另一种转向下起增磁作用.因此,在两种转向下,尽管转速相同,却有着不同的电枢绕组感应电动势,其输出电压必然不相等. 4、根据上题1中已知条件,求该转速下的输出电流Ia和空载输出电压Ua0. 解：I a =U a/R L=50/2000=0.025A U a = Ken /(1+ Ra/R L ) 50= Ken /(1+ 180/2000) 所以U a0 = Ken =54.5 V 5．测速发电机要求其输出电压与___转速__成严格的线性关系. 6．测速发电机转速为零时,实际输出电压不为零,此时的输出电压称为__剩余电压(或零速电压)__. 7．与交流异步测速发电机相比,直流测速发电机有何优点? 答：直流测速发电机的优点是没有相位,不出现波动,没有剩余电压,输出特性斜率比交流测速发电机的大,缺点是由于有电刷和换向器,因而结构复杂,维护不便,摩擦转矩大,有换向火花,产生无线电干扰信号,输出特性不稳定,影响电机精度. 交流测速发电机的优点是不需要电刷和换向器,因而结构简单,维护容易,惯量小,无滑动接触,输出特此温度,精度高,摩擦转矩小,工作可靠,正反转转向是输出特性对称,缺点是存在剩余电压和相位误差,且负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位. 8. 用作阻尼组件的交流测速发电机,要求其输出斜率_要大__,而对线性度等精度指针的要求是次要的. 9.为了减小由于磁路和转子电的不对称性对性能的影响,杯形转子交流异步测速发电机通常是( B ) A.二极电机 B.四极电机 C.六极电机 D.八极电机 10、为什么异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构,而不用鼠笼式结构? 答：交流异步测速发电机的结构与交流伺服电动机的结构是完全一样的.采用鼠笼转子的异步测速发电机输出斜率大,但特性差、误差大、转子惯量大,测量精度不高.而非磁杯形转子异步测速发电机的精度较高,转子的惯量也较小,是目前应用最为广泛的一种交流测速发电机. 11.异步测速发电机在理想的情况下,输出电压与转子转速的关系是：( C ) A.成反比； B.非线性同方向变化； C.成正比； D.非线性反方向变化 第3章 自整角机 1. 自整角机的分类：力矩式自整角机和控制式自整角机 2. 控制式自整角发送机的工作原理：当发送机的励磁绕组接通交流电源后,便产生一个在其轴线上脉振的磁通ϕ,由于ϕ的变化,在定子三相绕组中感应出电动势 3. 控制式自整角接收机的工作原理：由于两机之间的定子绕组按相序对应连接,因此各对应的电流应该是大小相等、方向相反,接收机的定子绕组也是三相对称的 4. 控制式自整角机的主要性能指标：剩余电压、比电压、输出相位移、静态误差 5. 带有差动发送机的控制式自整角机的工作原理：在自整角发送机和接收机之间连上一个差动自整角发送机 6. 力矩式自整角机的工作原理：两机的单相励磁绕组接在同一电源上,其定子三相对称绕组按相序对应连接 7. 力矩式自整角机的主要性能指标：零位电压、比整步转矩、阻尼时间 【习题】 1. 自整角机可以把发送机和接收机之间的转角差转换成与角差成正弦关系的___电压___信号. 2. 控制式自整角机的比电压大,就是失调同样的角度所获得的信号电压大,系统的灵敏度就__高__. 3. 无力矩放大作用,接收误差稍大,负载能力较差的自整角机是_________式自整角机.( A ) A.力矩 B.控制 C.差动 D.单机 4. 自整角变压器的整步绕组中合成磁势的性质和特点分别是什么? 答：从物理本质上来看,控制式自整角机的发送机定子合成磁场轴线在励磁绕组轴线上,是由于定子三相绕组是对称的(接收机定子三相绕组作为它的对称感性负载).如果把发送机励磁绕组作为初级,定子三相绕组作为次级,两侧的电磁关系类似一台变压器.因此,可以推想,发送机定子合成磁势 必定对励磁磁场起去磁作用.当励磁电流的瞬时值增加时,发送机定于合成磁势的方向必定与励磁磁场的方向相反.合成磁势的特点主要有： (1). 合成磁场在励磁绕组轴线上,它的方向和励磁磁场的方向相反.