特種電機(jī)原理及應(yīng)用課后答案

1、word1 簡述特種電機(jī)的特點(diǎn)及開展趨勢。特點(diǎn)：工作原理、勵磁方式、技術(shù)性能以及結(jié)構(gòu)上有較大特點(diǎn)，且種類繁多、功能多樣化，種類繁多，功能多樣化，而且不斷產(chǎn)生功能特性，性能優(yōu)越的新穎電機(jī)。開展趨勢：機(jī)電一體化、智能化、大功率化、小型化、微型化、勵磁材料永磁化、高功能化。2 電機(jī)中常用的永磁材料有哪幾類，各有何特點(diǎn)？ 鋁鎳鈷永磁材料：溫度系數(shù)小，剩余磁場強(qiáng)度較高，但矯頑力很低；退磁曲線呈非線性；使用前要進(jìn)行穩(wěn)磁處理。 鐵氧體永磁材料：價格低廉，制造工藝簡單，質(zhì)量較輕；溫度系數(shù)較大，剩磁密度不高，矯頑力較大；退磁曲線大局部接近直線；不能進(jìn)行電加工。 稀土永磁材料：高剩磁密度，高矯頑力，高磁能積；稀土

2、鈷永磁價格昂貴，溫度系數(shù)小，退磁曲線根本上是一條直線；釹鐵硼永磁價格較廉價，溫度系數(shù)較大，容易腐蝕，在高溫下使用時退磁曲線的下半局部要產(chǎn)生彎曲。1. 永磁直流電動機(jī)與電勵磁直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)上有什么相似和不同之處？兩者相比，永磁直流電動機(jī)有什么優(yōu)點(diǎn)？相似之處：在電樞結(jié)構(gòu)上根本相同。不同之處：在定子側(cè)永磁直流電動機(jī)為永磁體，而電勵磁直流電動機(jī)為電勵磁磁極。 優(yōu)點(diǎn)：永磁電動機(jī)沒有勵磁繞組銅耗，因此相對而言效率更高；永磁電動機(jī)體積小質(zhì)量輕、機(jī)械特性硬、電壓調(diào)整率小。2.永磁材料的性能對永磁直流電動機(jī)磁極結(jié)構(gòu)和永磁體尺寸有什么影響？永磁材料的性能對磁極的結(jié)構(gòu)形式和尺寸有決定性影響。由于永磁材料的性能差異很

3、大，為到達(dá)某一要求，所選用不同材料的磁極的結(jié)構(gòu)形式和尺寸不相同。鐵氧體在性能上具有Br小、Hc相對高的特點(diǎn)，所以常做成扁而粗的瓦片形或圓筒形的磁極結(jié)構(gòu)；鋁鎳鈷永磁具有Br高、Hc低的特點(diǎn)，一般做成細(xì)而長的弧形或端面式的磁極結(jié)構(gòu)； 稀土永磁的Br、Hc及BHmax都很高，適宜做成磁極面積和磁化長度都很小的結(jié)構(gòu)。3.永磁直流電動機(jī)有極靴的磁極結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？原因何在？有極靴磁極結(jié)構(gòu)既可起聚磁作用，提高氣隙磁通密度，還可調(diào)節(jié)極靴形狀以改善空載氣隙磁場波形；負(fù)載時交軸電樞反響磁通路徑經(jīng)極靴閉合，對永磁磁極的影響較小。缺點(diǎn)是漏磁系數(shù)大，負(fù)載時的氣隙磁場的畸變較大。原因：極靴的存在使得永磁體不能直接

4、面向氣隙，主磁通就變小，漏磁系數(shù)變大；主磁通需經(jīng)極靴閉合，使得負(fù)載時氣隙磁場產(chǎn)生較大的畸變。4.永磁直流電動機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢各由什么物理量決定？為什么電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換不可分割的兩個方面？電磁轉(zhuǎn)矩至決定于fai和ia，與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，運(yùn)動電動勢僅決定于氣隙磁通fai和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。永磁直流電動機(jī)中兩個最根本的物理量，一時電樞繞組通以電流時在磁場中受力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem，二是電樞繞組在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E，由機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理可知，在直流電動機(jī)中，只有運(yùn)動電動勢吸收的電能才能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此產(chǎn)生運(yùn)動電動勢是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵；與此同時，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作

