机电驱动一页纸

min0N/nsnminmax/)1(DnnSnSnNNmin)/(Nzf60nr直流电机：1.当Tm=0,即空载时：CeUann02.当n=0即起动或堵转时：aRCdmUTTam闭环：静态特性：交流转速静差率变频要求：流量Q=nq；流体功率：W(kw)=P(Mpa)Q(L/min)/60质量流量：式中，R-气体常数，T-绝对温度，k-比热常数，V-气缸容积,v-气缸速度，P-缸内压力,A-有效受压面积。机械特性:步距角:步进转速:逆流阀：减压阀：顺序阀：：交流变频调速：单出杆液压缸：速度与流量有关：前进速度v1＝Q1/A1A1＝D2/4后退速度v2＝Q2/A2A2＝(D2－d2)/4退进速比ψ＝v2/v11，若Q1＝Q2=D2/(D2－d2)力与油压有关：推力F1＝PA1＝—D2·P,左腔进油拉力F2＝PA2＝—(D2－d2)·P，右腔进油推力拉力（若左、右腔压力相同）Knnkb1Nz3600pfSn60)1()(/)(P9550TNoutrpmnkwr常数2211fUfUnCEeaammICTmmeaeaTCCRCUn2mmeaTCCRnn20eaCUn/0aamdRUCT/)(meaKTCUn2meaCCRK)1()1(KCRIKCUKKneaaegspssnnnsmNKNfE111144.4PAvdtdPKVRTQm11.1试阐述直流伺服电机结构，定子与转子的作用，直流伺服电机的工作原理，什么是直流伺服电机的机械特性和调速特性？（1）四大件结构：定子，转子、电刷和换向器（2）定子（绕组）-建立工作磁场，起励磁作用；转子（绕组）-通过电刷和换向器与外接电源形成回路，为转子绕组线圈在磁场中通过励磁电流建立工作条件（3）直流伺服电机-定子励磁，转子通过电刷和换向器与外接电源形成回路，则线圈在磁场中有电流通过，F=BLI（电磁感应力）使转子转动（左手定则）；控制电枢绕组中电流的大小和方向，则可调速和换向（4）机械特性是指转速调节过程中，直流伺服电机的转速和输出转矩的关系，表示了直流伺服电机拖动负载时负载变化导致转速变化的速度稳定性；调速特性是指转速调节过程中，直流伺服电机的直流伺服电机的转速与电枢电压的关系，表示了直流伺服电机的速度调节能力。1.2试阐述直流伺服电机的恒转矩调速、恒功率调速方式的原理和特点。答1.直流伺服电机的恒转矩调速是转子控制的电枢（电压）控制方式，适用于额定转速以上调速，依照调节特性公式进行调速；当定子磁场不变和负载不波动时，电枢电流达到额定值从而输出达到额定值（恒转矩）;2.直流伺服电机的恒功率调速是定子控制的弱磁调速方式，适用于电磁式直流伺服电机，随着转速增大，磁通下降，转矩下降，实现恒功率调速。1.3转速负反馈单闭环无静差直流调速系统中，如果转速反馈系数u=0.01，要使系统工作在额定转速nN=1200r/min，应加多大的U？对于无静差调速系统中U_g=U_n=u×nN=0.01×1200=12V1.4单闭环有静差直流调速系统的主要稳定指标为调速范围D和静差率S，（1）试解释D=nmax/nmin及S=△nN/n0在稳态时的物理内涵，为什么它们是一对矛盾？（2）试证明额定静态速降△nN=nNS/(D(1-S)),其中S=△nN/n0min为最低转速下的静差率，且nmin=n0min-△nN、nmax=nN（3）已知电机额nN=1500r/min，额定静差率速降nN=100r/min，求静差率S≤25%时的调速范围D。解：（1）调速范围D---表示额定负载下电机转速的调节能力大小，通常以最高转速为最低转速的倍数关系表示；静差率S---表示调速系统在负载变化时转速的稳定程度，与机械特性的硬度有关；对于单闭环有静差直流调速系统，由下面关于D与S的关系式可知，当S变小时，D随之变小，因此不能同时得到大的调速范围和小的静差率，二者是一对矛盾；（2）nmin=n0min-△nN=△nN/S-△nN=（1-S）△nN/S又D=nmax/nmin=nN/nmin将上式代入可得△N=nNS/(D(1-S))（3）D=25%×1500/((1-25%)×100)=5。