特種電機(jī)練習(xí)題01VIP

1、word第1章 無刷直流電動機(jī)及其控制系統(tǒng)一、填空題： 1. 無刷直流電動機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機(jī)。2. 自同步永磁電動機(jī)分為無刷直流電動機(jī)和正弦波永磁同步電動機(jī)。3. 無刷直流電動機(jī)的反電勢為梯形波、供電電流為方波。4. 三相無刷直流電動機(jī)繞組的聯(lián)接方式有星形聯(lián)接和角形聯(lián)接，而逆變器又有橋式和半橋式兩種。5. 無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為。6. 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，一般采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)為速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，不同的是所采用的控制器算法。7. 數(shù)字PID控制算法分為位置式PID控

2、制算法和增量式PID控制算法。8. 位置式PID控制算法的公式為(或 )。9. 增量式PID控制算法的公式為 。10. PWM調(diào)制方式可以分為on_pwm型、pwm_on型、H_pwm-L_on型、H_on-L_pwm型和H_pwm-L_pwm型 ，前四種稱為半橋PWM調(diào)制方式，第五種稱為全橋PWM調(diào)制方式。11. 無刷直流電機(jī)一般通過改變逆變器功率開關(guān)管的邏輯關(guān)系使電樞各相繞組的導(dǎo)通順序發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。12. 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，定子繞組每經(jīng)過 60° 電角度進(jìn)行一次換相，每個功率開關(guān)管導(dǎo)通 120° 電角度。二、判斷題：請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打´或

3、Ö1. 無刷直流電動機(jī)屬于自控式變頻同步電動機(jī)。Ö 2. 無刷直流電動機(jī)可以通過改變磁場的極性實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。´3. 對于單相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，每個開關(guān)管連續(xù)導(dǎo)通時間為120°電角度。Ö4. 無刷直流電動機(jī)的定子合成磁場及轉(zhuǎn)子磁場均為連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場。´5. 三相無刷直流電動機(jī)在兩兩導(dǎo)通方式下，在導(dǎo)通階段只有兩相繞組通電。´6. 三相無刷直流電動機(jī)在三三導(dǎo)通方式下，在導(dǎo)通階段有三相繞組通電。´7. 無刷直流電動機(jī)的電動機(jī)本體為永磁直流電動機(jī)。´8. 無刷直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)時各開關(guān)管的控制邏輯與正轉(zhuǎn)時的

4、控制邏輯正好相反。Ö三、簡答題： 1. 永磁無刷直流電動機(jī)主要由哪幾局部組成？它與普通的永磁直流電動機(jī)相比有何優(yōu)點(diǎn)？答：永磁無刷直流電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成。它采用位置檢測器和功率電子開關(guān)來代替電刷和換向器，既保存了直流電動機(jī)良好的運(yùn)行性能，又具有交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。2. 位置傳感器在無刷直流電動機(jī)中起到什么作用？對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，如果采用光電式位置傳感器，當(dāng)其轉(zhuǎn)子上有p對磁極時，如何設(shè)計(jì)位置傳感器結(jié)構(gòu)？答：位置傳感器在無刷直流電動機(jī)中的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信

5、息。對于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)子是多極時，應(yīng)采用三個位置傳感器，且三個位置傳感器在空間應(yīng)彼此相隔120°空間電角度，即120°/p空間幾何角度，同時還必須保證位置傳感器與繞組的對應(yīng)位置正確。3. 何謂兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)工作方式？簡述兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)的工作原理。答：兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)，電機(jī)本體的電樞繞組為三相星形連接，位置傳感器與電機(jī)本體同軸，控制電路對位置信號進(jìn)行邏輯交換后產(chǎn)生驅(qū)動信號，驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管使電機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60°電角度(1/6

6、周期)，轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出信號就改變一次，經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，逆變器開關(guān)管就發(fā)生一次切換，切換開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為VT1、VT2gVT2、VT3gVT3、VT4g VT4、VT5gVT5、VT6 gVT6、VT1 。在此期間,轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。可見，電機(jī)有六種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時間對應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120°電角度。無刷直流電動機(jī)的這種工作方式稱為兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)。4. 寫出兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)的電壓方程。兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)的電壓方程式為5. 分析無刷直流電動機(jī)利用原位置傳感

