控制電機(jī)習(xí)題解答

控制電機(jī)TOC\o"1-3"\h\z第一章旋轉(zhuǎn)變壓器1第二章自整角機(jī)8第三章測速發(fā)電機(jī)12第四章伺服電動機(jī)18第五章微特同步電動機(jī)26第六章無刷直流電動機(jī)31第七章步進(jìn)電動機(jī)34第八章直線電動機(jī)39第九章超聲波電動機(jī)43第一章旋轉(zhuǎn)變壓器簡述旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。答：旋轉(zhuǎn)變壓器是輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的特種電機(jī)。以正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器為例，在定子槽中安放兩個相互垂直的繞組，其中直軸方向的S1—S2為勵磁繞組，交軸方向的S3—S4為補(bǔ)償繞組，如圖1-1(a)所示。在轉(zhuǎn)子槽中也安放兩個相互垂直的繞組R1—R2、R3—R4，它們是正余弦輸出繞組，如圖1-1(b)所示。圖1-1旋轉(zhuǎn)變壓器的繞組構(gòu)造首先分析空載運行時的情況，此時只有定子勵磁繞組S1—S2施加交流勵磁電壓，其余三個繞組全部開路。顯然，勵磁繞組將在氣隙中產(chǎn)生一個脈振磁場，這個脈振磁場將在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，即

式中，為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵磁繞組軸線重合時在輸出繞組中感應(yīng)電動勢的有效值。設(shè)在勵磁繞組S1—S2中感應(yīng)電動勢的有效值為，則旋轉(zhuǎn)變壓器的變比為這樣與普通變壓器類似，可以忽略定子勵磁繞組的漏阻抗壓降，即。而空載時轉(zhuǎn)子輸出繞組的感應(yīng)電動勢在數(shù)值上就等于輸出電壓，所以

上式說明，旋轉(zhuǎn)變壓器空載時其輸出電壓分別是轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)和正弦函數(shù)，這樣轉(zhuǎn)子繞組R1—R2就稱為余弦輸出繞組，而繞組R3—R4稱為正弦輸出繞組。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出特性發(fā)生畸變的原因是什么？畸變補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心男?？答?/p>

當(dāng)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組接了負(fù)載以后，其輸出電壓便不再是轉(zhuǎn)角的正、余弦函數(shù)。例如在圖1-2中，正弦輸出繞組R3—R4接有負(fù)載，其輸出電壓如圖1-3所示，它偏離了期望的正弦值，這種現(xiàn)象稱為輸出特性的畸變?；兪潜仨毾?，下面首先分析畸變產(chǎn)生的原因。

圖1-2旋轉(zhuǎn)變壓器的負(fù)載情況圖1-3輸出特性的畸變?nèi)鐖D1-2所示，當(dāng)輸出繞組R3—R4有電流通過時，便產(chǎn)生磁通，可以分解為兩個分量：一個分量為，其方向與勵磁繞組S1—S2的軸線方向一致，稱為直軸分量；另一個分量為，其方向與勵磁繞組S1—S2的軸線方向正交，稱為交軸分量。對于勵磁繞組來說，直軸分量相當(dāng)于普通變壓器二次側(cè)繞組所產(chǎn)生的磁通。根據(jù)磁動勢平衡的根本概念，當(dāng)變壓器二次側(cè)有了電流產(chǎn)生磁動勢后，一次側(cè)必然增加一個負(fù)載電流分量及相應(yīng)的磁動勢，以抵消二次側(cè)磁動勢的影響，保持主磁通根本不變。據(jù)此推斷，在旋轉(zhuǎn)變壓器中直軸分量不會使主磁通受到顯著影響，當(dāng)然也就不會使輸出電壓受到顯著影響。所以，直軸分量對輸出特性畸變的影響是很小的，引起畸變的主要原因應(yīng)該是交軸分量。交軸分量在正弦輸出繞組R3—R4軸線上的分量為，與繞組R3—R4相匝鏈，所感應(yīng)的電動勢正比于，也就是正比于。所以，正弦輸出繞組R3—R4有了負(fù)載以后，除了原先的主磁通感應(yīng)電動勢以外，還附加了一個正比于的交軸磁通感應(yīng)電動勢，后者的出現(xiàn)破壞了輸出電壓隨轉(zhuǎn)角作正弦函數(shù)變化的關(guān)系，造成了輸出特性的畸變。因此，為了消除畸變，就必須設(shè)法消除交軸磁通的影響。消除的方法有兩種，即一次側(cè)補(bǔ)償和二次側(cè)補(bǔ)償。一次側(cè)補(bǔ)償：如圖1-4所示，將定子上的補(bǔ)償繞組S3—S4短接，則繞組S3—S4能消除輸出電壓的畸變。因為交軸磁通在補(bǔ)償繞組中要產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，這個電流所產(chǎn)生的磁通是阻礙交軸磁通變化的，因此對交軸磁通起抑制作用，可以起到畸變補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

二次側(cè)補(bǔ)償：如圖1-5所示，正弦輸出繞組R3—R4接有負(fù)載，流過電流，產(chǎn)生磁動勢；余弦輸出繞組R1—R2接有負(fù)載，流過電流，產(chǎn)生磁動勢。顯然，磁動勢和在交軸上的磁動勢分量是反向的。容易證明當(dāng)時，在任意轉(zhuǎn)角位置都能使和的交軸磁動勢分量相互抵消，從而消除畸變，使輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間保持嚴(yán)格的正余弦函數(shù)關(guān)系。另外，可以考慮同時采用一、二次側(cè)補(bǔ)償，即所謂的雙邊補(bǔ)償，以到達(dá)更佳的補(bǔ)償效果。

圖1-4一次側(cè)補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)變壓器圖1-5二次側(cè)補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)變壓器從數(shù)學(xué)上確定線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出特性線性段的轉(zhuǎn)角*圍。解：

線性旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)角成正比。如圖1-6所示的線性旋轉(zhuǎn)變壓器，經(jīng)推導(dǎo)，其輸出電壓的計算公式為

相應(yīng)的輸出特性如圖1-7所示。

圖1-6線性旋轉(zhuǎn)變壓器示意圖圖1-7線性旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓隨轉(zhuǎn)角的變化曲線將和在處按泰勒級數(shù)展開，設(shè)變比，將以上關(guān)系代入輸出電壓的計算公式，得由上式可知，輸出電壓與轉(zhuǎn)角的關(guān)系偏離線性的誤差主要是由的四次方所決定的，隨著值的增大，誤差值也越大。一般在計算裝置中要求線性誤差不超過，假設(shè)略去的高次項，則可令，從而求得滿足線性輸出要求的轉(zhuǎn)角*圍，即在〔0.65rad〕以內(nèi)。從理論上講，假設(shè)選取最正確變比時，線性誤差不超過，轉(zhuǎn)角的*圍可以擴(kuò)大到。但是在實際設(shè)計中，因最正確變比還與其它參數(shù)有關(guān)，通常選取變比。有一臺正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，輸入電壓，變比，把它作為線性旋轉(zhuǎn)變壓器，求轉(zhuǎn)角時的輸出電壓。解：

有一臺線性旋轉(zhuǎn)變壓器，輸入電壓，變比，試分別求出轉(zhuǎn)角和的輸出電壓。解：轉(zhuǎn)角時

轉(zhuǎn)角時

簡要說明特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器的根本原理。答：

特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器是一種新型的旋轉(zhuǎn)變壓器，它可以實現(xiàn)與轉(zhuǎn)角成正割函數(shù)、彈道函數(shù)、對數(shù)函數(shù)等特殊函數(shù)的電壓輸出，在裝置中可以替代體積龐大、構(gòu)造復(fù)雜、制造困難的凸輪和劈錐等機(jī)構(gòu)，是自動控制系統(tǒng)中使用較為廣泛的精細(xì)元件。特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器根本一樣，它采用一系列含有各次諧波的繞組，使諧波磁場產(chǎn)生的合成電動勢在任意轉(zhuǎn)角位置時逼近給定函數(shù)，從而實現(xiàn)輸出電壓與轉(zhuǎn)角之間成任意函數(shù)的關(guān)系。設(shè)計用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器來求解反三角函數(shù)的接線圖。解：

