第6章思考題與習(xí)題答案匯編

1、思考題與習(xí)題 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功用是將 變換為相應(yīng)的角位 移或直線位移。（） A .直流電信號(hào)B.交流電信號(hào) C.計(jì)算機(jī)信號(hào)D.脈沖電信號(hào) 2. 在步進(jìn)電機(jī)的步距角一定的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與成正比。 3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)有什么不同？步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪幾種？ 4. 試以三相單三拍反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理.為什么步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 有兩種步距角？ 5. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用于系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，以有利于簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。（） A.高精度B.高速度 C.開環(huán)D.閉環(huán) 6. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量或線位移量與輸入脈沖數(shù)成 。 7. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出特性是（） A

2、.輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比B.輸出電壓與轉(zhuǎn)角成正比 C.轉(zhuǎn)速與脈沖量成正比D.轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比 8. 如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移、轉(zhuǎn)速或線速度？ 9. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與永磁式及感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在作用原理方面有什么共同點(diǎn)和差異？ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)有什么共同點(diǎn)和差異？ 10. 一臺(tái)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為0.9/1.8，問(wèn)（1）這是什么意思？（ 2）轉(zhuǎn)子齒數(shù)是多 少？ 11采用雙拍制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角與采用單拍制相比（） A .減小一半B.相同 C.增大一半D.增大一倍 12. 有一四相八極反應(yīng)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，則該電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù) 為（） A.75B.1

3、00 C.50D.不能確定 13. 一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用三相六拍運(yùn)行方式，在脈沖頻率f為400Hz時(shí)，其轉(zhuǎn) 速n為100r/min，試計(jì)算其轉(zhuǎn)子齒數(shù) Zr和步距角 綣。若脈沖頻率不變，采用三相三拍運(yùn)行 方式，其轉(zhuǎn)速n1和步距角$1又為多少？ 14. 一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr為40，分配方式為三相六拍，脈沖頻率1 為600Hz，要求： （1）寫出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)各相繞組的通電順序； （2 ）求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角弘; （3）求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。 15. 有一脈沖電源，通過(guò)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(cè)得 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r

4、pm,已知轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒。（5 分） 求：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角 0 脈沖電源的頻率f 16、 有一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，按A AB B BC C CA方式通電，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為80 個(gè)，如控制脈沖的頻率為800Hz，求該電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速。（6分） 17、為什么步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配方式應(yīng)盡可能采用多相通電的雙拍制？ 18、步進(jìn)電機(jī)帶載時(shí)的啟動(dòng)頻率與空載時(shí)相比有什么變化？ 19、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率和啟動(dòng)頻率相比有什么不同？ 20、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在什么情況下會(huì)發(fā)生失步？什么情況下會(huì)發(fā)生振蕩？ 21、 設(shè)計(jì)一個(gè)完整的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，并設(shè)計(jì)一套單片機(jī)的控制程序，包括調(diào)速 （啟動(dòng)、加速、恒速、減速）

5、及正反轉(zhuǎn)過(guò)程。 答案 1、D 2、脈沖頻率 3. 答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一種可由電脈沖控制運(yùn)動(dòng)的特殊電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換控制的 方法將脈沖電信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或線位移。與一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能 直接使用通常的直流或交流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)，而是需要使用專門的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理分為 a. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 b. 激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又分為電磁式與永磁式； c. 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。同時(shí)混合使用前兩種方式。 4. 答：三相單三拍磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6.3a所示：其定子鐵心上有六個(gè)形狀相同 的大齒，相鄰兩個(gè)大齒之間的夾角為60。每個(gè)大齒上都套有一

6、個(gè)線圈，徑向相對(duì)的兩個(gè)線 圈串聯(lián)起來(lái)成為一相繞組。六個(gè)電極共構(gòu)成三相繞組，即相對(duì)的UU、WW、VV齒極分別 纏有兩個(gè)相互串聯(lián)的線圈從而構(gòu)成三相繞組。轉(zhuǎn)子有兩個(gè)磁極。繞組電路原理如圖6.3b所 示。這種形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即是三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)某一相的磁極 處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必處于非最大磁導(dǎo)位置（如圖6.2b所示即定子與轉(zhuǎn)子小齒 不對(duì)齊的位置）。 ，當(dāng)定子繞組通電及換相時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩并使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)通電及 換相的方法的不同，可以有以下幾種轉(zhuǎn)動(dòng)方式： 1）通電方式為 UVWU,的順序輪流供電且一相通電、兩相斷電的方式。此時(shí) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每換一次通電方式，轉(zhuǎn)

7、子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 60。如果按U W V U,順序輪 流供電，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。稱這種方式為“三相三位”或“單三拍”分配方式。 2）通電方式為U UV V VW WWU U,（或反順序），則稱為“三相六位”或 “三相六拍”。此時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步為30，步距角減小一半。 3） 如果通電方式為 UV VW WU UV,則稱為雙三伯”，步距角仍為60。 從上可知當(dāng)通電換向的方式不同，步進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)可以有兩種步距角。 5、C 6、正比 7、D 8、答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)是受走步脈沖信號(hào)控制的，它的直線位移量或角位移量與電脈沖 數(shù)成正比，所以電機(jī)的線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。通過(guò)改變脈沖頻率的高低

