大工22春《微特电机其控制》在线#.docx

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大工11春《微特电机及其控制》在线作业1

一、单选题<共6道试卷，共30分。

）

1.控制器ML4428的工作电压为（>。

A.3.3VB.5VC.12VD.15V

2.从理论上来讲，无刷直流电动机气隙磁场的极弧宽度为（>度电角度时，脉动转矩为0，输出转矩最大。

A.60B.90C.120D.180

3.无刷直流电动机主电路为星形连接三相桥式，采用二二导通方式，忽略换相影响，当梯形波反电动势的平顶宽度大于等于（>度电角度时，转矩脉动为0。

A.45B.90C.120D.150

4.无刷直流电动机主电路为星形连接三相桥式，采用三三导通方式，则每个管子导通时间为（>度电角度。

A.90B.120C.150D.180

5.TMS320LF2407控制器具有3个（>位通用定时/计数器。

A.8B.16C.32D.64

6.在三次谐波检测法中，三次谐波分量的一个周期对应基波分量的（>度电角度。

A.45B.60C.90D.120

二、多选题<共7道试卷，共42分。

）

1.无刷直流电动机常用的无位置传感器的位置检测方法有（>。

A.反电动势检测B.续流二极管状态检测C.三次谐波检测D.瞬时电压方程检测

2.无刷直流电动机的特点包括（>。

A.无需考虑转子冷却问题B.可在高速下工作C.不必经常维护D.电机结构简单

3.用微处理器取代模拟电路作为电机控制器的优点包括（>。

A.电路更加简单B.提高控制灵活性C.控制精度高D.可提供人机界面

4.以下属于TMS320LF2407控制器的特点的是（>。

A.低功耗、高速度B.工作电压为5VC.地址总线为32位D.单指令周期最短为25ns

5.以下属于无刷直流电动机的基本组成部分的是（>。

A.电动机本体B.位置检测器C.逆变器D.互感器

6.无刷直流电动机控制系统设计的一般步骤包括（>。

A.了解电机特性，明确设计任务B.硬件电路设计C.控制软件设计D.综合调试

7.造成无刷直流电动机转矩脉动的原因包括（>。

A.电磁因素B.换相C.定子齿槽D.电枢反应

三、判断题<共7道试卷，共28分。

）

1.无刷直流电动机的机械特性较硬。

B.正确

2.电动机负载运行时主磁场对电枢绕组产生的磁场的影响称为电枢反应。

A.错误

3.无刷直流电动机的控制方法简单，但控制器成本较高。

A.错误

4.无刷直流电动机的电机本体实际上是一种永磁同步电机。

B.正确

5.逆变器是将交流电转换成直流电的装置。

A.错误

6.无刷直流电动机可以通过调节励磁调速。

A.错误

7.交轴电枢磁动势对主磁场的作用是使气隙磁场波形发生畸变。

B.正确

大工11春《微特电机及其控制》在线作业2

一、单选题<共6道试卷，共30分。

）

1.PI调节中，比例调节的输出与偏差的关系为（>。

A.正比于偏差B.反比于偏差C.正比于偏差的平方D.反比于偏差的平方

2.开关磁阻电机双开关型主电路的优点不包括（>。

A.开关器件电压容量要求比较低B.各相电流可以独立控制C.适用于高压场合D.开关器件数量少

3.对于开关磁阻电机来说，在（>阶段，绕组电流产生正向转矩。

A.电感上升B.电感下降C.电感最大D.电感最小

4.H桥型主电路可以用于（>开关磁阻电动机。

A.3相B.4相C.5相D.6相

5.电容分压型功率变换器电路的特点不包括（>。

A.功率器件少B.电机的相数必须是偶数C.电源电压利用率高D.适用于电源电压较高的场合

6.以下不属于开关磁阻电机传动系统的不足的是（>。

A.起动转矩低B.存在转矩脉动C.振动相对较大D.电机出线较多

二、多选题<共7道试卷，共42分。

）

1.开关磁阻发电机的控制方式主要有（>。

