《交流电机控制技术》资料[控制电机名词解释
第一章 1-1名词解释：
1、直流测速发电机的输出特性 ：直流测速发电机的输出特性是指励磁磁通φ和电刷接触电
阻 Ra为常数时，输出电压 U随转子转速 n 的变化曲线，即 U=f（n）
2、电枢反应 ：由于电枢在绕动的过程中产生的磁场影响了主磁场、
3、相位误差 : 自控系统要求异步测速发电机的输出电压和励磁电阻相位相同，即 U2和 U1
的相位相同，在既定的转速范围内，输出电压和励磁电压之间的相位差△Ψ称为相位误差。
第二章 直流伺服电动机
2—1 直流伺服电动机
1、 直流伺服电动机的动态特性 ：直流伺服电动机的动态特性是指：电动机的电枢上外施电
压突变时， 电动机从一种稳定转速过渡到另一稳定转速的过程， 即 n=f （t ）或Ω =f（t ）。
2、 双极性 PWM的死区 ：在双极性驱动下， 由于开关管自身都有开关延时， 如果“开”“关”
延时时间不同，可能在同一桥臂出现直通现象，引起电源短路，为了避免这种情况，在
同一桥臂的两个开关管在“开” “关”交替时，增加一个低电平延时，这个低电平延时
称为死区。
2— 2
1、 霍尔效应 : 通有电流的导体或半导体薄片至于磁场中，由于受到洛伦兹力的作用载流子
将向薄片侧边积累， 则在垂直于电流 I 磁场 B 的方向上出现一个电位差 UH，这个现象称
为霍尔效应。
2、 无传感器位置检测 ：电动机通过检测定子绕组的反电动势或定子三次谐波或续流二极管
电流通路作为转子磁钢的位置信号，该信号检出后，经数字电路处理，送给逻辑开关电
路去控制无刷直流电动机换向。
2— 3
1、 磁状态角 ：电枢磁场在空间保持某一状态时转子所转过的空间电角度，即定子上前后出
现的两个不同磁场轴线间所夹的电角度称为磁状态角，或成状态角Θ m。
2---4
1、 反电动势积分法： 当有磁极转过不导通相时，不导通绕组会产生反电动势，通过对电动
机不导通相反电动势的积分信号来获取转子位置信息，积分值一旦达到阈值，即换相值
清。
2、 续流二极管法 ：通过监视并联在逆变器两端的续流二极管的导通情况来确定电动机功率
管的换相瞬时，在某些连接法中，无刷直流电机三相绕组中总有一相处于断开状态，断
开相处于发电状态，产生的电动势会使通过其中的一个二极管流入电源，监视 6 个续流
二极管的导通，关断状况就可以获得 6 个功率管的开关顺序。
3、 直接反电动势法 ：每隔 60 度换相一次，每转一周需要 6 次换相，每相的感应电动势都
有 2 个过零点，一共有 6 个过零点。都在换相时前 30 度通过检测和计算出这 6 个过零
点。再将其延迟 30 度，就可以获得 6 个换相信号。
3--1 交流伺服电动机
1、 对称两相绕组 ：在空间上互差 90 度电角度，有效匝数又相等的两个绕组
2、 两相对称电流： 假设通入励磁绕组的电流 ir 与通入控制绕组的电流 ik 相位上相差 90
度，幅值相等。这样两个电流称为两组对称电流。
3、 脉振磁场： 单相绕组通入单相交流电流后， 产生一个脉振磁场， 它是一种空间位置固定，
而幅值在正负最大值之间变化的磁场
3---2
1、 交流伺服电动机的机械特性 ：励磁电压不变时，电磁转矩 T 与转差率 S（或转速 n）
的关系曲线
2、 交流伺服电机的稳定区与非稳定区 ：如图所示，负载转矩由 TL 增加到 TL’时， n 减
小，转矩增加， 电机在 g’重新稳定下来， 当负载转矩恢复到 TL，电机重新回到 g 点，
从 nm到 ns 的转速范围，对负域而言为稳定区；若电机工作在 a—h 阶段，如 b 点，