7、器進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制的原理。答：無刷直流電動機(jī)利用原位置傳感器進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制是通過改變逆變器功率開關(guān)的導(dǎo)通邏輯，使電樞各相繞組的導(dǎo)通順序發(fā)生變化進(jìn)而從而改變一相導(dǎo)通時的電流方向來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的。無刷直流電動機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時的控制邏輯正好相反。6. 數(shù)字PID算法分為哪兩種？寫出它們的表達(dá)式。答：數(shù)字PID控制算法分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。位置式PID控制算法的表達(dá)式為或 式中，k采樣序號，k=0，1，2；KI 積分系數(shù)， ；KD微分系數(shù)，。增量式PID控制算法的表達(dá)式為式中，7. 簡述無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性。機(jī)械特性曲線 答：無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性為。無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性表

8、達(dá)式與一般直流電動機(jī)相同，機(jī)械特性較硬。在不同的供電電壓下，其機(jī)械特性曲線如右圖所示。由該圖可知，無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性曲線存在彎曲現(xiàn)象，這是由于當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)速較低時流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時開關(guān)管管壓降UT隨著電流增大而增加較快，加在電樞繞組上的電壓有所減小，使得特性曲線偏離直線而向下彎曲。四、分析題：1根據(jù)無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖說明無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的根本工作原理。答：無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)工作時，轉(zhuǎn)子位置檢測器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號送至邏輯控制單元，邏輯控制單元在控制指令的干預(yù)下，根據(jù)現(xiàn)行運(yùn)行狀態(tài)和對正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等要求形成正確的換相信號，去觸發(fā)導(dǎo)通相應(yīng)功率開關(guān)元件，使

9、之按一定順序接通或關(guān)斷繞組，確保電樞產(chǎn)生的步進(jìn)磁場和轉(zhuǎn)子永磁磁場保持平均的垂直關(guān)系。而導(dǎo)通相并不是持續(xù)導(dǎo)通的，它還要受PWM輸出信號的限制，邏輯“與單元的任務(wù)就是把換相信號和PWM信號結(jié)合起來，送到逆變器的驅(qū)動電路。 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)工作時，速度給定信號與速度反響信號比擬后，送入速度調(diào)節(jié)器；速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流給定信號，與電流反響信號比擬后，送入電流調(diào)節(jié)器，輸出PWM調(diào)制信號。根據(jù)換相邏輯信號，順序控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通，由此可以控制逆變器輸出的電壓，相應(yīng)的就可以控制定子繞組的相電流，從而控制無刷直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，確保電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化。 2兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無

10、刷直流電動機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)時，各開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)與位置信號的關(guān)系如下表所示，請推導(dǎo)電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)時各開關(guān)管的控制邏輯。順時針旋轉(zhuǎn) HAHBHC導(dǎo)通管110VT6、VT1010VT1、VT2011VT2、VT3001VT3、VT4101VT4、VT5100VT5、VT6答：開關(guān)管的控制邏輯為：逆時針順時針VT6VT5VT4VT3VT2VT1開關(guān)管3單片機(jī)控制的無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)如下列圖所示，請根據(jù)P1口與各功率開關(guān)的連接關(guān)系，寫出無刷直流電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時P1口輸出的控制字。答：無刷直流電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)時P1口輸出的控制字如下：HA HB HC導(dǎo)通管P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1

11、.0控制字1 1 0VT3、VT410010125H1 0 0VT2、VT30011010DH1 0 1VT1、VT20011100EH0 0 1VT6、VT101011016H0 1 1VT5、VT601001113H0 1 0VT4、VT510001123H.word第2章 開關(guān)磁阻電機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)一、填空題：1. 開關(guān)磁阻電動機(jī)傳動系統(tǒng)主要由四局部組成：開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率變換器、控制器和檢測器。2. 開關(guān)磁阻電動機(jī)采用雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組串聯(lián)或并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個兩極磁極，稱為“一相，繞組為單方向通電。3. 開關(guān)磁阻電動機(jī)的運(yùn)