1.5某直流调速D=10,nN=1000r/min,S=5%,系统允许的静态速降为多少？如果系统的开环静差速降为63r/min,闭环系统的开环放大倍数为多大？解：（1）系统允许的静态速降即为额定静态速降△nN，由△nN=nNS/(D(1-S))计算△nN=1000×5%/(10×(1-5%))=5.26r/min（2）系统的开环静态速降△nN=63r/min，则系统的开环调速范围Dk为Dk=nNS/(△nk(1-S))=1000×5%/(63%×(1-5%))=0.835由闭环系统的调速范围Db=Dk(1+K),且Db=D=10,可知闭环系统的开环放大倍数K=Db/Dk-1=10/0.83-1=11或K=△nk/△nb-1=△nk/△nN-1=63/5.26-1=11。1.6PI调节器与I调节器在电路上有何差异？输出特性有何不同？答：（1）PI调节器与I调节器都采用运放电路构成，在电路上的差异体现在运放电路的反馈比例臂上，仅有电容的是I调节器，既有电容又有电阻（二者串联）的是PI调节器；（2）PI调节器综合了比例控制和积分控制的优点，通过比例控制纠除当前瞬时偏差，通过积分控制器纠除历史累积偏差直至稳态无偏差，而I调节器只有积分控制作用，不能纠除当前瞬时偏差。1.7具有PI调节器的转速反馈调速系统在动态过程中，比例、积分各部分的作用是什么？答：在调速的动态过程中，通过比例控制纠除当前瞬时偏差、通过积分控制纠除历史累积偏差直至稳态无偏差。可见，PI调节器综合了比例控制和积分控制的优点，最终达到转速稳态无静差。1.8在直流电动机单闭环调速系统中为什么要引入限流保护——电流截止负反馈？其基本原则是什么？答1采用转速负反馈的单闭环调速系统突然加上给定电压时，由于转速不能立即建立，反馈电压为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的（1+K）倍，这时，由于放大和触发环节惯性都很小，限流电压Ud一下子就达到它的最高值。显然，对于大中型的直流电机来讲，从机械强度和电枢电流两方面都是不允许的。所以，要有限流环节自动限制电枢电流。2根据自动控制原理，引入电流负反馈，保持电流基本不变，不超过允许值，这种限流保护的基本原则是：只应在电动机启动和堵转时存在，在正常运行时取消，让电流自由的随着负载增减。这种当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。1.9ASR，ACR双闭环直流调速系统中，两个调节器各起什么作用？答：（1）ASR转速调节器作用为：使转速n跟随速度指令Ug变化，稳态无静差；对负载的变化起抗扰作用，起输出限幅值决定最大电流。（2）ACR电流调节器作用为：在转速调节过程中使电流Id跟随电流指令Ui变化，起动是保证永许的最大电流，对电网电压的波动起及时的抗扰作用，电机过载或堵转时，限制电枢电流的最大值Idm，起到限流保护作用。1.10什么是PWM技术？PWM控制主要分成哪几类？答：（1）脉冲调制（PulseWidthAodulation）称PWM控制技术，它是利用半导体开关器件的导通和关闭，把直流电压变成电压脉冲序列，控制电压脉冲宽度或周期以到达变压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。（2）从控制思想上分，可以把它们分成四类：等脉宽PVM法，SPWM法，磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法。2.1试述步进电机的种类和适用和负载范围。答：步进电机分为永磁式步进电机（PM），反应式步进电机（VR)和混合式步进电机（HB）三种。PM适用于小功率系统，VR适用于中小功率系统，HB适用于大功率系统。2.2步进电机与交流直流伺服电机相比有什么优点？