A.角度控制B.速度控制C.电流斩波控制D.PWM控制

2.以下属于开关磁阻电机传动系统的优点的是（>。

A.功率电路简单B.可控参数多C.效率高D.起动电流低

3.以下属于开关磁阻电机传动系统的组成部分的是（>。

A.检测器B.控制器C.功率变换器D.负载

4.开关磁阻传动系统的主要反馈信号包括（>。

A.时间B.电流C.位置D.速度

5.以下属于开关磁阻电动机可控参数的是（>。

A.开通角B.关断角C.相电流幅值D.相绕组电压

6.开关磁阻电机发电运行必须满足的条件是（>。

A.有原动机提供机械能B.为绕组提供励磁C.必须运行在第二临界转速以上D.提供转子位置信息

7.对于开关磁阻电机来说，可行的位置检测方案包括（>。

A.安装光敏式检测器B.安装磁敏式检测器C.安装接近开关D.采用无位置传感器检测法

三、判断题<共7道试卷，共28分。

）

1.单相开关磁阻电动机只能在转子处于某一位置时自起动。

B.正确

2.开关磁阻电动机的电磁转矩的大小与其电流值成正比。

A.错误

3.四相开关磁阻电动机具有自起动能力。

B.正确

4.控制器是开关磁阻电机传动系统能量传输的关键部分。

A.错误

5.开关磁阻电动机运行遵循磁阻最小原理。

B.正确

6.改变开关磁阻电动机定子绕组的通电顺序就能改变电机的旋转方向。

B.正确

7.当外施电压、开通角、关断角固定时，开关磁阻电动机的转矩、功率与转速的关系类似于直流电动机的并励特性。

A.错误

大工11春《微特电机及其控制》在线作业3

一、单选题<共6道试卷，共30分。

）

1.对于盘式永磁同步电机来说以下哪种电机结构最为简单（>。

A.中间转子结构B.中间定子结构C.单定子、单转子结构D.多盘式结构

2.三相步进电动机，采用单三拍通电运行方式，其步距角应为（>。

A.15度B.30度C.45度D.60度

3.在行波型超声波电动机的控制方式中，响应快、易于实现低速起动，应用的最多的方式为（>。

A.正反脉宽调幅控制B.相位差控制C.变频控制D.电压幅值控制

4.三相反应式步进电动机采用单双相轮流通电方式，则每次通断电定子合成磁动势向量在空间转过（>电角度。

A.45度B.60度C.120度D.150度

5.超声波电动机利用压电材料的（>把电能转换为弹性体的超声振动。

A.临近效应B.光电效应C.集肤效应D.逆压电效应

6.三相步进电动机，采用单双六拍通电运行方式，其步距角应为（>。

A.15度B.30度C.45度D.60度

二、多选题<共7道试卷，共42分。

）

1.盘式永磁直流电动机的特点包括（>。

A.转矩输出平稳B.不存在涡流损耗C.电枢绕组电感小D.转动惯量小

2.以下属于永磁式步进电动机的特点的是（>。

A.控制功率小B.有强的内阻尼力矩C.在断电的情况下有定位转矩D.起动频率较低

3.按励磁方式分类，步进电动机可分为（>。

A.永磁式B.电流式C.反应式D.混合式

4.以下属于直线电动机的优点的是（>。

A.随动性好B.装配灵活性大C.电机容易密封D.散热条件好

5.直线直流电动机的主要类型包括（>。

A.电流式B.电压式C.永磁式D.电磁式

6.以下属于步进电动机开环驱动控制器的组成部分的是（>。

A.脉冲分配器B.运算放大器C.功率放大器D.位置检测器

7.超声波电动机的优点包括（>。

A.低速转矩大B.体积小、重量轻C.无电磁干扰D.形式灵活

三、判断题<共7道试卷，共28分。

）

1.盘式电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的。

B.正确

2.直线电机的次级相当于旋转电机的定子。

A.错误

3.步进电动机带惯性负载的能力很强。

A.错误

4.对于三相步进电动机，单三拍通电方式与双三拍通电方式所产生的步距角相同。

B.正确

5.步进电动机采用角度细分控制可以起到抑制转矩波动的作用。