12、行遵循磁阻最小原理，通電后，磁路有向磁阻最小路徑變化的趨勢。4. 設(shè)每相繞組開關(guān)頻率為fj，轉(zhuǎn)子齒極數(shù)為Nr，那么SR電機(jī)的轉(zhuǎn)速為。5. 開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)向與通電相的電流方向無關(guān)，僅取決于定子繞組通電的順序。改變定子繞組的導(dǎo)通順序就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。6. SRD的根本控制策略是：低速時采用電流PWM控制(CCC控制)；高速時采用單脈沖控制(APC控制)。SRD的根本控制策略是：基速以下，采用電流斬波控制(CCC)；基速以上，采用角度位置控制(APC)。7. SR電動機(jī)通過改變相繞組的 通電位置或勵磁位置和 觸發(fā)順序 即可改變電磁轉(zhuǎn)矩的大小和方向，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。SR電動機(jī)通過改變定子相繞組的

13、通電順序即可改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，通過改變定子相繞組的勵磁位置可改變電磁轉(zhuǎn)矩的大小。從而可以實(shí)現(xiàn) 正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)電動、反轉(zhuǎn)制動 四種運(yùn)行方式，即可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。8. 根據(jù)對SR電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的分析，讓SR電動機(jī)在 電感上升 區(qū)段通電那么產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，在 電感下降 區(qū)段通電那么產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。因此，如果qon、qoff為正轉(zhuǎn)控制角，只要將控制導(dǎo)通區(qū)推遲 半個 周期即可產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。9. 要讓SR電動機(jī)實(shí)現(xiàn)制動，只要通過控制開通角qon和關(guān)斷角qoff，使相電流主要出現(xiàn)在¶L/¶q0區(qū)段即可。10. SRD系統(tǒng)的反響信號一般有 位置 、 速度 、 電流 三種。11. SRD

14、系統(tǒng)位置檢測的目的是 確定SRM定、轉(zhuǎn)子的相對位置 ，以控制 對應(yīng)相繞組的通斷 。12. 數(shù)字測速法有三種：1在規(guī)定時間內(nèi)測量所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)來獲得被測速度，稱為 M法 測速，適用于 高速 場合。2測量相鄰兩個脈沖的時間來測量速度，稱為 T法 測速，適用于 低速 場合。3同時測量檢測時間和在此時間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個數(shù)來測量速度，稱為 M/T法 測速，該方法在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均具有較高的測速精度。13. SRD系統(tǒng)中常用的電流檢測方法有 電阻采樣 和 霍爾電流傳感器采樣 兩種方法。14. SR電動機(jī)常見的功率變換器主電路有雙開關(guān)型、雙繞組型、電容分壓型、H橋型和公共開關(guān)型。其中，雙開關(guān)型、

15、雙繞組型、公共開關(guān)型適用于任意相數(shù)的SR電動機(jī)。15. 四相SR電動機(jī)廣泛采用的功率變換器主電路形式為H橋型，其斬波模式有四相斬波模式和兩相斬波模式。二、判斷題：請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打´或Ö1. 開關(guān)磁阻電動機(jī)的定轉(zhuǎn)子齒極數(shù)可以為奇數(shù)，也可以為偶數(shù)。´2. 開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向與定子繞組的勵磁方向相同。´3. 基于理想線性模型的開關(guān)磁阻電動機(jī)，在電感曲線的上升階段，繞組電流產(chǎn)生電動轉(zhuǎn)矩。Ö4. 開關(guān)磁阻電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向取決于相繞組中電流的方向。´5. 當(dāng)外施電壓一定、開通角qon和關(guān)斷角qoff固定時，SR電動機(jī)的機(jī)械特性類似于串勵直流

16、電動機(jī)。Ö 6. SR電動機(jī)采用APC控制時，一般采用固定開通角qon、改變關(guān)斷角qoff的控制模式。 ´ 7. 實(shí)際的SR電動機(jī)，相繞組的電感不僅與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，還與相繞組電流有關(guān)。Ö 三、簡答題：1. 什么是M法測速、T法測速、M/T法測速？各適用于什么場合？答：在規(guī)定時間內(nèi)測量所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)來獲得被測速度，稱為M法測速測頻法。M法適合于高速運(yùn)行時測速，低速時測速精度較低。T法測速是通過測量相鄰兩個轉(zhuǎn)子位置脈沖之間的間隔時間來計(jì)算轉(zhuǎn)速的一種測速方法。T法適合于低速場合測速。同時測量檢測時間和在此時間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個數(shù)來測量速度，稱為M/T法測速。MT

