数学中e是什么?_百度知道电机上有个E级是什么意思~？正文如题就是个E级 - 爱问知识人
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电机上有个E级是什么意思~？
电机的绝缘等级是按照采用的绝缘材料的耐热等级来分的，一般分为7级： 1、Y级 90度 2、A级 105度 3、E级 120度 4、B级 130度 5、F级 155度 6、H级 180度 7、C级 &180度
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是一种级别的表达方式
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你可能喜欢控制电机（2版）思考题与习题参考答案 （机械工业出版社，李光友等编著）第1章
直流伺服电动机1. 一台直流电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为0.4A，额定转速为3600r/min，电枢电阻为50Ω，空载阻转矩T0?0.015N·m，试问电动机的额定负载转矩是多少？解：TL=Te-T0 ,
Te=Ω=2πn60EaIaΩ=90×0.4120π=0.0955N.m=120π, Ea=U-RaIa=110-50×0.4=90VTL=0.=0.0805N.m2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机，其额定电压为110V，额定电枢电流为0.46A，额定转矩为0.093 N·m，额定转速为3000r/min。忽略电动机本身的空载阻转矩T0，试求电机在额定运行状态时的反电动势Ea和电枢电阻Ra。解：U=Ea+IaRa ,
Te=EaIa/Ω , Ω=
Ea=TeΩIa2πn60=100π110-63.50.46=0.093×100π0.46=63.51V，Ra=U-EaIa==101.1Ω3. 伺服电动机型号为70SZ54，PN?55W,UN?Uf?110V,效率?N?62.5%,nN?3000r/mi，空载阻转矩nT0?0.0714 N·m。试求额定运行时电动机的电枢电流IaN，电磁转矩Te，反电动势EaN和电枢电阻Ra。解： IaN=PNUNηN=5=0.8A，TLN=PNΩ=55100π=0.175N.m ，Ω=TeΩIaN2πn60=100πTe=TLN+T0=0.175+0.5N.m，EaN=Ra=U-EaNIaN=0.π0.8=96.75V=110-96.80.8=16.5Ω4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。它们的励磁电压均为110V，电枢绕组电阻均为75Ω。当发电机空载时，电动机电枢加110V电压，电枢电流为0.12A，机组的转速为4500r/min。试求：（1）发电机空载时的输出电压为多少？（2）电动机仍加110V电压，发电机负载电阻为1kΩ时，机组的转速为多少?解：（1） UF0=EDa=U-RaIDa0=110-75×0.12=101 V
（2） 由Ea=CeΦn 得，CeΦ=Ea/n, IDa0=0.12A, n=4500r/min.接负载时，U=CeΦn1+IDaRa，CeΦn1=IFa Ra+RLCeΦn1IDa= CeΦn1IFa+CeΦn1IDa0解得
IFa=0.0878A,
IDa=IFa+IDa0=0.=0.2078An1=U-RaIDaCeФ=110-75×0.05. 试用分析电枢控制时的类似方法，推导出电枢绕组加恒定电压，而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。并说明这种控制方式有哪些缺点?答：磁场控制时电枢电压保持不变。机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系，即 n=UaCeΦ-TeRaCeCtΦ2 = n0-kTe。由公式可知，当控制电压加载励磁绕组上，即采用磁场控制时，随着控制信号减弱，Φ减小，k增大，机械特性变软。调节特性是指电磁转矩不变时，转速随控制信号变化的关系。由公式可知，n与Φ为非线性关系，不利于精确调速。6. 若直流伺服电动机的励磁电压下降，对电机的机械特性和调节特性将会产生哪些影响?答：电枢控制时，若励磁电压下降，Φ减小，k增大，机械特性变软，始动电压变大。7. 电枢控制的直流伺服电机，当控制电压和励磁电压都不变时，电机轴上的负载转矩减小，试问这时电机控制电流Ia、电磁转矩Te和转速n都会有哪些变化？并说明由原来的稳态到达新稳态的物理过程。答：励磁电压不变，可近似认为Φ不变。负载转矩减小时，Te减小，由Te=CtΦIa得 Ia减小，U=CeΦn+IaRa，转速升高。物理过程：负载转矩减小时，瞬时电磁转矩大于负载转矩，电动机加速，反电动势升高，电流下降，电磁转矩下降，直到新的转矩平衡后进入稳态。8. 直流伺服电动机的机械特性为什么是一条下倾的直线？为什么放大器的内阻越大，机械特性就越软?答：直流伺服电动机的机械特性为n=UaCeUaCeΦ-TeRaCeCtΦ2。当控制电压和励磁电压均不变时，，和CΦRaeCtΦn和电磁转矩Te之间是线性关系，且随着电磁转矩Te的增加，转速n下降，因此机械特性是一条下倾的直线。放大器的内阻对机械特性来说，与电枢电阻是等价的，电阻越大，直线斜率CRaeCtΦ9. 直流伺服电动机在不带负载时，其调节特性有无死区？调节特性死区的大小与哪些因素有关?答：有死区。Us=C有关。 RatΦTs ,死区电压与起始负载转矩，电枢电阻，励磁电压，电机结构10. 当直流伺服电机运行在电动机、发电机、反接制动、能耗制动四个状态时，电磁转矩与转速的方向成什么关系？它们的能量流向有什么特点?答：电动机：电磁转矩与转速方向相同，电能转化为机械能。发电机：电磁转矩与转速方向相反，机械能转化为电能。反接制动：电磁转矩与转速方向相反，电能和转子机械能转化为电机内部的热能。能耗制动：电磁转矩与转速方向相反。转子机械能转化为电机内部的热能。11. 试述机电时间常数的物理意义。答：电动机在空载状态下，励磁绕组加额定励磁电压，电枢加阶跃额定控制电压，转速从零升到理想空载转速的63.2%所需的时间。12. 直流伺服电动机当转速很低时会出现转速不稳定现象，简述产生转速不稳定的原因及其对控制系统产生的影响。答：电枢齿槽的影响，电枢接触压降的影响，电刷和换向器之间摩擦的影响。造成控制系统误差。13. 一台直流伺服电动机带动恒转矩负载（即负载转矩保持不变），测得始动电压Ua0?4V，当电枢电压为50V时，其转速为1500r/min，若要求转速达到3000r/min，试问要加多大的电枢电压?解： 由题意，1500-050-4=nU-4，n=0.4，代入数据得U=96V14. 一台直流伺服电动机，其额定电枢电压和励磁电压都为110V，额定电枢电流为0.46A，额定转速为3000r/min，额定转矩为0.09 N·m，忽略空载阻转矩T0。要求：（1）绘出电枢电压为110V和80V时的机械特性曲线；（2）当负载转矩为0.08 N·m电枢电压为80 V时电机的转速；（3）对应于该负载和电压下的堵转转矩TK和始动电压Ua0。解：（1）由CtΦIa=Ts得，CtΦ=Ea=CeΦn=Ra=U-EaIaTeIa=0.090.46=0.196，CeΦ=π30CeΦ=π30×0.196=0.0205 ππCen=×0.196×V 110-61.570.46==105.28Ωn=n0-kTen01=Cn02=U1eΦ=0. r/min =800.CeΦ=3902 r/mink1=k2=曲线略。（2）n=C（3）Tk=UeRa105.28==26202 te-kTs=0.× 0.08=1806 r/min ΦRa80CtΦU=0.196×.149N.mUs0=Ra105.28Ts=×0.08=42.97 V t15. 已知一台直流伺服电动机的电枢电压Ua?110V，空载电流Ia0?0.055A，空载转速（1）当电枢电压Ua?67.5V时的理想空n?r/min，电枢电阻Ra?80Ω，试求：0?4600载转速n0和堵转转矩TK；（2）该电机若用放大器控制，放大器的内阻R?80Ω，开路电压Ui?67.5V，求这时的理想空载转速n0和堵转转矩TK。解：（1） U=Ea+IaRa，Ea=U- IaRa=110-80×0.055=105.6VCeΦ=n0=Tk=Ea105.6，CtΦ=CeΦ=×0.023=0.219 UCeΦ=67.50.023=2935 r/min CtΦU0.219×67.5==0.185N.m aUeΦ（2）n0=CTk==0.023=2935 r/min 67.5CtΦUi0.219×67.5==0.092N.m ai第二章