B.正确

6.直线电动机本身结构简单，可做到无接触运行。

B.正确

7.超声波电机的运行效率很高。

A.错误

《微特电机及其控制》课程测试

模拟试卷

一、填空题<本大题共10小题，每小题2分，共20分）

1、无刷直流电动机是一种由电动机本体、位置检测器、控制器和逆变器组成的自同步电动机系统或自控式变频同步电动机。

2、无刷直流电动机系统通常采用转速和电流的双闭环控制。

3、SR电动机/SRM是SRD系统中实现机电能量转换的部件。

4、在运行SR电机时，为了在基速以下获得恒转矩特性，通常采用的控制方式是电流斩波控制。

5、SR电动机的电磁转矩是因为转子转动时气隙磁导变化产生的，电感对位置角的变化率越大，转矩越大。

6、SRD系统的电流检测常采用电阻采样和霍尔电流传感器采样两种方法。

7、按励磁方式分类，可将步进电机分为永磁式、反应式和混合式三种。

8、按照电流流过绕组的方向，步进电动机的功率放大电路分为单极性驱动电路和双极性驱动电路两类。

9、步进电动机的运行速度决定于绕组的通电频率。

10、直线电动机主要有扁平式、圆筒式（或管形>、圆弧式和圆盘式等结构形式。

二、名词解释题<本大题共6小题，每小题4分，共24分）

1、APC控制

APC控制——即角度位置控制模式，在SR电机高速运行时，通过调节开通角θon和关断角θoff的大小来控制SR电机。

2、M法测速

M法测速——在规定的检测时间Tc内，对位置脉冲信号的个数m1进行计数，从而得到转速的测量值。

3、SR电机的线性模型

SR电机的线性模型——在分析SR电机时，不计磁路的饱和影响，认为绕组的电感与电流大小无关；且假定电机以恒速运行，此时SR电机的电感仅随位置角变化，如图所示。

4、步进电动机的角度细分控制

步进电动机的角度细分控制——又称为微步距控制，是步进电动机开环控制的新技术之一。

所谓细分控制就是把步进电机的步距角减小，把原来的一步再细分成若干步，这样，步进电机的运动近似地变为匀速运动，并能使它在任何位置停步。

5、PID调节器

PID调节器——即比例、积分、微分调节器，是调速系统中转速环与电流环最常用的调节器。

6、超声波电动机基本原理

超声波电动机基本原理——利用压电材料的逆压电效应（即电致伸缩效应>，把电能转换为弹性体的超声振动，并通过摩擦传动的方式转换成运动体的回转运动或直线运动。

三、简答题<本大题共4小题，每小题6分，共24分）

1、简述基于反电动势检测的无刷直流电动机的无位置传感器位置检测方法。

答：

对于最常见的两相导通星形三相六状态工作方式，除了换相的瞬间之外，在任意时刻，电机总有一相绕组处于断电状态。

当断电相绕组的反电动势过零点之后，再经过30︒电角度，就是该相的换相点。

因此，只要检测到各相绕组反电动势的过零点，就可确定电机的转子位置和下次换流的时间。

评分要点：

1）检测反电动势过零点

2）经过30︒电角度是换相点

2、简述开通角、关断角对SR电机的电流波形的影响。

答：

开通角越小，电流上升越大，如图示。

关断角越大，电流持续时间越长，如图示。

开通角对相电流波形的影响关断角对相电流波形的影响

3、如何防止步进电动机振荡和失步？

答：

为防止步进电动机振荡和失步，主要采取下列措施：

1）避开步进电动机的共振频率；

2）在步进电动机运行中增加阻尼，包括机械阻尼和电气阻尼，电气阻尼简便可行，主要有多相通电和延迟断电等法；

3）提高动态转矩、减小转动惯量。

4、简述行波型超声波电动机的结构和工作原理。

答：

行波型超声波电动机也是由定子（振动体>和转子（移动体>两部分组成，其定子由弹性体和压电陶瓷（PZT>构成；其转子为一个金属板。

定子和转子在压力作用下紧密接触，为了减少定、转子之间相对运动产生的磨损，通常在二者之间（转子上>加一层摩擦材料。