答：步进电机采用脉冲工作方式，其调速属于数字控制。脉冲数决定了步进电机的齿动角位移，脉冲频率决定了转速，步进电机还能够实现通电自锁。2.3试阐述步进电机的步距角及相、拍的概念，并说明步距角与哪些因素有关？答：步距角是指对步进电机输入单位脉冲，步进电机转过的角度，步距角的大小体现了系统能够达到的分辨能力，相是指控制绕组的个数，拍是指在一个电压变化周期内的换相次数，步进电机的步距角与转子的齿数和通电拍数有关，通电拍数越多且转子齿数越多，步距角越小θ=360o+/(Nz)。2.4什么是步进电机的最高运行频率？步进电机的运行频率与负载大小有什么关系？答：步进电机最高运行频率是步进电机连续运行时，所能承受的最高不失步率。根据步进电机的距—频特性可知，随着负载的增加，运行频率将会下降。2.5步进电动机的驱动控制系统由哪些部分组成？各有什么作用？答：步进电机驱动控制系统一般由脉冲分配器、功率驱动电路和步进电机组成；脉冲分配器将控制指令脉冲按一定的规律分配给各相绕组，以按事先规定的时间顺序通/断电；功率驱动电路将各项分配的控制指令脉冲进行功率放大，以驱动步进电机旋转。2.6步进电机的功率驱动电路有哪些形式？各自有什么特点？答：常见的步进电机功率驱动电路有高/低压驱动电路，斩波限流驱动电路两种形式；高/低压驱动电路结果简单，功耗小，成本降低；斩波限流驱动电路电流波形更好，效率更高，但结构和成本高于高/低压驱动电路。3.1试从电磁工作原理的角度，阐述交流伺服电机和直流伺服电机的异同点。答：（1）相同点：都是定子励磁。直流伺服电机产生的是恒定磁场，交流伺服电机产生的是旋转磁场；（2）不同点：直流伺服电机利用电刷和换向器将外接电源引入转子绕圈，组成电枢电流，继而电磁感应力F=BLi驱动转子旋转；交流同步伺服电机的电磁转子被定子旋转磁场“吸引”而旋转；交流异步伺服电机的转子绕组在定子旋转磁场中产生电磁感应力F=BLi驱动转子旋转。3.2试阐述交流同步伺服电机和交流异步伺服电机的结构和工作原理及特点，并说明“同步”和“异步”的含义。答：（1）交流同步电机的结构：定子、转子和旋转变压器；工作原理：定子绕组励磁，产生旋转同步转速，永磁转子的磁场与旋转磁场相互作用，驱动转子旋转；特性硬、调速宽、响应快、适用于中大功率系统。（2）交流异步电机结构：定子绕组、定子铁芯和鼠笼转子；工作原理：定子绕组励磁，产生旋转磁场。转子绕组则在旋转磁场中产生感应电流（右手定则）F=BLi，电磁感应力是转子转动（左手定则）；响应快，适用于小功率系统（3）“同步”是指交流同步伺服电机的转子转速和定子旋转磁场的同步转速相同；“异步”是指交流伺服电机的转子转速和定子旋转磁场的同步转速不同，存在转差率S。3.3试分别阐述交流同步伺服电机和交流异步伺服电机的调速特性，以及各自的调速方式。答：（1）交流同步电机的调速特性公式：n=60f/p;f-交流馈电频率，p-定子极对数；调速方式为变频调速：电流形成转矩，频率控制转速。（2）交流异步电机的调速特性公试：n=(1-s)60f/p;调速方式为变频调速、变极调速和转差率调速。3.4两相异步交流伺服电机的控制方式是什么？答：两相异步交流伺服电机有如下三种控制方式：（1）幅值控制：通过改变控制电压Uk大小来改变转速；（2）相位控制：保持控制电压的幅值Uk不变，改变两相绕组之间的相位差来改变转速：（3）幅值—相位控制：同时改变控制电压Uk的幅值和相位来改变转速。3.5两相异步交流伺服电机形成圆形旋转磁场的条件是么？答：两相异步交流伺服电机的控制绕组和励磁绕组空间相差90度，时间上相差90度相位，则能形成圆形旋转磁通势。3.6交流调速的方式、原理及特点？答1、变极调速：改变定子绕组的连接方式；特点：成本低、可靠是一种简单经济性的调速方式；特性硬，适用于恒转矩形成恒功率调速方式；属于有极调速，调速精度不高，无平滑性而言。2、变频调速：关键是获得变频电源，有交直交、交交两种方式。3、转差率调速。3.7如图所示，已知交流伺服异步电机模型为E1=4.4