接線圖如下所示：在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個一次側(cè)繞組分別外施電壓，設(shè)變比，則轉(zhuǎn)子余弦輸出繞組的輸出電壓為在電壓作用下，伺服電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，直至，伺服電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器停頓轉(zhuǎn)動，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)角。此時證明當(dāng)感應(yīng)移相器外接負(fù)載時，在感應(yīng)移相器本身和外接電路的參數(shù)滿足一定關(guān)系的條件下，其輸出電壓仍可保持式〔1-23〕所示的關(guān)系。解：〔楊渝欽主編，控制電機(jī)，機(jī)械工業(yè)〕第二章自整角機(jī)分別簡述力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)的工作原理。答：自整角機(jī)按其功能可分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)。力矩式自整角機(jī)通常用于角度傳輸?shù)闹甘鞠到y(tǒng)，即同步傳遞角位移或同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，也就是小功率同步隨動系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間有失調(diào)角產(chǎn)生時，接收機(jī)轉(zhuǎn)子在整步轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn)，并減小失調(diào)角，直至失調(diào)角為零。由于力矩式自整角機(jī)為開環(huán)系統(tǒng)，無力矩放大作用，負(fù)載能力較低，適用于負(fù)載較輕及精度要求不高的遠(yuǎn)距離隨動系統(tǒng)。控制式自整角機(jī)主要用于由自整角機(jī)和伺服電動機(jī)構(gòu)成的隨動系統(tǒng)，其接收機(jī)不直接帶負(fù)載，即不輸出力矩。當(dāng)發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間有失調(diào)角產(chǎn)生時，接收機(jī)轉(zhuǎn)子將輸出一個與失調(diào)角成正弦函數(shù)關(guān)系的電壓，該電壓經(jīng)放大器放大后控制伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，伺服電動機(jī)又帶動接收機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使失調(diào)角減小，直至為零。這樣構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，其負(fù)載驅(qū)動能力取決于伺服電動機(jī)的容量，所以能帶動較大的負(fù)載，并且精度較高。自整角機(jī)的電源頻率與系統(tǒng)精度有什么關(guān)系？為什么？〔指力矩式自整角機(jī)〕答：自整角機(jī)的系統(tǒng)精度主要取決于比整步轉(zhuǎn)矩的大小，比整步轉(zhuǎn)矩越大，系統(tǒng)精度越高。而電磁整步轉(zhuǎn)矩與電源頻率成反比〔〕，所以電源頻率越低，系統(tǒng)精度越高。簡要說明力矩式自整角接收機(jī)的整步轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的？有什么特點？答：以三相力矩式自整角機(jī)為例，其接線圖如圖2-1所示。當(dāng)三相勵磁繞組接通三相交流電源后，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)的氣隙中都將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，并在整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和。如果發(fā)送機(jī)與接收機(jī)整步繞組之間的角位差為零，旋轉(zhuǎn)磁動勢將在同一時刻切割它們的整步繞組，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和大小相等且相位一致。這樣，整步繞組回路不會產(chǎn)生電流，因而也不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，兩臺電機(jī)的轉(zhuǎn)子均靜止不動。

如果將發(fā)送機(jī)的整步繞組順著旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)過角度，則旋轉(zhuǎn)磁場先切割接收機(jī)的整步繞組，后切割發(fā)送機(jī)的整步繞組，這樣兩個整步繞組的感應(yīng)電動勢不同相，超前一個角度，在整步繞組回路中將出現(xiàn)差額電動勢。在差額電動勢的作用下整步繞組回路將產(chǎn)生電流，發(fā)送機(jī)整步繞組中的電流和接收機(jī)整步繞組中的電流分別與旋轉(zhuǎn)磁動勢作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場和電磁轉(zhuǎn)矩的根本概念，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為正時，其方向是使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動；而當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)時，其方向是使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動。經(jīng)判斷，發(fā)送機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與接收機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是傾向于使。如果只有接收機(jī)的轉(zhuǎn)子可以自由轉(zhuǎn)動，它將沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動，直至。如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)，則接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也將以同樣的速度不停地旋轉(zhuǎn)。在圖2-1中，如果發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動角度，同理可知接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也將逆著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動角度?？傊?，不管發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子是順著磁場方向轉(zhuǎn)動還是逆著磁場方向轉(zhuǎn)動，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子總是追隨發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子一起運動，兩者之間具有同步旋轉(zhuǎn)的能力。圖2-1三相自整角機(jī)的接線圖和工作原理在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，假設(shè)將發(fā)送機(jī)〔或接收機(jī)〕勵磁繞組的極性〔相序〕接反，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置將是什么情況？答：在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，假設(shè)將發(fā)送機(jī)〔或接收機(jī)〕勵磁繞組的極性接反，就相當(dāng)于將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動180o電角度，其接收機(jī)的轉(zhuǎn)子實際將轉(zhuǎn)動180o電角度，因此發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置將與原位置相差180o電角度。如果在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的整步繞組對接有誤，將會出現(xiàn)什么情況？而在控制式自整角機(jī)系統(tǒng)中又會出現(xiàn)什么情況？答：如果在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的整步繞組對接有誤，就相當(dāng)于將發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動120o電角度，其接收機(jī)的轉(zhuǎn)子實際將轉(zhuǎn)動120o電角度，因此發(fā)送機(jī)和接收機(jī)轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)位置將與原位置相差120o電角度。而在控制式自整角機(jī)系統(tǒng)中，這種情況就相當(dāng)于預(yù)先把轉(zhuǎn)子由協(xié)調(diào)位置轉(zhuǎn)動120o電角度，這樣接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓就為。試分析控制式自整角接收機(jī)整步繞組合成磁動勢的特點。答：當(dāng)控制式自整角接收機(jī)整步繞組中有電流通過時，將產(chǎn)生空間脈振磁動勢。當(dāng)不計高次諧波時，每相基波磁動勢的幅值為

為了求取合成磁動勢，可以將整步繞組的三個空間脈振磁動勢分解為直軸分量和交軸分量，再進(jìn)展合成。如圖2-8所示，直軸磁動勢，交軸磁動勢，合成磁動勢，合成磁動勢與接收機(jī)直軸間的夾角為。合成磁動勢與接收機(jī)a相整步繞組間的夾角為，這實際上就是發(fā)送機(jī)的位置角，即合成磁動勢的方向就是轉(zhuǎn)子勵磁繞組的軸線方向。圖2-8接收機(jī)整步繞組的磁動勢綜合以上分析可知：(1)接收機(jī)整步繞組直軸磁動勢、交軸磁動勢的大小，與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角無關(guān)，僅為失調(diào)角的函數(shù)。(2)接收機(jī)三相整步繞組的合成磁動勢是脈振磁動勢，其大小是單相基波磁動勢幅值的倍，并且與發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的位置角以及失調(diào)角無關(guān)。(3)在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)整步繞組空間位置一致的情況下，接收機(jī)整步繞組合成磁動勢的空間位置總是與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置相一致?？刂剖阶哉墙邮諜C(jī)的轉(zhuǎn)子繞組能否產(chǎn)生磁動勢？假設(shè)能，請分析其性質(zhì)。答：在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的轉(zhuǎn)子偏離協(xié)調(diào)位置的情況下，控制式自整角接收機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組將有輸出電壓，并有單相交流電流通過，因此將產(chǎn)生脈振磁動勢。這種脈振磁動勢在空間位置固定，而大小隨時間變化，即任何瞬間磁動勢在空間以矩形波分布，矩形波的高度隨時間按正弦規(guī)律變化〔脈振磁動勢的具體分析請參見“電機(jī)學(xué)〞的有關(guān)內(nèi)容〕。請用控制式差動發(fā)送機(jī)設(shè)計一艦船火炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，并畫圖說明其原理。答：利用控制式差動發(fā)送機(jī)可構(gòu)成艦船火炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。如下列圖所示，設(shè)火炮目標(biāo)的方位角為正北偏西角，艦船航向的方位角為正北偏西角。當(dāng)要求火炮能夠擊準(zhǔn)目標(biāo)時，可將火炮目標(biāo)的方位角作為控制式發(fā)送機(jī)的輸入角，艦船航向的方位角作為控制式差動發(fā)送機(jī)的輸入角，這樣控制式接收機(jī)的輸出電壓就為。伺服電動機(jī)在電壓的作用下帶動火炮轉(zhuǎn)動，由于控制式接收機(jī)的轉(zhuǎn)軸和火炮軸相聯(lián)，當(dāng)火炮相對艦頭轉(zhuǎn)過角度時，控制式接收機(jī)也轉(zhuǎn)過同樣的角度，此時輸出電壓為零，伺服電動機(jī)停頓轉(zhuǎn)動，火炮所指的位置正好對準(zhǔn)目標(biāo)，可以開火。由此可見，盡管艦船的航向不斷變化，但火炮始終能夠自動對準(zhǔn)*一預(yù)定的目標(biāo)。第三章測速發(fā)電機(jī)為什么直流發(fā)電機(jī)電樞繞組中的電動勢是交變的，而電刷兩端的電動勢卻是直流的？答：在原動機(jī)的帶動下，直流發(fā)電機(jī)電樞繞組中的各導(dǎo)體交替地在不同定子磁極下切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因此電樞繞組中的電動勢是交變的。但是，通過換向器和電刷的配合，可以使同一磁極下的導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢方向保持不變，因此電刷兩端的電動勢卻是直流的。為什么直流測速發(fā)電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速不宜超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速，而負(fù)載電阻不能小于規(guī)定的電阻值？答：根據(jù)直流電機(jī)的電樞反響理論，電樞電流所產(chǎn)生的電樞磁場對主磁場有削弱作用，使合成磁場的波形發(fā)生畸變，并且負(fù)載電阻越小或者轉(zhuǎn)速越高〔即感應(yīng)電動勢越大〕時，電樞電流就越大，磁場的削弱作用就越強(qiáng)，造成輸出特性的非線性。因此，為了減小電樞電流及電樞反響的去磁作用，應(yīng)盡可能采用比擬大的負(fù)載電阻，并保證轉(zhuǎn)速不得超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速。

