第6章控制电机6.1基本要求1.了解伺服电动机的功能、分类和基本结构，掌握直流和交流伺服电动机的工作原理。2.了解步进电动机的功能、分类和基本结构，掌握步进电动机的工作原理。3.了解测速发电机的功能、分类和基本结构，掌握测速发动机的工作原理。4.了解自整角机的功能、分类和基本结构，掌握力矩式和控制式自整角机的工作原理。5.了解旋转变压器的功能、分类和基本结构，掌握旋转变压器的工作原理。6.了解无刷直流电动机的基本结构、工作原理、特点与应用。6.2学习指导控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号，具有高精度，高灵敏度，高稳定性，体积小、重量轻，耗电量少等特点。从原理上看，控制电机与普通作为动力装置的旋转电机相同，但是，因应用场合的不同，设计时所考虑实现的性能指标完全不同，且一般控制电机的功率都比较小。控制电机的种类繁多，不胜枚举，而且还在不断地发展。本章仅从应用的角度出发，要求掌握几种常用的控制电机的基本结构、工作原理、特点、运行特性及应用情况。1.伺服电动机伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机（或称为执行元件），以实现对机械位置或角度的自动控制。伺服电动机具有可控性好、响应速度快、定位准确、调速范围宽等特点。按工作电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。两相交流伺服电动机从原理上讲就是一台两相交流异步电动机，其基本结构与单相分相异步电动机基本相同。为了减小转动惯量，提高其灵敏度，一般采用细长的笼型转子或杯形转子。伺服电动机必须对控制信号有很好的“伺服性”，即控制绕组一且接收到控制信号，电动机应立即转动，控制信号一消失，立刻停止转动。为了使交流伺服电动机在控制信号消失、单相运行时具有自制动能力，必须增大转子电阻，使其临界转差率大于1。两相交流伺服电动机的转速和旋转方向由控制电压的大小和相位来控制。因此，其控制方式有以下3种：1）幅值控制。保持控制电压与励磁电压的相位差为90°，通过调节控制电压的幅值实现控制。2）相位控制。保持控制电压的幅值不变，通过调节其相位实现控制。3）幅相控制。同时调节控制电压幅值和相位实现控制。直流伺服电动机按励磁方式分有电磁式和永磁式两类，其中电磁式直流伺服电动机只采用他励方式。直流伺服电动机的工作原理和结构与普通他励直流电动机一样，电磁式直流伺
~ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱ ︱llIⅠIIIIIIIIIIIIIll〗 〗 〗 〗 〗 〗 〗 〗 〗 〗 〗lIⅠ IⅠ L 第 6章 控 制 电 机 6.1 基 本要求 1.了 解伺服电动机 的功能 、分类和基本结构 ,掌 握直流和交流伺服 电动机的工作原理。 2,了 解步进 电动机的功能 、分类和基本结构 ,掌 握步进 电动机的I作 原理 ⊙ 3.了 解测速发 电机的功能 、分类和基本结构 ,掌 握测速发动机的工作原理 。 , 4.了 解 自整角机 的功能 、分类和基本结构 ,掌 握力矩式和控制式 自整角机的工作原理 。 5.了 解旋转变压器 的功能 、分类和基本结构 ,掌 握旋转变压器的工作原理。 6.了 解无刷直流电动机的基本结构 、工作原理 、特点与应用 。 6.2 学 习指导 控制 电机主要用于 自动控制系统 中作为检测 、比较 、放大和执行元件 ,其 主要任务是转 换和传递控制信号 ,具 有高精度 ,高 灵敏度 ,高 稳定性 ,体 积小 、重量轻 ,耗 电量少等特 点 。