《微特电机及系统》复习题及参考答案_V1.1

1/9《微特电机及系统》复习题及参考答案题目后面的页码参照《微特电机及系统》(第二版)程明主编1.微特电机在国民经济各个领域中的应用十分广泛，主要有航空航天、现代军事装备、现代工业、信息与电子产品、现代交通运输、现代农业及日常牛活等方面。P12.根据微特电机的用途，可以将其分为驱动用和控制用微特电机两大类。P23.伺服电动机也称为执行电动机，它将电压信号转变为电机转轴的角速度或角位移输出。P84.按转子结构的不同，同步伺服电动机可分为永磁式、磁阻式、磁滞式三种。P355.自动控制系统对测速发电机的要求主要有精确度高、灵敏度高、可靠性好。P496.步进电机的矩角特性是指：步进电机的静转矩与转子失调角的关系。)(=θfTP777.自整角机中的接收机的阻尼装置有两种：电气阻尼和机械阻尼。P1088.旋转变压器按其在控制系统的不同用途可分为计算用和数据传输用旋转变压器两类。P1239.单相交流串励电动机具有使用方便、转速高、体积小、质量轻和起动转矩大、过载能力强等优点。P17510.双凸极电机主要包括开关磁阻和双凸极永磁无刷电机。11.伺服电动机的功能是将输入的电信号转变为机械信号(转速或转角)输出。P312.测速发电机的功能是将机械转速变为电信号输出。P313.旋转变压器的功能是将机械转角信号变为电压信号输出。P314.自整角机的功能是对机械信号进行传递、测量和指示。P315.步讲电动机的功能是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移。P316.永磁同步电动机的转矩包括永磁转矩和磁阻转矩。P3617.磁阻同步电动机又称为反应式同步电动机，是利用转子上直轴和交轴方向磁阻不等产牛的磁阻转矩而工作的同步电动机。P3718.按转子结构分，磁阻式同步电动机可分为凸极式、分块式、内反应式和磁各向异性转子式等。P3719.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。P4920.同步测速发电机可分为永磁式、感应子式、脉冲式三种。P5521.异步测速发电机按其结构可分为鼠笼转子和空心杯形转子两种。P5522.根据控制用微特电机在自动控制系统的功能，可分为伺服电动机、测速发电机、旋转变压器、自整角机及步进电动机五大类。P323.驱动用微特电机的主要任务是能量转换，控制用微特电机的主要任务是完成信号的传递和转换。P424.交流异步伺服电动机有幅值控制、相位控制、幅相控制及双相控制四种控制方法。P2825.自整角机按其输出量不同可分为力矩式和控制式自整角机两类。P10026.直流测速发电机产牛误差的原因主要有电枢反应的影响、电刷接触电阻的影响、电刷位置的影响、温度的影响及纹波的影响。P5127.步进电动机的种类很多，主要有反应式、永磁式、混合式三种。P12728.永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器、功率电子开关三部分组2/9成.P15229.自动控制系统对伺服电动机的要求主要包括哪些方面？P8①调速范围宽②机械特性和调节特性为曲线③无“自转’现象④动态响应快。30.直流测速发电机按励磁方式分有哪几种？各有什么特点？P50答：按励磁方式分，直流测速发电机主要有电励磁和永磁式两种。电磁式直流测速发电机与普通直流电机结构相同，由定子和转子两部分组成，定子铁芯通常由硅钢片冲压而成，励磁绕组直接绕制在磁极铁芯上，励磁绕组由外部直流电源供电，所以其磁场稳定。其缺点是电源结构复杂，体积大，质量重。永磁式直流测速发电机定子磁极由永久磁钢做成，其他部分和电磁式相同。由于没有励磁绕组，所以省去励磁电源，具有结构简单、使用方便等特点，其缺点是永磁材料的价格较贵，受机械振动易发生程度不同的退磁。31.什么是异步测速发电机的剩余电压？简要说明剩余电压产生的原因及其减小的方法。P61-P62剩余电压分量种类原因固定分量励磁绕组和输出绕组不正交，磁路不对称，绕组匝间短路，绕组端部电磁耦合，励磁绕组于输出绕组之间存在分布电容等。