另外，在直流電機(jī)中，電樞繞組電流的方向以電刷為分界限，被電刷短路的元件是正在進(jìn)展電流換向的元件，稱為換向元件。在換向元件中會產(chǎn)生兩個感應(yīng)電動勢，一個是由于換向元件電流正負(fù)變化而產(chǎn)生的自感電動勢，一個是由于換向元件切割電樞磁場而產(chǎn)生的運動電動勢。分析說明，這兩個感應(yīng)電動勢方向一致，并力圖阻止換向元件中電流方向的改變，即起換向延遲的作用。和大小都與轉(zhuǎn)速的平方成正比，其對應(yīng)的附加電流所產(chǎn)生的磁場對主磁場也起去磁作用。因此，為改善輸出特性的線性度，一般采取限制轉(zhuǎn)速的措施來削弱換向延遲所產(chǎn)生的去磁作用。這一點與上述限制電樞反響去磁作用所采取的措施是一致的。假設(shè)直流測速發(fā)電機(jī)的電刷沒有放在幾何中心線上，此時發(fā)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的輸出特性是否一樣？為什么？答：當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運行時，假設(shè)電刷沒有嚴(yán)格地位于幾何中性線上，將會造成測速發(fā)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的輸出特性不一樣，即在一樣的轉(zhuǎn)速下，測速發(fā)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時輸出電壓不完全相等。這是因為當(dāng)電刷偏離幾何中性線一個不大的角度時，電樞反響磁通的直軸分量假設(shè)在一種轉(zhuǎn)向下起去磁作用，在另一種轉(zhuǎn)向下就起增磁作用，或反之。因此，在兩種不同的轉(zhuǎn)向下，盡管轉(zhuǎn)速一樣，電樞繞組的感應(yīng)電動勢也不相等，其輸出特性也不一樣。一臺電磁式直流測速發(fā)電機(jī)，額定電樞電壓100V，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，電樞回路電阻25Ω，負(fù)載電阻1kΩ，試分別求額定轉(zhuǎn)速時和轉(zhuǎn)速為800r/min時的電樞電動勢和輸出電壓。解：電樞回路的電壓平衡方程，其中電樞電動勢，電樞電流〔負(fù)載電流〕。當(dāng)轉(zhuǎn)速時，輸出電壓，電樞電動勢；

當(dāng)轉(zhuǎn)速時，電樞電動勢；

輸出電壓。試比擬直流測速發(fā)電機(jī)與交流測速發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點。答：直流測速發(fā)電機(jī)具有輸出電壓斜率大，沒有剩余電壓及相位誤差，溫度補(bǔ)償容易實現(xiàn)等優(yōu)點。但存在換向器和電刷的機(jī)械磨損，并產(chǎn)生無線電干擾火花。影響其輸出特性的非線性因素主要包括電樞反響、換向延遲、電刷接觸電阻、紋波和溫度等。交流測速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點是不需要電刷和換向器，不產(chǎn)生無線電干擾火花，構(gòu)造簡單，運行可靠，轉(zhuǎn)動慣量小，摩擦阻力小，正、反轉(zhuǎn)電壓對稱等。影響其輸出特性的非線性因素主要包括直軸磁通的變化、負(fù)載阻抗、剩余電壓、勵磁電源和溫度等。簡要說明空心杯異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理。答：如圖3-7所示，空心杯異步測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組接恒壓恒頻的單相交流電源，勵磁電壓為，頻率為。勵磁繞組中有單相交流電流流過，產(chǎn)生脈振磁動勢和勵磁磁通。在勵磁繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。顯然，勵磁磁通是沿勵磁繞組軸線方向的，即與輸出繞組軸線方向垂直，因而當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不動時，是不會在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的，所以此時輸出繞組的電壓為零，如圖3-7(a)所示?？招谋娃D(zhuǎn)子可以看作由無數(shù)條并聯(lián)的導(dǎo)體組成，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在勵磁磁場中就要產(chǎn)生運動電動勢，其方向如圖3-7(b)所示。與籠型轉(zhuǎn)子一樣，電動勢將在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生同樣頻率的轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流又將產(chǎn)生交軸方向的脈振磁動勢和交軸磁通，并且其交變頻率仍為，而大小正比于。顯然，交軸磁通是沿輸出繞組軸線方向的，它將匝鏈輸出繞組，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和輸出電壓。圖3-7杯型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理

以上說明，當(dāng)交流異步測速發(fā)電機(jī)勵磁繞組施加恒定的勵磁電壓，電機(jī)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，輸出繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時，由于相應(yīng)的感應(yīng)電動勢、電流及磁通的相位都與原來相反，因此輸出電壓的相位也與原來相反。這樣，異步測速發(fā)電機(jī)就能將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，實現(xiàn)測速的目的。

為什么異步測速發(fā)電機(jī)輸出電壓值與轉(zhuǎn)速成正比，而頻率卻與轉(zhuǎn)速無關(guān)？答：根據(jù)異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理，，即輸出電壓值與轉(zhuǎn)速成正比。另外，勵磁磁通是以勵磁電源頻率交變的，因此輸出電壓也是以頻率交變，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

為什么異步測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組大多采用400Hz的中頻電源？答：根據(jù)異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理，要使輸出電壓和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，必須保持直軸磁通恒定。而減小電機(jī)的相對轉(zhuǎn)速〔，為同步轉(zhuǎn)速〕，有利于減小直軸磁通的變化，因為轉(zhuǎn)子直軸磁動勢的大小與電機(jī)的相對轉(zhuǎn)速有關(guān)。所以，對于一定的轉(zhuǎn)速，通常是提高勵磁電源的頻率，以增**步轉(zhuǎn)速，減小相對轉(zhuǎn)速，從而到達(dá)減小輸出電壓誤差的目的。所以，異步測速發(fā)電機(jī)較多采用400Hz的中頻勵磁電源。