从原理上看 ,控 制 电机与普通作 为动力装置 的旋转 电机相 同,但 是 ,因 应用场合 的不 同 ,设 计时所考虑实现的性能指标完全不同 ,且 一般控制 电机的功率都 比较小。 控制 电机 的种类繁多 ,不 胜枚举 ,而 且还在不断地发展 。本章仅从应用的角度 出发 ,要 求掌握几种常用 的控制 电机的基本结构 、工作原理 、特点 、运行特性及应用情况 。 1.伺 服 电动机 伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机 (或 称为执行元件 ),以 实现对机械位置或 角度的 自动控制。伺服电动机具有可控性好 、响应速度快 、定位准确 、调速范围宽等特点。 按工作电源的不 同 ,伺 服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类 。 两相交流伺服电动机从原理上讲就是一台两相交流异步电动机 ,其 基本结构与单相分相 异步电动机基本相 同⊙为了减小转动惯量 ,提 高其灵敏度 ,一 般采用细长的笼型转子或杯形 转子 。伺服电动机必须对控制信号有很好 的 “伺服性 ”,即 控制绕组一旦接收到控制信号 , 电动机应立 即转动 ,控 制信 号一消失 ,立 刻停止转动。为了使交流伺服 电动机在控制信号消 失 、单相运行时具有 自制动能力 ,必 须增大转子电阻 ,使 其临界转差率大于 1。 两相交流伺服电动机的转速和旋转方 向由控制电压的大小和相位来控制。因此 ,其 控制 方式有 以下 3种 : 1)幅 值控制 。保持控制 电压与励磁 电压 的相位差为 90°,通 过调节控制电压的幅值实现 控制 。 2)相 位控制 。保持控制电压的幅值不变 ,通 过调节其相位实现控制 。 3)幅 相控制 。同时调节控制 电压幅值和相位实现控制 。 直流伺服电动机按励磁方式分有 电磁式和永磁式两类 ,其 中电磁式直流伺服电动机 只采 用他励方式 。直流伺服电动机的工作原理和结构与普通他励直流电动机一样 ,电 磁式直流伺
92电机与拖动MATLAB仿真与学习指导服电动机的控制方式有电枢控制和磁场控制两种，永磁式直流伺服电动机只有电枢控制方式。采用电枢控制时，具有线性的机械特性，且比磁场控制方式的电磁惯性小，响应迅速。2.步进电动机步进电动机又称为脉冲电动机，其功能是将电脉冲信号转变为相应的角位移或线位移。步进电动机作为执行元件用于数字控制系统中，按照控制脉冲的要求，迅速起动、反转、制动和无级调速，运行时能够不失步，无积累误差、步距精度高，广泛用于数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合。步进电动机按结构分类，有反应式、永磁式和永磁感应子式3种。从原理上看，步进电动机是一种低速同步电动机，其工作原理与凸极式同步电动机相似，依据磁力线力图通过磁阻最小路径的原理来产生磁阻转矩，使电动机转动。步进电动机的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，仅与通电方式和脉冲频率_360°转速与转有关。步距角9.与转子齿数Z，和拍数N（取决于通电方式）的关系为0=Z,N'60f子齿数Z.、拍数N和脉冲频率的关系为n=2-。步进电动机需要配置专用的驱动电源才能工作，而且，驱动电源对电机的运行性能影响较大。步进电动机可以开环运行，也可以闭环实现反馈控制，以满足高精度系统的要求m3.测速发电机Si测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性4关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。从原理上看，直流测速发电机实际上是一台小容量的直流发电机，其空载电压与转速成线性关系，负载后的端电压存在线性误差。