第六章--控制電動(dòng)機(jī)

1、第六章 控制電動(dòng)機(jī)6.1、有一臺(tái)交流伺服電動(dòng)機(jī)，若加上額定電壓，電源頻率為50Hz，極對(duì)數(shù)p=1，試問(wèn)它的理想空載轉(zhuǎn)速是多少？解：n0=60*f/p=60*50/1=3000r/min6.2、何謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象？交流伺服電動(dòng)機(jī)是怎樣克服這一現(xiàn)象，使其當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)能迅速停止？答：自轉(zhuǎn)是伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)控制電壓取消，轉(zhuǎn)子利用剩磁電壓?jiǎn)蜗喙╇姡D(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?？朔@一現(xiàn)象方法是把伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻設(shè)計(jì)的很大，使電動(dòng)機(jī)在失去控制信號(hào)，即成單相運(yùn)行時(shí)，正轉(zhuǎn)矩或負(fù)轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在Sm>1的地方。當(dāng)速度n為正時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T為負(fù)，當(dāng)n為負(fù)時(shí)，T為正，即去掉控制電壓后，單相供電時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是

2、與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，所以是一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的存在，可使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。6.3、有一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)，電樞控制電壓和勵(lì)磁電壓均保持不變，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)的控制電流、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速如何變化？答：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩增大；由n=Uc/(Ke)-RT/(KeKt2)可知，負(fù)載增大后，轉(zhuǎn)速變慢。根據(jù)T= KtIa可知，控制電流增大。6.4、有一臺(tái)直流伺服電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電樞控制電壓Uc=110V時(shí)，電樞電流Ia1=0.05A，轉(zhuǎn)速n1=3000r/min；加負(fù)載后，電樞電流Ia2=1A，轉(zhuǎn)速n2=1500r/min。試作出其機(jī)械特性n=f(T)。解：由電動(dòng)機(jī)電壓平衡方程式得：U

3、c=E+IaRa=Ken+ IaRa所以110=Ke×3000+0.05Ra110=Ke×1500+1×Ra解得：Ke=0.0357；Ra=56.41所以T1=KtIa1=9.55 KeIa1=9.55×0.0357×0.05=0.017N·mT2=KtIa2=9.55 KeIa2=9.55×0.0357×1=0.341N·mn30001500OT0.017N·m(0.05A)0.341N·m(1A)由（n=n1=3000r/min，T1=0.017 N·m）和（n=n2=1

4、500r/min，T2=0.341 N·m）兩點(diǎn)在n-T平面上作直線，如下圖所示即為該直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，機(jī)械特性表達(dá)式為n=3079-4630T。6.5、若直流伺服電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓一定，當(dāng)電樞控制電壓Uc=100V時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0=3000r/min；當(dāng)Uc=50V時(shí)，n0等于多少？解：根據(jù)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性公式可知n0=Uc/( Ke)，所以理想空載轉(zhuǎn)速與電樞控制電壓成正比。所以當(dāng)Uc=50V時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0等于1500r/min。6.6、為什么直流力矩電動(dòng)機(jī)要做成扁平圓盤狀結(jié)構(gòu)？答：直流力矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為T=BIaNlD/2，在電樞體積相同的條件下，

5、D增大時(shí)，鐵心長(zhǎng)度l就應(yīng)減?。黄浯?，在相同電流Ia以及相同用銅量的條件下，電樞繞組的導(dǎo)線粗細(xì)不變，則總導(dǎo)體數(shù)N應(yīng)隨l的減小而增加，以保持Nl不變，故式中的BIaNl/2近似為常數(shù)，故轉(zhuǎn)矩T與直徑D近似成正比例關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的直徑越大力矩就越大。6.7、為什么多數(shù)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)宜采用大慣量直流電動(dòng)機(jī)？答：因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)、制造上保證了電動(dòng)機(jī)能在低速或堵轉(zhuǎn)下運(yùn)行，在堵轉(zhuǎn)的情況下能產(chǎn)生足夠大的力矩而不損壞，加上它有精度高、反應(yīng)速度快、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，因此它常用在低速、需要轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和需要一定張力的隨動(dòng)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。所以多數(shù)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)適宜采用大慣量直流電動(dòng)機(jī)。6.8、永磁式同步電動(dòng)機(jī)為什么要采

6、用異步啟動(dòng)？答：因?yàn)橛来攀酵诫妱?dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，雖然合上電源，其定子產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但轉(zhuǎn)子具有慣性，跟不上磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)而吸引轉(zhuǎn)子，時(shí)而又推斥轉(zhuǎn)子，因此，作用在轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子也就旋轉(zhuǎn)不起來(lái)了。6.9、磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)有什么突出的優(yōu)點(diǎn)？答：磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)無(wú)需加啟動(dòng)繞組，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低。它的轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到上百轉(zhuǎn)之間。它是一種常用的低速電動(dòng)機(jī)。6.10、一臺(tái)磁阻式電磁減速同步電動(dòng)機(jī)，定子齒數(shù)為46，極對(duì)數(shù)為2，電源頻率為50Hz，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50，試求電機(jī)的轉(zhuǎn)速。解：電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度為=(Zr-Zs)2f/(Zrp)=(50-46)*