交流感应伺服电动机1．空心杯形转子两相感应伺服电动机与笼型转子感应伺服电动机相比，在结构与原理上有何异同?答：笼型转子感应伺服电动机的结构与普通笼型感应电动机相似，只是定子为两相绕组，并且为了减少转子的转动惯量，需做得细而长。空心杯型感应伺服电动机的定子分成外定子和内定子两部分。外定子部分与笼型转子感应伺服电动机相同，在铁心槽中嵌有空间相距90°电角度的两相交流绕组，而内定子铁心中一般不放绕组，仅作为磁路的一部分，以减少主磁通磁路的磁阻。内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子做成杯子形状，所以称为空心杯型转子。空心杯型和笼型感应伺服电机在原理上是相同的，杯型转子可以看做是导条数目非常多、条与条之间紧靠在一起、而两端自行短路的笼型转子。2．两相感应伺服电动机的转子电阻为什么必须足够大?转子电阻是不是越大越好？为什么?答：为了得到尽可能接近线性的机械特性，并实现无“自转”现象，两相感应伺服电机必须具有足够大的转子电阻。转子电阻并非越大越好。如果转子电阻过大，会导致转子中的电阻损耗增加，电机的转矩减小，效率降低。3．什么是“自转”现象?对两相感应伺服电动机，应该采取哪些措施来克服“自转”现象?为了实现无“自转”现象，单相供电时应具有怎样的机械特性?答：两相感应伺服电机正常励磁，在控制电压作用下以一定转速运行，当无控制信号时，电机应该立即停转，若电机仍能以某一转速继续旋转，则会造成失控，称为“自转”现象。为了克服“自转”现象，首先在设计上转子电阻必须足够大，以使正向旋转磁场产生最大转矩对应的转差率sm+&1；另外，在制造过程中还应该避免因工艺不良造成控制电压切除后的气隙磁场不是单相脉振磁场，而是稍有椭圆的旋转磁场。为了实现无“自转”现象，单相供电时电机的合成电磁转矩在整个电动机运行范围内均应为负值，即在整个机械特性曲线上转速与电磁转矩符号始终相反，此时机械特性位于第二、四象限。4．两相绕组有效匝数不等的两相感应伺服电动机，若外施两相对称电压，电机中能否得到圆形旋转磁场？若要产生圆形旋转磁场，两相绕组的外施电压应满足什么条件？答：对于两相绕组有效匝数不等的两相感应伺服电动机，若外施两相对称电压，电机中不能得到圆形旋转磁场。若要产生圆形旋转磁场，两相电压的比值应等于两相绕组的有效匝数比，且相位上相差90。5．幅值控制的两相感应伺服电动机，若有效信号系数?e由0变化到1，电机中的正序、负序磁动势的大小将如何变化？答：在幅值控制的两相感应伺服电动机中，若有效信号系数?e为0，在满足无“自转”现象的条件下，电机转速为0，此时正、负序磁动势大小相等，合成磁动势为脉振磁动势；若有效信号系数?e为1，则合成磁动势为圆形旋转磁动势，即只有正序磁动势，负序磁动势幅值为零；若有效信号系数0&?e&1，则合成磁动势为椭圆形旋转磁动势，负序磁动势的幅?值小于正序磁动势幅值，并且随着有效信号系数?e的增大，负序磁动势的幅值逐渐减小。6．幅值控制的两相感应伺服电动机，当有效信号系数?e≠1时，理想空载转速为何低于同步转速？当控制电压降低时，电机的理想空载转速为什么随之降低?答：对于幅值控制的两相感应伺服电动机，当有效信号?e小于1时，伺服电动机将产生椭圆形的旋转磁动势，气隙磁场为椭圆形旋转磁场。由于反向旋转磁场的存在，将会产生一个制动转矩。当正序旋转磁场产生的电磁转矩与负序磁场产生的制动转矩相等时，合成电磁转矩等于0，对应于电动机的理想空载状态，相应的转速即为理想空载转速，显然这一转速低于同步速。当控制电压降低时，有效信号系数变小，磁场的椭圆度变大，反向旋转磁场及相应的制动转矩增大，因此电机的理想空载转速随之降低。7．幅值控制的两相感应伺服电动机，有效信号系数?e=1时，电机的理想空载转速是多少？若采用幅值-相位控制，并按起动时获得圆形旋转磁场选择电容和控制绕组电压，电机的理想空载转速能否达到同步转速？为什么？答：对于幅值控制的两相感应伺服电机，当有效信号系数?e=1时，理想空载转速等于同步转速。对于幅值-相位控制的两相感应伺服电机，若按起动时获得圆形旋转磁场选择电容和控制绕组电压，电机的理想空载转速达不到同步转速。因为当电动机旋转后便成为椭圆型旋转磁场，由于反向旋转磁场产生的反向转矩的作用，理想空载转速将低于同步转速。8．两相感应伺服电动机为何常采用中频电源供电？答：为了提高控制精度，希望伺服电动机的调节特性为线性。但两相感应伺服电动机调节特性的线性度较差，只在转速很低（转速标么值很小）时近似为线性关系。因此为了使伺服电动机能工作在调节特性的线性范围内，应使其始终在较小的转速标么值下运行，这样，为了提高电机的实际运行转速，就需提高伺服电动机的同步转速，所以常采用中频电源供电。9．如何改变两相感应伺服电动机的转向? 为什么?答：当控制电压相对于励磁电压的相位由滞后变为超前（或反之），电机的转向就会改变。这可以通过将控制绕组（或励磁绕组）的两端对调实现，对调后控制电压（励磁电压）反相，其与励磁电压（控制电压）相位的超前滞后关系随之改变。10．机械特性非线性和有效信号系数大小对两相感应伺服电动机的动态性能各有何影响？答：考虑机械特性的非线性，两相感应伺服电动机转速随时间的变化规律已经不再呈指数函数关系，其动态性能将优于线性机械特性时。但由于实际两相感应伺服电动机的μ值不超过0.2，因而忽略非线性对机电时间常数的影响造成的误差不超过22%，因此机械特性非线性对两相感应伺服电动机动态性能的影响不大，其作用常可忽略。有效信号系数对动态性能的影响较为显著，随着有效信号系数的减小，控制电压降低，两相感应伺服电动机的动态性能会变差，当控制电压较小时，其过渡过程时间可延长约一倍。11．两相感应伺服电动机的主要性能指标有哪些? 各是如何定义的?答：两相感应伺服电动机的主要性能指标有：（1）空载始动电压Us0：在额定励磁电压和空载情况下，使转子在任意位置开始连续转动所需要的最小控制电压。（2）机械特性非线性度km：在额定励磁下，将任意控制电压时的实际机械特性与线性机械特性在转矩Te?Tk/2时的速度偏差Δn与空载转速n0之比的百分数定义为机械特性的非线性度。（3）调节特性的非线性度kv：在额定励磁电压和空载情况下，当?e?0.7时，实际调节特性与线性调节特性的转速偏差Δn与?e?1时的空载转速n0之比的百分数定义为调节特性的非线性度。（4）机电时间常数?m：对伺服电动机而言，机电时间常数是反映电机动态响应快速性的一项重要指标，在技术数据中给出的机电时间常数是用对称状态下的空载转速n0代替同步转速按照下式计算所得?m?0.1047Jn0/Tk0，式中Tk0为对称状态下的堵转转矩。12．何为两相感应伺服电动机的额定状态? 额定功率含义如何?答：当电动机处于对称状态时，其输出功率是随转速变化的，当转速接近空载转速的一半时，输出功率最大，通常就把这个点规定为两相感应伺服电动机的额定状态。电机可以在这个状态下长期连续运转而不过热。这个最大的输出功率就是电动机的额定功率。13．一台两极的两相感应伺服电动机，励磁绕组通以400 Hz的交流电，当转速n=18000 r/min时，使控制电压Uc=0，问此瞬时：(1) 正、反向旋转磁场切割转子导体的速率(即转差率)为多少?(2) 正、反向旋转磁场切割转子导体所产生的转子电流的频率各为多少?(3) 正、反向旋转磁场作用在转子上的转矩方向和大小是否一样? 哪个大? 为什么?解：(1)
电机的同步速ns?60f60?400??24000r/min p1转子导体相对于正向旋转磁场的转差率为
s??ns?n??0.25 ns24000转子导体相对于反向旋转磁场的转差率为
s??ns?n?2?s??2?0.25?1.75 ns(2) 正向旋转磁场切割转子导体所产生的转子电流的频率为f??s?f?0.25?400?100Hz反向旋转磁场切割转子导体所产生的转子电流的频率为f-?s-f?1.75?400?700Hz(3) 不一样。正向旋转磁场产生的电磁转矩与转子转向相同，反向旋转磁场产生的电磁转矩与转子转向相反。在控制电压Uc=0的瞬时，反向旋转磁场产生的电磁转矩应大于正向旋转磁场产生的电磁转矩。这是因为对于两相感应伺服电动机，为了避免自转现象，转子电阻必须足够大，以使单相供电时正、反向旋转磁场产生的合成电磁转矩在整个电动机运行范围内为负值14．有一台两相感应伺服电动机，已知归算到励磁绕组的转子电阻和励磁电抗为rr'=2Xm，若忽略定子绕组电阻和定、转子绕组漏抗，试计算采用幅值控制和幅值-相位控制并在起动时获得圆形旋转磁场两种情况下，它们的堵转转矩之比是多少？幅值-相位控制时电容容抗XCa应为Xm的多少倍？解：由两相感应伺服电动机的等效电路，在上述已知条件下，归算到励磁绕组的堵转电阻和电抗分别为2Xmrr?Xmrr?2rr?2Xm2rr?4XmRck?2??X???， ck222??rr?Xm55rr?Xm55若采用幅值-相位控制，并要求起动时为圆形旋转磁场，则励磁绕组应串联的电容容抗为XCa22Rck?Xck(rr?/5)2?(2rr?/5)2???0.5rr??Xm Xck2rr?/5设电源电压为U1，则幅值控制在堵转时的电流和电磁功率分别为 Ick1??? r5U12rr?2U12
Pck1?2IRck?2?2??rr?5rr?2ck1幅值-相位控制在堵转时的电流和电磁功率分别为 Ick2???rPck220U12rr?8U12 ?2IRck?2?2??rr?5rr?2ck2堵转转矩的比值为Tk1Pk12U12r????0.25 2?Tk2Pk28U1rr15．一台400 Hz的两相感应伺服电动机，控制绕组和励磁绕组的有效匝数比kcf=1，当励磁绕组电压Uf =110 V，而控制绕组电压Uc=0时，测量励磁电流为If =0.2A，若将If中的无功分量用并联电容补偿之后，测得有功分量Ifa =0.1A，试问：(1) 电机的堵转阻抗Rck和Xck各等于多少?(2) 如果采用幅值-相位控制，为在起动时获得圆形旋转磁场，应在励磁绕组中串多大电容? 若电源电压U1=110V，此时控制电压Uc应为多大？励磁绕组电压Uf为多少？解：（1）由题意可知，堵转阻抗为 Zck?UfIf?110?550?