但与交流测速发电机相比，它没有剩余电压和相位误差。为了减小线性误差，使用时应尽可能采用大的负载电阻，并使转速不超过最大线性工作范围。交流测速发电机又可分为同步测速发电机和异步测速发电机，常用的是交流异步测速发电机。交流异步测速发电机的结构与交流伺服电动机相同，其转子多采用空心杯形结构。转子静止时，输出电压为零：转子转动时，转子绕组切割纵向（d轴）励磁磁通而产生感应电动势和电流，继而产生横向（q轴）磁通，使输出绕组输出一个与转速成正比的电压信号。该信号的频率与转速无关，等于励磁电流的频率。交流测速发电机的测量误差包括线性误差、相位误差和剩余电压。4.自整角机自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机（接收机也可以多台，以实现多点信号传输），用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。发送机与接收机只有电气连
泖 〓 '← · 电机与拖动 MATLAB仿 真与学习指导 服电动机 的控制方式有 电枢控制和磁场控制两种 ,永 磁式直流伺服 电动机 只有 电枢控制方 式。采用电枢控制时 ,具 有线性 的机械特性 ,且 比磁场控制方式的电磁惯性小 ,响 应迅速 。 2.步 进电动机 步进 电动机又称为脉冲电动机 ,其 功能是将 电脉 冲信号转变为相应 的角位移或线位移 。 步进 电动机作为执行元件用于数字控制系统 中,按 照控制脉冲的要求 ,迅 速起动 、反转 、制 动和无级调速 ,运 行 时能够不失步 ,无 积 累误差 、步距精度高 ,广 泛用 于数控机床 、打 印 机 、绘图仪 、机器人控制 、石英钟表等场合 。 步进 电动机按结构分类 ,有 反应式 、永磁式和永磁感应子式 3种 。从原理上看 ,步 进 电 动机是一种低速同步电动机 ,其 工作原理与凸极式 同步电动机相似 ,依 据磁力线力 图通过磁 阻最小路径的原理来产生磁阻转矩 ,使 电动机转动 。 亠 步进 电动机的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响 ,仅 与通 电方式和脉冲频率 有关 。步距角 εb与 转子齿数 zr和 拍数 Ⅳ (取 决于通电方式 )的 关系为 eb=l石 T’ 转速与转 6吖 子齿数 zr、 拍数 Ⅳ和脉冲频率F的 关系为 刀一 zrⅣ ° 步进 电动机需要配置专用 的驱动电源才能工作 ,而 且 ,驱 动电源对 电机的运行性能影响 较大。步进电动机可以开环运行 ,也 可以闭环实现反馈控制 ,以 满足高精度系统的要求 。 3.测 速发 电机 测速发电机是一种把转速信号转换成 电压信号 的测量元件 (或 称信号元件 ),与 伺服 电 动机 的运行状态正好相反。作为测量元件 ,要 求测速发 电机的输 出电压与转速成严格的线性 关系 ,且 斜率要大 ,以 保证有高的精度和灵敏度 。 测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发 电机 。 直流测速发 电机按励磁方式又分为他励式和永磁式 c从 原理上看 ,直 流测速发 电机实际 上是一台小容量的直流发电机 ,其 空载 电压与转速成线性关系 ,负 载后 的端 电压存在线性误 差 。但与交流测速发 电机相 比,它 没有剩余 电压和相位误差 。为了减小线性误差 ,使 用时应 尽可能采用大的负载电阻 ,并 使转速不超过最大线性工作范围。 交流测速发 电机又可分为同步测速发电机和异步测速发 电机 ,常 用 的是交流异步测速发 电机 。交流异步测速发 电机的结构与交流伺服电动机相 同 ,其 转子多采用空J心杯形结构 。