当负载转矩增加时，转速上升，输出转矩进一步减小，造成转矩更加小于负载转矩，
直至电机停转， 当转矩减小时， 转速会降低， 输出转矩增加直到 hf 段相应位置， a---h
段为非稳定区。
3— 3
1、 堵转特性： 堵转特性是指伺服电动机堵转转矩与控制电压的关系曲线，即 Td=f （?e）函
数的曲线。
2、 电容移相： 采用励磁相串联电容器移相的交流伺服电动机简称为电容伺服电动机，这种
移相方法称为电容移相。
3、 空载始动电压 Us0：在额定励磁电压和空载的情况下，使转子在任意位置开始连续转动
所需的最小控制电压定义为空载始动电压 Us0，从额定控制电压的百分比来表示。
4、 机械特性非线性度 km：在额定励磁电压下，任意控制电压时的实际机械特性与线性机械
特性在转矩 T=Td/2 时的转速偏差 ?n与 ?e=1时的空载转速 n0之比的百分数， 定义为机械特
性非线性度，即 Km= ?n/n0*100%
5、 矫顽力： 为使磁通密度 B 值回到零，必须加一个反向磁场强度 HC，HC称为矫顽磁力强
度，俗称矫顽力。
4— 1
1、 步距角 ：定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，每一拍转过的机械角度称为步
距角Θ s
2、 极限启动转矩： 设相邻两个状态矩角特性的交点所对应的电磁转矩用 Tq表示，当负载
转矩 TL<Tq时，电机能顺利转动；当 TL>Tq时，电机将无法启动
3、 运行矩频特性 ：步进电动机作单步运行时的最大允许负载转矩为 Tq，随着控制脉冲的逐
步增加，电机转速也增加。不仅电动机所能带动的最大负载转矩逐步下降，这种与 f 的
关系称为步进电机的运行矩频特性
4— 2
1、 静稳定区 ：如果转子受力，在外力矩作用下，转子离开平衡点，当Θ e 在【—π， +π】
范围内，去掉外力后，转子能回到平衡点，故这个区域称为静稳定区。
2、 动稳定区： 若切换点在【—π +Θbe，π +Θbe】内，就能最终稳定在新的稳定点，故称
为动稳定区。
3、 跟踪频率 ：电机正常连续运行时， （不丢步，不越步）所能加的最多控制频率称为连续
运行频率或跟踪频率。
4、 启动惯频特性： 启动频率和转动惯量有关，转动惯量增大，启动频率就会下降，启动频
率 fq 随转动惯量 J 之间的关系称为启动惯频特性。
5、 启动矩频特性 ：启动频率和负载有关， 随着负载的增加，启动频率会下降， 启动频率 fq
随负载转矩 TL 之间的关系称为启动矩频特性。
简答题：
1、 引起直流测速发电机实际的输出特性与理想输出特性有偏差的原因有哪些？
答： <1>、电枢绕组的影响：若考虑直流测速发电机负载时电枢反应的励磁作用，则电
机的气隙磁通就不再是常数 <2>、电刷接触压降的影响：实际中的接触电阻随负载电流
变化而变化。 <3>、温度的影响：在电磁式直流测速发电机中，励磁绕阻长期通电会发
热，阻值也相应增大，励磁电流减小。
2、 直流测速发电机实际的输出特性与理想输出特性有偏差， 消除电枢反应的措施有哪些？
答： <1>、消除温度影响：在励磁绕阻回路中串联一个阻值较大的附加电阻，用锰铜绕
制而成， 当温度升高时， 由于附加电阻温度系数低， 可使绕阻回路电阻变化量小； <2>、
减小电刷接触压降的影响： 1、采用接触压降较小的铜—石墨电刷 2、采用铜电刷，并在
接触面上镀银； <3>、减小电枢绕组的影响： 1、增加补偿绕组 2 、限制转速 3 、增大负
载电阻。
3、 为什么直流测速发电机的负载电阻不应低于铭牌上给出的负载电阻 RL?