0.2当励磁电流为0.2A时，其有功分量为0.1A，因此有cos??IfaIf?0.1?0.5 0.2Rck?Zckcos??550?0.5?275ΩXck?Zcksin??550?0.866?476.3Ω（2）为在起动时获得圆形旋转磁场，电容的容抗应为XCa22Rck?Xck???635.1Ω Xck476.3106106相应电容值 Ca???0.6265μF ?XCa2??400?635.1有效信号系数应为 ?e?Xck476.3??1.732
Rck275U??190.5V kcf1???e相应地，控制绕组电压应为 Uc??eU1电容电压为 Uca?XCa???635.1?220V 根据电压相量图，考虑到此时Uf应领先U190?电角度，故励磁绕组电压为 Uf???190.5V可见，励磁电压与控制电压大小相等，相位差90?电角度16．三相感应电动机变频调速中，为什么要在变频的同时变压？试画出通常采用的电压-频率协调关系，并说明为什么要采用这样的电压-频率关系。答：在三相感应电动机变频调速过程中，通常希望电机的磁通近似保持不变。因为如果磁通减少，意味着电动机的铁心没有得到充分利用，是一种浪费；如果磁通过分增加，又会使铁心饱和，引起定子电流励磁分量的急剧增加，导致功率因数下降，损耗增加，电机发热等一系列问题。为此在感应电动机变频调速过程中，需进行电压-频率协调控制，使电动机的电压随着频率的变化而变化，即必须在变频的同时变压。通常采用的电压-频率协调关系如图所示，在基频以下采用恒压频比或带低频补偿的恒压频比控制，基频以上为恒压变频。在三相感应电动机中，感应电动势Eg=4.44fNkN1Φm，考虑到定子漏阻抗压降相对较小，若忽略其影响，则有定子电压Us≈Eg=4.44fNkN1Φm，这意味着若要使磁通Φm近似不变，电压应随频率成比例变化，即应采用恒压频比控制。当计及定子电阻压降的影响，采用恒压频比控制时的UsU转矩最大值会随着频率的降低而下降，低频时由于定子电阻压降的相对值较大，最大转矩下降较多，会影响电动机的带载能力。对于恒转矩负载，往往要求在整个调速范围内过载能力不变，因此希望变频运行时不同频率下的最大转矩保持恒定，为此通常需在低频时进行电压补偿，即在Us/f1=常数的基础上，适当提高低频时的电压，以补偿定子电阻压降的影响。当频率达到额定频率时，电机端电压已达到额定值，因此在基频以上运行时，若要保持磁通恒定，所要求电压将大于额定电压，考虑到逆变器输出电压及电动机额定电压的限制，基频以上通常采用恒压变频，即使Us=UsN，此时电机的磁通将随着频率增加而减小。17．试说明三相感应电动机矢量控制的基本思想。答：三相感应电动机矢量控制的基本思想是：借助于坐标变换，把实际的三相感应电动机等效成两相旋转坐标系中的直流电动机。在一个适当选择的两相旋转坐标系中，三相感应电动机具有与直流电动机相似的转矩公式，且定子电流中的转矩分量与励磁分量可以实现解耦，分别相当于直流电动机中的电枢电流和励磁电流，这样在该坐标系中三相感应电动机就可以像直流电动机一样进行控制，从而使得三相感应电动机具有与直流伺服电动机相似的动态性能。18. 何谓坐标变换？交流电机分析与控制中坐标变换的物理意义是什么？答：从数学的角度看，所谓坐标变换就是将方程中原来的变量用一组新的变量代替，或者说用新的坐标系去替换原来的坐标系。从物理意义上看，电机分析与控制中的坐标变换可以看作是电机绕组的等效变换。19. 设有一台三相感应电动机，定子绕组通入角频率为?1的三相对称正弦电流iA?cos(?1t??) iB?cos(?1t???120?)iC?cos(?1t???120?)试求：（1）通过三相-两相变换变换到??坐标系中的两相电流i?、i?；（2）在以?1旋转的同步dq坐标系中的两相电流id、iq（设t=0时d轴与A轴重合）。 解：（1）??坐标系中的两相电流i?、i?为11??i??2????i??0?21??cos(?1t??)???cos(?1t??)?2??cos(?1t???120)??? ??sin(?1t??)????cos(?1t???120)??2??（2）设某时刻d轴领先A轴的电角度为?，则dq坐标系中的两相电流为?id??cos?sin???i???cos?sin???cos(?1t??)??i?????i????sin?cos???sin(?t??)??sin?cos????????1??q???cos?cos(?1t??)?sin?sin(?1t??)??????sin?cos(?1t??)?cos?sin(?1t??)??cos(?1t????)?????sin(?1t????)?若dq坐标系的转速为?1，且t=0时d轴与A轴重合，则有???1t?id??cos???i???? sin????q?代入上式，得 可见，dq坐标系中的电流为直流。20．何谓“伪静止”绕组？在两相静止的??坐标系和同步旋转的dq坐标系中，三相感应电动机的定、转子绕组哪些是“伪静止”绕组？答：伪静止绕组具有静止和旋转双重属性：一方面从产生磁场的角度讲，它相当于静止绕组，绕组电流产生的磁动势轴线在空间静止不动；但另一方面从产生感应电动势的角度讲，绕组又具有旋转的属性，即除了因磁场变化而在绕组中产生变压器电动势外，绕组还会因旋转而产生速度电动势。在??坐标系中，转子绕组为伪静止绕组，定子绕组是真正的静止绕组；而在同步旋转的dq坐标系中，三相感应电动机的定、转子绕组均为伪静止绕组（转速等于同步速时除外）。21．何谓按转子磁场定向的MT坐标系？试写出在按转子磁场定向的MT坐标系中感应电动机的基本方程，推导其矢量控制方程，并据此说明感应电动机的矢量控制原理。答：所谓按转子磁场定向，是指使dq坐标系的d轴始终与转子磁链矢量?r的方向一致，为了与未定向的dq坐标系加以区别，常将定向后的d轴改称M（Magnetization）轴，相应地q轴改称T（Torque）轴，定向后的坐标系称为按转子磁场定向的MT坐标系。在按转子磁场定向的MT坐标系中，定子电压方程和定子磁链方程分别为usM?RsisM?p?sM??1?sT?? usT?RsisT?p?sT??1?sM??sM?L11isM?L12irM?? ?sT?L11isT?L12irT?转子电压方程和转子磁链方程为0?RrirM?p?r?? 0?RrirT??sl?r??r?L12isM?L22irM?0?L12isT?L22irT转矩公式为 ? ?Te??pn?rirT由转子磁链方程，将转子电流用转子磁链和定子电流表达，然后代入转子电压方程和转矩公式，可得下述矢量控制方程：isM?LTrp?1LL?r或?r?12isM，Te?pn12risT，?sl?12isT Tr?rL12Trp?1L22由矢量控制方程可见，转子磁链?r仅由定子电流的M轴分量isM产生，与T轴分量isT无关，而电磁转矩由转子磁链?r和isT共同决定，在?r一定的情况下，电磁转矩与isT成正比。因此在按转子磁场定向的MT坐标系中，isM是产生有效磁场（转子磁链?r）的励磁分量，相当于直流伺服电动机中的励磁电流if，称为定子电流的励磁分量，通过控制isM可以控制?r的大小；而定子电流的T轴分量isT是产生电磁转矩的有效分量，相当于直流伺服电动机的电枢电流ia，称为定子电流的转矩分量。由于isT不影响转子磁链?r，所以定子电流的转矩分量和励磁分量是解耦的，它们分别对转矩产生影响，因此在按转子磁场定向的MT坐标系中我们可以象在直流电机中分别控制电枢电流和励磁电流一样，通过对isT和isM的控制实现对感应电动机动态电磁转矩和转子磁链的控制。22．感应电动机矢量控制系统中，何谓直接定向矢量控制？何谓间接定向矢量控制？其MT坐标系各是如何确定的？答：感应电动机矢量控制系统中，根据按转子磁场定向MT坐标系M轴空间位置角?的确定方法不同，分为直接定向和间接定向两大类。在直接定向矢量控制系统中，?角通过反馈的方式产生，即根据有关量的实测值通过各种转子磁链模型计算转子磁链的大小及其空间位置角?，故也叫做磁通检测型或磁通反馈型矢量控制。直接定向矢量控制系统的转子磁链检测方法有多种，例如：可以根据定子电流和转子转速的实测值，通过电流模型法获得。间接定向矢量控制系统中，?角以前馈的方式产生，即由给定值利用转差公式获得，故也叫做前馈型或转差型矢量控制。转差型矢量控制中，根据转差公式?sl?L12isT，利用转子磁链给定值?r*和定子电流转Tr?r矩分量给定值isT*计算转差频率给定值ωsl*，ωsl*与实测转速ωr之和即为M轴的旋转角速度ω1*，其积分即为M轴的空间位置角?。23．在按转子磁场定向的MT坐标系中，为什么感应电动机定子电流有T轴分量（isT≠0）而转子磁链却无T轴分量（?rT=0）？答：由MT坐标系中的T轴转子磁链方程?rT?L12isT?L22irT?0可知，转子T轴电流irT??L12isT，这意味着转子T轴电流产生的自感磁链L22irT??L12isT，即该磁链与定子电L22流T轴分量isT在转子绕组产生的互感磁链大小相等、极性相反，因此isT在转子绕组产生的互感磁链全部被转子T轴电流产生的自感磁链所抵消，故转子磁链并无T轴分量。第3章