转 子静止时 ,输 出电压为零 ;转 子转动时 ,转 子绕组切割纵 向 (d轴 )励 磁磁通而产生感应 电 动势和电流 ,继 而产生横向 (q轴 )磁 通 ,使 输 出绕组输 出一个 与转速成正 比的电压信号 。 该信号的频率与转速无关 ,等 于励磁电流的频率。 交流测速发 电机 的测量误差包括线性误差 、相位误差和剩余 电压 。 4.自 整角机 自整角机是一种感应式交流电机 ,能 够实现转角与电信号的相互转换 。它广泛应用于角 度 、位置等指示系统和随动系统 中,实 现角度 的传输 、变换和指示 ,使 机械上互不相连 的两 根或多根轴同步偏转或旋转 (对 角位移或角速度的偏差 自动整步 )。 自整角机通常是两 台或多台组合使用 ,装 在主令轴上的是 自整角发送机 ,用 以接收主令 轴的转角信号 ,装 在从动轴上 的是 自整角接收机 (接 收机也可 以多 台,以 实现多点信号传 输 ),用 以接收发送 机 的信号 ,使 从 动轴 随主令轴 同步转动 。发送 机 与接 收机 只有 电气 遒
93第6章控制电机接，没有机械连接自整角机按输出量的不同，分为力矩式和控制式两种。力矩式自整角机的接收机和发送机要同时励磁。接收机直接与机械负载相连，二者转子的位置角差称为失调角。当发送机与接收机之间存在失调角时，接收机输出与失调角成正弦函数关系的转矩，驱动从动轴转动，消除失调角。力矩式自整角机直接实现了转角随动、但其输出转矩较小，多用于机械负载很轻、精度要求不高的开环控制的随动系统中，如用于角度、高度和舵角等的指示。控制式自整角机只有发送机励磁，接收机（自整角变压器）的转轴上不直接带负载（没有转矩输出），其转子绕组输出电压信号。当发送机与接收机之间存在失调角时，接收机输出与失调角成正弦函数关系的电压信号，该信号经电压放大器放大后，作为伺服电动机的控制电压信号，由伺服电动机驱动机械负载转动，同时带动接收机转动，使失调角减小，直到失调角为零，接收机输出电压等于零，伺服电动机停止转动。控制式自整角机常用于高精度的闭环伺服控制系统。5.旋转变压器旋转变压器是一种用于测量和传输转角信号的精密控制微电机。根据其在控制系统中的用途，旋转变压器可分为计算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。计算用旋转变压器作为解算元件主要用于三角函数运算和坐标变换等。数据传输用旋转变压器的功能与控制式自整角机相同，但精度要高于控制式自整角机，因此适用于高精度的同步控制系统。旋转变压器的定子和转子上都装有两相正交的绕组，其中定子绕组作为励磁绕组，转子绕组作为输出绕组。当转子输出绕组的轴线偏离定子励磁绕组的轴线一个角度时，将分别由两个输出绕组输出与偏转角度成正弦和余弦函数关系的两个电压信号。若改变旋转变压器定子和转子绕组的接线方式，还可以得到输出电压信号与转角之间其他的函数关系。旋转变压器的输出绕组带负载运行时，由于输出电流所产生磁动势的影响，会破坏输出电压与转角的函数关系，必须采取一定的措施进行补偿。常用的补偿方法是将定子交轴绕组短接，或使两个输出绕组接上对称的负载。6.感应同步器感应同步器又称为平面变压器，是一种将角位移或直线位移转换为电压信号的测量元件。感应同步器的精度比一般旋转变压器高得多，且具有结构简单，工作可靠，维护简便，成本低，寿命长，受温度和湿度影响小等特点。感应同步器的定子和转子均无铁心，绕组为印刷绕组。按其运动方式和结构形式分，有圆盘式（或称旋转式）和直线式两种。它们的工作原理是相同的，都输出与定转子相对位移成正弦和余弦关系的电压信号。不同结构形式的感应同步器，其应用范围也有所不同。直线式感应同步器多用于大型精密机床的自动定位、位移数字显示器和数控系统。圆盘式感应同步器作为位置检测元件多用于机床的精密转台、回转伺服系统、导航制导、陀螺平台、雷达天线、射击控制等高精度随动系统中。6.3思考题与习题解答6-1为什么改变两相交流伺服电动机控制电压的大小和相位就能改变电动机的转速和