8、，就可以 在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 9、答：同步電機(jī)在同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由定子線圈通過(guò)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子形成轉(zhuǎn)動(dòng)所需的作 用力，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)， 屬可變磁阻電動(dòng)機(jī)， 在這一方面，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是相同 的。不同之處是控制方式上步進(jìn)電機(jī)應(yīng)歸屬于他控式，通常采用開環(huán)控制，無(wú)轉(zhuǎn)子位置反饋。 多用于伺服控制系統(tǒng)，對(duì)步距精度要求很高，對(duì)效率指標(biāo)要求不嚴(yán)格，只作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。 而開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)則歸屬于自控式，即在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的換向要與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相匹配，利 用轉(zhuǎn)子位置反饋信號(hào)運(yùn)行于自同步狀態(tài)，相繞組電流導(dǎo)通時(shí)刻與轉(zhuǎn)子位置有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系 并且繞組電流波形的前后沿可以分

9、別獨(dú)立控制，即電流脈沖寬度可以任意調(diào)節(jié)。多用于功率 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)效率指標(biāo)要求很高， 并可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)。 在應(yīng)用上步進(jìn)電機(jī)基本上都用作控 制電機(jī)而開關(guān)磁阻電機(jī)則主要是拖動(dòng)用電機(jī)。 10、 答：當(dāng)以單相通電交替換向的方式驅(qū)動(dòng)時(shí)(即整步工作時(shí))，步距角是1.8,當(dāng)采用一相 通電，兩相通電間隔交替驅(qū)動(dòng)方式時(shí)(即半步工作時(shí))，步距角是0.9。 0 根據(jù)2二可得，當(dāng)K=1及K=2時(shí)的步距角一：分別是1.8/0.9，設(shè)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)為 mQK m,則可得轉(zhuǎn)子齒數(shù)Q =。 mPK 11、A 12、C 13、解：三相六拍運(yùn)行 因?yàn)?n=60*f/N/Z R，所以 ZR=60*f/N/n=60*400/(2*3

10、)/100=40; 0 b=360 /N/Z r=360 /(2*3)/40=1.5 ; 三相三拍運(yùn)行 n仁60*f/N/Z r=60*400/3/40=200(r/min ); 0 b1=360 /N/Z r=360 /3/40=3 。 14、 解：(2) 0 b=360 /N/Z r=360 /(2*3)/40=1.5 ; (3) n=60*f/N/Z r=60*600/(2*3)/40=150(r/min ) 15、解：(1) 0 =360 /N/Z r=360 /(2*5)/24=1.5 (2)因?yàn)?n=60*f/N/Z r,所以 f=n*N*Z r/60=100*(2*5)*24/6

11、0=400(Hz) 16、解:0 b=360 /N/Z r=360 /(2*3)/80=0.75 n=60*f/N/Z r=60*800/(2*3)/80=100(r/min ) 17、答：使用多相通電的雙拍制時(shí)可以在任何時(shí)刻都至少有一相繞組有電流通過(guò)，可以減少 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)，減小步進(jìn)的角度，增加控制精度，并保持定子對(duì)轉(zhuǎn)子的引力不間斷。三相步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行和單相運(yùn)行的特性不變。其合成的電磁轉(zhuǎn)矩的幅值Tm仍不變，只是相位 落后60o電角度。但對(duì)于更多相的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其多相通電時(shí)合成的電磁轉(zhuǎn)矩的幅值可以大 于單相時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩，從而可以提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 18. 答：由于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大小有一

12、定范圍，其起動(dòng)加速度也會(huì)在一定范圍內(nèi)，過(guò)高的起動(dòng)頻率 會(huì)使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度跟不上輸入脈沖控制要求的轉(zhuǎn)動(dòng)速度， 從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)落后于定子磁 場(chǎng)的轉(zhuǎn)速， 這種情況稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步。 失步可能導(dǎo)致步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)。 電 機(jī)的啟動(dòng)頻率是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步起動(dòng)的最高頻率。當(dāng)負(fù)載慣量一定時(shí)，隨著負(fù)載的增加， 起動(dòng)頻率要下降。隨著起動(dòng)頻率增加，轉(zhuǎn)距下降較慢的是起動(dòng)頻矩特性較好的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 19、答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高起動(dòng)頻率（突跳頻率 ）一般為幾百 Hz 到三四千 Hz ，而最高運(yùn)行頻 率則可以達(dá)到幾萬(wàn) Hz 。以超過(guò)最高起動(dòng)頻率的頻率直接起動(dòng)，將出現(xiàn)“失步”（失去同步 ） 現(xiàn)象， 有時(shí)根本就轉(zhuǎn)不起來(lái)。 而如果先以低于最高起動(dòng)頻率的某一頻率起動(dòng)， 再逐步提高頻 率，使電機(jī)逐步加速則可以到達(dá)最高運(yùn)行頻率。 20、答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率不能過(guò)高， 當(dāng)起動(dòng)頻率過(guò)高時(shí)， 由于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大小有一定范圍， 其起動(dòng)加速度也會(huì)在一定范圍內(nèi)， 過(guò)高的起動(dòng)頻率會(huì)使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度跟不上輸入脈沖控制 要求的轉(zhuǎn)動(dòng)速度， 從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)落后于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速， 這種情況稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失 步。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制脈沖等于或接近步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩頻率的1/k （k = 1, 2, 3）