什么是異步測速發(fā)電機(jī)的剩余電壓？簡要說明剩余電壓產(chǎn)生的原因以及消除或削弱的方法？答：當(dāng)異步測速發(fā)電機(jī)的勵磁繞組已經(jīng)供電，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時，輸出繞組所產(chǎn)生的電壓稱為剩余電壓，用表示。剩余電壓又稱為零速電壓，它由兩局部組成，一局部是固定分量，其值與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)；另一局部是交變分量，其值與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。轉(zhuǎn)子位置變化〔以轉(zhuǎn)角表示〕時，作周期性變化，如圖3-10所示。圖3-10剩余電壓的變化波形剩余電壓固定分量產(chǎn)生的主要原因是：勵磁繞組與輸出繞組不正交，磁路不對稱，或氣隙不均勻等。如圖3-11所示，由于外定子鐵心內(nèi)圓壁加工有誤，造成定、轉(zhuǎn)子間的氣隙成橢圓形。因為磁通總是試圖走磁阻最小的路徑，勵磁繞組通電后，所產(chǎn)生的磁通不再與勵磁繞組軸線方向一致，而是扭斜了一個角度。這樣，在輸出繞組軸線方向就有一個分量，這個分量在轉(zhuǎn)速為零時仍可在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。圖3-11外定子內(nèi)圓壁不均勻產(chǎn)生剩余電壓的情況剩余電壓交變分量產(chǎn)生的主要原因是空心杯轉(zhuǎn)子的不對稱，如空心杯材料的不均勻，杯的厚度不一致等。這種不對稱性相當(dāng)于在原來對稱的轉(zhuǎn)子上加上一個短路環(huán)，如圖3-12所示，對稱轉(zhuǎn)子不會產(chǎn)生剩余電壓，而短路環(huán)卻會引起剩余電壓。因為勵磁繞組產(chǎn)生的直軸磁通會在短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，電流又會產(chǎn)生沿短路環(huán)軸線方向的附加脈振磁動勢和附加磁通。當(dāng)短路環(huán)軸線不與輸出繞組軸線正交時，附加磁通就會在輸出繞組中產(chǎn)生附加感應(yīng)電動勢，由此產(chǎn)生剩余電壓。圖3-12轉(zhuǎn)子不對稱產(chǎn)生剩余電壓的情況為了減小剩余電壓，可以采用以下方法：1〕采用四極電機(jī)的構(gòu)造〔交變分量〕。2〕將勵磁繞組和輸出繞組分開放置，即勵磁繞組置于外定子鐵心，輸出繞組置于內(nèi)定子鐵心。3〕采用補(bǔ)償繞組抵消剩余電壓。4〕采用補(bǔ)償電路抵消剩余電壓。上述四種方法主要針對的是剩余電壓固定分量的削弱或抵消，剩余電壓的交變分量是難以用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈコ?，只能依靠改善轉(zhuǎn)子材料性能以及提高電機(jī)加工精度來減小。簡要說明霍爾效應(yīng)無刷直流電動機(jī)的工作原理。答：〔參見教材P40-41〕第四章伺服電動機(jī)試推導(dǎo)勵磁控制時直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，并與電樞控制時的運行特性進(jìn)展比擬。解：〔1〕勵磁控制時的機(jī)械特性

直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是指在一定勵磁控制電壓下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即。忽略鐵心磁路的飽和效應(yīng)，可設(shè)主磁通，其中稱為勵磁系數(shù)。直流伺服電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

電樞繞組的感應(yīng)電動勢為

電樞回路的電壓平衡方程為

其中，為電樞電壓，保持不變。

由上面三個式子，可以得到直流伺服電動機(jī)勵磁控制時的機(jī)械特性方程〔2〕勵磁控制時的調(diào)節(jié)特性

直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性是指在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與勵磁控制電壓之間的關(guān)系曲線，即。在上式中，利用的關(guān)系，可以直接得到直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性方程。由上可見，盡管勵磁控制也可以到達(dá)通過改變控制電壓來改變轉(zhuǎn)速的目的，并能實現(xiàn)平滑調(diào)速，但隨著控制信號的減弱，其機(jī)械特性變軟，調(diào)節(jié)特性也是非線性的，故調(diào)速*圍不大。而電樞控制時的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均是線性的，調(diào)速*圍廣。直流伺服電動機(jī)采用電樞控制時，假設(shè)勵磁電壓下降，電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性如何變化？答：

根據(jù)直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性方程

假設(shè)勵磁電壓下降，即主磁通減小，則機(jī)械特性斜率增大，而空載轉(zhuǎn)速提升，如下列圖所示。根據(jù)直流伺服電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性方程

當(dāng)勵磁電壓下降，主磁通減小時，調(diào)節(jié)特性斜率增大，而調(diào)節(jié)特性向右移動，如下列圖所示。直流力矩電動機(jī)的構(gòu)造和性能各有什么特點？答：

直流力矩電動機(jī)的構(gòu)造和普通直流伺服電動機(jī)根本一樣，只是外形尺寸在比例上有所不同。為了減小轉(zhuǎn)動慣量，一般的直流伺服電動機(jī)都做成細(xì)長形，而直流力矩電動機(jī)為了能在一樣的體積和控制電壓下產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩和較低的轉(zhuǎn)速，一般做成扁平形，電樞長度與直徑之比一般為0.2左右。定子采用永磁式構(gòu)造，并且極數(shù)較多。為了減小轉(zhuǎn)矩脈動，還選用較多的轉(zhuǎn)子槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。直流力矩電動機(jī)能在低速運行甚至長期堵轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，而且不需要經(jīng)過齒輪減速器而直接驅(qū)動負(fù)載，具有響應(yīng)迅速、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。一臺直流伺服電動機(jī)的額定功率50W，額定電壓100V，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，額定效率60%，求額定輸入功率、額定電流和額定轉(zhuǎn)矩。解：

額定輸入功率

額定電流

額定轉(zhuǎn)矩

〔〕一臺直流伺服電動機(jī)帶一恒定負(fù)載，起動電壓為5V，當(dāng)電樞電壓為50V時，轉(zhuǎn)速為1000r/min，假設(shè)要求轉(zhuǎn)速到達(dá)2000r/min，需要加多大的電壓？解：電壓平衡方程

起動電壓為5V，即。由于負(fù)載恒定，可認(rèn)為電樞電流保持不變。

電樞電壓為50V時，，所以。轉(zhuǎn)速到達(dá)2000r/min時，電樞電壓。

直流伺服電動機(jī)與交流伺服電動機(jī)各有什么不同？答：直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)都可作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，但應(yīng)根據(jù)各自的特點和使用的具體情況，合理選用。(1)機(jī)械特性。直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是線性的，在不同控制電壓下，機(jī)械特性相互平行，而且特性很硬；但交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，特性的斜率隨著控制信號的不同而變化，機(jī)械特性較軟，特別在低速段更加嚴(yán)重。(2)快速響應(yīng)性。主要是考慮電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)。由于直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上有電樞和換向器，其慣量較大，但由于其機(jī)械特性很硬，即在一樣的空載轉(zhuǎn)速下，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大得多，因此總的來看，直流伺服電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)比交流伺服電動機(jī)的大得不多，但在帶較大負(fù)載時，直流伺服電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)就要比交流伺服電動機(jī)小。

(3)體積、重量和效率。由于交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，損耗大、效率低，而且通常運行在橢圓旋轉(zhuǎn)磁場的情況下，反向磁場的阻轉(zhuǎn)矩作用使得電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩減小，這就使得電機(jī)的利用程度變差，因此在同樣輸出功率時，交流伺服電動機(jī)要比直流伺服電動機(jī)的體積大、重量重、效率低，這樣它只適用于0.5~100W的小功率控制系統(tǒng)中，而在幾十到幾個千瓦的功率較大的控制系統(tǒng)中，較多地采用直流伺服電動機(jī)。

(4)構(gòu)造復(fù)雜性、運行可靠性及對系統(tǒng)的干擾等。由于直流伺服電動機(jī)需要電刷和換向器，使得其構(gòu)造變得復(fù)雜，工作的穩(wěn)定性和可靠性都較差，而且換向器上產(chǎn)生的火花引起的無線電干擾會影響其他系統(tǒng)的正常工作，同時由于電刷與換向器之間的摩擦增加了電機(jī)的阻力矩，使電機(jī)工作不穩(wěn)定并產(chǎn)生較大的死區(qū)，影響電機(jī)的靈敏性；而交流伺服電動機(jī)構(gòu)造簡單，運行可靠，在不易檢修的地方使用時，優(yōu)點更加突出。