17、法綜合了M法和T法兩種測速方法的特點(diǎn)，既可在低速段可靠地測速(如T法)，在高速段又如M法具備較高的分辨能力，因此MT法在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均有很好的檢測精度。2. 如何改變開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向？改變電動機(jī)繞組電流的極性能夠改變轉(zhuǎn)矩方向嗎？為什么？答：通過改變相繞組的觸發(fā)順序可以改變開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向。改變電動機(jī)繞組電流的極性不能改變轉(zhuǎn)矩方向。因?yàn)殚_關(guān)磁阻電動機(jī)的運(yùn)行遵循“磁阻最小原理，即磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合，因磁場扭曲而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。開關(guān)磁阻電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時氣隙磁導(dǎo)電感變化產(chǎn)生的，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電流的方向無關(guān)，僅取決于電感隨位置角的變化情況。3.

18、為什么SR電動機(jī)具有良好的起動性能？答：SR電動機(jī)可以通過對相開通角qon、關(guān)斷角qoff和相電流幅值、相繞組電壓的控制，得到滿足不同負(fù)載要求的機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟起動。所以SR電動機(jī)具有良好的起動性能。4. 為什么開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流方向無關(guān)？如何獲得負(fù)轉(zhuǎn)矩？答：SR電動機(jī)的運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理，即磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合，因磁場扭曲而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。SR電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時氣隙磁導(dǎo)(電感)變化產(chǎn)生的，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電流的平方成正比，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電流的方向無關(guān)，僅取決于電感隨位置角的變化情況，所以開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的

19、電流方向無關(guān)?；颍夯诶硐刖€性模型的SR電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，由此可知SR電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時氣隙磁導(dǎo)(電感)變化產(chǎn)生的，電磁轉(zhuǎn)矩的方向僅取決于電感隨位置角的變化情況，與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流方向無關(guān)。將相繞組主開關(guān)器件的導(dǎo)通區(qū)設(shè)在相繞組電感的下降端即可產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩?；颍涸陔姼星€的下降階段給繞組通電，將產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。5. 開關(guān)磁阻電動機(jī)在低速時為什么采用斬波控制？在高速時為什么采用角度控制？答：SR電動機(jī)在起動、低速和中速運(yùn)行時，電壓不變，旋轉(zhuǎn)電動勢引起的壓降小，電感上升期的時間長，而的值相當(dāng)大，為防止電流峰值超過功率開關(guān)器件和電機(jī)的允許值而損壞功率開關(guān)元件和電動機(jī)，在低速時采取電流斬波控制方式來

20、限制電流。在電動機(jī)高速運(yùn)行時，為了使轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速的平方下降，在外施電壓一定的情況下，只有改變開通角qon和關(guān)斷角qoff的值來獲得所需的較大電流，即采用角度位置控制。6. 為什么H橋型主電路不能用于三相SR電動機(jī)？答：H橋型主電路在換相相的磁能以電能形式一局部回饋電源，另一局部注入導(dǎo)通相繞組，引起中點(diǎn)電位的較大浮動。它要求每一瞬間必須上、下各有一相導(dǎo)通。所以不能用于三相SR電動機(jī)。7. 試分析開關(guān)磁阻電動機(jī)與步進(jìn)電動機(jī)的區(qū)別？答： (1)步進(jìn)電動機(jī)一般用作定位，它將數(shù)字脈沖輸入轉(zhuǎn)換成模擬運(yùn)動輸出，對步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)而言，軸的運(yùn)動服從電源的換相，轉(zhuǎn)子在定子磁極軸線間步進(jìn)旋轉(zhuǎn)；而SR電動機(jī)那么用于調(diào)