交变分量转子电路的不对称。如转子杯材料不均匀，杯壁厚度不一致等。减小剩余电压措施：1)改进制造材料和工艺2)采用四级电机3)外接补偿装置32.简要说明旋转变压器产生误差的原因和改进方法。P132-P133答：旋转变压器产生误差的主要原因有：1)绕组谐波的影响2)齿槽的影响3)铁心磁路的饱和的影响4)材料的影响5)制造工艺的影响6)交轴磁场的影响改进方法主要有：1)加工中保证严格的工艺要求2)采用正弦绕组和短距绕组3)选择合理的齿槽配合4)电路上采用一次侧补偿、二次侧补偿、或一次侧二次侧同时补偿来加以消除33.简述永磁同步电动机直接起动比较困难的原因。P37答：其主要原因是，刚合上电源起动时，虽然气隙内产生了旋转磁场，但转子还是静止的，转子在惯性的作用下，跟不上旋转磁场的转动，因此定子和转子两对磁极之间存在着3/9相对的运动，转子所受到的平均转矩为零。在同步伺服电动机中，如果转子的转速与旋转磁场的转速不相等，转子所受到的平均力矩也总是为零。从上面的分析可知，不能自动起动主要有以下两个因素：1)转子本身由惯性2)定转子磁场之间转速相差过大34.简述磁滞同步电动机的工作原理及优缺点。P39-P40答：磁滞电动机的工作原理是：当定子绕组接通交流电源时产生旋转磁场，该旋转磁场使转子磁滞层磁化，再与定子旋转磁场作用而产生转矩。优点：磁滞同步电动机有很大的起动转矩，因而不像永磁电动机和磁阻电动机那样需要设置任何启动绕组就能起动。缺点：磁滞电动机工作于异步运行状态时，转子铁心被交变磁化，会产生很大的磁滞损耗，这些损耗随转速的减小而増大，因此磁滞同步电动机在异步运行状态下运行，特别在低速时很不经济35.异步测速发电机的误差主要有哪几种？说明误差产生的原因及减小措施。P61答：异步测速发电机的误差主要有线性误差、相位误差及剩余电压。产生误差的原因及减小误差的主要措施：误差的原因减小误差的主要措施气隙磁通dΦ的变化①减小励磁绕组漏阻抗或増大转子电阻②减小电机的相对转速*n励磁电源的影响保持电源的幅值、频率稳定，滤除电源中的高次谐波分量温度的影响采用温度补偿措施36.简述异步测速发电机剩余电压产生的原因及减小措施。（同题31)37.什么是反应式步进电动机的静稳定区和初始稳定平衡位置？最大静转矩与哪些物理量有关？P77答：矩角特性上，失调角πθ||的范围，称为步进电动机的静稳定区。在空载情况下，转子的平衡位置称为初始稳定平衡位置。矩角特性上的转矩最大值（90±=θ时）成为最大静转矩。4)ΛΛ()(2maxqdrWIZKT它与转子齿数)(rZ、控制绕组的磁动势平方、直轴交轴磁导差值)ΛΛ(qd成正比，同时还与同时通电相数)(K有关，可以通过増加通电相数来提高最大静转矩。38.自整角机的整步绕组嵌放在转子和定子上，各有何利弊？P101答：转子凸极式是定子铁芯上放置三相整步绕组，转子凸极铁芯上放置单相励磁绕组；4/9定子凸极式是单相励磁绕组放在定子凸极铁芯上，三相整步绕组放在转子铁芯上。两种结构从工作原理上看是没有区别的，但它们的运行性能不同。前者有两组滑环和电刷，摩擦转矩较小，精度较高，可靠性也高，但转子重量不易平衡，要引起附加误差，而且即使转子处在协调位置，励磁绕组也长期经电刷和滑环通过励磁电流，容易造成电刷和滑环在固定接触处因接触电阻损耗引起过热甚至烧坏。后者有三组滑环和电刷，摩擦转矩较大，会影响精度，但转子易平衡，而且滑环和电刷仅当系统存在失调角时才有电流通过，滑环的工作条件较好。39.简要说明力矩式自整角接收机中整步转矩是怎样产生的？它与哪些因素有关？P105答：当力矩式自整角机系统的失调角产生后，在电动机的转子上形成的转矩称为整步转矩。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；另一个是由于直轴和交轴磁阻不同而引起的反应整步转矩。隐极式自整角机无反应整步转矩，只有电磁整步转矩。整步转矩与励磁电压、励磁电源频率、失调角、交轴阻抗等因素有关。40.为什么力矩式自整角机采用凸极式结构，而自整角变压器采用隐极式结构？