第 6章 控 制 电 机 接 ,没 有机械连接 。 自整角机按输 出量 的不同,分 为力矩式和控制式两种 。 力矩式 自整角机的接收机和发送机要 同时励磁 。接收机直接与机械负载相连 ,二 者转子 的位置角差称为失调角。当发送机与接收机之间存在失调角时 ,接 收机输 出与失调角成正弦 函数关系的转矩 ,驱 动从动轴转动 ,消 除失调角。 力矩式 自整角机直接实现了转角随动 ,但 其输 出转矩较小 ,多 用于机械负载很轻 、精度 要求不高的开环控制 的随动系统 中,如 用于角度 、高度和舵角等的指示 。 控制式 自整角机只有 发 送 机励 磁 ,接 收机 (自 整 角变 压 器 )的 转轴 上 不直 接 带 负 载 (没 有转矩输 出),其 转子绕组输 出电压信号 c当 发送机 与接收机之 间存在失调角时 ,接 收 机输 出与失调角成正弦函数关系的电压信号 ,该 信号经 电压放大器放大后 ,作 为伺服电动机 的控制 电压信号 ,由 伺服电动机驱动机械负载转动 ,同 时带动接收机转动 ,使 失调角减小 , 直到失调角为零 ,接 收机输 出电压等于零 ,伺 服电动机停止转动 。 控制式 自整角机常用于高精度的闭环伺服控制系统 。 5.旋 转变压器 旋转变压器是一种用于测量和传输转角信号的精密控制微 电机 。根据其在控制系统 中的 用途 ,旋 转变压器可分为计算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。计算用旋转变压器作 为解算元件主要用于三角函数运算和坐标变换等 。数据传输用旋转变压器 的功能与控制式 自 整角机相 同,但 精度要高于控制式 自整角机 ,因 此适用于高精度 的同步控制系统 。 旋转变压器 的定子和转子上都装有两相正交 的绕组 ,其 中定子绕组作为励磁绕组 ,转 子 绕组作为输 出绕组 。当转子输 出绕组的轴线偏离定子励磁绕组的轴线一个角度时 ,将 分别 由 两个输 出绕组输 出与偏转角度成正弦和余弦函数关系的两个 电压信号。若改变旋转变压器定 子和转子绕组 的接线方式 ,还 可以得到输 出电压信号与转角之间其他 的函数关系。 旋转变压器 的输 出绕组带负载运行时 ,由 于输 出电流所产生磁动势的影响 ,会 破坏输 出 电压与转角的函数关系 ,必 须采取一定 的措施进行补偿 。常用的补偿方法是将定子交轴绕组 短接 ,或 使两个输 出绕组接上对称 的负载。 6.感 应 同步器 感应 同步器又称为平 面变压器 ,是 一种将 角位移或直线位移转换 为 电压信号 的测量元 件 。感应 同步器的精度 比一般旋转变压器高得多 ,且 具有结构简单 ,工 作可靠 ,维 护简便 , 成本低 ,寿 命长 ,受 温度和湿度影响小等特点 。 感应 同步器的定子和转子均无铁心 ,绕 组为印刷绕组 。按其运动方式和结构形式分 ,有 圆盘式 (或 称旋转式 )和 直线式两种 c它 们 的工作原理是相 同的 ,都 输 出与定转子相对位 移成正弦和余弦关系的电压信号 。 不同结构形式的感应同步器 ,其应用范围也有所不同。直线式感应 同步器多用于大型精密 机床的 自动定位 、位移数字显示器和数控系统。圆盘式感应 同步器作为位置检测元件多用于机 床的精密转台、回转伺服系统 、导航制导 、陀螺平台、雷达天线 、射击控制等高精度随动系统中。 6.3 思 者题与习题解笞 ⒍1 为 什么改变两相交流伺服 电动机控制 电压 的大小和相位就能改变 电动机 的转速和
