完整版特种电机练习题01Word文件下载.docx

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转子在空间每转过60电角度（1/6周期），转子位置传感器的输出信号就改变一次，经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，逆变器开关管就发生一次切换，切换开关管的导通逻辑为VT1、VT2VT2、

VT3VT3、VT4VT4、VT5VT5、VT6VT6、VT1……。

在此期间，转子始终受到顺时针方向的电磁转矩作用沿顺时针方向连续旋转。

可见，电机有六种磁状态，每一状态有两相导通，每相绕组的导通时间对应于转子旋转120电

角度。

无刷直流电动机的这种工作方式称为两相导通星形三相六状态。

4.写出两相导通星形三相六状态无刷直流电动机的电压方程。

两相导通星形三相六状态无刷直流电动机的电压方程式为

Uar00iaLM00iaea

d

ub0r0ib0LM0ibeb

dt

uc00ric00LMicec

5.分析无刷直流电动机利用原位置传感器进行反转控制的原理。

无刷直流电动机利用原位置传感器进行反转控制是通过改变逆变器功率开关的导通逻辑，使

电枢各相绕组的导通顺序发生变化进而从而改变一相导通时的电流方向来改变电机转向的。

无刷

直流电动机正转和反转时的控制逻辑正好相反。

6.数字PID算法分为哪两种？

写出它们的表达式。

数字PID控制算法分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。

位置式PID控制算法的表达式为

式中，k――采样序号，k=0,1,2…；

KI—积分系数，KiKpT;

T|

Kd—微分系数，KdKpTd。

T

增量式PID控制算法的表达式为

2

△UkUkUk1Kp（qek1）K|QKdG2ekiek2）Kp姐KgKd△ek

式中，ekekek1；

△ekek2q1Q2ekQ1。

7.简述无刷直流电动机的机械特性。

四、分析题：

1•根据无刷直流电动机控制系统的原理图说明无刷直流电动机控制系统的基本工作原理

无刷直流电动机控制系统工作时，转子位置检测器产生的转子位置信号送至逻辑控制单元，逻辑控制单元在控制指令的干预下，根据现行运行状态和对正转、反转等要求形成正确的换相信号，去触发导通相应功率开关元件，使之按一定顺序接通或关断绕组，确保电枢产生的步进磁场和转子永磁磁场保持平均的垂直关系。

而导通相并不是持续导通的，它还要受PWM输出信号的限制，逻辑与”单元的任务就是把换相信号和PWM信号结合起来，送到逆变器的驱动电路。

无刷直流电动机控制系统工作时，速度给定信号与速度反馈信号比较后，送入速度调节器；

速度

调节器的输出作为电流给定信号，与电流反馈信号比较后，送入电流调节器，输出PWM调制信

号。

根据换相逻辑信号，顺序控制功率开关器件的导通，由此可以控制逆变器输出的电压，相应的就可以控制定子绕组的相电流，从而控制无刷直流电动机的电磁转矩，确保电动机的实际转速跟随给定转速变化。

2•两相导通星形三相六状态无刷直流电动机顺时针旋转时，各开关管导通状态与位置信号的关系如下表所示，请推导电机顺时针旋转和逆时针旋转时各开关管的控制逻辑。

顺时针旋转

Ha

Hb

Hc

导通管

1

VT6、VT1

VT1、VT2

VT2、VT3

VT3、VT4

VT4、VT5

VT5、VT6

开关管的控制逻辑为:

开关管

VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

顺时针

HbHc

HaHb

HaHc

逆时针

P1口与各功率开关的连接关系，写

3•单片机控制的无刷直流电动机系统如下图所示，请根据出无刷直流电机逆时针旋转时P1口输出的控制字。

□Or

无刷直流电机逆时针旋转时P1口输出的控制字如下:

VT6―

VI2

-E

TA^2A3A

7409

1B

2B

3B

P1.0

P1.1

P0.4P1.2

P0.5

P0.6

P1.3

P1.4

P1.5CygnalC8051

P0.0

r

PWM

VT

HaHbHe

P1.5

P1.2

控制字

110

25H

100

0DH

101

0EH

001

16H

011

13H

010

23H

第2章开关磁阻电机及其驱动控制系统

一、填空题：

1.开关磁阻电动机传动系统主要由四部分组成：

开关磁阻电动机、功率变换器、控制器和检测—器。

2.开关磁阻电动机采用双凸极结构，转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向

相对的两个绕组串联或并联在一起，构成一个两极磁极，称为一相”绕组为单方向通电。

3.开关磁阻电动机的运行遵循磁阻最小原理，通电后，磁路有向磁阻最小路径变化的趋势。

60f

n-

4.设每相绕组开关频率为f，转子齿极数为Nr，则SR电机的转速为Nr。

5.开关磁阻电动机的转向与通电相的电流方向无关，仅取决于定子绕组通电的顺序。

改变定子

绕组的导通顺序就可改变电机的转向。

6.SRD的基本控制策略是：

低速时采用电流PWM控制（CCC控制）;