答：铭牌上给出了的负载电阻 RL是指保证输出特性在线性误差范围内的最小负载电阻值，
低于此电阻值则不能保证输出特性的线性误差范围。所以，负载电阻不应小于此值。
4、 交流同步式测速发电机很少被用于控制系统中的原因是什么？
答：由于同步式测速发电机的输出频率和电压幅值随转速变化而变化。
5、 为什么交流异步测速发电机，励磁绕组通以交流电，当转子不动时，输出绕组没有电压
输出？而当转子转动时，输出绕组有电压输出？
答： <1>。转子静止时，励磁绕组产生的脉振磁场的轴线与励磁绕组 W1的轴线一致。由
于W1，W2轴线方向垂直，因此 WI的磁通与 W2轴线也垂直，而与 W2平面平行，转子转速为
0，不切割磁力线， W2没有电压输出， <2>、当转子以转速 n转动时，转子切割磁通Φ y，
右手定制产生Θ 2，感应电动势 E2∝Frx ∝Er。
6、交流异步测速发电机输出特性并不是严格的线性关系，原因是什么？
答：因为Φ ?除了在输出绕组中产生变压器电势外，杯型转子也因为切割输出绕组的磁
力线而产生电动势，并建立 y轴方向的磁势 Fry ，与主磁势相反，有去磁作用， Fry ∝Φ
xn∝ n^2，Fry 随n的平方倍增加，使φ y不是常数，从而使 U2呈现非线性
简答题：
1、 在分析直流伺服电动机的静态特征时，为什么要做如下假设：①电动机磁路不饱和；②
电刷位于几何中性线？
答：这样可以认为在负载时电枢反应磁势可以略去，电动机的每个电极气隙磁通保持恒
定。
2、 为什么定频调宽法获得广泛应用？
答：定频调宽法：保持 T 不变，同时改变 t1 和 t2 。
因为定宽调频法和调宽调频法会改变控制信号的周期（或频率， ）当 Uρ的频率接近
系统固有频率时，会引起系统震荡，因此在实际中很少应用。而定频调宽法则不会，所
以通常使用此法进行调速控制。
3、 当直流伺服电动机电枢电压、 励磁电压不变时， 如将负载转矩减少， 试问此时电动
机的电枢电流、 电磁转矩、 转速将怎样变化 ? 并说明由原来的稳态到达新的稳态的物理
过程。
答：此时，电动机的电枢电流减小，电磁转矩减小，转速增加。
过程：开始时，假设电动机所加电枢电压为 Ua1，励磁电压为 Uf，电动机的转速为 n，
产生的反电动势为 Ea，电枢中电流为 Ia1 ，则： Ua1=Ea1+Ia1Ra=? eφn1+Ia1Ra ，此时
电磁转矩： T=CTφIa1 ，由于电动机处于稳态，电磁转矩 T和电动机轴上的总阻转矩 Ts
平衡，即 T=Ts；当 Uf 不变，则φ不变；负载转矩减少，则总的阻转矩 Ts=TL+T0 减少。
所以电磁转矩 T＞总的阻转矩，使电动机加速； n 增大使反电势 Ea 增大，为了保持电枢
电压平衡（ Ua=Ea+IaRa），所以 Ia 减少，则电磁转矩也减少，直到电磁转矩小到与总阻
转矩相平衡时，即 T=Ts，才达到新的稳定状态、
简答题：
1、 在用 LM629 进行电机控制时，单片机和 LM629 的作用分别是什么？
答：单片机作用：初始化 LM629，并向它传送 PID 数据和运动数据，并通过 LM629对电
动机进行检测。 LM629作用：LM629根据单片机发来的数据生成速度圈， 进行位置跟踪，
PID 控制以及生成 PWM信号。
2、 光电式位置传感器的工作原理是什么？
答：光电式位置传感器是利用光电效应制成的，由跟随电动机转子一起旋转的遮光板和
固定不动的光源及光电管等部件组成。信号盘安装在 LED和光敏晶体管之间，若信号盘
连续旋转，透光孔和遮光部分就会交替的转过 LED而透光或遮光，光敏晶体管就会交替
的输出高和低电平形成脉冲波，通过脉冲个数可计算转子位置。
3、 无位置传感器的工作原理是什么？
答：这种电动机通过检测定子绕组的反电势或定子三次谐波或续流二极管电流通路作为
转子磁钢的位置信号，该信号检出后，经数字电路处理，送给逻辑开关电路去控制无刷
直流电机换向。
简答题：
1、 在分析无刷直流电动机的运动特性时，做了什么样的假设？
答： 1、转子磁钢产生的磁场在气隙中沿圆周按正弦分布。 2、忽略电枢绕组的电感，电
枢电流可突变。 3、忽略开关管关断的过渡过程，任务每相电流能瞬时产生和关断。
2、 无刷电机机械特性产生弯曲的原因是什么？
答：由于当转矩较大，转速较低时，流过开关管和电枢绕组的电流很大，晶体管压降随
着电流增大而增大较快（非线性） 。使加在电枢绕组上的电压不再恒定，因而机械特性
产生弯曲。
3、 MC33035 构成的无刷电机控制电路中，如何检测电枢电流？
答：MC33035通过检测 Rs 上的电压来检测电动机定子绕组电流。 当 Rs 上电压超过门限，
将导致输出开关关闭。检测电阻一般用受温度影响较小的康铜丝或锰铜丝做成，一般不
大于 0.3 Ω.
