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控制电机真题精选Word格式.docx
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2一台直流电动机,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?
[判断题]
3、直线电机是一种需要中间转换装置,而作直线运动的电动机械。
错
4三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。
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。
5一台型号为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0.093N·
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。
6试说明三相感应电动机矢量控制的基本思想。
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。
7、在两台力矩式发送机之间接入一台力矩式差动接收机,不可以用来显示两个输入角的和或差。
8伺服电动机型号为70SZ54,PN=55W,UN=Uf=110V,效率ηN=62.5%,nN=3000r/min,空载阻转矩T0=0.0714N·
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E和aN电枢电阻Ra。
9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?
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。
10、与一般直流电动机一样,无刷直流电动机只要改变电源电压的极性不能使电机反转。
对
11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?
12、由于振荡会使同步电动机的瞬时转速出现不稳定,一般在转子上设置短路绕组来加以改善。
13设有一台三相感应电动机,定子绕组通入角频率为ω1的三相对称正弦电流
(1)通过三相-两相变换变换到αβ坐标系中的两相电流iα、iβ;
(2)在以ω1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)。
(1)αβ坐标系中的两相电流iα、iβ为
(2)设某时刻d轴领先A轴的电角度为θ,则dq坐标系中的两相电流为
若dq坐标系的转速为ω1,且t=0时d轴与A轴重合,则有
θ=ω1t
代入上式,得
可见,dq坐标系中的电流为直流。
14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?
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
。
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。
15、力矩式自整角机可以直接实现转角随动的目的,因此接收误差小,适用于精度较高的侧位系统。
16何谓“伪静止”绕组?
在两相静止的αβ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?
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αβ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)。
17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?
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。
18、旋转变压器采用副边补偿时,转子电流产生的直轴磁场与转角有关。
19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。
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。
20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。
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Ψr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
转子电压方程和转子磁链方程为
转矩公式为
Te=-PnΨrirT
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:
由矢量控制方程可见,转子磁链Ψr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Ψr和isT共同决定,在Ψr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Ψr)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Ψr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Ψr,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。
21、旋转变压器的输出电压与转子转角呈函数关系。
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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?
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,θ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θ,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,θ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
,利用转子磁链给定值ωr*和定子电流转矩分量给定值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θ。
23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?
直流伺服电动机的机械特性为
当控制电压和励磁电压均不变时,
都是常数,转速n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
就越大,机械特性就越软。
24、步进电动机的转速与电脉冲的频率成正比。
25在按转子磁场定向的MT坐标系中,为什么感应
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