无刷永磁伺服电动机1．无刷永磁伺服电动机中，表面式转子结构和内置式转子结构各有何特点？答：表面式转子的永磁体通常呈瓦片形，通过环氧树脂粘贴等方式直接固定在转子铁心表面上，由于永磁体的磁导率与气隙相近，因此其交、直轴磁路磁阻基本相同，属于隐极式同步电动机；内置式转子的永磁体位于转子铁芯内部，由于直轴磁通的磁路除了通过气隙和铁心外尚需穿过两个永磁体，这相当于在直轴磁路上串联了两个长度等于永磁体厚度的气隙，使直轴磁路磁阻大于交轴磁路，因此属于凸极同步电动机。2．同步电动机变频调速中，何谓他控变频？何谓自控变频？永磁同步伺服电动机通常采用何种变频方式？为什么？答：他控变频是指用独立的变频装置给同步电动机供电，通过直接改变变频装置的输出频率调节电动机的转速，是一种频率开环控制方式。自控变频方式中所用的变频装置是非独立的，其输出电流（电压）的频率和相位受反映转子磁极空间位置的转子位置信号控制，是一种定子绕组供电电源的频率和相位自动跟踪转子磁极空间位置的闭环控制方式。永磁同步伺服电动机通常采用自控变频方式。他控变频时，当频率给定值一定，变频器的输出频率恒定，此时电机的运行情况与恒频电源供电时无异，也会产生恒频电源供电时的振荡、失步等现象。而自控变频中由于电动机输入电流的频率始终和转子的转速保持同步，不会出现振荡和失步，因此永磁同步伺服电动机通常采用自控变频方式。3．无刷永磁电动机伺服系统主要由哪几部分组成？试说明各部分的作用及它们之间的相互关系。答：无刷永磁电动机伺服系统主要由4个部分组成：永磁同步电动机SM、转子位置传感器PS、逆变器和控制器。由转子位置传感器产生转子磁极的空间位置信号，并将其提供给控制器；控制器根据来自外部的控制信号和来自位置传感器的转子位置信号，产生逆变器中各功率开关器件的通断信号；最终由逆变器将输入直流电转换成具有相应频率和相位的交流电流和电压，供给伺服电动机。4．正弦波永磁同步电动机和无刷直流电动机的主要区别是什么？两种电机在结构上有何差别？答：正弦波永磁同步电动机的感应电动势应为正弦波，为了产生恒定转矩，定子绕组应通入正弦波电流；而无刷直流电动机的感应电动势应为梯形波，为了产生恒定转矩，定子绕组电流应为方波。无刷直流电动机中，为了得到平顶部分具有足够宽度的梯形波感应电动势，转子常采用表面式或嵌入式结构，转子磁钢呈弧形（瓦片形），并采用径向充磁方式，这样磁极下的气隙均匀，永磁体产生的励磁磁场的空间分布接近于矩形波或梯形波，定子方面若采用整距集中绕组，就可以得到近似为梯形波的感应电动势。由于内置式转子很难产生梯形波感应电动势，无刷直流电动机一般不宜采用这种结构。正弦波永磁同步电动机的转子既可以采用表面式和嵌入式结构，也可以采用内置式结构。为产生正弦波感应电动势，设计时应使气隙磁密尽可能呈正弦分布。以表面式结构为例，在正弦波永磁同步电动机中，转子磁钢表面常呈抛物线形，并采用平行充磁方式；定子方面采用短距分布绕组或正弦绕组，以最大限度地抑制谐波磁场对感应电动势波形的影响。5．为什么说无刷直流电动机既可以看作是直流电动机，又可以看作是一种自控变频同步电动机系统？答：无刷直流电动机是由直流电动机发展而来的，其出发点是用由转子位置传感器和逆变器构成的电子换向器取代有刷直流电动机的机械换向器，把输入直流电流转换成交变的方波电流输入多相电枢绕组，其转矩产生方式、控制方法和运行性能都与直流电动机十分相似，由于省去了机械换向器和电刷，故得名为无刷直流电动机。但是从另一方面看，就电动机本体而言，无刷直流电动机与正弦波永磁同步电动机差别不大；从控制系统的角度看，无刷直流电动机也是由逆变器供电的，并且工作在自控变频方式或自同步方式下，因此它又是一种自控变频同步电动机系统。6．简述工作于二相导通三相六状态的三相无刷直流电动机的工作原理。答：无刷直流电动机运行时，由控制器根据转子磁极的空间位置，改变逆变器各功率开关的通断状态，以控制电枢绕组的导通情况及绕组电流的方向，即实现绕组电流的换相，在直流电流一定的情况下，使永磁磁极所覆盖线圈边中的电流方向及大小均保持不变，导体所受电磁力在转子上产生的反作用转矩的大小和方向也保持不变，从而推动转子不断旋转。对于工作在二相导通三相六状态的三相无刷直流电动机，转子每转过60°电角度，就进行一次换相，使绕组导通情况改变一次，转子转过一对磁极，对应于360°电角度，需进行6次换相，相应地定子绕组有六种导通状态，而在每个60°区间只有两相绕组同时导通，另外一相绕组电流为零。7．为什么说在无刷直流电动机中转子位置传感器和逆变器起到了“电子换向器”的作用？答：根据直流电动机的工作原理，为了能产生大小、方向均保持不变的电磁转矩，每一主磁极下电枢绕组元件边中的电流方向应相同并保持不变，但因每一元件边均随转子的旋转而轮流经过N、S极，故各元件边中的电流方向必须相应交替变化，即必须为交变电流。在有刷直流电动机中，把外部输入直流电变换成电枢绕组中的交变电流是由电刷和机械式换向器完成的，每当一个元件边经过几何中性线由N极转到S极下或由S极转到N极下时，通过电刷和机械换向器使绕组电流改变方向。而在无刷直流电动机中将直流电动机反装，即将永磁体磁极放在转子上，而电枢绕组成为静止的定子绕组，为了使定子绕组中的电流方向能随其线圈边所在处的磁场极性交替变化，将定子绕组与逆变器连接，并安装转子位置传感器，以检测转子磁极的空间位置，由转子磁极的空间位置，确定电枢绕组各线圈边所在处磁场的极性，据此控制逆变器中功率开关器件的通断，从而控制电枢绕组的导通情况及绕组电流的方向，显然在这里转子位置传感器和逆变器起到了“电子换向器”的作用。8．无刷直流电动机的电枢磁动势有何特点？答：无刷直流电动机的电枢磁动势不是匀速旋转的圆形旋转磁动势，而是跳跃式前进的步进磁动势，对于工作在二相导通三相六状态方式的三相无刷直流电动机，转子每转过60°电角度，电枢磁动势跳跃前进60°，电枢磁动势领先转子磁动势的电角度始终保持在60°~120°之间。9．试画出理想情况下三相无刷直流电动机的感应电动势和绕组电流波形，并据此说明其转矩无脉动条件。答：感应电动势和绕组电流波形图略。三相无刷直流电动机的瞬时转矩为Te?eAiA?eBiB?eCiC Ωr考虑到任意时刻三相绕组中只有两相导通，设上桥臂导通相的感应电动势、电流分别为e1、i1，下桥臂导通相的感应电动势和电流为e2、i2，考虑到i1=-i2=Id，则有Te?e1i1?e2i2(e1?e2)Id ?ΩrΩr可见，在一定转速下要实现转矩无脉动的话，绕组电流Id和导通两相的线电动势（e1-e2）均应保持恒定，为此，绕组电流应为120°的矩形波，且导通两相均应始终处于电动势波形的平顶部分，即梯形波电动势的平顶宽度应大于120°电角度，同时换相时刻必须准确。10．试比较无刷直流电动机和有刷直流电动机的转矩公式、转速公式和机械特性。答：有刷直流电动机和无刷直流电动机的感应电动势、转矩公式、转速公式和机械特性方程如表所示。Ke，可见无刷直流π考虑到Ke与永磁体在定子绕组产生的永磁磁链成正比，而Kt?电动机和有刷直流电动机的相应公式在形式上相同。11．工作在二相导通三相六状态方式的三相无刷直流电动机，对转子位置信号有何要求？如何根据转子位置信号得到逆变器各功率开关的控制信号？答：工作在二相导通三相六状态方式的三相无刷直流电动机，其转子位置信号应为三路高低电平各为180°、相位依次差120°（或者60°）电角度的方波信号，而且三路方波信号的跳变时刻应该与换相时刻对应，即应滞后各相感应电动势过零点30°电角度。若无刷直流电动机采用微处理器控制，可以将三路位置信号作为3位二进制数由I/O端口输入，由于转子处于不同的60°区间，其所形成的3位二进制数代码不同，微处理器可根据这3位二进制代码，判断转子所在60°区间，并据此产生逆变器功率开关的通断信号。各功率开关的控制信号也可以由硬件译码电路产生，由三路位置信号通过逻辑运算就可以得到六个功率开关的导通信号，这种译码电路常称为换相逻辑电路。不同运行状态下各功率开关的驱动信号与位置信号的逻辑关系见教材表3-1。12．无刷直流电动机如何调速？当采用PWM控制时，何谓反馈斩波方式？何谓续流斩波方式？何谓PWM电压控制？何谓PWM电流控制？答：无刷直流电动机既可以通过改变直流电压Ud调速，也可以在直流电源电压Ud一定的情况下，通过对逆变器的功率开关进行PWM控制，连续地调节施加到电动机绕组的平均电压和电流，从而实现转速调节。反馈斩波：对上、下桥臂两只功率开关同时进行PWM控制。续流斩波：只对上、下桥臂中的一只功率开关施加PWM信号，另一只功率开关保持导通状态，即另一只开关仅受换相逻辑控制，而不受PWM信号影响。PWM电压控制：直接通过改变占空比调节施加到定子绕组的电压平均值。