21、速傳動場合，始終運(yùn)行在自同步狀態(tài)，電源的換相取決于轉(zhuǎn)軸的位置。這就與通常的位置開環(huán)步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)不同，SR電動機(jī)均有檢測轉(zhuǎn)子位置的環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)的控制，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置向功率變換器提供對應(yīng)的勵磁觸發(fā)信號，保證電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可防止步進(jìn)電動機(jī)可能出現(xiàn)的失步現(xiàn)象。(2) SR電動機(jī)可控因素較多，既可調(diào)節(jié)每相主開關(guān)器件的開通角qon、關(guān)斷角qoff，也可采用調(diào)壓或限流斬波控制，調(diào)速方法靈活，易于構(gòu)成性能優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)，并可運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)；而步進(jìn)電動機(jī)只作電動狀態(tài)運(yùn)行，一般只是通過調(diào)節(jié)電源步進(jìn)脈沖的頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。四、畫出圖2-40所示的H橋型主電路在換相時的續(xù)流回路由AB相導(dǎo)通切換為BC相

22、導(dǎo)通。答：在H橋型主電路中，SR電動機(jī)采用兩相通電的工作方式，通過斬波控制進(jìn)行調(diào)速。其斬波模式有兩種：四相斬波模式和兩相斬波模式。四相斬波時的續(xù)流回路 兩相斬波時的續(xù)流回路五、根據(jù)下列圖所示SRD系統(tǒng)的原理圖說明其工作原理。答：SRD系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速反響信號取自位置傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置脈沖信號，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR根據(jù)給定轉(zhuǎn)速W*和實(shí)際轉(zhuǎn)速W的偏差，給出轉(zhuǎn)矩的參考值T*?？刂颇Ｊ竭x擇框表達(dá)了SRD系統(tǒng)的控制策略，它根據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)速信號確定控制模式。1在低速運(yùn)行時，固定開通角qon和關(guān)斷角qoff，采用CCC控制。在CCC方式下，實(shí)際電流的控制是通過PWM斬波實(shí)現(xiàn)的。這時

23、T*可以直接作為電流參考值i*，它與實(shí)際相電流i比擬形成電流偏差，電流調(diào)節(jié)器ACR根據(jù)電流偏差來調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，PWM信號與換相邏輯信號相“與并經(jīng)過放大后控制功率變換器中的功率開關(guān)器件開通或關(guān)斷，從而改變相繞組上的平均電壓，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級調(diào)速。2在高速運(yùn)行時，采用APC控制，將電流參考值i*取得較高，使電流斬波不再出現(xiàn)，僅由轉(zhuǎn)矩指令T*的增減來決定開通角qon和關(guān)斷角qoff的大小。六、一臺四相8/6極SR電動機(jī)，額定功率為4.7kW，轉(zhuǎn)速范圍為2001500r/min，在2001000r/min為恒轉(zhuǎn)矩特性，10001500r/min為恒功率特性，定子極弧寬20°，轉(zhuǎn)子極弧

24、寬24°，Lmin7.24mH，Lmax43.44mH。試畫出理想線性模型下的電感變化曲線，推導(dǎo)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。解：轉(zhuǎn)子槽寬為理想線性模型下繞組電感的分段線性解析式為： 電磁轉(zhuǎn)矩的分段線性解析式為： .word第3章 步進(jìn)電動機(jī)及其控制一、填空題：1. 步進(jìn)電動機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將 電脈沖 信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 角位移 或 線位移 的控制電機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)輸出的角位移或線位移量與 脈沖數(shù) 成正比。2. 步進(jìn)電動機(jī)按勵磁方式的不同可分為反響式、永磁式和混合式。3. 反響式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于控制繞組的通電順序，轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通電的頻率。4. 三相步進(jìn)電動機(jī)采用三相單雙六拍