兩相對稱繞組通入同相位的交流電流能否形成旋轉(zhuǎn)磁場？當(dāng)兩相繞組的匝數(shù)不等時，加在兩相繞組上的交流電壓及電流應(yīng)滿足怎樣的條件才能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場？答：兩相對稱繞組通入同相位的交流電流不能形成旋轉(zhuǎn)磁場，這時兩相繞組電流所產(chǎn)生的合成磁場仍為脈振磁場。當(dāng)兩相繞組的匝數(shù)不等時，為產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，加在兩相繞組上的交流電壓及電流的相位差應(yīng)為90o電角度，并且其有效值應(yīng)與有效串聯(lián)匝數(shù)成比例。具體表達(dá)式為其中，為勵磁繞組與控制繞組的有效匝比。改變異步伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有哪些？為什么？答：改變異步伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)向的方法主要就是改變勵磁繞組和控制繞組電流的相序或大小關(guān)系。異步伺服電動機(jī)在一般運行情況時，定子兩相繞組產(chǎn)生的是一個橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場可以用兩個轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場來代替，其中一個的轉(zhuǎn)向與原來的橢圓形磁場一樣，稱為正向圓形旋轉(zhuǎn)磁場；另一個的轉(zhuǎn)向則相反，稱為反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場。如果磁場的橢圓度越小，反向旋轉(zhuǎn)磁場就越小，而正向旋轉(zhuǎn)磁場就越大；反之，如果磁場的橢圓度越大，反向旋轉(zhuǎn)磁場就越大，而正向旋轉(zhuǎn)磁場就越小。而磁場的橢圓度就是由勵磁繞組和控制繞組電流的相序及大小關(guān)系所決定的。為什么異步伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻要選得很大？轉(zhuǎn)子電阻過大對電機(jī)性能又有哪些負(fù)面影響？答：異步伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻要選得很大，除了為改善機(jī)械特性的線性度和穩(wěn)定運行外，更重要的是為了保證當(dāng)控制繞組電壓為零時，電動機(jī)能立刻停轉(zhuǎn)，即消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但轉(zhuǎn)子電阻過大對電機(jī)性能也有一些負(fù)面影響。首先電動機(jī)效率會降低，同樣功率的電機(jī)體積也要大一些；其次臨界轉(zhuǎn)差率，使起動轉(zhuǎn)矩減小。由于伺服電動機(jī)的工作性質(zhì)不同于普通電動機(jī)，主要要求運行穩(wěn)定、線性度好、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而效率和體積相對次要些，所以轉(zhuǎn)子電阻往往設(shè)計得相當(dāng)大，以滿足自動控制系統(tǒng)的根本需要。什么是異步伺服電動機(jī)的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象？如何消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象？答：

當(dāng)控制繞組沒有外施電壓時，異步伺服電動機(jī)就相當(dāng)于一臺正常運行的單相異步電動機(jī)，這時只有勵磁繞組在起作用，相應(yīng)的機(jī)械特性如圖4-9(a)所示，其中表示正向旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，表示反向旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，是兩者合成的結(jié)果。顯然，正向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩是正值；反向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩是負(fù)值，說明總是驅(qū)動性質(zhì)的，電動機(jī)在兩個方向都可以旋轉(zhuǎn)。這種情況對于伺服電動機(jī)而言是不利的，相當(dāng)于控制信號消失而仍有角速度或角位移輸出，稱為“自轉(zhuǎn)現(xiàn)象〞。如果增大轉(zhuǎn)子電阻，使正向電磁轉(zhuǎn)矩和反向電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率，將得到圖4-9(b)所示的機(jī)械特性。這樣，正向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩是負(fù)值；反向旋轉(zhuǎn)時電磁轉(zhuǎn)矩是正值，即總是制動性質(zhì)的。因此，在控制電壓為零時，電動機(jī)在兩個方向上都不可能自轉(zhuǎn)。

圖4-9異步伺服電動機(jī)的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象及消除異步伺服電動機(jī)的控制方式有哪些？答：一般情況下，異步伺服電動機(jī)的勵磁繞組電壓保持不變，通過改變控制繞組電壓的幅值或相位，就可以改變正向旋轉(zhuǎn)磁場與反向旋轉(zhuǎn)磁場之間的大小關(guān)系，以及正向電磁轉(zhuǎn)矩和反向電磁轉(zhuǎn)矩之間的比值，從而到達(dá)改變合成電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的目的。這樣，異步伺服電動機(jī)就有三種具體的控制方式：(1)幅值控制，即僅改變控制電壓的幅值；

(2)相位控制，即僅改變控制電壓的相位；

(3)幅-相控制，同時改變控制電壓的幅值和相位。一臺兩極異步伺服電動機(jī)，勵磁繞組和控制繞組的匝數(shù)分別為和，兩繞組軸線在空間相隔電角度，設(shè)在兩繞組中分別通入電流和。試求產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件。解：根據(jù)交流繞組旋轉(zhuǎn)磁場的根本理論，單相交流繞組通以單相交流電流后，將產(chǎn)生沿繞組軸線方向的脈振磁動勢。因此，勵磁繞組和控制繞組的基波脈振磁動勢向量的長度分別是由于勵磁繞組和控制繞組的軸線在空間互差電角度，任何時刻基波合成磁動勢向量的長度都為

當(dāng)值保持不變〔與時間無關(guān)〕時，即可產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)有效匝比為，并且，則，所以上式變?yōu)?/p>

進(jìn)一步可設(shè)，經(jīng)推導(dǎo)可得，這就是產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件。一臺異步伺服電動機(jī)，額定頻率50Hz，空載轉(zhuǎn)速1480r/min，試求電機(jī)的極對數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載時的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電流頻率。解：同步轉(zhuǎn)速

極對數(shù)

轉(zhuǎn)差率

轉(zhuǎn)子電流頻率第五章微特同步電動機(jī)試推導(dǎo)永磁同步電動機(jī)的矩角特性公式。解：根據(jù)同步電機(jī)的雙反響理論，可畫出永磁同步電動機(jī)的相量圖〔忽略定子電阻〕。由相量圖可得如下關(guān)系式

求出定子電流的直、交軸分量利用，電動機(jī)的輸入功率為在忽略定子電阻的條件下，由上式可得電動機(jī)的電磁功率

將電磁功率除以同步機(jī)械角速度，即可得到電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為什么永磁同步電動機(jī)起動過程中永磁體所產(chǎn)生的是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩？答：永磁同步電動機(jī)當(dāng)由工頻電源直接供電而起動時，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永磁體磁場之間有相對運動，不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，造成起動困難。如圖5-6(a)所示的起動瞬間，定、轉(zhuǎn)子磁極間的相互作用傾向于使轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子慣性的影響，轉(zhuǎn)子還沒有馬上轉(zhuǎn)動起來，而定子磁極完全可能已經(jīng)轉(zhuǎn)過180o電角度，如圖5-6(b)所示，這時，定、轉(zhuǎn)子磁極間的相互作用又傾向于使轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。這樣，轉(zhuǎn)子所受電磁轉(zhuǎn)矩的方向時正時反，屬于發(fā)電制動性質(zhì)。所以，永磁同步電動機(jī)起動過程中永磁體所產(chǎn)生的是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。圖5-6永磁同步電動機(jī)的起動問題永磁同步電動機(jī)和磁阻同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上為什么要裝設(shè)籠型繞組？它的作用是什么？如果是變頻電源供電，是否需要裝設(shè)籠型繞組？為什么？答：永磁同步電動機(jī)和磁阻同步電動機(jī)往往不能自行起動，需要在轉(zhuǎn)子上另外裝設(shè)籠型起動繞組?；\型繞組可以產(chǎn)生異步起動轉(zhuǎn)矩，使永磁同步電動機(jī)或磁阻同步電動機(jī)異步起動，待轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升到接近同步速時，依靠同步轉(zhuǎn)矩或磁阻轉(zhuǎn)矩的作用將轉(zhuǎn)子牽入同步運行。

如果是變頻電源供電，則不需要裝設(shè)籠型繞組，可通過變頻起動的方式直接將永磁同步電動機(jī)或磁阻同步電動機(jī)牽入同步。

當(dāng)磁阻同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子直軸和交軸分別與定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線重合時，磁阻轉(zhuǎn)矩各是多少？答：

當(dāng)磁阻同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子直軸和交軸分別與定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線重合時，由于磁力線均未被扭曲，所以均不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即磁阻轉(zhuǎn)矩都為零。圖5-8磁阻同步電動機(jī)的原理圖為什么磁滯同步電動機(jī)的磁滯轉(zhuǎn)矩在異步狀態(tài)時是不變的，而在同步狀態(tài)時卻是可變的？答：