5、用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。運(yùn)動電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩構(gòu)成了一對機(jī)電耦合項(xiàng)，是永磁直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換不可分割的兩個重要方面。5.同電勵磁電動機(jī)相比，永磁直流電動機(jī)運(yùn)行中有什么值得注意的特殊問題？為什么會存在這些問題？ 運(yùn)行特性的溫度敏感性；永磁材料的磁性能受溫度的影響，因此，永磁電機(jī)運(yùn)行時要注意工作溫度對運(yùn)行特性的影響。 永磁體勵磁不可調(diào)；永磁體的磁性能是固有的物理特性，在安裝到電機(jī)上之前就已經(jīng)固定，在運(yùn)行中不能調(diào)節(jié)永磁體的磁性能。 交軸電樞磁動勢和交軸電樞反響；電樞反響不僅影響氣隙磁場的分布與大小，而且使永磁體的工作點(diǎn)相應(yīng)改變，影響到永磁體的工作狀態(tài)。6.一臺永磁直流電動機(jī)，其電樞電

6、壓U=110V，電樞電流Ia=，轉(zhuǎn)速n=3600r/min，電樞電阻Ra=50，忽略空載轉(zhuǎn)矩和電刷電壓，試求：(1) 該運(yùn)行狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩；(2) 如果電動機(jī)運(yùn)行中，由于溫度升高永磁體勵磁磁通減少了20%，在電樞電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變的情況下，電樞電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩各變化多少；解：1E=Ua=110V =2n/60Tem=E*Ia/=110*(2*3600/60)=(Nm)2Tem=T2+T0 因?yàn)門2不變，T0不計 所以Tem不變Tem =CT*I 1*I1=2*I2 1/2=I2/I1=5/4 I2= E不變，E=Ce*n 1/2=n2/n1=5/4 n2=4500 r/min電樞電流

7、增加、轉(zhuǎn)速增加900r/min、電磁轉(zhuǎn)矩不變。7.試論述永磁直流電動機(jī)運(yùn)行中，永磁體勵磁磁通減少后對運(yùn)行特性的影響？空載轉(zhuǎn)速提高，電磁轉(zhuǎn)矩減少。9. 10.永磁同步電動機(jī)與電勵磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)上有什么相似和不同之處？兩者相比，永磁同步電動機(jī)有什么優(yōu)點(diǎn)？相似之處：在定子結(jié)構(gòu)上根本相同。不同之處：永磁同步電動機(jī)由永磁體提供磁通取代了電勵磁繞組勵磁。優(yōu)點(diǎn)：省去了集電環(huán)和電刷，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行的可靠性；又因無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機(jī)的效率和功率因數(shù)。11.永磁同步電動機(jī)徑向式和切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)各有什么優(yōu)點(diǎn)？為什么徑向式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上不需要采用隔磁措施。徑向式：樓次系數(shù)小，轉(zhuǎn)軸上不需要

8、采取隔磁措施，轉(zhuǎn)子沖片機(jī)械強(qiáng)度相對較高，安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形。切向式:漏磁系數(shù)大，且需要采取相應(yīng)的隔磁措施，制造工藝較徑向式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造本錢有所增加。優(yōu)點(diǎn)在于一個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通，尤其當(dāng)電機(jī)級數(shù)較多，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢更明顯，此外這種結(jié)構(gòu)的凸極效應(yīng)明顯，產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩在電機(jī)總轉(zhuǎn)矩中比例高達(dá)40%，這對充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電動機(jī)功率密度和擴(kuò)展電動機(jī)恒功率運(yùn)行范圍都是有利的。13.轉(zhuǎn)子磁極具有凸極性的永磁同步電動機(jī)與電勵磁凸極同步電動機(jī)在矩角特性上有什么差異？為什么？轉(zhuǎn)子磁極具有凸極性的永磁同步電動機(jī)的矩角特性曲線上轉(zhuǎn)矩最大值所對應(yīng)的功率角大于90，而電勵

9、磁凸極同步電動機(jī)小于90。因?yàn)橛来磐诫妱訖C(jī)的直軸同步電抗Xd小于交軸同步電抗Xq，而電勵磁同步電動機(jī)恰好相反，對永磁同步電動機(jī)有90<<180；對電勵磁同步電動機(jī)0o<<90o 1.簡述永磁無刷電動機(jī)構(gòu)成和工作原理。永磁無刷電動機(jī)由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和驅(qū)動電路三局部組成。電動機(jī)本體是進(jìn)行機(jī)電能量變換的器件，由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子軛上裝有永磁體，用以提供主磁通；定子鐵芯上裝有多相繞組用來輸入電能。與轉(zhuǎn)子同軸的位置傳感器用來檢測磁極位置。驅(qū)動電路根據(jù)位置傳感器的信號依次向繞組供電。在a相導(dǎo)通期間，假設(shè)a導(dǎo)體中流入頁面的電流處在N極下，那么a' 導(dǎo)體中流出頁