25、通電方式：“三相是指步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；“單是指每次只給一相繞組通電；“雙那么是每次同時給兩相繞組通電；“六拍是指控制繞組的通電狀態(tài)經(jīng)過六次切換為一個循環(huán)。5. 反響式步進(jìn)電機(jī)三相六拍運(yùn)行方式下的通電順序?yàn)椋篈gABgBgBCgCgCAgA或AgCA gC gBCgB gABgA。6. 步進(jìn)電動機(jī)的矩角特性是指步進(jìn)電動機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角之間的關(guān)系。 7. 步進(jìn)電動機(jī)的矩頻特性是指步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩與電源脈沖頻率之間的關(guān)系。8. 步進(jìn)電動機(jī)空載時的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)為-p<qe<p，動態(tài)穩(wěn)定區(qū)為-p+qbe< qe <p +qbe。9. 步進(jìn)電動機(jī)相鄰兩矩角特性的交點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)

26、矩Tst稱為步進(jìn)電動機(jī)的極限起動轉(zhuǎn)矩。10. 當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)控制脈沖的頻率等于自由振蕩頻率的1/k(k=1,2, 3)_時，轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)強(qiáng)烈振蕩甚至失步。11. 在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，步進(jìn)電動機(jī)不失步地正常起動所能加的最高控制脈沖的頻率，稱為起動頻率。12. 步進(jìn)電動機(jī)每相繞組中的通電是脈沖式的，每輸入個控制脈沖信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，其大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定。13. 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動控制器由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和功率放大器三局部組成。14. 按照電流流過繞組的方向是單向的還是雙向的，步進(jìn)電動機(jī)的功率驅(qū)動電路可分為單極性驅(qū)動電路和雙極性驅(qū)動電路。15. 單極性驅(qū)動電路適用于反響式步進(jìn)

27、電動機(jī)；雙極性驅(qū)動電路適用于永磁式和混合式步進(jìn)電動機(jī)。16. 對一臺結(jié)構(gòu)已確定的步進(jìn)電機(jī)，改變運(yùn)行拍數(shù)可以改變其步距角。17. 某五相步進(jìn)電機(jī)在脈沖電源頻率為2400Hz時，轉(zhuǎn)速為1200rpm，那么可知此時步進(jìn)電機(jī)的步距角為_3°。18. 某步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子有80個齒，采用三相六拍運(yùn)行方式，此時步進(jìn)電機(jī)的步距角為_0.75°_。二、單項(xiàng)選擇題：1.有一四相八極反響式步進(jìn)電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)中有步距角為1.8°/0.9°，那么該電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為2 175 250 3100 4不能確定2.關(guān)于步進(jìn)電機(jī)步距角特性，說法正確的選項(xiàng)是1 （1） 每輸入一個電脈沖信號，轉(zhuǎn)子

28、轉(zhuǎn)過的空間角度稱為步距角 （2） 與轉(zhuǎn)子齒數(shù)成正比，與運(yùn)行拍數(shù)成反比 （3） 與轉(zhuǎn)子齒數(shù)成反比，與運(yùn)行拍數(shù)成正比 （4） 與轉(zhuǎn)子齒數(shù)成正比，與運(yùn)行拍數(shù)成正比3.關(guān)于五相步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性，說法正確的選項(xiàng)是3 （1） 兩相與單相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩相等，三相與兩相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩相等 （2） 兩相與單相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩相等，三相與兩相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩不相等 （3） 兩相與單相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩不相等，三相與單相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩相等 （4） 兩相與單相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩不相等，三相與兩相通電時最大靜轉(zhuǎn)矩不相等三、判斷題：請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打´或Ö1. 永磁式步進(jìn)電動機(jī)要求電源必須供應(yīng)正、脈沖，

29、否那么不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。Ö2. 永磁式步進(jìn)電動機(jī)的步距角可以做得很小。´3. 反響式步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)最低為兩相。´4. 三相反響式步進(jìn)電動機(jī)通過增加通電相數(shù)可提高負(fù)載能力。´5. 步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨著頻率的升高而減小。Ö6. 增加步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)，使矩角特性移動速度減慢，可以增加其起動頻率。Ö7. 在允許的負(fù)載范圍內(nèi)，步進(jìn)電動機(jī)工作時的步數(shù)或轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。Ö四、簡答題： 1. 如何控制步進(jìn)電動機(jī)輸出的角位移或線位移、轉(zhuǎn)速或線速度？答：步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的特殊電動機(jī)。