PWM电流控制：根据电流实测值与给定值的偏差产生PWM控制信号，对电流瞬时值进行控制，以使电流实际值跟踪其给定值的PWM方式。13．无刷直流电动机如何实现再生制动运行？如何实现反转？答：由无刷直流电动机的工作原理可知，当转子磁极处于某一空间位置时，只要改变N、S极下导通绕组中电流的方向，就可以改变所产生电磁转矩的方向，因此只要使各相绕组电流波形与正向电动状态时反相，就可以使无刷直流电动机由正向电动运行转入正向制动运行状态。即正向制动状态下，在各相电动势波形正半波平顶部分应使绕组流过反向电流，在各相感应电动势负半波平顶部分，应使绕组流过正向电流。这可以通过改变各功率开关驱动信号与位置信号的关系实现，对应于正向电动状态的上桥臂导通信号，在正向制动状态下应作为该相下桥臂导通信号，反之亦然。与此类似，通过改变各功率开关驱动信号与位置信号的关系，就可以使电机反向旋转，在反向运转时同样有反向电动和反向制动两种运行状态。14．在无刷直流电动机中，导致转矩脉动的主要因素有哪些？答：理想情况下，三相无刷直流电动机相绕组感应电动势为平顶宽度大于120°的梯形波，绕组电流为正、负半波各120°电角度的方波，且方波电流与梯形波电动势相位一致，则无刷直流电动机的电磁转矩无脉动，但对于实际电动机上述理想条件很难满足。首先，就感应电动势波形而言，既与永磁励磁磁场的空间分布有关，又与定子绕组结构及是否采用斜槽等有关，平顶宽度可能小于120°电角度。其次，就绕组电流波形而言，由于电枢绕组电感的存在，绕组电流不能突变，一相绕组关断、另一相绕组导通的换相不可能瞬间完成，需要一个过程，称为换相过程。当逆变器采用PWM控制时，还会使绕组电流产生纹波。因此实际电流波形并不是120°的方波。感应电动势波形和绕组电流波形与理想波形的偏差均会导致电磁转矩脉动。其中由绕组电流换相引起的换相转矩脉动影响最大，换相期间可能产生很大的转矩尖峰。此外，由于定子齿槽存在所产生的齿槽转矩，也是导致转矩脉动的一个因素。如果因换相时刻不准确导致绕组电流相位与感应电动势相位不一致，也会使转矩脉动增大。15．在正弦波永磁同步电动机中，何种转子结构会产生磁阻转矩？为什么？为使磁阻转矩与永磁转矩方向相同，对定子电流有何要求？答：当正弦波永磁同步电动机的转子采用嵌入式或内置式结构时，会产生磁阻转矩。转子为嵌入式或内置式的永磁同步电动机，直轴磁路上由于永磁体的存在使磁阻增大，故Ld&Lq，由转矩公式Te?pn[?fiq?(Ld?Lq)idiq]可知，当id、iq均不为零时，就会产生磁阻转矩。考虑到（Ld-Lq）&0，为使磁阻转矩与永磁转矩方向相同，应使电动机定子电流的直轴分量id&0。16．正弦波永磁同步电动机控制中何谓id =0控制？为什么表面式永磁同步电动机通常采用id =0控制？试说明id =0控制的主要优缺点。答：所谓id=0控制就是在控制过程中始终使定子电流的d轴分量id为零，而仅通过对定子电流q轴分量iq的控制，实现对电动机转矩的控制。id=0控制实现简单，转矩与定子电流幅值成正比，而且对于表面式正弦波永磁同步电动机，由于Ld=Lq，不产生磁阻转矩，id的大小与电磁转矩无关，通过使id=0可以使产生给定转矩所需的定子电流最小，从而减少损耗、提高效率。因此表面式正弦波永磁同步电动机通常采用id=0控制。id=0控制也存在一些不足。采用id=0控制时电流矢量is总是滞后电压矢量us一个?角，这意味着电动机运行时的功率因数总是滞后的，而且在一定转速下随着负载转矩的增加，电流iq增大，电压矢量与电流矢量的夹角?增大，电机的功率因数降低。另外随负载增加，所需的定子电压矢量幅值也相应增大，因此对变频器的容量要求较高。不过对于表面式电机，由于等效气隙大，电感Ld=Lq的值很小，因此?角始终较小，上述问题并不严重。对于内置式正弦波永磁同步电动机，由于q轴电感Lq较大，随着负载增加会导致?角显著增大，功率因数明显降低，而且同样情况下所需的定子电压也较大，考虑逆变器输出电压限制时的恒转矩调速范围减少，可见内置式永磁同步电动机采用id=0控制时性能不如表面式。17．正弦波永磁同步电动机伺服驱动系统中如何实现弱磁控制？为什么要进行弱磁控制？答：正弦波永磁同步电动机的弱磁控制是通过增加定子直轴去磁电流分量来实现的，即利用负的定子直轴电流id产生去磁的直轴电枢反应磁链，部分地抵消永磁励磁磁链的作用，从而使直轴磁链?d及由此产生的速度电动势?r?d减少，以降低高速运行时所需的外加电压，提高逆变器极限电压下电动机的转速。采用弱磁控制可以扩大正弦波永磁同步电动机的调速范围。18．试比较无刷直流电动机和正弦波永磁同步电动机伺服驱动系统的主要优缺点。答：理想情况下，无刷直流电动机的感应电动势为平顶宽度大于120?的梯形波，电流波形为120?的方波，而且电流波形与电动势波形同相位，可以实现转矩无脉动。实际上由于感应电动势波形不理想及电流换相不能瞬间完成造成电流波形不理想会产生较大的转矩脉动，影响了其在高性能领域的应用，这是其最主要的缺点。此外，由于受感应电动势和绕组电流波形的限制，无刷直流电动机的转速范围要比正弦波永磁同步电动机小。无刷直流电动机的主要优点是：控制实现简单，并且功率密度和转矩／电流优于正弦波永磁同步电动机。正弦波永磁同步电动机感应电动势和绕组电流波形均应为正弦波，理想情况下转矩无脉动，可以实现高性能，在高性能伺服系统中得到了广泛应用。与无刷直流电机相比，其主要缺点是成本较高，特别是为了实现正弦电流控制需要使用高分辨率的转子位置传感器，而无刷直流电动机的绕组电流每隔60?电角度才换相一次，作为速度伺服时可以使用成本低廉的分辨率为60?的位置传感器。19．正弦波永磁同步电动机矢量控制和三相感应电动机矢量控制通常各建立在何种坐标系上？控制系统实现时其坐标系各如何确定？答：正弦波永磁同步电动机矢量控制通常建立在转子dq坐标系上，坐标系的d轴与转子的磁极轴线重合；三相感应电动机的矢量控制通常建立在按转子磁场定向的MT坐标系上，其M轴始终与转子磁链矢量?r方向一致。控制系统实现时，正弦波永磁同步电动机的d轴空间位置角通常是由位于电动机非负载端轴伸上的转子位置传感器直接检测，而三相感应电动机的M轴空间位置角需通过各种计算模型或观测器进行估算。 第4章
步进电动机1. 简述反应式步进电动机的结构特点与基本工作原理。答：反应式步进电动机由定、转子组成。定、转子铁心为硅钢片叠压而成，在面向气隙的定、转子铁心表面有齿形相同的小齿。定子为凸极结构，每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相。转子上只有齿槽没有绕组，转子齿数与相数之间应满足
Zr?2mk?2的关系。以四相八极反应式步进电动机为例来叙述其工作原理：定子铁心无小齿，相对两极的绕组串联构成一相，转子只有六个齿，齿宽等于定子极靴的宽度。当只有一相通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，会使得转子的齿轴线与该相的轴线相对齐。此时切换到相邻的下一相通电，转子就会转动相应的角度，使得相邻的齿轴线与通电相绕组轴线对齐，步进电动机走过了一个步距角，定子绕组轮流导通一次，转子前进一个齿距角。依此周而复始，转子就连续旋转。2. 何谓拍? 单拍制和双拍制有何区别？答：电源的通电方式每变换一次，称为一拍。拍数等于相数时称为单拍分配方式，拍数为相数的两倍时称为双拍分配方式。3. 何谓步距角？有几种表示法？相互关系如何？答：每输入一个电脉冲信号步进电机所转过的角度，称为步距角。步距角可以用机械角度表示，也可以用电角度表示，在数值上两者的比值为1/Zr。4. 影响步距角大小的因素有哪些？步距角大小对电机性能又有哪些影响？360?答：由步距角的计算公式 ?s?可知，步距角的大小与运行的拍数和转子的?NNZr齿数有关。步距角越小，步进电动机的控制精度就越高。5. 什么叫做矩角特性？什么叫做矩角特性曲线族？答：步进电动机的静态特性可以由矩角特性来描述。矩角特性是不改变控制绕组通电状态，也就是保持一相或几相控制绕组通入直流电流时，电磁转矩与转子偏角的关系，即静态转矩与失调角的关系T?f(?e)。在同一坐标系中，依次画出各相绕组分别通电时的矩角特性就是矩角特性曲线族。6. 何谓静稳定区、动稳定区和稳定裕度？它们与步距角有什么关系？答：静稳定区：在失调角?e?0时，静态转矩T?0，该位置称为稳定平衡点。在?t-???e??的区间内，T与?e的方向相反，也就是T总是阻止?e的变化，若由于外力矩（负载）使转子偏离稳定平衡点，只要在上述范围内，一旦去掉外力，转子就能在静态转矩的作用下返回到稳定平衡点。上述区间称为静稳定区。动稳定区：在理想空载状态下，步进电动机从一种通电状态切换到相邻的另一相通电状态，不至引起失步的区域，即(-???se)??e?(???se)。