高速时采用单脉冲控制（APC控制）。

SRD的基本控制策略是：

基速以下，采用电流斩波控制（CCC）;

基速以上，采用角度位置控制（APC）。

7.SR电动机通过改变相绕组的通电位置（或励磁位置）和触发顺序即可改变电磁转矩的

大小和方向，实现四象限运行。

SR电动机通过改变定子相绕组的通电顺序即可改变电磁转矩的方向，通过改变定子相绕组的励磁位置可改变电磁转矩的大小。

从而可以实现正转电动、正转制动、反转电动、反转

制动四种运行方式，即可以实现四象限运行。

8.根据对SR电动机电磁转矩的分析，让SR电动机在电感上升区段通电则产牛正转矩,在』

感下降区段通电则产生负转矩。

因此，如果on、off为正转控制角，只要将控制导通区推

迟半个周期即可产生负转矩。

9.要让SR电动机实现制动，只要通过控制开通角on和关断角off，使相电流主要出现在丄—V0区段即可。

10.SRD系统的反馈信号一般有位置、速度、电流三种。

11.SRD系统位置检测的目的是确定SRM定、转子的相对位置，以控制对应相绕组的通

断。

12.数字测速法有三种：

（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测

速，适用于高速场合。

（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速，适用

于低速场合。

（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速，该方法在很宽的转速范围内均具有较高的测速精度。

13.SRD系统中常用的电流检测方法有电阻采样和霍尔电流传感器采样两种方法。

14.SR电动机常见的功率变换器主电路有双开关型、双绕组型、电容分压型、H桥型和公共开

关型。

其中，双开关型、双绕组型、公共开关型适用于任意相数的SR电动机。

15.四相SR电动机广泛米用的功率变换器主电路形式为H桥型，其斩波模式有四相斩波模式和两相斩波模式。

1.开关磁阻电动机的定转子齿极数可以为奇数，也可以为偶数。

（）

2.开关磁阻电动机的转动方向与定子绕组的励磁方向相同。

3.基于理想线性模型的开关磁阻电动机，在电感曲线的上升阶段，绕组电流产生电动转矩。

4.开关磁阻电动机电磁转矩的方向取决于相绕组中电流的方向。

5.当外施电压一定、开通角on和关断角off固定时，SR电动机的机械特性类似于串励直流电

动机。

6.SR电动机米用APC控制时，一般米用固定开通角on、改变关断角off的控制模式。

7.实际的SR电动机，相绕组的电感不仅与转子位置有关，还与相绕组电流有关。

1.什么是M法测速、T法测速、M/T法测速？

各适用于什么场合？

在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度,称为M法测速（测频法）。

M法适合

于高速运行时测速，低速时测速精度较低。

T法测速是通过测量相邻两个转子位置脉冲之间的间隔时间来计算转速的一种测速方法。

T法适

合于低速场合测速。

同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。

M

/T法综合了M法和T法两种测速方法的特点，既可在低速段可靠地测速（如T法），在高速段又如M法具备较高的分辨能力，因此M/T法在较宽的转速范围内均有很好的检测精度。

2.如何改变开关磁阻电动机的转矩方向？

改变电动机绕组电流的极性能够改变转矩方向吗？

为什么？

通过改变相绕组的触发顺序可以改变开关磁阻电动机的转矩方向。

改变电动机绕组电流的极性不能改变转矩方向。

因为开关磁阻电动机的运行遵循“磁阻最小原理”即磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

开关磁阻

电动机的电磁转矩是由于转子转动时气隙磁导（电感）变化产生的，电磁转矩的方向与电流的方

向无关，仅取决于电感随位置角的变化情况。

3.为什么SR电动机具有良好的起动性能？

答:

SR电动机可以通过对相开通角on、关断角off和相电流幅值、相绕组电压的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，实现系统的软起动。

所以SR电动机具有良好的起动性能。

4.为什么开关磁阻电动机的转矩方向与产生转矩的电流方向无关？

如何获得负转矩？

SR电动机的运行原理遵循磁阻最小原理”即磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

SR电动机的电磁转矩是由于转子转动时气隙磁导（电感）变化产生的，电磁转矩的大小与电流的平方成正比，电磁转矩的方向与电流的方向无关，仅取决于电感随位置角的变化情况，所以开关磁阻电动机的转矩方向与产生转矩的电流方向无关。

