1、第1頁 共5頁電機與控制作業二（含習題解答）1. 一般單相異步電動機若無起動繞組時，能否自行起動？ 一般單相異步電動機無起動繞組時，是不能自行起動的。因為單相繞組通入正弦交 流電，只能建立隨電源頻率交變的脈振磁場，而不是旋轉磁場，不可能使轉子產生轉矩。2. 一臺定子繞組 Y 接的三相鼠籠式異步電動機輕載運行，若一相引出線突然斷線，電 動機還能否繼續運行？停下來后能否重新起動？為什么？一臺定子繞組 Y 接的三相鼠籠式異步電動機輕載運行，若一相引出線突然斷線，電 動機會繼續運行， 但此時旋轉磁場已由園形旋轉磁場變成橢園形旋轉磁場， 轉子的轉矩變小， 輕載可能繼續運行，重載就可能帶不動了。同樣道理，

2、若電動機停下來再重新起動，也要看 軸上負載的大小，起動轉矩若大于負載轉矩電動機可以轉起來，如果起動轉矩小于負載轉矩 電動機就可能轉不起來。3. 簡述罩極式單相異步電動機的工作原理。罩極式單相異步電動機的轉向如何確定？ 若不拆卸重新裝配轉子，是否可以使其反轉？這種電動機的主要優缺點是什么？罩極式異步電動機的罩極部分與未罩部分產生的磁通之間，在空間相差一個電角 度，在時間上也差一個電角度，會在氣隙中產生橢園形旋轉磁場，切割轉子導條建立轉矩， 而使電動機運轉。電動機的旋轉方向總是從超前相繞組的軸線，轉向滯后相繞組的軸線，若 不拆卸重新裝配轉子，電動機是不可能反轉的。這種罩極式異步電動機的優點是結構簡

3、單、 制造方便、價格便宜，常用于小風扇、電唱機等起動轉矩要求不大的場合；其缺點是只能單 方向運轉。4. 電容分相式單相異步電動機有哪幾種不同型式，各有什么優缺點？如何改變電容分 相式單相異步電動機的轉向？電容分相式單相異步電動機分為電容起動異步電動機、電容運轉異步電動機和電容 起動與運轉異步電動機三種。 電容起動異步電動機所配電容使電動機在起動時旋轉磁場是園 形的，可產生較大的起動轉矩。電容運轉異步電動機所配電容使電動機在運轉時旋轉磁場是 園形的，在運轉時可產生較大的拖動轉矩。電容起動與運轉異步電動機配兩個電容，使電動 機在起動和運轉時都可得到比較好的性能。把工作繞組或起動繞組中的任一個繞組接

4、電源的兩個端子對調，即可實現電機的反轉。5. 單相異步電動機主要分哪幾種類型？ 單相異步電動機分為分相電動機和罩極電動機兩大類。6. 直流伺服電動機的勵磁電壓和電樞控制電壓均維持不變，而負載增加時，電動機的 轉速、電樞電流和電磁轉矩將如何變化？直流伺服電動機的勵磁電壓和電樞控制電壓均維持不變，而負載增加時，電動機的 轉速將下降，電樞電流和電磁轉矩都會增大。7.直流伺服電動機的始動電壓是指什么？直流伺服電動機電刷壓力過大軸承缺乏潤滑 油或轉軸轉動不靈活是否會影響電動機的起動轉矩和始動電壓？從直流伺服電動機的調節特性可以看出，當轉速 n=0 時對應不同的負載轉矩，需要 的控制電壓也不同， 調節特性

5、曲線與橫坐標的交點， 就是不同負載轉矩時電動機的始動電壓。 即電動機處于待動而未動的臨界狀態時所加的控制電壓。始動電壓隨負載轉矩的增大而增 大，一般把調節特性曲線上橫坐標第2頁共5頁從 0 到始動電壓這一范圍稱為在一定負載轉矩時伺服電動 機的失靈區或死區。 直流伺服電動機電刷壓力過大軸承缺乏潤滑油或轉軸轉動不靈活是會影 響電動機的起動轉矩和始動電壓的。會使死區增大。8.直流伺服電動機一般采用什么控制方法？如何使其反轉？ 一般用電壓信號控制直流伺服電動機的轉向與轉速大小。改變電樞繞組電壓的方向 與大小的控制方式，叫電樞控制；改變勵磁電壓的方向與大小的控制方式，叫磁場控制。后 者不如前者，很少采用

6、。將電動機的電樞繞組或勵磁繞組中的任一個繞組接電源的兩個端子 對調，即可實現電機的反轉。9.直流伺服電動機的勵磁電壓下降，對電動機的機械特性如何變化？ 直流伺服電動機的勵磁電壓下降會使磁場減弱，轉速升高，與他勵直流電動機的特 點相同，機械特性曲線上理想空載轉速升高，特性斜率增大。10. 交流伺服電動機有哪幾種控制方法？如何使其反轉？ 交流伺服電動機的控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三種。無論哪種控制 方式，只要將控制信號電壓的相位改變 1800電角度 （反相），從而改變控制繞組與勵磁繞組中電流的相位關系，原來的超前相變為滯后相，原來的滯后相變為超前相，電動機的轉向就 隨之改變。11.交流