稳定裕度：把矩角特性曲线n的稳定平衡点O离开曲线（n+1）的不稳定平衡点(-???se)的距离，称为“稳定裕度”。稳定裕度为：?r????se???步距角越小，稳定与度越大。7. 何谓运行矩频特性和运行频率？何谓起动矩频特性、起动惯频特性和起动频率？答：运行矩频特性：当控制脉冲频率达到一定数值之后，再增加频率，由于电感的作用使动态转矩减小，涡流作用使动态转矩又进一步减小。可见，动态转矩是电源脉冲频率的函数，把这种函数关系称为步进电动机运行时的转矩—频率特性，简称为运行矩频特性。运行频率：当控制电源的脉冲频率连续提高时，在一定性质和大小的负载下，步进电动机能正常连续运行时所能加到的最高频率称为最高连续运行频率或者最高跟踪频率。起动矩频特性：在给定驱动电源的条件下，负载转矩转动惯量一定时，起动频率与负载转矩的关系，称作起动矩频特性。起动惯频特性：在给定的驱动电源条件下，负载转矩不变时，起动频率与负载转动惯量的关系，称为起动惯频特性。起动频率：电动机正常起动时所能加的最高控制频率称为起动频率或突跳频率。8. 负载转矩和转动惯量对起动频率和运行频率有何影响？为什么连续运行频率比起动频率高？答：随着负载转矩和转动惯量的增加，起动频率和运行频率减小。起动频率低于运行频率是因为电动机刚起动时转速等于零，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载转矩外，还要克服转动部分的惯性转矩，运行一步就需要更长的时间。9. 静态转矩最大值与哪些因素有关？试求三相、四相和六相步进电动机两相通电时和一相通电时最大静转矩的比值。答：反应式步进电动机一相绕组通电时，静态转矩最大值Tsm?F?ZsZrl?1。由此可知，22???(m?2) mm步进电动机的静态转矩最大值与每极控制绕组的磁动势、转子齿数、定子每极下的小齿数、铁心长度、气隙比磁导中基波幅值有关，在电机确定的情况下，静态转矩最大值正比于气隙磁动势幅值的平方，如果磁路不饱和，静态转矩最大值就正比于绕组电流有效值的平方。 由公式Tsm(1~n)Tsm?sin(n?/m)可知，三相、四相和六相步进电动机两相通电时和一相通sin(?/m)电时最大静转矩的比值分别是：1。10. 步进电动机的步距角小、最大静转矩大时，起动频率和运行频率高还是低？为什么？答：当步距角小，最大静转矩大时，使得矩角特性跃变角变小。每一步稳定时所用的反应时间变小，起动和运行频率会变高。11. 步进电动机为什么会发生振荡现象？什么条件下易发生共振和丢步现象？如何避免？答：步进电动机在步进运行状态，即通电脉冲的间隔时间大于其机电过渡过程所需的时间时，其转子是经过几个振荡周期后才稳定在平衡位置的。从一相变换到另一相时矩角特性向前移动了一个步距角，平衡位置发生改变。在新的矩角特性曲线上，由于惯性的作用，步进电动机会做无阻尼或者有阻尼的振荡。随着控制脉冲频率增加，脉冲周期缩短，因而有可能会出现在一个周期内转子振荡还未完全衰减完的状态时下一个脉冲到来的情况，此时如果控制脉冲的频率与转子固有振荡为倍数关系，就会产生共振。另外，如果在下一个电脉冲到来时，转子的位置在动态稳定区之外，就会出现低频失步现象。采用较多的拍数，以及加上一定的阻尼和干摩擦负载，是拟制振荡和防止共振的有效措施。12. 综述步进电动机的主要技术指标及其含义？答：步进电动机的主要技术指标及其含义是：（1）最大静转矩Tsm：在规定的通电相数下，矩角特性上静态转矩的最大值。（2）步距角?s：输入一个电脉冲信号，转子转过的机械角度。（3）静态步距角误差Δ?s：实际步距角与理论步距角之间的差值，常用理论步距角的百分数或绝对值来表示。（4）起动频率fst和起动频率特性：起动频率是指步进电动机能够不失步起动的最高脉冲频率。起动频率特性分为起动矩频特性和起动惯频特性。起动矩频特性是指在给定驱动电源的条件下，负载惯量一定时，起动频率和负载转矩之间的关系fst?f(TL)；起动惯频特性是指在给定驱动电源的条件下，负载转矩一定时，起动频率和负载惯量之间的关系fst?f(J)。（5）运行频率fru和运行矩频特性：运行频率是指步进电动机起动时后，控制脉冲频率连续上升而不失步的最高频率。运行矩频特性是指步进电动机运行时动态转矩随电源脉冲频率变化的关系曲线fru?f(f)。13. 反应式、永磁式和永磁感应子式步进电动机工作原理上有何异同点？答：反应式、永磁式和永磁感应子式步进电动机就基本工作原理来说是相同的，均为控制电源发出一个脉冲，转子前进一个步距角。但由于永磁式步进电动机和永磁感应子式步进电动转子上由永磁体产生的磁场，转子要连续不断的跟随电源脉冲转动，定子每相绕组必须双向通电。14. 一台三相反应式步进电动机，转子齿数为50，试求步进电动机三相三状态和三相六状态运行式时的步距角？360?360?解：三相三拍：Zr?50，N?3，?s???2.4?； NZr3?50三相六拍：?s?1.215. 一台五相反应式步进电动机，其步距角为1.5°/0.75°试问该电动机的转子齿数是多少？ ?360?360?解：五相步进电动机五相五拍运行时，拍数N?5，步距角?s???1.5? NZr5?Zr360?360?转子齿数Zr????48 ?sN1.5?516. 一台五相反应式步进电动机，当采用五相十拍运行方式时，步距角为1.5°，若电源脉冲频率为3000Hz，试问电机的转速是多少?解：拍数N?10 60f60?3000360?n???750r/min ?24步距角Zr?，转速?NZ10?241.5?10r17. 一台四相步进电动机，若单相通电时矩角特性为正弦形，其幅值为Tsm，试求：⑴ 四相八拍运行方式时一个循环的通电顺序，并画出各相控制电压波形图；⑵ 两相同时通电时的最大静转矩；⑶ 分别做出单相及两相通电时的矩角特性；⑷ 四相八拍运行方式时的起动转矩。解：若各相绕组在空间的排列顺序为ACBD，则：（1）电机四相八拍运行时，一个循环的通电顺序为A→AC→C→CB→B→BD→D→DA→ 各相电压的波形如下图所示。tttt（2）二相同时通电时的静态转矩最大值为Tsm(AC)?sin(n?/m)sin(2?/4)Tsm?Tsm?2Tsm sin(?/m)sin(?/4)（3）设A相单独通电时，矩角特性为TA??Tsmsin?e，则C相单独通电时的矩角特性为TC??Tsmsin，二相同时通电时的矩角特性为TAC??2Tsmsin(?e?45)。 （?e-90）??（4）电机四相八拍运行时，起动转矩Tst??Tsmsin?e??2Tsmsin(?e?45)，解得，??e??90?,Tst?Tsm。18.一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数Zr?48，在A相中测得电流频率为600Hz，试求：⑴ 电机的步距角；⑵ 转速；⑶ 设单相通电时矩角特性为正弦形，其幅值为30 N·m，求三相同时通电时的最大静转矩Tsm(ABC)。360?360?解：（1）步距角?s???0.75? NZr10?48（2）电机转速n?60f60?600?10??750r/min NZr10?48（3）三相同时通电时，最大静态转矩Tsm(ABC)?sin(n?/m)sin(3?/5)Tsm?Tsm?1.62Tsm?1.62?30?48.6N?m sin(?/m)sin(?/5)19.步进电动机的驱动电源有哪几种类型？各有什么特点？答：步进电动机的驱动电源主要有单一电压型、高低压切换型、电流控制的高、低压切换型和细分驱动型四中。单一电压型电源只用一种电压，线路简单，功放元件少，成本低。但由于主回路串联电阻上要消耗功率，引起发热和效率降低，这种电源只适用于驱动小功率步进电动机或性能指标要求不高的场合。高低压切换型电源利用高压电源加快绕组初始导通时电流的上升速度，利用低压电源维持电流基本为常值。这样不但提高了电源效率，而且起动和运行频率也比单一电压型电源要高。电流控制的高、低压切换电源，增加了一个电流检测环节，根据主回路电流的变化情况，反复地接通和关断高压电源，使电流波顶维持在需求的范围内，步进电动机的运行性能得到了显著的提高，相应使起动和运行频率升高。但因在线路中增加了电流反馈环节，使其结构较为复杂，成本提高。细分驱动电源就是把步进电动机原来的一步再分为若干步，使步进电动机的转动近似为匀速运动，并能在任何位置停步。这种驱动方式下，控制绕组的电流由原来的矩形波改为阶梯波。在输入电流的每个台阶，电机转动一步，电流的台阶数越多，电机的步距角越小。因此，电机运行的平稳性提高，低频特性得到改善，负载能力也有所增加。第5章