它利用压电材料的逆压电效应（即电致伸缩效应>，把电能转换为弹性体的超声振动，并通过摩擦传动的方式转换成运动体的回转或直线运动。

四、计算题<本大题1小题，共12分）

一台四相反应式步进电动机，采用四相双四拍运行方式，转子齿数Zr=48，脉冲电源频率为1000Hz。

<1）写出一个循环的通电顺序；<2）求电动机的步距角θb；<3）求电动机的转速n；<4）求电动机每秒钟转过的机械角度θ。

解：

<1）一个循环的通电顺序为

AB——→BC——→CD——→DA——→AB

<2）由题可知：

相数m=4，状态系数C=1，转子齿数

=48，

故步距角为：

<3）转速为：

<4）电动机每秒钟通电脉冲个数N为1000，故：

五、设计分析题<本大题1小题，共20分）

一台电动车驱动用无刷直流电动机，额定电压48V，额定功率800W，额定转速360r/min，要求蓄电池电压低至45V时进行欠压保护，若采用单片机作为该电机控制器的核心，试设计一个该控制器的电压检测与欠压保护电路，给出电路元件的参数。

解：

设计的电压检测与欠压保护电路如图示，蓄电池电压经过两个电阻R1和R2分压，输入到比较器的同相端，＋5V电源和R3、R4电阻分压，设定比较器的比较电压。

一旦采样电压低于比较电压，则比较器输出低电平保护信号。

因为单片机的供电电压为5V，所以保护信号的输出通过R5上拉至5V，送到单片机的保护输入<如中断口或IO口）

电压检测与欠压保护电路

参数计算：

取R3＝2kΩ，R4＝3kΩ，则比较电压Vref=5V×3/（2+3>=3V

当蓄电池电压低至45V时，由R1和R2分压应为3V，取R2=3k，R1=42k，则采样电压＝45V×3/（3+42>=3V

取R5＝5.1kΩ

《微特电机及其控制》课程测试

模拟试卷

一、填空题<本大题共10小题，每小题2分，共20分）

1、无刷直流电动机的输出转矩脉动比普通直流电动机的转矩脉动大。

2、一般无刷直流电机相数越多，转矩的脉动越小。

3、开关磁阻电动机传动系统主要由开关磁阻电动机（SwitchedReluctanceMotor，简称SRM或SR电动机>、功率变换器、控制器和检测器组成。

4、在SRD系统中功率变换器是SRD系统能量传输的关键部分，是影响系统性能价格比的主要因素，起控制绕组开通与关断的作用。

5、三相反应式步进电机，采用三相单双六拍通电方式，其通电相序为A—AB—B—BC—C—CA。

6、开关磁阻电动机的检测单元由位置检测和电流检测组成。

7、定、转子无小齿的三相反应式步进电机，采用三相双三拍通电其步距角应为30度。

8、一般盘式永磁同步电机大致分为中间转子结构、单定子及单转子结构、中间定子结构和多盘式结构四种，其中可使电机获得最优散热条件的是中间转子结构。

9、在运行SR电机时，单脉冲控制，通常在速度较高时采用。

10、按照结构和转子的运动形式划分，超声波电机可以分为旋转型电机和直线电机。

二、名词解释题<本大题共6小题，每小题4分，共24分）

1、CCC控制

CCC控制——即电流斩波控制，在SR电机低速运行时，固定开通角θon和关断角θoff，通过斩波来控制电流的大小。

2、T法测速

T法测速——通过测出相邻两个转子位置脉冲信号的时间间隔来计算转速的一种测速方法。

3、步进电动机的定位

步进电动机的定位——当控制脉冲停止输入，且让最后一个脉冲控制的绕组继续通电时，则步进电动机就可以保持在固定的位置上，这就是步进电动机的定位。

4、步进电动机的静态运行特性

步进电动机的静态运行特性——静态运行特性是指步进电动机的静转矩Te与转子失调角θe之间的关系Te=f（θe>，简称为矩角特性。

5、步进电机的低频丢步和低频共振现象

步进电机的低频丢步和低频共振现象——当控制脉冲频率等于或接近步进电机的振荡频率的1/k倍时（k=1，2，3,…>，电机就会出现强烈振荡现象，甚至失步或无法工作，这就是低频共振和低频丢步现象。