或：

基于理想线性模型的SR电动机电磁转矩Te（i,）-i2—，由此可知SR电动机的电磁转矩

是由于转子转动时气隙磁导（电感）变化产生的，电磁转矩的方向仅取决于电感随位置角的变化情况，与产生转矩的电流方向无关。

将相绕组主开关器件的导通区设在相绕组电感的下降端即可产生负转矩。

在电感曲线的下降阶段给绕组通电，将产生负转矩。

5.开关磁阻电动机在低速时为什么采用斩波控制？

在高速时为什么采用角度控制？

SR电动机在起动、低速和中速运行时，电压不变，旋转电动势引起的压降小，电感上升期

的时间长，而的值相当大，为避免电流峰值超过功率开关器件和电机的允许值而损坏功率开dt

关元件和电动机，在低速时米取电流斩波控制方式来限制电流。

在电动机高速运行时，为了使转矩不随转速的平方下降，在外施电压一定的情况下，只有改变开通角on和关断角off的值来获得所需的较大电流，即采用角度位置控制。

6.为什么H桥型主电路不能用于三相SR电动机？

H桥型主电路在换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源，另一部分注入导通相绕组，引起中点电位的较大浮动。

它要求每一瞬间必须上、下各有一相导通。

所以不能用于三相SR电动机。

7.试分析开关磁阻电动机与步进电动机的区别？

（1）步进电动机一般用作定位，它将数字脉冲输入转换成模拟运动输出，对步进电动机系统而言，轴的运动服从电源的换相，转子在定子磁极轴线间步进旋转；

而SR电动机则用于调速传

动场合，始终运行在自同步状态，电源的换相取决于转轴的位置。

这就与通常的位置开环步进电动机系统不同，SR电动机均有检测转子位置的环节以实现位置闭环的控制，控制器根据转子位置向功率变换器提供对应的励磁触发信号，保证电动机连续运转，从而可避免步进电动机可能出现的失步现象。

（2）SR电动机可控因素较多，既可调节每相主开关器件的开通角on、关断角off，也可采用调压

或限流斩波控制，调速方法灵活，易于构成性能优良的调速系统，并可运行在发电状态；

而步进电动机只作电动状态运行，一般只是通过调节电源步进脉冲的频率来调节转速。

四、画出图2-40所示的H桥型主电路在换相时的续流回路（由AB相导通切换为BC相导通）。

在H桥型主电路中，SR电动机采用两相通电的工作方式，通过斩波控制进行调速。

其斩波模式有两种：

四相斩波模式和两相斩波模式。

五、根据下图所示SRD系统的原理图说明其工作原理

SRD系统采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构。

转速反馈信号取自位置传感器输出的转子位置脉冲信号，转速调节器ASR根据给定转速*和实际转速的偏差，给出转矩的参

考值T*。

控制模式选择框体现了SRD系统的控制策略，它根据实时转速信号确定控制模式。

（1）在低速

运行时，固定开通角on和关断角off，采用CCC控制。

在CCC方式下，实际电流的控制是通

过PWM斩波实现的。

这时T*可以直接作为电流参考值i*，它与实际相电流i比较形成电流偏差，电流调节器ACR根据电流偏差来调节PWM信号的占空比，PWM信号与换相逻辑信号相“与”并经过放大后控制功率变换器中的功率开关器件开通或关断，从而改变相绕组上的平均电压，实

现恒转矩无级调速。

（2）在高速运行时，采用APC控制，将电流参考值i*取得较高，使电流斩波不再出现，仅由转矩指令T*的增减来决定开通角on和关断角off的大小。

六、一台四相8/6极SR电动机，额定功率为4.7kW,转速范围为200〜1500r/min,在200〜1000r/min为恒转矩特性，1000~1500r/min为恒功率特性，定子极弧宽20，转子极弧宽24,Lmin=7.24mH,Lmax=43.44mH。

试画出理想线性模型下的电感变化曲线，推导电磁转矩表达式。

解:

360

Nr

转子槽宽为

36

s32

型60

6

r6024

3620

28

20

24

52

2「

-=8,

s28

32

43.44

理想线性模型下绕组电感的分段线性解析式为:

Lmax

7.24

1.81

8

1.81（

8）7.24

0.905i2

L（）

Te（）

1.81（32）

0.9052

电磁转矩的分段线性解析式为:

第3章步进电动机及其控制

一、填空题：

1.步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或

线位移的控制电机。

步进电动机输出的角位移或线位移量与脉冲数成正比。

2.步进电动机按励磁方式的不同可分为反应式、永磁式和混合式。

3.反应式步进电动机的转向取决于控制绕组的通电顺序，转速取决于控制绕组通电的频率。

4.三相步进电动机采用三相单双六拍通电方式：

“三相”是指步进电机的相数；

“单”是指每次只给一相绕组通电；

“双”则是每次同时给两相绕组通电；

“六拍”是指控制绕组的通电状态经过六次切换为一个循环。

5.反应式步进电机三相六拍运行方式下的通电顺序为：

AABBBCCCAA…（或

ACACBCBABA…）。

6.步进电动机的矩角特性是指步进电动机的静转矩与转子失调角之间的关系。

7.步进电动机的矩频特性是指步进电动机的动态转矩与电源脉冲频率之间的关系。

8.步进电动机空载时的静态稳定区为<

e<

+,动态稳定区为（+be）<

e<

（+be）。

9.步进电动机相邻两矩角特性的交点所对应的转矩Tst称为步进电动机的极限起动转矩。

10.当步进电动机控制脉冲的频率等于自由振荡频率的1/k（k=1,2,3•二时，转子会出现强烈振

荡甚至失步。

11.在一定的负载转矩下，步进电动机不失步地正常起动所能加的最高控制脉冲的频率，称为

起动频率。

12.步进电动机每相绕组中的通电是脉冲式的，每输入一个控制脉冲信号，转子转过的角度称

为步距角，其大小由转子齿数和运行拍数决定。

13.步进电动机的驱动控制器由脉冲发生器、脉冲分配器和功率放大器三部分组成。

14.按照电流流过绕组的方向是单向的还是双向的，步进电动机的功率驱动电路可分为单极性驱动电路和双极性驱动电路。

15.单极性驱动电路话用于反应式步进电动机;

双极性驱动电路话用于永磁式和混合式步进电动机。

16.对一台结构已确定的步进电机，改变运行拍数可以改变其步距角。

17.某五相步进电机在脉冲电源频率为2400Hz时，转速为1200rpm,则可知此时步进电机的步距角为。

18.某步进电机转子有80个齿，采用三相六拍运行方式，此时步进电机的步距角为_075_。

二、单项选择题：

1.有一四相八极反应式步进电机，其技术数据中有步距角为1.8/0.9，。

则该电机转子齿数为（2。

（1）75

（2）50（3）100（4）不能确定

2.关于步进电机步距角特性，说法正确的是（_1）

（1）每输入一个电脉冲信号，转子转过的空间角度称为步距角

（2）与转子齿数成正比，与运行拍数成反比

（3）与转子齿数成反比，与运行拍数成正比

（4）与转子齿数成正比，与运行拍数成正比

3•关于五相步进电机的运行特性，说法正确的是（3）

（1）两相与单相通电时最大静转矩相等，三相与两相通电时最大静转矩相等

（2）两相与单相通电时最大静转矩相等，三相与两相通电时最大静转矩不相等

（3）两相与单相通电时最大静转矩不相等，三相与单相通电时最大静转矩相等

（4）两相与单相通电时最大静转矩不相等，三相与两相通电时最大静转矩不相等

三、判断题：

1.永磁式步进电动机要求电源必须供给正、脉冲，否则不能连续运转。

2.永磁式步进电动机的步距角可以做得很小。

3.反应式步进电动机的相数最低为两相。

4.三相反应式步进电动机通过增加通电相数可提高负载能力。

5.步进电动机的转矩随着频率的升高而减小。

6.增加步进电动机运行的拍数，使矩角特性移动速度减慢，可以增加其起动频率。

7.在允许的负载范围内，步进电动机工作时的步数或转速不受电压波动和负载变化的影响。

四、简答题：

1.如何控制步进电动机输出的角位移或线位移、转速或线速度？

步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移（或线位移）的特殊电动机。

步进电动机的角位移或线位移与脉冲数成正比，控制输入脉冲的数量即可控制步进电动机输出的角位移或线位移。

步进电动机的转速或线速度与输入脉冲的频率成正比，控制输入脉冲的频率即可控制步进电动机的转速或线速度。

2.反应式步进电动机与永磁式及感应子式步进电动机在作用原理方面有什么共同点和差异？

步进电机与同步电动机有什么共同点和差异？

（1）反应式步进电动机结构简单、生产成本低，步距角可以做得相当小，但励磁电流大

（最高20A），断电时没有定位转矩，电机内阻尼较小，单步运行振荡时间较长，动态性能相对较差。

永磁步进电动机步距角较大，相数大多为二相或四相，起动频率较低，控制功率小，断电时具有一定的保持转矩。

感应子式步进电动机不仅具有反应式式步进电动机步距小，运行频率高的特点，还具有永磁步进电动机控制功率小的优点，但其结构和工艺比较复杂。

（2）步进电机与同步电动机的相同点是其转速都与定子绕组电流的频率成正比，转向由定子绕组的相序决定。

差异在于步进电机是通过输入脉冲信号来进行控制的。

3.何为步进电动机的步距角？

它与哪些因素有关？

为什么步进电动机一般有两个步距角？

步进电动机每输入—个控制脉冲信号，转子转过的角度称为步距角，