测速发电机1. 直流测速发电机产生误差的原因有哪些？如何减小其影响？答：直流测速发电机产生误差的原因有电枢反应的影响、延迟换向的影响、温度的影响、纹波的影响和电刷接触压降的影响等。为了减小电枢反应对输出特性的影响，应使转速不超过允许的最高转速，所接负载不小于给定的电阻值。对小容量的发电机，通常采用限制最高转速的措施来减小延迟换向去磁效应的影响。用励磁回路串联热敏电阻并联网络、串联阻值较大的附加电阻、将磁路设计的比较饱和来减小温度对励磁电流的影响。采用接触压降较小的电刷来减小电刷接触压降的影响。2. 直流测速发电机的主要性能指标有哪些？答：直流测速发电机的主要性能指标有：线性误差，灵敏度，最高线性工作转速和最小负载电阻，不灵敏区，输出电压的不对称度，纹波系数等。3. 在分析感应测速发电机的工作原理中，哪些与直流机的情况相同，哪些与变压器相同。请分析它们之间的相似之处和不同点。答：在分析感应测速发电机的工作原理中，转子等效交轴绕组感应电动势是导体切割磁力线产生的，与直流电机的情况类似；而转子交轴磁场在定子输出绕组中感应电动势的机理与变压器相同，即磁通交变在绕中感应电动势。4. 转子不动时，交流感应测速发电机为何没有电压输出？转动时，为何输出电压与转速成正比，但频率却与转速无关?答：交流感应测速发电机转子不动时，励磁绕组与转子绕组共同产生的磁场其轴线与励磁绕组轴线重合，与输出绕组轴线正交，输出绕组不交链磁通，感应电动势等于零。转子转动时，励磁绕组和转子等效直轴绕组仍然产生直轴磁场，转子等效交轴绕组切割直轴磁场产生感应电动势，该电动势的大小正比于转子转速，频率为励磁电源频率，保持不变。该电动势在等效交轴绕组中产生电流，建立交轴磁场。交轴磁场在输出绕组中感应电动势，其大小正比于转子转速，频率为电源频率保持不变。5. 何为感应测速发电机的线性误差、相位误差、剩余电压和输出斜率?答：感应测速发电机的线性误差是指在额定励磁条件下，测速发电机在最大线性工作转速范围内，实际输出电压与理想线性输出电压的最大绝对误差?Umax与线性输出电压特性所对应的最大输出电压U2m之比。相位误差是指在额定励磁电压下，发电机在最大线性工作转速范围内，输出电压基波分量与励磁电压基波分量间的相位差随转速的变化值?φ。剩余电压是指感应测速发电机在励磁绕组接额定励磁电压，转子静止时输出绕组中所产生的电压Ur。输出斜率是指在额定励磁电压下，转速为1000r/min时测速发电机的输出电压。6. 说明图5-18相量图上的各符号所代表的物理量及其相位关系，并说明相位误差产生的原因。 图5-18答：图5-18中，?f为沿着励磁绕组轴线脉振的合成磁通，Ef为励磁磁通?f在励磁绕组中所产生的变压器电动势，Erv为转子导体切割励磁磁通?f产生的切割电动势，相位与?f相同。在Erv作用下产生滞后于Erv θ角的转子电流Irv，由Irv产生的磁通?2与其同相位，因而也与?f的夹角为θ。由于磁通?2的交变，在输出绕组中产生电动势E2的相位滞后于?290°电角度，而与Ef的夹角为θ。输出绕组开路时，输出电压U2就等于-E2。再根据电压平衡方程式，-Ef加上励磁绕组的阻抗压降IfZf就与电源电压平衡。7. 请说明感应测速发电机的剩余电压各种分量的含义、产生的原因及对系统的影响。答：感应测速发电机的剩余电压可分为：1）固定分量Ura，其大小与转子位置无关；2）交变分量Urv，其值与转子位置有关，当转子位置变化时，其做周期性变化。在自动控制系统中，剩余电压同相分量将引起系统误差，正交分量虽不产生误差，但会使放大器及伺服电动机温升增高。8. 感应测速发电机的线性误差与哪些因素有关？为什么在工作时要规定最高转速?答：感应测速发电机的线性误差与励磁绕组的漏阻抗、杯形转子漏电抗和交轴磁通引起直轴磁通的变化有关。线性误差近似与转速的平方成正比，限定最高转速可以使线性误差误差限定在要求的范围内。9. 简要说明在纯电阻、纯电感和纯电容负载下，负载变化对感应测速发电机输出特性的影响。若要求输出电压的大小不受负载变化的影响，应采用什么性质的负载组合？答：纯电阻负载时，随着负载电阻的减小，输出电压也随着减小，而输出电压的相位移却增大。纯电感负载时，随着负载感抗的减小，输出电压和相位移都随着减小。纯电容负载时，随着容抗的减小，相位移增大，输出电压先增大后减小。若要求输出电压的大小不受负载变化的影响，采用电阻-电容负载。10. 为什么测速发电机在使用时其负载阻抗不得小于规定值？答：当测速发电机的转速一定时，如果负载阻抗足够大，即使负载阻抗在较大范围内变化，输出电压的大小和位移也几乎不变，因此测速发电机负载阻抗不得小于规定的最小值。第六章 自整角机1．自整角机有什么用途? 控制式和力矩式各有什么特点及应用范围?答：自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角，以实现角度传输、变换和指示的元件。它可以用于测量或控制远距离设备的角度位置，也可以在随动系统中用作机械设备之间的角度联动装置，以使机械上互不相联的两根或两根以上转轴保持同步偏转或者旋转。力矩式自整角机主要用于同步指示系统中，这类自整角机本身不能放大力矩，要带动接收机轴上的机械负载，必须要自整角机一方的驱动装置供给转矩。力矩式自整角机为开环系统，它只适用于接收机轴上负载很轻（如指针、刻度盘等），且角度传输精度要求不高的系统，如远距离指示液面的高度、阀门的开度、电梯和矿井提升机的位置、变压器的分接开关位置等等。控制式自整角机主要用于由自整角机和伺服机构组成的随动系统。其接收机的转轴不直接带动负载，即没有力矩输出。当发送机和接收机转子之间存在角度差时，接收机将输出与失调角呈正弦函数关系的电压，将此电压加给伺服放大器，用放大后的电压来控制伺服电动机，再驱动负载。与此同时接收机的转子也朝着减小失调角的方向转动。直到接收机与发送机的转角差为零，即达到协调位置时，接收机的输出电压为零，使伺服电动机停止转动。由于接收机工作在变压器状态，通常称其为自整角变压器。控制式自整角机系统为闭环系统，它应用于负载较大及精度要求高的随动系统。2．简述控制式和力矩式自整角机的工作原理。答：以一对自整角机组成的随动系统为例，在控制式自整角机组成的随动系统中，发送机ZKF的励磁绕组接电源，整步绕组与接收机ZKB的整步绕组对应连接，ZKB输出绕组的输出电压经放大器放大后向伺服电动机供电。若接受机的转子不在协调位置，则ZKB有电压输出，伺服电动机驱动负载转动。同时伺服电动机还带动ZKB的转子随同负载一起转动，使失调角减小，ZKB的输出电压随之减小。当达到协调位置时，ZKB的输出电压为零，伺服电动机停止转动。在力矩式自整角机组成的随动系统中，发送机ZLF和接收机ZLJ的励磁绕组接励磁电源，整步绕组对应连接。当接收机与发送机的转子位置角不同时，接收机转子产生使失调角减小的电磁转矩，驱动负载和接收机转子转动，随着失调角的减小，电磁转矩也减小，当电磁转矩等于负载转矩时，接收机停止转动。只有理想空载时，失调角才等于零。3．一对控制式自整角机的协调位置和失调角是如何定义的? 与力矩式有何不同?答：在一对控制式自整角机组成的随动系统中，当接收机（自整角变压器）的输出电压为零时，即达到了协调位置。失调角???1-?2?90?。对于力矩式自整角机，协调位置是指自整角接收机转子电磁转矩等于0的位置，失调角???1-?2。4．在力矩式自整角机中，接收机整步转矩是怎样产生的，其方向如何? 此时发送机转子上受不受整步转矩的作用?答：在力矩式自整角机中，接收机ZLJ整步转矩是由接收机整步绕组产生磁场的交轴磁场分量与励磁绕组电流相互作用产生的，该转矩使接收机ZLJ转子向失调角减小的方向转动。此时发送机ZLF转子上也受到方向相反整步转矩。5．控制式和力矩式自整角机各有哪些性能指标? 都是如何定义的?答：控制式自整角机：（1）电气误差Δ?e
理论上自整角变压器和自整角发送机处于协调位置时，自整角变??，静压器输出的电压为零，但实际在协调位置时自整角变压器输出电压不为零，而是ΔU2??所引起的误差称为ZKB的电气误差。 态时由ΔU2（2）零位电压U0
接收机与发送机转子处于协调位置时，输出绕组出现的端电压叫做零位电压。（3）比电压U?
ZKB在协调位置附近，单位失调角时的输出电压称为比电压U?。（4）输出相位移?
输出相位移是指ZKB输出电压的基波分量对ZKF励磁电压基波分量的时间相位差。（5）速度误差Δ?v
当转子转速较高时，由于ZKF定子绕组切割转子磁场产生切割电动势，并在两定子绕组中产生附加电流和磁场，因而在ZKB输出绕组中感应出电动势，此电动势称为速度电动势Ev，它正比于转速。速度电动势和基本输出电动势的相位不同，它可?和与其正交的分量Ev??。由于速度以分解为两个分量：与基本输出电压U2同相位的分量Ev?的存在，使得最后ZKB转子最后的位置不是出于??0的地方，而是使输出电动势分量Ev?相抵消的地方。电动势E2maxΔ?v与Ev这就偏离了协调位置Δ?v角，造成了速度误差Δ?v。力矩式自整角机：（1）静态误差Δ?s
理想状态下，接收机应与发送机转过相同角度。但由于接收机轴上存在摩擦转矩和阻尼转矩，所以是两机的转角出现差值。把静态空载运行而达到协调位置时，发送机转子转过的角度与接收机转过的角度之差称为静态误差。（2）比整步转矩T?