简答题：
1、 专用集成芯片控制无刷电机的优缺点是什么？
答：优点：电路简单，成本低廉。缺点：设计不灵活，不可编程，不便开放，电路的数
字化程度不高。
2、 为什么说无传感器位置检测无刷电机存在启动问题？如何解决？
答:1 、无位置传感器无刷直流电动机在静止或低速时，反电动势为零或很小，很难通过
反电动势过零点方法来检测转子的位置。 2、采用磁定位的方法启动，启动时，对任意
两相通电， 使转子转到与定子磁场一致的位置， 通过一个延时来等待电动机轴停止振荡。
3、 什么应用场合需要使用直流力矩电机？
答：直流力矩电动机就是为了满足低转速，大转矩负载的需要而设计的，定能够在长期
堵转货低速运行时产生足够大的转矩，不需要经过齿轮减速而直接带动负载。适用位置
伺服系和低速伺服系统中作执行元件，也适用于需要转矩调节，转矩反馈和一定张力的
场合（例如在只带生产的传动中） 。
简答题：
1、非磁性杯形转子交流电机的优缺点是什么？
答：优点：转子惯量较小，轴承摩擦转矩也较小，由于它的转子没有齿槽，不会与定子产生
齿槽粘合现象， 转矩也不会随转子不同的位置而发生变化， 恒速转动时， 不会出现抖动现象，
运转平稳。缺点：内外定子间隙较大，励磁电流较大，降低了电机的利用率，在相同体积和
重量下， 在一定功率范围内， 杯型转子电动机比鼠笼转子电动机所产生的启动转矩和输出功
率都小。杯型转子伺服电动机结构和制造工艺比较复杂。
2、根据下图说明鼠笼型转子在旋转磁场作用下旋转的过程？
答:1 、假设磁铁顺时针旋转，转码条切割磁力线，产生感应电
动势，由右手定制可知，其方向上出下入。 2、由于导条由短
路环连接，导条中形成回路，有电流流过，导体会收到电磁力
的作用，其方向由左手定则确定，这个方向与磁铁转动方向
一致，也顺时针转动。鼠笼转子便在电磁转矩的作用下，顺着
磁铁旋转的方向转动。
3、什么鼠笼型转子在旋转磁场作用下旋转，转子转速比旋转磁场的转速低？
答：因为电动机要克服负载转矩， 即使是空线， 电动机也要克服阻力转矩， 如摩擦， 风阻等，
只有当转子中有电流时， 才能产生转矩， 要产生电流，转子必须切割磁力线，如果转子与磁
铁转速相同，将无法切割。
4、 两相交流异步电机定子周围圆形磁场是如何形成的？
答：圆形磁场由两个脉振磁场合成，磁通密度两位 Bf 和 Bk。分别位于励磁绕组和控制
绕组的轴线上，两个绕组电流相差 90 度电角度，磁场也相差 90 度。若电流幅值、两相
绕组匝数相同，磁通密度向量的幅值也相等，那么这两个磁场合成一个圆形旋转磁场。
5、 两相交流电机为什么称为异步电机？ 由于交流伺服电动机转速电势低于旋转磁场的
同步速，而且随着负载阻转矩的变化而变化。因此又称为异步电机。 ‘异步’指电机
转速与同步速之间的差异。
简答题：
1、 交流伺服电机对转子电阻的要求是什么？
答：交流伺服电机妖气具有较大转子电阻，以改善机械特性的线性度，但是，转子电阻
不能太大，否则堵转转矩减小，时间常数增大，影响电机的过渡过程且电机运行特性会
变软。
2、 什么是自转现象？为了消除自转，交流伺服电动机零信号时应具有怎样的机械特性？
答：自转现象：伺服电机在控制电压 Uk的作用下，当突然失去控制信号后， Uk=0，阻转
转矩小于单机运行时的最大转矩，电机将继续旋转，产生自转现象。机械特性：交流伺
服电机信号为零时，气隙中是脉振磁场，零信号时的机械特性，其形状 u转子电阻值有
关，如图， R1>R2，零信号机械特性如图。
简答题：
1、 如何利用三相电源的相电压和线电压构成 90°？