一般情況下，磁滯角的大小與定子磁場相對于轉(zhuǎn)子的速度無關(guān)，它決定于轉(zhuǎn)子所用硬磁材料的性質(zhì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在低于同步速運行時，不管轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如何，在定子旋轉(zhuǎn)磁場的反復(fù)磁化下，轉(zhuǎn)子的磁滯角都是一樣的，因此所產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)。轉(zhuǎn)子在磁滯轉(zhuǎn)矩的作用下起動并到達(dá)同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子磁場相對定子旋轉(zhuǎn)磁場靜止，轉(zhuǎn)子不再被交變磁化，而是被恒定地磁化。這時，轉(zhuǎn)子類似一個永磁轉(zhuǎn)子。因此，在異步起動到同步運行的過程中，磁滯轉(zhuǎn)矩保持恒定，如圖5-15所示。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時，轉(zhuǎn)子磁場的軸線與定子磁場的軸線重合，不產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，電動機(jī)就要瞬時減速，定、轉(zhuǎn)子兩個磁場間的夾角〔即磁滯角〕將要增大，產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩也增大。圖5-15磁滯同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性磁滯同步電動機(jī)的渦流轉(zhuǎn)矩與哪些因素有關(guān)？為什么？答：

對于磁滯同步電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子在低于同步速運行時，轉(zhuǎn)子和定子旋轉(zhuǎn)磁場之間存在相對運動，磁滯轉(zhuǎn)子會切割旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生渦流，轉(zhuǎn)子渦流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生渦流轉(zhuǎn)矩。這種渦流轉(zhuǎn)矩的根本特點與異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是相似的，即的大小與轉(zhuǎn)子切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度有關(guān)，是隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而減小的。當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，渦流轉(zhuǎn)矩即為零。磁滯同步電動機(jī)的突出優(yōu)點是什么？答：

磁滯同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是用硬磁材料做成的，這種硬磁材料具有比擬寬的磁滯回環(huán)，其剩磁密度和矯頑力要比軟磁材料大。磁滯電動機(jī)的突出優(yōu)點是起動轉(zhuǎn)矩大，不需要裝任何起動裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。反響式電磁減速同步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)符合怎樣的關(guān)系？答：

為了使反響式電磁減速同步電動機(jī)產(chǎn)生較大的反響轉(zhuǎn)矩，每極旋轉(zhuǎn)磁場軸線下的定、轉(zhuǎn)子齒應(yīng)對齊，這樣可以使磁通經(jīng)過氣隙的磁阻最小。這時，定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)符合如下關(guān)系其中，為電機(jī)極對數(shù)。試比擬永磁式、磁阻式和磁滯式同步電動機(jī)的特點。答：永磁同步電動機(jī)是一種節(jié)能型電動機(jī)，具有較高的力能指標(biāo)，其功率因數(shù)可以到達(dá)或接近1。它采用永磁體勵磁，沒有勵磁損耗及轉(zhuǎn)子損耗，沒有集電環(huán)、電刷等部件及其所產(chǎn)生的損耗，因而電機(jī)效率得到很大的提高。采用性能優(yōu)良的永磁材料〔如釹鐵硼〕，可以使永磁同步電動機(jī)與普通異步電動機(jī)同機(jī)座號同功率，替代異步電動機(jī)而到達(dá)節(jié)能的目的。磁阻同步電動機(jī)是利用轉(zhuǎn)子上兩個正交方向磁阻不等而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理進(jìn)展工作的，它的主要特點是構(gòu)造簡單，本錢低廉，運行可靠。其轉(zhuǎn)子總是采用凸極構(gòu)造，并在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)適當(dāng)設(shè)置隔磁塊或隔離槽，使轉(zhuǎn)子直、交軸方向的磁阻有較大差值，從而提高電磁轉(zhuǎn)矩。但是，這類電動機(jī)勵磁電流較大，功率因數(shù)較低，效率較低。磁滯同步電動機(jī)一種利用磁滯轉(zhuǎn)矩起動并同步運行的電動機(jī)，在最**步轉(zhuǎn)矩下，負(fù)載變化而轉(zhuǎn)速保持不變。它的突出優(yōu)點是具有自起動能力，不需要加裝任何起動裝置就能直接自行起動，且平滑地進(jìn)入同步運行狀態(tài)。起動電流也較小，接近于正常運行時的電流，而且在長期過載時也不至于溫升過高而燒毀。另外，磁滯同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有一定的極性，其極數(shù)由定子繞組決定，所以在定子上安裝不同極對數(shù)的繞組，便可以在工頻電源下得到不同轉(zhuǎn)速的多速電動機(jī)。第六章無刷直流電動機(jī)試分別比擬無刷直流電動機(jī)與普通永磁直流電動機(jī)、異步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)的不同特點。答：

普通永磁直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，但是其電刷和換向器裝置所造成的機(jī)械摩擦嚴(yán)重影響了電機(jī)的精度和可靠性，因摩擦而產(chǎn)生的火花還會引起無線電干擾。所以永磁直流電動機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、噪音大，維護(hù)也比擬困難。異步電動機(jī)的優(yōu)點是構(gòu)造簡單、本錢低廉、運行可靠、效率較高，并具有適用的工作特性。其缺點是功率因數(shù)較差，異步電動機(jī)運行時必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無功功率，其功率因數(shù)總是小于1。永磁同步電動機(jī)是一種節(jié)能型電動機(jī)，具有較高的力能指標(biāo)，其功率因數(shù)可以到達(dá)或接近1。它采用永磁體勵磁，沒有勵磁損耗及轉(zhuǎn)子損耗，沒有集電環(huán)、電刷等部件及其所產(chǎn)生的損耗，因而電機(jī)效率得到很大的提高。無刷直流電動機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它利用電子開關(guān)線路和位置傳感器來代替電刷和換向器，既具有直流電動機(jī)的運行特性，又具有交流電動機(jī)構(gòu)造簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點。另外，它的轉(zhuǎn)速不再受機(jī)械換向的限制，可以制成轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的高速電動機(jī)。在無刷直流電動機(jī)中，位置傳感器的作用是什么？改變每相開場導(dǎo)通的位置角，對電機(jī)的性能有何影響？答：

位置傳感器是無刷直流電動機(jī)的重要組成局部，其作用是檢測轉(zhuǎn)子磁場相對于定子各相繞組的位置，以確定各相繞組導(dǎo)通和關(guān)斷的順序。改變每相開場導(dǎo)通的位置角，就改變了定子合成磁動勢與轉(zhuǎn)子永磁體磁動勢之間的夾角，從而改變了平均電磁轉(zhuǎn)矩的大小，對電機(jī)性能有較大影響。無刷直流電動機(jī)能否采用一相電樞繞組？為什么？答：

無刷直流電動機(jī)不能采用一相電樞繞組。這是因為無刷直流電動機(jī)定子合成磁動勢所產(chǎn)生的是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，需要檢測轉(zhuǎn)子的假設(shè)干位置，根據(jù)這些位置決定定子側(cè)逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而保證定子旋轉(zhuǎn)磁動勢在平均意義上與轉(zhuǎn)子永磁體磁動勢同步。如果采用一相電樞繞組，定子跳躍式旋轉(zhuǎn)磁動勢的步距角就是180o電角度，轉(zhuǎn)子永磁體的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑹遣淮_定的。無刷直流電動機(jī)能否直接采用交流電源供電？為什么？〔指電動機(jī)本體〕答：

無刷直流電動機(jī)實際上是一臺梯形波的永磁同步電動機(jī)，所以可以直接采用交流〔變頻〕電源供電，只是感應(yīng)電動勢和電樞電流的波形不一致，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速存在較大的波動，電動機(jī)性能較差。如何實現(xiàn)無刷直流電動機(jī)的調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)？答：

無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)直流端的電壓來控制的，所以改變直流端電壓的大小或極性就可以實現(xiàn)無刷直流電動機(jī)的調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)。為什么無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子較多采用外表式環(huán)形永磁體的構(gòu)造？答：

由于無刷直流電動機(jī)不需要裝設(shè)用于起動的籠型繞組，其轉(zhuǎn)子較多采用外表式環(huán)形永磁體的構(gòu)造，該構(gòu)造極間漏磁較少，可采用導(dǎo)磁軸，不需要隔磁襯套，因而轉(zhuǎn)子零件較少，工藝也較簡單，如圖6-2〔a〕所示。圖6-2無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造以兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動機(jī)為例，分析其工作原理和電樞反響的根本特點。答：