6、压电执行器

压电执行器——即超声波电动机，它利用压电材料的逆压电效应（即电致伸缩效应>，把电能转换为弹性体的超声振动，并通过摩擦传动的方式转换成运动体的回转或直线运动。

三、简答题<本大题共4小题，每小题6分，共24分）

1、简述引起无刷直流电动机转矩脉动的因素与消除脉动措施。

答：

引起无刷直流电动机转矩脉动的原因及减小其转矩脉动的措施有以下几点：

1>电磁因素引起的转矩脉动，尽量增大极弧系数，采取集中绕组来减小。

2>换相引起的转矩脉动,采用重叠换相控制来消除。

3>定子齿槽引起的转矩脉动,常用的措施是：

采用定子斜槽或转子斜极,通过增大气隙或采用分数槽绕组来减少齿槽转矩脉动；采用无槽电机可完全消除齿槽转矩脉动。

4>电枢反应的影响,电机应选择瓦形或环形永磁体径向励磁结构，适当增大气隙。

5>机械工艺引起的转矩脉动,提高机械制造的工艺水平。

2、什么是无位置传感器控制的无刷直流电动机的三段式起动法？

1>采用无位置传感器控制的无刷直流电动机起动时，首先确定电机转子的初始位置；

2>然后人为地给电机施加一个由低频到高频不断加速的他控同步切换信号，使电机由静止逐步加速运动；

3>当电机的转速升高达到一定值，通过端电压或相电压检测已能够确知转子的位置时，将电机由他控同步运行切换到自控式同步运行，这就是无位置传感器控制的无刷直流电动机的三段式起动法。

3、试说明构成全数字式SR电机控制系统要求微控制器具备的功能模块。

答：

构成全数字式SR电机控制系统要求微控制器具备如下功能模块:

1>AD转换<模数转换）——用于将电流和电压等模拟信号变为微控制器可以识别的数字信号；

2）输入捕获——用于数字测数；

3）PWM输出——用于产生PWM信号，实现电机调速；

4）中断——用于故障保护。

4、在一个数字控制系统中，开关磁阻电机的转向是如何改变的？

答：

改变各相绕组的通电顺序就可以改变开关磁阻电机的转向。

在SR电机的数字控制系统中，根据正反转指令，对各种位置信号进行译码，从而控制相应的绕组通电，实现正反转控制。

四、计算题<本大题1小题，共12分）

一台3相24极的无刷直流电机，采用三个在空间相隔120︒的光电开关检测转子位置，三路位置信号分别输入到DSP的捕获单元CAP1、CAP2、CAP3用于测速，定义跳变检测方式为上升下降沿，转子每转过5︒，就发生一次捕获中断。

如果计数器为16位，捕获单元定时器的时钟频率为100kHz，可测的最低转速多大？

如两次信号跳变之间的计数值为1000个，则电机的转速多大？

解：

因为每隔5︒发生一次捕获中断，每周发生72个捕获中断，因此电机的转速为

可测的最低转速为

五、设计分析题<本大题1小题，共20分）

一台4相8/6极SR电机，额定功率30kW、额定电压510VDC、额定效率92％、额定转速1500r/min，允许过载2倍。

试设计其功率变换器电路，给出电路元件的参数。

解：

根据电机的相数和容量情况，采用电容分压型主电路，设计的功率变换器电路如图所示，电解电容C1和C2对到滤波和分压作用，而电阻R2、R3起到平衡两个电容上的电压及整个系统关闭时对电容放电的作用。

4分

功率变换器电路

参数计算和选取：

直流侧的额定电流为

3分

取允许过载倍数为2倍，则最大电流为Idm＝2Id＝2×63.9A＝127.8A

选择电压定额为1200V、电流定额为150A的IGBT模块和快速二极管模块。

取均匀电阻阻值R2=R3=50kΩ，功率5W。

取电解电容为3300μF，耐压450V。