7、伺服電動機的自轉現象指什么？如何消除自轉現象？交流伺服電動機的控制電壓為 0 時，轉子立即停轉， 滿足伺服性。 如果控制電壓為 0 時， 轉子仍舊繼續旋轉， 這種失控現象稱交流伺服電動機的 “自轉現象” 。 增大轉子電阻， 使 Sm 1，機械特性處于n、w象限，當交流伺服電動機的控制電壓為o 時，轉子承受制動性轉矩，迫使轉子停轉，這樣就消除了自轉現象。12. 為什么永磁式同步電動機轉子上通常裝有鼠籠繞組？ 永磁式同步電動機轉子上裝的鼠籠繞組繞組。因為旋轉磁場的同步速很高，不能將靜止的轉子牽入同步運行，需要在轉子上安裝鼠籠繞組，使旋轉磁場切割鼠籠轉子導條產生異步 轉矩而起動，當轉子轉速接近同步速

8、時，就很容易地被牽入同步運行。13. 轉子上安裝鼠籠繞組的永磁式同步電動機，轉速不等于同步速時，鼠籠繞組和永久 磁鐵是否都起作用？轉速等于同步速時，鼠籠繞組和永久磁鐵是否都起作用？為什么？轉子上安裝鼠籠繞組的永磁式同步電動機，轉速不等于同步速時，鼠籠繞組起作用，永 久磁鐵不起作用；而當轉速等于同步速時，永久磁鐵起作用，而鼠籠繞組不再起作用。因為 此時轉子轉速等于同步速，旋轉磁場與轉子相對靜止，不再切割鼠籠轉子導條，也就沒有轉 矩產生。14. 將無刷直流電動機與永磁式同步電動機及直流伺服電動機作比較，分析它們之間有 哪些相同和不同點？無刷直流電動機由電子開關電路、永磁式同步電動機及位置傳感器組成

9、，它去掉了普通 直流伺服電動機的電刷和換向器，避免了滑動機械接觸影響電機的精度、性能和可靠性以及 火花引起的無線電干擾，增長了電機壽命，也避免了結構復雜、噪音大、維護困難的缺點， 卻保留了直流電動機調速和起動性能好、堵轉轉矩大的優點；同時還具有交流永磁式同步電 動機結構簡單、運行可靠、維護方便等優點。15. 位置傳感器的作用如何？第3頁共5頁位置傳感器是一種無機械接觸的檢測轉子位置的裝置， 其作用是檢測轉子磁場相對于定 子繞組的位置，代替普通直流電動機的電刷和換向器，實現電子換向。它有多種結構形式， 常見的轉換方式有電磁轉換、光電轉換和磁敏轉換。16. 簡述無刷直流電動機的工作原理。如何使無刷

10、直流電動機反轉？ 無刷直流電動機是由電子開關電路、永磁式同步電動機及位置傳感器組成的電動機系 統。直流電源經開關線路向電動機定子繞組供電，位置傳感器檢測出轉子磁場相對于定子繞 組的位置，并提供信號去觸發開關線路中的功率開關元件使之導通或截止，各相依次通入電 流，和轉子磁極主磁場相互作用，產生轉矩，使電動機旋轉。要實現無刷直流電動機的反轉，可采取以下幾種辦法：（1）改變位置傳感器的輸出電壓信號，采用正反轉兩套位置傳感器。（ 2）使每相繞組兩端頭互換，改變繞組中電流的方向。（3） 用霍爾元件作位置傳感器的，可將每片霍爾元件一對電流端或電勢端端頭互換。（4） 在控制電路中用一邏輯信號（正反轉）指令改

11、變電機各相繞組的導通順序。17. 如何控制反應式步進電動機輸出的角位移和轉速？怎樣改變步進電動機的轉向？反應式步進電動機輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比，其轉速與輸入脈沖的頻率成正比，改變輸入脈沖的數目或改變輸入脈沖的頻率就可以控制反應式步進電動機輸出的角位移 和轉速。反應式步進電動機的旋轉方向取決于輸入脈沖的相序，改變輸入脈沖的相序就可以 使步進電動機反轉。18. 簡要說明步進電動機靜穩定區和動穩定區的概念。不改變步進電動機控制繞組通電狀態時獲得的矩角特性中0=0 時 T=0 ,這一點為步進電動機的穩定平衡點，當0= n時同樣 T=0,但這兩點是不穩定的平衡點。兩個不穩定的平 衡點之間即為步