設(shè)三相繞組的通電順序依次為AC、BC、BA、CA、CB、AB，對于AC、BC通電狀態(tài)，可分別畫出如下的工作原理示意圖。對于AC通電狀態(tài)，直軸電樞磁動勢在剛開場時，呈現(xiàn)最大去磁〔〕，然后去磁作用逐漸減??；在1/2通電狀態(tài)時，直軸電樞磁動勢為零，既不去磁也不增磁〔〕；在后半個通電狀態(tài)內(nèi)，直軸電樞磁動勢的增磁作用逐漸加大，最后到達(dá)最大增磁〔〕。其余通電狀態(tài)的電樞反響也是這個特點。以內(nèi)嵌式永磁體轉(zhuǎn)子構(gòu)造的兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動機(jī)為例，分析其電壓平衡方程及其等效電路。解：

對于內(nèi)嵌式的永磁體轉(zhuǎn)子構(gòu)造，轉(zhuǎn)子各方向磁路的磁阻將隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，所以定子相繞組的自感和互感均為轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)。這樣，定子三相繞組的電壓平衡方程為式中，為定子相繞組自感，為定子相繞組間的互感，和分別是定子相繞組自感和互感的恒值分量，和分別是定子相繞組自感和互感的二倍頻分量的幅值。第七章步進(jìn)電動機(jī)比擬反響式步進(jìn)電動機(jī)與磁阻同步電動機(jī)的異同。答：

反響式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理與磁阻式同步電動機(jī)相似，都是利用磁力線力圖通過磁阻最小路徑的原理來產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，因此又稱為磁阻式步進(jìn)電動機(jī)。磁阻同步電動機(jī)的定子一般采用普通的單相或三相交流繞組，而反響式步進(jìn)電動機(jī)的定子通常采用成對的大齒狀構(gòu)造。徑向相對的兩個齒極組成一組〔一相〕，每個齒極上都裝有集中控制繞組。同一相的控制繞組可以串聯(lián)也可以并聯(lián)，只要它們產(chǎn)生的磁場極性相反。這樣，定子齒極的極對數(shù)就等于定子繞組的相數(shù)，即。不同相數(shù)的步進(jìn)電動機(jī)各有什么特點？答：

從根本原理上來說，步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)可以是兩相、三相、四相、五相等，但兩相步進(jìn)電動機(jī)，由于〔即兩相分別通電時的矩角特性相差電角度〕，極限起動轉(zhuǎn)矩〔或最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩〕，所以反響式步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)應(yīng)滿足，相數(shù)越多，極限起動轉(zhuǎn)矩就越接近靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值，負(fù)載能力就越強(qiáng)。另外，對于三相步進(jìn)電動機(jī)，兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與單相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩相等，也就是說，三相步進(jìn)電動機(jī)不能依靠增加通電相數(shù)來提高負(fù)載能力，這是它的一個固有缺陷。步進(jìn)電動機(jī)的步距角和定子相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)成反比。定子相數(shù)越多，則步距角越小，精度越高，但供電電源和電機(jī)構(gòu)造也越復(fù)雜。所以，一般步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)不超過六相，而且主要是通過增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)來提高系統(tǒng)精度。多齒構(gòu)造步進(jìn)電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)是否可以隨意選?。吭嚺e例說明。答：

多齒構(gòu)造步進(jìn)電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)不可以隨意選取，定子一個大齒極所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)是一個分?jǐn)?shù)，而不是整數(shù)。以四相單四拍步進(jìn)電動機(jī)為例，設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為，齒距角。定子一個大齒極所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為，不是整數(shù)，這樣當(dāng)齒極A下定、轉(zhuǎn)子齒的軸線對齊時，齒極B下定、轉(zhuǎn)子齒的軸線必然錯開的齒距角，即。如果將A相繞組斷電，而使B相繞組通電，產(chǎn)生沿B相繞組軸線方向的磁通，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過的齒距角，使轉(zhuǎn)子齒的軸線與定子齒極B的軸線對齊。這樣，步距角就為。如果采用四相八拍通電方式，則步距角將為。一臺三相反響式步進(jìn)電動機(jī)，步距角為3.0o/1.5o，求轉(zhuǎn)子齒數(shù)。解：

根據(jù)步距角的計算公式，當(dāng)時，，所以轉(zhuǎn)子齒數(shù)為一臺四相反響式步進(jìn)電動機(jī)，步距角為1.8o/0.9o。試問：〔1〕轉(zhuǎn)子齒數(shù)是多少？〔2〕脈沖電源的頻率為400Hz時，電動機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速是多少？〔3〕寫出四相八拍通電方式時的一個通電順序。解：

〔1〕

〔2〕當(dāng)時，

當(dāng)時，

〔3〕A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A〔設(shè)A、B、C、D四相沿順時針或逆時針方向連續(xù)排列〕。有一臺五相十拍的反響式步進(jìn)電動機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為24，試求：〔1〕步進(jìn)電動機(jī)的步距角；〔2〕脈沖電源的頻率。解：

〔1〕〔2〕由，得一臺四相步進(jìn)電動機(jī)，假設(shè)單相通電時矩角特性為正弦波，且最大靜轉(zhuǎn)矩為。試求：〔1〕兩相通電時的最大靜轉(zhuǎn)矩；〔2〕兩相通電時的矩角特性；〔3〕四相八拍通電方式時的極限起動轉(zhuǎn)矩。解：

〔1〕設(shè)A、B兩相通電，以A相定子齒的中心軸線為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子失調(diào)角為，則A相通電時的電磁轉(zhuǎn)矩為

當(dāng)B相也通電時，由于時的B相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開一個單拍制的步距角，即〔〕電角度，所以相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為

這樣，當(dāng)A、B兩一樣時通電時，合成的電磁轉(zhuǎn)矩為

所以，兩相通電時的最大靜轉(zhuǎn)矩為?！?〕兩相通電時的矩角特性如下列圖所示：

〔3〕由上圖的A點可見，四相八拍通電方式時的極限起動轉(zhuǎn)矩為步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載慣量有什么關(guān)系？答：

對于一定的供電方式，負(fù)載轉(zhuǎn)矩或負(fù)載慣量越大，步進(jìn)電動機(jī)允許的連續(xù)運行頻率就越低。當(dāng)時所對應(yīng)的頻率即為極限頻率，稱為最**續(xù)運行頻率，步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運行頻率絕對不能超過，如圖7-12所示。圖7-12步進(jìn)電動機(jī)的矩頻特性為什么步進(jìn)電動機(jī)的起動頻率比連續(xù)運行頻率要低得多？答：

在步進(jìn)電動機(jī)起動時所能施加的最高頻率〔稱為起動頻率〕比連續(xù)運行頻率低得多，如圖7-12中的虛線所示。這是因為在起動過程中，電動機(jī)除了要克制負(fù)載轉(zhuǎn)矩，還要克制加速度力矩。試比擬步進(jìn)電動機(jī)不同驅(qū)動控制方式的特點。答：〔1〕單電壓驅(qū)動控制：單電壓驅(qū)動電路構(gòu)造簡單，開關(guān)器件少，本錢低，但串聯(lián)電阻會產(chǎn)生一定的損耗，效率較低，只適用于驅(qū)動小功率步進(jìn)電機(jī)或用于性能指標(biāo)要求不高的場合。〔2〕雙單電壓驅(qū)動控制：包括雙電壓法和上下電壓法。雙電壓法驅(qū)動電路在低頻段與單電壓驅(qū)動一樣，在高頻段通過轉(zhuǎn)換電源電壓提高電流響應(yīng)速度，但仍需要在繞組回路中串聯(lián)電阻，并沒有擺脫單電壓驅(qū)動的弱點。另外，將頻率劃分為高、低兩段，使特性不連續(xù)，有突變；上下電壓法驅(qū)動電路能夠保證相繞組在很寬的頻段內(nèi)具有較大的平均電流，在關(guān)斷時電流又能迅速下降，因此改善了電機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩和動態(tài)性能。另外，由于相繞組回路不需要串聯(lián)電阻，所以功率損耗比擬小。但是，這種驅(qū)動電路在低頻時繞組通電時間長，電流有較大的過沖，所以低頻時電機(jī)的振動和噪聲較大，存在低頻共振現(xiàn)象?！?〕斬波恒流驅(qū)動控制：在控制脈沖為高電平期間，直流電源以脈沖方式供電，保證了相繞組電流的根本恒定，使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較為均衡，電機(jī)運行平穩(wěn)。這種驅(qū)動電路的另一個優(yōu)點是，能夠有效地抑制振蕩，因為步進(jìn)電機(jī)振蕩的根本原因是能量過剩，而斬波恒流驅(qū)動的輸入能量是隨著繞組電流的變化自動調(diào)節(jié)的，可以有效地防止能量積聚。但是，由于電流波形為鋸齒波，這種驅(qū)動方式會產(chǎn)生較大的電磁噪聲?！?〕調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動控制：這種控制方式類似于雙電壓驅(qū)動電路，其優(yōu)點是相繞組電壓可以自動調(diào)節(jié)，控制效果較好。但是，這種驅(qū)動電路需要的器件較多，線路較復(fù)雜，而且在實際運行時針對不同參數(shù)的電機(jī)，還要相應(yīng)調(diào)整電壓隨脈沖頻率變化的特性，因此也存在一定的局限性。〔5〕細(xì)分驅(qū)動控制：這種控制方式又稱為微步距控制，可以使步進(jìn)電動機(jī)的步距角成數(shù)量級地減小，大大提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度，同時也可以減小或消除振蕩，降低噪聲，并抑制轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因而值得推廣應(yīng)用。第八章直線電動機(jī)直線電動機(jī)有哪些優(yōu)點？又有哪些缺點？答：