答：若三相电源有中点， 可取一相电压 （如 UA）加到控制绕组上， 另外两相的相电压 （如
UCB）加到压力磁绕组上，从图 1 的相位图可知，因 UA与 UCB垂直，所以二者相位相差
90 度。 2、若电源无中点，可接一个三相变压器，利用三相变压器副边上的相电压和线
电压具有 90 度相移，形成两相电压，如图 2. 3 、采用一个具有中心抽头的带铁心的电
抗线圈（或变压器绕组造成人工中点） ， 把电抗线圈两端接在三相电源的 B、C两头上；
如果它的中间抽头为 D点，则 UBC，UDA两个电压正好是 90 度。
2、 影响同步电动机启动的主要因素有哪些？如何解决电机启动问题？
答：主要因素： 1、转子本身存在惯性 2 、旋转磁场的同步转速太快 解决办法：转子
附加笼型绕组。
3、 为什么反应式同步电机的转子不能做成圆柱型？
答：在磁场中，凸极转子总是会转到使磁阻最小的位置，在磁通收缩过程中，转子受到
力矩作用，迫使其与旋转磁场以同步转速旋转，加到转子轴口上的负载转矩越大，夹角
Θ也越大，磁通收缩力越强，产生的转矩也越大，若转子不是凸极式转子，而是圆柱形
转子，将不会产生转矩。
简答题：
1、为什么步进电机随着电源频率的增加，负载能力越差？
答: 步进电机作单步运行时的最大允许负载转矩为 Tq，随着电源频率的增加，电机的转速
也增加， 平均电流值减小， 定子绕组中产生的附加旋转电势使电机受到的阻尼增大。 步进电
机所能带动的最大负载转矩的逐步下降，负载能力变差。
3、 什么是步进电机的矩角特性？并画图说明。
答：步进电机产生的静态转矩 T 随失调角Θ e 的变化规律，用 T=f( Θ e) 曲线表示，称为
步进电机的矩角特性。
简答题：
1、 为什么启动频率比连续运行频率低得多？
答：因为电动机刚启动时转速等于 0，在启动过程中，电磁转矩除了克服负载转矩外，
还要克服转动部分的惯性矩 Jd^2 Θ/dt^2 （J 时电机和负载的总惯量） ，所以启动时电机
的负担比连续运转时重。
2、 如果启动频率过高，为什么步进电机可能会无法启动？
答：因为转子的速度跟不上定子磁场旋转的速度，以致第一步定子的位置落后与平衡位
置较远，以后各步中转子速度增加不多，而定子磁场仍然以正比于脉冲频率的速度向前
转动，因此，转子位置与平衡位置之间的距离越来越大，最后因转子位置落到动稳定区
意外而出现丢步或振荡现象，从而使电机无法启动。
3、 永磁式步进电机的特点和缺点是什么？
答：特点：要求电源提供正负脉冲，即 A-B-(-A)-(-B)-A, 否则不能正常运转，消耗的功
率小，断电时具有定位转矩。缺点：步距负转大。启动频率和运转频率较低，并且采用
正、负电脉冲供电，增加了电源的复杂性。
4、 试述低频丢步的过程是什么？
答： 1、假设开始时， A 相通电，转子处于 A 相的平衡位置 a。2、到达第一个脉冲，转
为 B 相通电，转角特性移动一个步距角Θ be，转子由 B 相的平衡位置 b 点运动，由于转
子的运动过程是一个衰减振荡，要在 b0 点附近的若干次振荡，振荡频率接近于单步运
动时的频率ω 0’。 3、如果控制脉冲的频率为ω 0’，则第二个脉冲正好在转子振荡到
第一次回摆时的最大值 （ R）时到来，磁势，C相通电，矩角特性又移动一个步距角Θ be。
4、如果 R点处于当 C相的稳定区外，由于转子受到负载矩的作用，不是向 C0运动，而
是向 C0’运动。 5、再来一个脉冲，转子由 C0’到 CO点，转子经三个脉冲仍回原来位
置 a0 点，相当于丢了 3 步。
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