94电机与拖动MATLAB仿真与学习指导旋转方向？答：因为改变两相交流伺服电动机控制电压的相位就改变了控制电流与励磁电流的超前滞后关系，从而改变旋转磁场的转向，故能改变电动机的旋转方向：而改变控制电压的大小就能改变旋转磁动势的幅值，从而改变电磁转矩的大小，故能改变电动机转速的大小。6-2两相交流伺服电动机是怎样保证在控制信号消失时具有自制动能力的？答：两相交流伺服电动机在控制信号消失时就变成了单相运行。普通单相电动机起动后，因为有不等于零且与旋转方向相同的电磁转矩作用，将继续旋转。两相交流伺服电动机转子的等效电阻较大，使其单相运行时电磁转矩的方向与旋转方向相反，起制动作用，故两相交流伺服电动机具有自制动能力6-3某直流伺服电动机采用电枢控制方式。（1）当电枢电压U.=50V时，理想空载转速n。=3000r/min。试问U。=100V时，n。等于多少？（2）若电动机驱动T=0.1N·m的恒转矩负载运行，当U，=50V时，n=1500r/min。试问当U=100V时，n等于多少？解（1）直流伺服电动机的理想空载转速与电枢电压成正比，故当U。=100V时，理想空载转速为U=100×3000r/min =6000/minns"U.no"50（2）当U.=50V，电动机驱动T,=0.1N·m的恒转矩负载运行时的转速降落为"An=ng-n=(3000-1500)r/min=1500r/min由于采用电枢控制方式，直流伺服电动机真有斜率相同的机械特性，驱动相同负载时就有不变的转速降落，即当U。=100V的转速为n=n-△n=(6000=1500)r/min=4500r/min6-4什么是步进电动机的拍？单拍制和双拍制有什么区别？答：步进电动机工作时，由一种通电状态转换到另一种通电状态称为一拍，每一拍转子所转过的角度称为步距角。单拍制和双拍制的通电方式不同。单拍制是指每一个通电状态只有一相绕组通电的方式，双拍制是指每一个通电状态有两相绕组通电的方式。6-5步进电动机的步距角由哪些因素决定？答：步进电动机的步距角由转子齿数Z，和拍数N决定，即,360°0.="mk,Z360°式中，,为齿距角，6,=；m为相数。Z.拍数N=mk，取决于通电方式，对单拍或双拍运行方式，N=m（k，=1）：对于单-双拍运行方式，N=2m（k,=2）。6-6步进电动机技术数据中的步距角般都给出两个值，如1.5°/3°，为什么？答：因为同一台步进电动机既可以采用单拍或双拍运行方式，也可以采用单-双拍运行方式，故应该有两种步距角的值。而这两种步距角正好相差一倍。6-7一台三相反应式步进电动机，采用双拍运行方式，已知其转速n=1200r/min，转子齿数Z，=24。试计算脉冲信号源的频率f和步距角6。60f已知双三拍运行方式N=3，可求得解根据n=NZ
⒄ ∷ 电 机与拖动 MATLAB仿 真与学习指导 旋转方 向? 答 :因 为改变两相交流伺服电动机控制电压的相位就改变了控制 电流与励磁 电流的超前 滞后关系 ,从 而改变旋转磁场的转 向,故 能改变电动机的旋转方 向;而 改变控制 电压 的大小 就能改变旋转磁动势 的幅值 ,从 而改变电磁转矩的大小 ,故 能改变电动机转速 的大小 。 6⒓ 两 相交流伺服电动机是怎样保证在控制信号消失时具有 自制动能力 的? 答 :两 相交流伺服电动机在控制信号消失 时就变成 了单相运行 。普通单相 电动机起 动 后 ,因 为有不等于零且与旋转方 向相 同的电磁转矩作用 ,将 继续旋转 。两相交流伺服电动机 转子的等效 电阻较大 ,使 其单相运行时电磁转矩的方 向与旋转方 向相反 ,起 制动作用 ,故 两 相交流伺服 电动机具有 白制动能力c 63 某 直 流 伺 服 电 动 机 采 用 电 枢 控 制 方 式 。 (1)当 电 枢 电 压 σ c=50Ⅴ 时 ,理 想 空 载 转 速 n。 =3o00∥ min。 试 问 〃 c〓 100Ⅴ 时 ,刀 0等 于 多 少 ?(2)若 电 动 机 驱 动 TL=0.1N· m的 恒 转 矩 负 载 运 行 ,当 σ c=50Ⅴ 时 ,刀 〓 1500〃 min。 试 问 当 σ c=100Ⅴ 时 ,屁 等 于 多 少 ? 解 (1)直 流伺服电动机 的理想空载转速与 电枢 电压成正 比,故 当 σc=100V时 ,理 想空载转速为 吒 =栽 =等 × 硼 ·/Ⅱ Ⅱn=ω 00△ /Ⅱ ⒒n (2)当 σ(=50V,电 动机驱动 rL=o.1N.m的 恒转矩负载运行时的转速降落为 Δ 刀 = n0 -`1 = (3000 -1500)r/min = 1500冫 /min 由于采用 电枢控制方式 ,直 流伺服电动机具有斜率相 同的机械特性 ,驱 动相 同负载时 , 就有不变的转速降落 ,即 当 σc=100Ⅴ 的转速为 屁 = 刀 。 -Δ Pl 〓 (6000 - 1500)r/min = 4500r/min 6-4 什 么是步进 电动机 的拍?单 拍制和双拍制有什么区别? 答 :步 进电动机工作时 ,由 一种通 电状态转换到另一种通 电状态称为一拍 ,每 一拍转子 所转过的角度称为步距角。单拍制和双拍制的通电方式不 同。单拍制是指每一个通 电状态 只 有一相绕组通 电的方式 ,双 拍制是指每一个通电状态有两相绕组通电的方式 。 65 步 进电动机的步距角 由哪些因素决定? 答 :步 进 电动机的步距角 εb由 转子齿数 zr和 拍数 Ⅳ决定 ,即 彐b=鲁 =黝 式 中 ,⒏ 为 齿 距 角 ,⒏ =竿 ;m为 相 数 。 拍数 Ⅳ=m乃 z取 决于通 电方式 ,对 单拍或双拍运行方式 ,Ⅳ =r,t(乃z=1);对 于单-双拍运 行方式 ,Ⅳ =2m(乃 z=2)。 6ˉ6 步 进 电动机技术数据 中的步距角一般都给出两个值 ,如 1,5°/3°,为 什么? 答 :因 为同一 台步进电动机既可 以采用单拍或双拍运行方式 ,也 可 以采用单ˉ双拍运行 方式 ,故 应该有两种步距角的值 。而这两种步距角正好相差一倍 。 6刁 一 台三相反应式步进 电动机 ,采 用双拍运行方式 ,已 知其转速 屁=1200r/min,转 子齿数 zr=⒛ 。试计算脉冲信号源的频率∫和步距角 εb。 解 根 据 乃=黟 ,已 知双三拍运行方式 Ⅳ=3,可 求得
95第6章控制电机NZ,n_3×24×1200Hz=1440Hzf=6060步距角为360°360°=50e,=NZ,3×246-8什么是直流测速发电机的输出特性？理想输出特性和实际输出特性有何区别？简述引起输出电压线性误差的主要原因。答：直流测速发电机输出特性是指输出电压与转速之间的关系，即U=f（n）。理想的输出特性应该是一条具有较大斜率的直线。而实际的输出特性是在转速超过一定范围时，呈现非线性性，即出现线性误差。要保持线性的输出特性必须使磁通Φ、电枢电阻R.和负载电阻R保持不变。因此，主要有3个方面的原因引起直流测速发电机的线性误差。1）环境温度的变化，导致电机内部电阻，特别是励磁绕组的电阻变化，从而引起励磁电流及其所产生磁通的变化2）电枢反应磁场对主磁场的去磁作用，使气隙磁通下降。3）电刷与换向器的接触电阻随负载电流的变化而变化。6-9以恒速旋转的永磁式直流测速发动机，内阻R，=940Q，若外接负载电阻为R，=2000Q，端电压为50V，若负载电阻变为R，=4000Q2，端电压为多少伏？解当转速恒定时，由E=C,Φn可知该测速发电机的感应电动势是不变的。