與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相比，直線電動機(jī)主要有以下優(yōu)點：

(1)由于不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，整個系統(tǒng)得到簡化，精度提高，振動和噪音減小。

(2)由于不存在中間傳動機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，電機(jī)加速和減速的時間短，可實現(xiàn)快速起動和正反向運行。

(3)普通旋轉(zhuǎn)電動機(jī)由于受到離心力的作用，其圓周速度有所限制，而直線電動機(jī)運行時，其部件不受離心力的影響，因而它的直線速度可以不受限制。

(4)由于散熱面積大，容易冷卻，直線電機(jī)可以承受較高的電磁負(fù)荷，容量定額較高。

(5)由于直線電動機(jī)構(gòu)造簡單，且它的初級鐵心在嵌線后可以用環(huán)氧樹脂密封成一個整體，所以可以在一些特殊場合中應(yīng)用，例如可在潮濕環(huán)境甚至水中使用。但是，直線電動機(jī)也存在一些缺點，例如直線感應(yīng)電動機(jī)存在有縱向和橫向邊緣效應(yīng)，它們會增加電動機(jī)的附加損耗，降低氣隙磁密和功率因數(shù)，使電動機(jī)的輸出功率和效率減小。直線感應(yīng)電動機(jī)有哪幾種構(gòu)造形式？其運動速度如何確定？答：

按照構(gòu)造型式的不同，直線感應(yīng)電動機(jī)主要分為偏平型和圓筒型。直線感應(yīng)電動機(jī)的運動速度為其中滑差率，同步速度〔為電源頻率，為電機(jī)極距〕?？梢?，直線感應(yīng)電動機(jī)的運動速度與電源頻率及電機(jī)極距成正比，改變電源頻率或電機(jī)極距都可以改變運動速度。直線感應(yīng)電動機(jī)與旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)在電磁性能上有什么不同？答：

直線感應(yīng)電動機(jī)與旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)在工作原理上并無本質(zhì)區(qū)別，只是所得到的機(jī)械運動方式不同而已。但是，兩者在電磁性能上卻存在很大的差異，主要表現(xiàn)在以下三個方面：(1)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)定子三相繞組是對稱的，因而假設(shè)所施加的三相電壓對稱，則三相電流就是對稱的。但直線感應(yīng)電動機(jī)的初級三相繞組在空間位置上是不對稱的，位于邊緣的線圈與位于中間的線圈相比，其電感值相差很大，也就是說三相電抗是不相等的。因此，即使三相電壓對稱，三相繞組電流也不對稱。

(2)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是圓形的，無頭無尾，連續(xù)不斷，不存在始端和終端。但直線感應(yīng)電動機(jī)初、次級之間的氣隙存在著始端和終端。當(dāng)次級的一端進(jìn)入或退出氣隙時，都會在次級導(dǎo)體中感應(yīng)附加電流，這就是所謂的“邊緣效應(yīng)〞。由于邊緣效應(yīng)的影響，直線感應(yīng)電動機(jī)與旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)在運行特性上有較大的不同。(3)由于直線感應(yīng)電動機(jī)初、次級之間在直線方向上要延續(xù)一定的長度，且法向電磁力往往不均勻，因此在機(jī)械構(gòu)造上一般將初、次級之間的氣隙做得較長，這樣，其功率因數(shù)比旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)還要低。

永磁式直線直流電動機(jī)可分為哪幾種？它們各有什么特點？答：

按照構(gòu)造型式的不同，永磁式直線直流電動機(jī)可分為動磁型和動圈型兩種。動磁型構(gòu)造如圖8-7(a)所示，線圈固定繞在一個軟鐵框架上，線圈的長度應(yīng)包括可動永磁體的整個運動行程。顯然，當(dāng)固定線圈流過電流時，不工作的局部要白白浪費能量。為了降低電能的消耗，可以將線圈外外表進(jìn)展加工，使銅線裸露出來，通過安裝在永磁體磁極上的電刷把電流潰入相應(yīng)的線圈之中〔如圖中虛線所示〕。這樣，當(dāng)磁極移動時，電刷跟著滑動，僅使線圈的工作局部通電。但是，這種構(gòu)造型式由于電刷存在磨損，降低了電機(jī)的可靠性和使用壽命。

動圈型構(gòu)造如圖8-7(b)所示，在軟鐵框架的兩端裝有極性同向的兩塊永磁體，通電線圈可在滑道上作直線運動。這種磁場固定、線圈可動的構(gòu)造及原理類似于揚(yáng)聲器，因此又稱為音圈電動機(jī)。它具有體積小、效率高、本錢低等優(yōu)點，可用于計算機(jī)的硬盤驅(qū)動。

圖8-7永磁式直線直流電動機(jī)直線同步電動機(jī)與直線感應(yīng)電動機(jī)相比有什么特點？答：

同直線感應(yīng)電動機(jī)相比，直線同步電動機(jī)具有更大的驅(qū)動力，控制性能和位置精度更好，功率因數(shù)和效率較高，并且氣隙可以取得較長，因此各種類型的直線同步電動機(jī)成為直線驅(qū)動的主要選擇，在一些工程場合有取代直線感應(yīng)電動機(jī)的趨勢，尤其在新型的垂直運輸系統(tǒng)中普遍采用永磁式直線同步電動機(jī)，直接驅(qū)動負(fù)載上下運動。感應(yīng)子式直線步進(jìn)電動機(jī)的推力與哪些因素有關(guān)？為什么？答：

感應(yīng)子式〔混合式〕直線步進(jìn)電動機(jī)的推力不僅和各相控制繞組通入的脈沖電流大小有關(guān)，而且還和永久磁鐵所產(chǎn)生磁場的大小有關(guān)。當(dāng)各相控制繞組中的電流按*一規(guī)律變化時，使各極下磁場位置發(fā)生變化，從而產(chǎn)生磁場推力。什么是音圈電動機(jī)和平面電動機(jī)？其工作原理各如何？答：

音圈電動機(jī)是動圈型構(gòu)造的永磁式直線直流電動機(jī)，如圖8-7(b)所示，在軟鐵框架的兩端裝有極性同向的兩塊永磁體，通電線圈可在滑道上作直線運動。這種磁場固定、線圈可動的構(gòu)造及原理類似于揚(yáng)聲器，具有體積小、效率高、本錢低等優(yōu)點，可用于計算機(jī)的硬盤驅(qū)動。由雙軸組合的直線步進(jìn)電動機(jī)可以構(gòu)成平面式步進(jìn)電動機(jī)。如圖8-17所示，它是將兩臺直線步進(jìn)電動機(jī)組合在一起，其中一臺電動機(jī)產(chǎn)生*軸方向的運動，另一臺電動機(jī)產(chǎn)生Y軸方向的運動。這樣，平面式步進(jìn)電動機(jī)不需要任何機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，就能夠直接產(chǎn)生平面形式的運動。圖8-17平面電機(jī)示意圖直線電動機(jī)有哪些主要用途？試舉例說明。答：

直線電動機(jī)由于特殊的構(gòu)造和運動方式，