答：采用凸极式结构，有利于提高力矩式自整角机的比整步转矩，因为凸极结构会产生一个附加的磁阻整步转矩，它将増大比整步转矩约20%。而自整角变压器不是直接驱动机械负载，并且把单相输出绕组设计成高精度的正弦绕组以降低零位电压。41.正余弦旋转变压器在负载时输出电压为什么会发生畸变？消除输出特性曲线畸变的方法有哪些？P127答：正余弦旋转变压器负载后之所以输出特性曲线产生畸变，是由于转子磁势的交轴分量得不到补偿所引起的。因此，为了消除畸变，不仅转子的交轴磁势必须补偿，转子的交轴磁势也必须完全予以补偿。补偿的方法有两种：二次侧补偿和一次侧补偿。42.微特电机的发展趋势大致有哪几个方面？P6答：①无刷化②微型化③集成化④永磁化⑤智能化⑥新原理，新结构电机43.为什么异步测速发电机的转子都用非磁性空心杯结构，而不用鼠笼结构？P55答：鼠笼转子异步测速发电机输出斜率大，但线性度差，相位误差大，剩余电压高，一般只用在精度要求不高的控制系统中。而空心杯转子异步测速发电机的精度较高，转子转动惯量也小，性能稳定。44.如何控制步进电动机输出的角位移或线性位移量？步进电机有哪些优点？P725/9答：步进电动机不需要变换，能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移，因此改变输入的脉冲数，即能控制步进电动机输出的角位移或线性位移量。步进电机具有以下一些优点：①输出角位移量或线位移量与输入的脉冲数成正比，而转速或线速度与脉冲的频率成正比，在电机的负载能力范围内，这些关系不受电压的大小、负载的大小、环境条件等外界各种因素的影响。②步进电机每转一周都有固定的步数，所以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；③控制性能好，它可以在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来调节电机的转速，并且能够快速启动、制动和反转；④有些形式的步进电机在停止供电的状态下还有定位转矩，有些形式在停机后某些相绕组仍保持通电状态，具有自锁能力，不需要机械制动装置。45.简述直流力矩电动机的性能特点。P18答：①响应迅速，动态特性好。②力矩波动小，低速下运行稳定③机械特性和调节特性的线性度好④电机的连续堵转转矩和峰值堵转转矩大46.如何改变开关磁阻电机的转矩方向？改变电机绕组电流的极性能够改变转矩方向吗？P205答：由公式θddLiTe221可知，开关磁阻电机的转矩方向与电流的方向无关，仅取决于电感随转角的变化情况，故可以采用单极性电流供电。通过控制绕组电流导通的时刻、电流脉冲的幅值和宽度，就可以控制SR电机转矩的大小和方向。改变电机绕组电流的极性不能够改变转矩方向。47.无刷直流电动机与普通直流电动机相比有何区别？P152答：普通直流电动机具有电刷和换向器组成的机械换向装置，其间的滑动接触，严重的影响电机的精度和可靠性，缩短电机寿命，需要经常性的维护，所产生的火花会引起无线电干扰，且电刷换向器装置又使普通直流电动机结构复杂，工作噪声大。永磁无刷直流电动机是集永磁电动机，微处理器，功率变换器，检测元件、控制软件和硬件于一体的新型机电一体化产品，它采用功率电子开关和位置传感器代替电刷和换向器，既保留了普通直流电动机良好的运行性能，又具有交流电动机结构更简单，维护方便和运行可靠等特点。48.如图1所示为直流伺服电动机的工作原理图，略去电刷接触压降，假设电机转速为n、电枢电压为aU、励磁磁通为φ、电枢电流为aI，电枢绕组电阻为aR，试分析阐述此电机调速原理，若直流伺服电动机的励磁电压fU下降，对电机的机械特性和调节特性会有哪些影响？P106/9答：由公式eeTaeaTCCRCUn2ΦΦ可知，在电磁转矩不变的情况下，改变电枢电压aU或励磁磁通Φ，都可以控制电机的转速。电机的机械特性是指控制电压保持不变时，电机的转速随电磁转矩变化的关系。电机的调节特性是指负载转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。当励磁电压fU下降时，电机的励磁磁通φ也将减小，由式eeTaeaTCCRCUn2