10、面的電流處在S極下，產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)動后，換向成b相導(dǎo)通，同理產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩；如此a、b、c三相循環(huán)導(dǎo)通，電機(jī)進(jìn)入逆時針轉(zhuǎn)向電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)上述原理，電機(jī)也可進(jìn)入順時針轉(zhuǎn)向電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。3.位置傳感器都有哪幾種？簡述它們的工作原理?；魻栁恢脗鞲衅鳌⑿D(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁性編碼器7.永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動模式有哪幾種？簡述它們各有什么特性?！叭郰聯(lián)結(jié)，3狀態(tài)，一相單向?qū)?20o每次只有一相導(dǎo)通，電流總為正值。每相導(dǎo)通120電角度。“三相Y聯(lián)結(jié)，6狀態(tài)，兩相雙向?qū)?0o每次兩相同時導(dǎo)通，電流可雙向流通。每次導(dǎo)通60o電角度。共性：當(dāng)電壓一定時，機(jī)械特性是一條直線；隨

11、著電壓的下降，機(jī)械特性平行下移。轉(zhuǎn)矩-電流特性是一條斜率為正數(shù)、過原點(diǎn)的直線。轉(zhuǎn)矩-電壓特性是一條斜率為正數(shù)、不過原點(diǎn)與U正半軸相交的直線。功率特性是一條過原點(diǎn)、開口朝下的拋物線。11.如何改變永磁無刷電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向？在“三相Y聯(lián)結(jié)，3狀態(tài)，一相單向?qū)?20驅(qū)動模式下，調(diào)換b、c兩相的導(dǎo)通順序可實(shí)現(xiàn)反向；在“三相Y聯(lián)結(jié)，6狀態(tài)，兩相雙向?qū)?0o驅(qū)動模式下，互換橋式電路上下橋臂的開通關(guān)斷狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)反向。16.無獨(dú)立位置傳感器永磁同步電動機(jī)有哪些位置預(yù)估方法？1、基于反電動勢的位置估算器；2、檢測定子電壓、電流轉(zhuǎn)子位置估算器；3、基于觀測器的速度和位置估算器；4、由于幾何形狀和飽和的影響，基

12、于電感變化的估算器；5、用于人工智能的估算器。1.簡述直流伺服電動機(jī)的根本工作原理。基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，當(dāng)電樞兩端接通直流電源時，電樞繞組中有電樞電流產(chǎn)生磁場，電樞磁場與氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)。改變電動機(jī)的輸入?yún)?shù)，其輸出參數(shù)也隨之變化。5.兩相交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的選擇原那么是什么？轉(zhuǎn)子電阻過大或過小對電動機(jī)性能將會產(chǎn)生怎樣影響？原那么：一使電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，二要有效防止電動機(jī)的“自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。因此要采用較大的轉(zhuǎn)子電阻。轉(zhuǎn)子電阻過小，電動機(jī)的調(diào)速范圍較小，并且單相運(yùn)行的感應(yīng)電動機(jī)仍然產(chǎn)生正方向的電磁轉(zhuǎn)矩，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子仍然繼續(xù)運(yùn)行，

13、而不會因Ua為零而立即停止。 而轉(zhuǎn)子電阻過大會導(dǎo)致?lián)p耗增加。6.兩相交流伺服電動機(jī)的控制方式有哪些？試就它們各自的特點(diǎn)作簡要說明。1、幅值控制：控制電壓與勵磁電壓之間的相位差始終保持90度電角度不變。當(dāng)Ua為最大值時氣隙磁場為圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)為最高轉(zhuǎn)速；當(dāng)Ua為零時電動機(jī)停轉(zhuǎn)。2、相位控制：控制電壓的幅值保持不變。當(dāng)控制電壓與勵磁電壓之間的相位差為90度時，電動機(jī)為最高轉(zhuǎn)速；當(dāng)相位差角為零時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。3、幅值相位控制：調(diào)節(jié)控制電壓Ua的幅值時，勵磁繞組電壓Uf的幅值極其與控制電壓Ua之間的相位差角都隨之變化，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。當(dāng)Ua為零時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。1.簡述反響式步進(jìn)電動機(jī)的