30、步進(jìn)電動機(jī)的角位移或線位移與脈沖數(shù)成正比，控制輸入脈沖的數(shù)量即可控制步進(jìn)電動機(jī)輸出的角位移或線位移。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速或線速度與輸入脈沖的頻率成正比，控制輸入脈沖的頻率即可控制步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速或線速度。2. 反響式步進(jìn)電動機(jī)與永磁式及感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)在作用原理方面有什么共同點(diǎn)和差異？步進(jìn)電機(jī)與同步電動機(jī)有什么共同點(diǎn)和差異？答：1反響式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)本錢低，步距角可以做得相當(dāng)小，但勵磁電流大最高20A，斷電時沒有定位轉(zhuǎn)矩，電機(jī)內(nèi)阻尼較小，單步運(yùn)行振蕩時間較長，動態(tài)性能相對較差。永磁步進(jìn)電動機(jī)步距角較大，相數(shù)大多為二相或四相，起動頻率較低，控制功率小，斷電時具有一定的保持轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)子式步

31、進(jìn)電動機(jī)不僅具有反響式式步進(jìn)電動機(jī)步距小，運(yùn)行頻率高的特點(diǎn)，還具有永磁步進(jìn)電動機(jī)控制功率小的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)和工藝比擬復(fù)雜。2步進(jìn)電機(jī)與同步電動機(jī)的相同點(diǎn)是其轉(zhuǎn)速都與定子繞組電流的頻率成正比，轉(zhuǎn)向由定子繞組的相序決定。差異在于步進(jìn)電機(jī)是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的。3. 何為步進(jìn)電動機(jī)的步距角？它與哪些因素有關(guān)？為什么步進(jìn)電動機(jī)一般有兩個步距角？答：步進(jìn)電動機(jī)每輸入個控制脈沖信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，其大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定。由于一臺步進(jìn)電動機(jī)既可采用單拍運(yùn)行方式也可用單雙拍運(yùn)行方式，所以步進(jìn)電動機(jī)一般有兩個步距角。4. 步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率和起動頻率有何不同？為什么？答：步進(jìn)電

32、動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率比起動頻率要高得多。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)在起動時，轉(zhuǎn)子要從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩除了克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)矩JdW/dt。如果起動時脈沖頻率過高，那么轉(zhuǎn)子的運(yùn)動速度就跟不上定子磁場的變化，轉(zhuǎn)子就要落后穩(wěn)定平衡位置一個角度。當(dāng)落后的角度使轉(zhuǎn)子的位置在動穩(wěn)定區(qū)之外時，步進(jìn)電動機(jī)就要失步或振蕩，電動機(jī)就不能起動。為此，對起動頻率要有一定的限制。但電機(jī)一旦起動后，由于這時轉(zhuǎn)子的角加速度dW/dt較小，慣性轉(zhuǎn)矩不大，因此電機(jī)仍能升速。所以步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率比起動頻率要高得多。5. 步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率和它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間有怎樣的關(guān)系？為什么？答：步進(jìn)

33、電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的升高而下降。這主要是因?yàn)榭刂泼}沖的頻率升高時，繞組中通電和斷電的周期較短，由于定子繞組電感有延緩電流變化的作用，控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)定值就開始下降，于是電流的平均值較小，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。另外，隨著頻率的提高，步進(jìn)電動機(jī)鐵芯中的渦流損耗也隨之增大，使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩下降。6. 如果一臺步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量較大，試問它的起動頻率有何變化 答：在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時，轉(zhuǎn)動慣量越大，轉(zhuǎn)子速度的增加越慢，起動頻率也就越低。7. 步進(jìn)電動機(jī)在哪些情況下會發(fā)生丟步、振蕩？答：當(dāng)控制脈沖的頻率等于或接近步進(jìn)電機(jī)振蕩頻率的1/k(k=1,2, 3)時，電時機(jī)發(fā)生丟步和振蕩現(xiàn)象。