在协调位置附近，失调角为1时接收机上所产生的整步转矩。（3）零位误差Δ?0
当ZLF的转子励磁后，在理论上，从线电动势为零的某一位置开始，转子每转过60，整步绕组中至少有一线电动势为零。此位置为理论电气零位。但由于设计、工艺、材料等因素的影响，实际电气零位与理论电气零位存在着差异，两者之差称为力矩式自整角机的零位误差Δ?0。（4）阻尼时间tD
强迫接收机转子失调(177?2)?，放松后，经过衰减振荡达到协调位置时所需要的时间。6．差动自整角机有什么用途? 其结构和联接与普通自整角机有何异同?答：差动自整角机的功能是与一对自整角机配合使用，把两轴的角度之差或之和发送到第三轴上。差动式自整角机采用隐极结构，气隙均匀，定、转子上均是三相对称绕组。定、转子的三相绕组分别与发送机和接收机的整步绕组对应相接。 ???连接， 7．一对自整角机定子三相整步绕组的三根出线是否可以任意连接，若S1仍与S1?而S2与S?3连接，S3与S2连接，试问将会产生什么结果??连接，而S2与S??答：不可以任意连接。当S1仍与S13连接，S3与S2连接时，将会使接收机转子的转向与发送机转子的转向相反。8．如果一对自整角机定子整步绕组的三根连线中有一根断线，或接触不良，试问能不能同步转动?答：不能同步转动。因为当出现断线时，电路不能构成三相回路，接收机整步绕组电流产生的磁场轴线不能保持与励磁磁场同轴反向，破坏了原来的电磁关系。9．一对控制式自整角机定、转子相对位置如图6-18所示。当发送机转子励磁绕组接电源后，在气隙中产生脉振磁场???msin?t，并在转子绕组感应出电动势Ef，设定、转子绕组的匝数比K?NS，定子回路每相总阻抗为Z，阻抗角为?。求： (1) 写出发送机定子绕组NR各相电流瞬时值的表达式； (2) 画出自整角变压器转子的协调位置；(3) 求出失调角；(4) 写出输出电压瞬时值的表达式（设输出电压最大值为U2m）。 图6-18解：（1）已知：?U2气隙中产生脉振磁场???msin?t，转子绕组感应出电动势Ef，定、转子绕组的匝数比ZKFZKBK?NS，定子回NR路每相总阻抗为Z，阻抗角为?。 发收机三相整步绕组中的电动势为es1?es2?2KEfcos?1sin(?t?90?) 2KEfcos(?1?120?)sin(?t?90?)es3?2KEfcos(?1?120?)sin(?t?90?)发收机三相整步绕组中的电流为
is1?2KEfcos?1Zsin(?t?90???)
is2?2KEfcos(?1?120?)Z2KEfcos(?1?120?)Zsin(?t?90???)
is3?sin(?t?90???)（2） 自整角变压器转子的协调位置如图所示：?U2ZKFZKB （3）失调角???1??2?90???80??20??90??-10? （4）忽略铁芯损耗时u2?U2msin(?t?180??)10．一对力矩式自整角机的接线和定、转子位置如图6-19所示。要求： (1) 求出失调角，并画出接收机的协调位置；(2) 判断接收机转子是否受转矩作用，若受转矩作用则标出其方向。 ?R1?R115?R235?S1R?2?S1S2S3S?2S?3ZLFZLJ 图6-19 解：（1）失调角???1-?2?-20?-0??-20?，转子协调位置如图下所示：SZLFZLJ （2）接收机转子受到转矩作用，逆时针方向。11．图6-20为一力矩式差动自整角机系统。当左、右两台发送机转子分别转过?1、?2角时，试问协调时中间差动接收机转过的角度?为多少??fS?3ZLFZCFZLJ
图6-20答：图6-20所示的力矩式差动自整角机系统的磁场轴线如下图所示，当???1-?2时，差动接收机的定、转子磁场轴线重合，处于协调位置。?fS?3ZLF 第七章
旋转变压器 ZCFZLJ1．正余弦旋转变压器负载时输出电压为什么会发生畸变?答：正余弦旋转变压器负载时，负载电流产生交轴磁通，该磁通在正余弦绕组中产生附加电动势，该电动势的大小与转子位置角之间不是正余弦关系，导致合成磁动势发生畸变。2．正余弦旋转变压器采用副边补偿和原边补偿各有哪些特点?答：对于正余弦旋转变压器，采用二次侧补偿时，需要在二次侧非负载绕组中串联与负载阻抗相同的阻抗。当负载变化时，串联的阻抗也要相应变化，才能实现完全补偿，这一点在实际应用中往往是很难做到的。一次侧补偿只需将一次侧非励磁绕组接一个与励磁电源内阻抗相等的阻抗或短路即可，补偿状态不受负载变化的影响。3．多极旋转变压器提高精度的原理何在?答：多极旋转变压器在气隙中产生一个多极的磁场，使输出电压的周期比两极旋转变压器变小，因此输出电压随转子机械角度的变化率大，对于同样的电压门槛时，多极旋转变压器对应的角度误差明显减小，因此提高了控制精度。4．如何构成双通道同步随动系统，并简述其工作原理。 图7-14双通道同步随动系统原理图答：图7-14为多级旋转变压器和两级旋转变压器共同组成的双通道同步随动系统。当系统的失调角较大时，一对极的旋变接收机输出绕组接入伺服系统，伺服电动机转动，使失调角减小。当失调角不能再减小时，把多极旋变接收机的输出绕组接入伺服系统，由于该绕组输出电压高，伺服电机继续转动，使失调角再减小，因此提高了控制精度。但是由于多极旋变随动系统存在多个协调位置，不能单独使用。5．感应同步器信号处理方式有哪两种？其原理如何？答：感应同步器信号处理方式有鉴相型和监幅型两种。鉴相型是根据输出电动势的相位来鉴别位移量的。监幅型利用电动势幅值正比于指令位移角和滑尺位移角之差的正弦函数来确定位移量。6．请用脉振磁场感应产生变压器电动势的原理，阐明正余弦旋转变压器的工作原理。答：旋转变压器空载运行时，脉振磁场将在转子输出绕组R1-R2,，R3-R4中分别感应变压器电动势，这些电动势在时间上同相位，有效值与转子位置角分别呈余、正弦关系。旋转变压器励磁磁通?f在励磁绕组中和余、正弦输出绕组中感应的电动势分别为： Ef=4.44fN1Kw1?mEc=4.44fN2Kw2?mcosθEs=4.44fN2Kw2?msinθ当电源电压不变时，输出电动势与转子转角θ有严格的余、正弦关系。7．线性旋转变压器是怎样从正余弦旋转变压器演变而来的？若要求输出电压的线性误差小于0.1%，其转角的角度范围是多少？答：将正余弦旋转变压器的定子绕组和转子绕组进行改接就可以变成线性旋转变压器。具体为将定子绕组S1-S2与转子绕组R1-R2串联后施加励磁电压，转子绕组R3-R4仍为输出绕组接负载，转角在±60°范围内，输出电压的线性误差小于0.1%，转定子绕组的最佳匝比为0.55，实际应用一般取0.54~0.57。8. 简述数字式旋转变压器的组成及应用。答：数字式旋转变压器由旋转变压器和数字接口电路（RDC）结合而成。它主要应用现代数字控制的伺服系统，具有坚固耐用、抗冲击性能好、抗干扰能力强、成本低等优点。 第八章
超声波电机1.简述环形行波型超声波电机的工作原理。答：环形行波型超声波电机由定子和转子两大部分组成。以振动体为主体的定子上开有齿槽，在定子不开槽的一面粘贴有压电陶瓷，同一区域内相邻分区的压电陶瓷极化方向相反，每个极化分区的宽度为半个波长，A、B两区在空间上有四分之波长的相位差；转子为一圆环；在定、转子接触的表面有一层特殊的摩擦材料，装配后依靠碟簧变形产生的轴向压力将转子与定子紧紧的压在一起。由于压电陶瓷相邻分区的极化方向相反，在共振频率的交流电压激励下，相邻极化区将会分别伸张和收缩，从而在定子弹性体中激励出弯曲振动，形成驻波。使用两相对称交流电压同时激励A区和B区，就可以在定子环中激发出行波振动。此时，定子弹性体表面任意一点按照椭圆轨迹运动，从而使定子弹性体表面质点对转子体产生一种驱动力，使转子旋转，转子的旋转方向与行波方向相反。2. 超声波电机的转速和转向是如何确定的？答：一般情况下，若超声波电机定子和压电陶瓷对称，仅有激励电压不对称时，转子运动速度的最大值为vxmax??kh0??A?Bsin?cos?t??cos(?t??)2A22B2。由于定转子之间不可避免的存在打滑，因此转子的实际速度小于公式给出的数值。转子的转向是由定子弹性体表面质点的旋转方向决定的，它与行波旋转方向相反。改变二相激励电源的相位关系，即可改变电机的转向。3. 行波型超声波电机的调速方法有几种?各有什么特点？ 答：由转子最大速度公式vxmax??kh0??A?Bsin?cos?t??cos(?t??)2A22B2可知，对于给定的超声波电机，转子速度与激励电源的角频率?、电压幅值U（对应于驻波振幅?）和两相电源的相位差?有关。因此，改变这三个变量中的任一个变量，都可以调节超声波电机的转速。改变电压幅值调速：改变电压幅值可以直接改变行波的振幅，但是在实际应用中一般不采用调压调速方案。因为如果电压过低，压电元件有可能不起振，而电压过高又会接近压电元件的工作极限，而且在实际应用中也不希望采用高电压，毕竟较低的工作电压是比较容易获得的。改变驱动电源频率调速：调节驱动电源在谐振点附近的频率可以调节电机的速度，频率控制对超声波电动机最为合适。由于电机工作点在谐振点附近，因此调频具有响应快的特点。另外，由于工作时谐振频率的漂移，要求有自动跟踪频率变化的反馈回路。改变驱动电源的相位调速：改变两相电压的相位差，可以改变定子表面质点的椭圆运动轨迹，从而调节电机的转速。这种方法的缺点是低速起动困难，驱动电源设计较复杂。4. 与电磁式电机相比，超声波电机有哪些特点？答：与传统的电磁式电机相比，超声波电机具有以下特点：（1）低速大转矩。（2）无电磁噪声，电磁兼容性好。（3）响应快、控制特性好。（4）断电自锁。（5）运行噪声小。（6）结构形式多样。（7）摩擦损耗大，效率低。（8）寿命短。5. 超声波电机主要有哪些类型？答：超声波电机的种类很多。按照所利用波的传播方式分类，超声波电机可以分成行波型超声波电机和驻波型超声波电机。按照结构和转子的运动形式划分，超声波电机又可以分成旋转型电机和直线型电机。按照转子运动的自由度划分，超声波电机则可以分成单自由度电机和多自由度电机。按照弹性体和移动体的接触情况，超声波电机又可以分成接触式电机和非接触式电机。
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