根据EU:R1-R可得940)v=73.5V5:2000/故当R，=4000Q时的端电压为73.5U=V=59.5V940R.1 +1 ++4000R.6-10在6.3节（主教材）交流异步测速发动机的理论分析中，得到发电机的输出电压近似正比于转速的关系。试分析导致输出电压不是严格正比于转速的原因。答：理想情况，交流异步测速发动机的输出电压与转速成线性关系。这是在如下条件下推导出的结论：①发电机的励磁磁通Φ。保持不变；②忽略输出绕组的漏阻抗；③忽略温度和剩余电压的影响。实际上，上述因素的共同影响，导致了输出电压不是严格正比于转速。因为，励磁电源的性能和输出绕组的磁动势都将对Φ，产生影响；输出绕组的漏阻抗压降还与负载的性质和大小有关，使输出电压与负载相关：电机的参数与温度有关；由于制造工艺等原因使得转子静止时输出电压不为零即产生剩余电压，这些都将破坏交流测速发动机的线性输出特性。6-11自整角机的失调角是指什么角度？失调角6=0时，力矩式自整角机的发送机与接收机处于什么样的位置关系？而控制式自整角机的发送机与接收机又处于什么样的位置关
第 6章 控 制 电 机 r=∶ Ⅰ 兰 L卫 =Ψ Hz=1440Hz 步距 角 为 仇 =拶 =关 黯 =' 6-8 什 么是直流测速发电机的输 出特性?理 想输 出特性和实际输 出特性有何 区别?简 述引起输 出电压线性误差的主要原因。 答 :直 流测速发 电机输 出特性是指输 出电压与转速之间的关系 ,即 σ=只 屁)。 理想 的输 出特性应该是一条具有较大斜率的直线 。而实际的输 出特性是在转速超过一定范围时 ,呈 现 非线性性 ,即 出现线性误差 。 要保持线性的输 出特性必须使磁通 Φ、电枢电阻 Ra和 负载电阻 RL保 持不变。因此 ,主 要有 3个 方面的原因引起直流测速发电机的线性误差 。 1)环 境温度的变化 ,导 致 电机 内部 电阻 ,特 别是励磁绕组 的电阻变化 ,从 而引起励磁 电流及其所产生磁通 的变化 。 2)电 枢反应磁场对主磁场的去磁作用 ,使 气隙磁通下降。 3)电 刷与换 向器 的接触电阻随负载 电流的变化而变化 。 6⒚ 以 恒速旋转 的永磁式直流测速发动机 ,内 阻 Ra=940Ω ,若 外接负载 电阻为 RL= ⒛00Ω ,端 电压为 50Ⅴ ,若 负载电阻变为 RL=4000Ω ,端 电压为多少伏? 解 当 转速恒定时 ,由 ε=CE Φ 屁可知该测速发 电机 的感应 电动势是不变的。根据 I/= l+鼾 可 得 E〓 叫 1+却 =sO× (1+糕 )Ⅴ =“ Ⅴ 故当 RL=4000Ω 时的端 电压为 σ =诲 =丁 f蘖 窑 Ⅴ =59· 5v +4000 6-10 在 6.3节 (主 教材 )交 流异步测速发动机 的理论分析 中,得 到发 电机的输 出电压 近似正 比于转速的关系。试分析导致输 出电压不是严格正 比于转速的原 因。 答 :理 想情况 ,交 流异步测速发动机的输 出电压与转速成线性关系。这是在如下条件下 推导出的结论 :① 发电机 的励磁磁通 Φd保 持不变 ;② 忽略输 出绕组 的漏阻抗 ;③ 忽略温度 和剩余 电压 的影响。实际上 ,上 述 因素的共 同影 响 ,导 致 了输 出电压不是严格正 比于转速。 因为 ,励 磁 电源的性能和输 出绕组 的磁动势都将对 Φd产 生影 响 ;输 出绕组 的漏阻抗压降还 与负载的性质和大小有关 ,使 输 出电压与负载相关 ;电 机 的参数与温度有关 ;由 于制造工艺 等原 因使得转子静止时输 出电压不为零 即产生剩余 电压 ,这 些都将破坏交流测速发动机 的线 性输 出特性 。 ⒍11 自 整角机 的失调角是指什么角度?失 调角 ε=0时 ,力 矩式 自整角机 的发送机 与 接收机处于什么样 的位置关系?而 控制式 自整角机 的发送机与接收机又处于什么样 的位置关