34、當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率過高時，也會產(chǎn)生失步，甚至還會產(chǎn)生高頻振蕩。五、計(jì)算題：1一臺五相反響式步進(jìn)電動機(jī)步距角為1.5°/0.75°。試問：1這是什么意思？2轉(zhuǎn)子齒數(shù)是多少？ 3寫出五相十拍運(yùn)行方式時的一個通電順序。4在A相繞組中測得電流頻率為600Hz時，電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速是多少？解：1步進(jìn)電動機(jī)定子控制繞組每改變一次通電狀態(tài)，稱為一拍。每一拍電動機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的空間角度稱為步距角。五相反響式步進(jìn)電動機(jī)步距角為1.5°/0.75°，即單五拍或雙五拍運(yùn)行時，步距角為1.5°，單雙十拍運(yùn)行時，步距角為0.75°。2由，得3五相十拍運(yùn)行方式時的通

35、電順序：AgABgBgBCgCgCDgDgDEgEgEAgA42一臺三相反響式步進(jìn)電動機(jī)，步距角為3°/1.5°，它的最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax=0.686N×m，轉(zhuǎn)動局部的轉(zhuǎn)動慣量J=1.725´10-5kg×m2。試求該電機(jī)的自由振蕩頻率f0是多少？自由振蕩的周期T0是多少？解： 201Hz3有一臺三相反響式步進(jìn)電機(jī)，按三相六拍方式運(yùn)行，步矩角b=0.6°，轉(zhuǎn)速n=250r/min，試求轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr和脈沖源的輸入脈沖頻率f。解：由，可得轉(zhuǎn)子齒數(shù) 由，可得脈沖頻率 4有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子繞組，測

36、得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100 r/min，轉(zhuǎn)子有 24個齒。求步進(jìn)電機(jī)的步距角qb和脈沖電源的頻率f。解： 由可得5有臺四相反響式步進(jìn)電動機(jī)，其步距角為1.8°/0.9°，試問：1轉(zhuǎn)子齒數(shù)為多少？2寫出四相八拍運(yùn)行方式時一個循環(huán)的通電次序。3在A相繞組測得電流頻率為400Hz時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為多少？解：1由，可得轉(zhuǎn)子齒數(shù)2四相八拍方式的通電順序?yàn)锳gABgBgBCgCgCDgDgDAgA 或ABgABCg BCg BCDg CDg CDAg DAg DABgAB36一臺四相步進(jìn)電動機(jī)，假設(shè)單相通電時矩角特性為正弦波，其幅值為Tmax，轉(zhuǎn)子失調(diào)角是指A相定子齒軸線和轉(zhuǎn)子齒軸線之間

37、的夾角，1分別作出單相及兩相通電時的矩角特性；2求兩相同時通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩；3求四相八拍運(yùn)行方式時的極限起動轉(zhuǎn)矩。解：12兩相同時通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為。3極限起動轉(zhuǎn)矩為相鄰兩矩角特性的交點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，由，可求得，極限起動轉(zhuǎn)矩。7一臺三相反響式步進(jìn)電動機(jī)，步矩角qb2°/1°，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為0.658N×M，系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量為1.6´10-5kg×m2，求該電機(jī)的自由振蕩頻率和振蕩周期。解：由，可得轉(zhuǎn)子齒數(shù) 自由振蕩頻率 8三相步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr=80， 1要求電動機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min，單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少2要求電動

38、機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少解：1由，可得脈沖頻率 2由，可得脈沖頻率 9一臺五相十拍運(yùn)行的步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr=48，在A相繞組中測得電流頻率為600 Hz，求： 1電動機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速； 2設(shè)單相通電時矩角特性為正弦形，其幅值為3N·m，求三相同時通電時的最大靜轉(zhuǎn)矩TmaxABC。解：12六、分析題：設(shè)步進(jìn)電動機(jī)工作在三相單三拍運(yùn)行方式，其通電順序?yàn)锳BCA，相應(yīng)的矩角特性如下列圖所示，1指出理想空載時B相的靜穩(wěn)定區(qū)和動穩(wěn)定區(qū)；2假設(shè)步進(jìn)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL，分析出B相通電改變?yōu)镃相通電時，步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)動情況，并指出B相的靜穩(wěn)定區(qū)和動穩(wěn)定區(qū)。解：1理想空載時B相的靜穩(wěn)定區(qū)為-60°，120°，動穩(wěn)定區(qū)為60°，1