12、進電動機的靜態穩定區域。步進電動機的動穩定區是指使步進電動機從一種通電狀態切換成另一種通電狀態而不 失步區域。19. 一臺反應式步進電動機，已知相數m=6，單拍運行步距角為 3,單雙拍運行步距角為 1.5，求轉子齒數。解：0sc=360 /mZrC=360 /6X乙X仁 3 或0sc=360 /m 乙 C=360 /6X乙X2=1.5貝U：乙=20 （個齒）20. 一臺采用五相十拍通電的步進電動機，測得步進電動機的轉速為 子有 24個齒，求( 1)步進電動機的步距角( 2)脈沖電源的頻率。解：(1)0sc=360 /mZrC=360 15 X 24 X 2=1.5 (2) n=60f/ mZ

13、Q=60f/5X24X2=100 則 f=400 HZ21. 若一臺四相反應式步進電動機，其步距角為 1.8 /0.9 ，試問( 1) 1.8 /0.9 表 示什么？( 2)轉子齒數為多少？ ( 3)寫出四相八拍運行方式的一個通電順序。( 4)在 A 相繞組測得電源的頻率為 400HZ 時，其每分鐘轉速為多少？解：(1) 1.8 /0.9 表示這臺步進電動機單拍運行時步距角為 1.8 ，單雙拍運行時步 距角為 0.9。(2)0sc=360 /mZrC=360 /4XZrX2=0.9 則 Zr=360 /7.2=50 (個齒)( 3) A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A100r/min

14、，已知轉第4頁 共5頁(4)n=60f/ mZrC=60X400/4X50X2=60(r/min)22. 步進電機的驅動電源由哪幾部分組成？ 步進電機的驅動電源一般由脈沖信號發生電路、 脈沖分配電路和功率放大電路等幾部分 組成。脈沖信號發生電路產生基準頻率信號供給脈沖分配電路，脈沖分配電路完成步進電機 控制的各相脈沖信號，功率放大電路對脈沖分配回路輸出的控制信號進行放大，驅動步進電 機的各相繞組，使步進電機轉動。脈沖分配器有多種形式，早期的有環型分配器，現在逐步被單片機所取代。功率放大電 路有單電壓、雙電壓、斬波型、調頻調壓型和細分型等多種形式。近年來出現將控制信號形 成和功率放大電路合為一體

15、的集成控制電源。23. 影響步進電機性能的因素有哪些？使用時如何改善步進電機的頻率特性？ 步進電機的主要性能指標是頻率特性曲線，步進電機的轉矩隨頻率的增大而減小。步 進電機的頻率特性曲線和許多因素有關， 這些因素包括步進電機的轉子直徑、 轉子鐵心有效 長度、齒數、齒形、齒槽比、步進電機內部的磁路、繞組的繞線方式、定轉子間的氣隙、控 制線路的電壓等。 其中有的因素是步進電機在制造時已確定的， 使用者是不能改變的， 但有 些因素使用者是可以改變的，如控制方式、繞組工作電壓、線路時間常數等。控制方式對頻率特性的影響較大，使用時盡量采用單雙拍控制方式。 線路時間常數小，步進電機的頻率特性好，同時時間常

16、數小也可使起動頻率增高。因此在實際使用時應盡量減小時間常數。為了減少時間常數，可增大電阻RC，為不使穩態電流減少，在增大電阻的同時，可采用提高供電電壓的方法。在實際中，可根據客觀情況來考慮選擇恰當的外部電阻 Rc，使步進電機處于合適的工作狀態。通常在改變開關電壓的同時 改變外接電阻的值，即增大電阻的同時提高開關電壓使步進電機的頻率特性得到改善。在使用步進電機時應使步進電機工作于高頻穩定區。步進電動機的步距角和轉速的特點是不受電壓信號和負載變化的影響，僅與脈沖頻率 有關，它每轉一圈都有固定的步數，在不丟步的情況下運行，其步距角誤差不會長期積累， 如果停機后某些相繞組仍保持通電狀態， 還有自鎖能力

17、。 控制輸入脈沖數量、 頻率及電機各 相繞組的接通順序，可以得到各種需要的運行特性。24. 簡述細分驅動電路的工作原理。1.步進電機細分驅動電路 步進電機的轉動是靠脈沖電壓完成的， 對應一個脈沖電壓， 步進電機轉子轉動一步， 步 進電機的各相繞組電流輪流切換，使轉子旋轉。如果每次進行輸入脈沖切換時，不是將繞組電流全都通入或關斷， 僅改變對應繞組中額定電流的一部分， 那么轉子相應的每步轉動也 只是原步距角的一部分。 通過控制繞組中電流數值即可控制轉子的步距角的大小。所謂細分電路，就是把步進電機的步距角減小，把一步再細分成若干步（如 10 步 ），這樣步進電機的運動近似地變為勻速運動。 并能使它在任何位置停步。 這種將一個步距角細分成若干步來完 成的控制方式， 稱為細分控制方式。采用這種線路可以大大改善步進電機的低頻特性， 可使步進電機的步進角變小， 從而提 高步進電機的控制精度，能實現機床加工的微量進給。步進電機中對電流進行細分， 本質是在繞組上對電流進行疊加， 使原來的矩形電流供電