14、工作原理。反響式步進(jìn)電機(jī)利用磁通總是要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理產(chǎn)生磁拉力形成磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩而步進(jìn)。反響式步進(jìn)電機(jī)定子齒上裝有勵磁繞組，定子齒數(shù)為相數(shù)的兩倍，相對的齒上的繞組串聯(lián)成一相；轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，其上均勻分布著與定子齒同寬的齒，無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到什么位置，轉(zhuǎn)子齒的軸線總是最多只有一條與定子齒的軸線重合。以三相反響式步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)采用三相單三拍通電方式，每拍只導(dǎo)通一相，根據(jù)“磁導(dǎo)最大原理，轉(zhuǎn)子總是會以最短的路徑轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)子齒軸線與定子齒軸線對齊；當(dāng)采用三相雙三拍通電方式，每拍同時導(dǎo)通兩相，轉(zhuǎn)子總是會以最短的路徑轉(zhuǎn)動到使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩為零的位置。假設(shè)依次循環(huán)按A-B-C或者AB-BC-CA的方式通

15、電，反響式步進(jìn)電時機(jī)按照通電信號一步一步的朝一個轉(zhuǎn)向步進(jìn)，那么每次步進(jìn)的角度為30度，我們稱其步距角為30度。假設(shè)改變繞組通斷電的頻率可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，假設(shè)改變繞組輪流通電的順序可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。2.步進(jìn)電動機(jī)的步距角由哪些因素決定？步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是由哪些因素決定的？步進(jìn)電動機(jī)的步距角由相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)以及通電方式?jīng)Q定。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由繞組通斷電的頻率決定。5.何謂步進(jìn)電動機(jī)的起動頻率，它和運(yùn)行頻率大小一樣嗎？為什么？步進(jìn)電動機(jī)的起動頻率和運(yùn)行頻率大小不一樣。步進(jìn)電動機(jī)在起動時，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速，電動機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩除了克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)矩，因而起動時電動機(jī)的負(fù)擔(dān)比連

16、續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時要大。當(dāng)起動時脈沖頻率過高，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動速度跟不上定子磁場的變化，步進(jìn)電動機(jī)就可能要失步或震蕩，電動機(jī)便無法起動。因此，步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行頻率要比起動頻率高。6.怎樣改變步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向？改變繞組輪流通電的順序可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。7.步距角為°的反響式三相六極步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子有多少個齒？假設(shè)運(yùn)行頻率為2000Hz，求電動機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速是多少？ 步距角= 360/Z*N ； 轉(zhuǎn)速= 60f /Z*N 其中Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為拍數(shù) 1. 什么叫磁阻轉(zhuǎn)矩？開關(guān)磁阻電動機(jī)遵循磁通總是要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的“磁導(dǎo)最大原理，產(chǎn)生磁拉力形成磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的。2.為什么開關(guān)磁阻電動

17、機(jī)都做成雙凸極結(jié)構(gòu)？因?yàn)殚_關(guān)磁阻電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上的構(gòu)成原那么是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁路的磁導(dǎo)要有盡可能大的變化，因此需采用凸極定子和凸極轉(zhuǎn)子的雙凸極結(jié)構(gòu)。3.簡述理想線性化開關(guān)磁阻電動機(jī)的工作原理。繞組電感，電流與轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系如何？工作原理：利用磁阻的不等，磁通總向磁阻小的路線集中，通電的定子以磁力吸引鐵磁性的轉(zhuǎn)子，使磁力產(chǎn)生切向分力，即產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。定子的通電循序是根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置相對應(yīng)的最有利于對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向前轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩的那一相定子通電，轉(zhuǎn)過一定角度后又由下一個最有利于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的一相通電。不斷變換通電的定子繞組相序，使轉(zhuǎn)子連續(xù)朝一個方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，繞組電感在Lmax與Lmin之間變化，其頻率與轉(zhuǎn)子齒數(shù)成正比。在電源一定條件下，高速運(yùn)行時，大電流上升速度很慢；低速運(yùn)行時，小電流上升速度很快。減少on即on向1方向移動，電流幅值隨之而增加；另一方面，調(diào)節(jié)p又可以改變電流波形寬度，亦即改變電流波形。5.什么是電流斬波控制和角度位置控制？它們分別適用于何種場合？什么叫能量比？電流斬波控制：低速運(yùn)行特別是起動時，采用斬波控制，限制電流峰值。包括3種控制方法：1.給定繞組上限值Imax和