7、2*3.14*50/(50*2)=12.56rad/s因?yàn)?2n/60，所以轉(zhuǎn)速n=60*/(2)=60*12.56/(2*3.14)=120r/min6.11、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)在理想情況下為什么轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)沒(méi)有輸出電壓？轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，為什么輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比？答：因?yàn)闇y(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓Uo=Kn=KKd/dt，所以轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)沒(méi)有輸出電壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。6.12、何謂剩余電壓、線性誤差、相位誤差？答：剩余電壓：指的是當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為零時(shí)的輸出電壓。線性誤差：嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，輸出電壓和轉(zhuǎn)速之間不是直線關(guān)系，由非線性引起的誤差稱為線性誤差。相位誤差：指在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出電壓

8、與勵(lì)磁電壓之間相位移的變化量。6.13、一臺(tái)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，已知Ra=180，n=3000r/min，RL=2000，U=50V，求該轉(zhuǎn)速下的輸出電流和空載輸出電壓。解：Ia=Ua/RL=50/2000=0.025A測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性方程為：Ua=Cen/(1+Ra/RL)。即：50= Cen/(1+180/2000)，所以Cen=54.5空載輸出電壓Uo=Cen/(1+Ra/)= Cen =54.5V6.14、某直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，在轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)，空載輸出電壓為52V；接上2000的負(fù)載電阻后，輸出電壓為50V。試求當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500r/min，負(fù)載電阻為5000時(shí)的輸出電壓。解：因?yàn)?/p>

9、在轉(zhuǎn)速n=3000r/min時(shí)，空載輸出電壓為Uao=52V根據(jù)輸出特性方程式Ua=Cen/(1+Ra/RL)，得：52= Ce3000，所以Ce=52/3000=0.0173當(dāng)接上2000的負(fù)載電阻后，輸出電壓為50V根據(jù)輸出特性方程式Ua=Cen/(1+Ra/RL)，得：50=52 /(1+ Ra/2000)，所以Ra=80當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500r/min，負(fù)載電阻為5000時(shí)的輸出電壓為：Ua=Cen/(1+Ra/RL)= (52/3000)*1500/(1+80/5000)=26/1.016=25.6V6.15、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流測(cè)速發(fā)電機(jī)各有何優(yōu)、缺點(diǎn)？答：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)

10、有相位波動(dòng)，沒(méi)有剩余電壓，輸出特性的斜率比交流測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大。其主要缺點(diǎn)是：由于有電刷和換向器，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不便，摩擦轉(zhuǎn)矩大，有換向火花，產(chǎn)生無(wú)線電干擾信號(hào)，輸出特性不穩(wěn)定，且正、反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出不對(duì)稱。交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要電刷和換向器，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，慣量小，無(wú)滑動(dòng)接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高，摩擦轉(zhuǎn)矩小，不產(chǎn)生無(wú)線電干擾，工作可靠，正、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出特性對(duì)稱。其主要缺點(diǎn)是：存在剩余電壓和相位誤差，且負(fù)載的大小和性質(zhì)會(huì)影響輸出電壓的幅值和相位。6.16、試簡(jiǎn)述控制式自整角機(jī)和力矩式自整角機(jī)的工作原理。答：控制式自整角機(jī)的工作原理是：當(dāng)發(fā)送機(jī)的勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流后，產(chǎn)生

11、交變脈動(dòng)磁通，在三相繞組中感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而繞組中產(chǎn)生電流，這些電流都產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，并分別在自整角變壓器的單相輸出繞組中感應(yīng)出相同的電動(dòng)勢(shì)。力矩式自整角機(jī)的工作原理是：當(dāng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子對(duì)定子繞組的位置相同時(shí)，兩邊的每相繞組中的電動(dòng)勢(shì)相等，因此在兩邊的三相繞組中沒(méi)有電流。若發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，于是發(fā)送機(jī)和接收機(jī)相應(yīng)的每相定子繞組中的兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)就不能相互抵消，定子繞組中就有電流，這個(gè)電流和接收機(jī)勵(lì)磁磁通作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。6.17、力矩式自整角機(jī)與控制式自整角機(jī)有什么不同？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。各自應(yīng)用在什么控制系統(tǒng)中較好。答：自整角機(jī)的輸出電壓需要交流放大器放大后去控制交流伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)同時(shí)帶動(dòng)控制對(duì)象和自整角變壓器的轉(zhuǎn)子，它的轉(zhuǎn)動(dòng)總是要使失調(diào)角減小,直到=0時(shí)為止。它適合于大轉(zhuǎn)矩的情況。力矩式自整角機(jī)既可以帶動(dòng)控制對(duì)象，也可以帶動(dòng)自整角變壓器的轉(zhuǎn)子，由于負(fù)載很輕，所以不需要用伺服電動(dòng)機(jī)，而是由自整角機(jī)直接來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角隨動(dòng)。6.18、一臺(tái)直線異步電動(dòng)機(jī)，已知電源頻率為50Hz，極矩為10cm，額定運(yùn)行時(shí)的滑差率S為0.05，試求其額定速度。解：次級(jí)額定速度為：v=2f(1-S)= *2*50*0.1*(1-0.05)=9.5m/s6.1