《特种电机及其控制》复习指南

移通学院 期末考试复习资料《特种电机及其控制》复习指南第一部分：60分万岁1、位置传感器在无刷直流电动机中起到什么作用？对于两相导通星形三相六状态无刷直流电动机，如果采用光电式位置传感器，当其转子上有p 对磁极时，如何设计位置传感器结构？答：位置传感器在无刷直流电动机中的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置信号，为逆变器提供正确的换相信息。

对于两相导通三相六状态无刷直流电动机，当其转子是多极时，应采用三个位置传感器，且三个位置传感器在空间应彼此相隔120°空间电角度，即120°/p 空间几何角度，同时还必须保证位置传感器与绕组的对应位置正确。

2、何谓两相导通星形三相六状态工作方式？简述两相导通星形三相六状态无刷直流电动机的工作原理。

答：两相导通星形三相六状态无刷直流电动机，电机本体的电枢绕组为三相星形连接，位置传感器与电机本体同轴，控制电路对位置信号进行逻辑交换后产生驱动信号，驱动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器的功率开关管使电机的各相绕组按一定的顺序工作。

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、VT4 VT4、VT5VT5、VT6 VT6、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。

3、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。

答：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。

4、什么是M 法测速、T 法测速、M/T 法测速？各适用于什么场合？答：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。

5、试分析开关磁阻电动机与步进电动机的区别？答： (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 逆变器 - U S + 位置检测器 转速计算 逻辑控制ASR 正反转控制 ACR PWM 逻辑“与” 放大 驱动 n * n - + + i * - i BLDCM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。

6、说明SRD 系统其工作原理。

答：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W*和实际转速W 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qon 和关断角qoff ，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qon 和关断角qoff 的大小。

第二部分：冲刺高分一、填空题1. 无刷直流电动机是典型的机电一体化产品，它是由电动机本体、转子位置检测器、逆变器和控制器组成的自同步电动机系统或自控式变频同步电动机。

2. 自同步永磁电动机分为无刷直流电动机和正弦波永磁同步电动机。

3. 无刷直流电动机的反电势为梯形波、供电电流为方波。

4. 三相无刷直流电动机绕组的联接方式有星形联接和角形联接，而逆变器又有桥式和半桥式两种。

5. 无刷直流电动机的机械特性表达式为222S T e e e T U U r n T C C C δδ-=-ΦΦ。

6. 无刷直流电动机控制系统的控制结构，一般采用双闭环控制，外环为速度环，内环为电流环，不同的是所采用的控制器算法。

7. 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。

8. 位置式PID 控制算法的公式为100()kD k P k j k k j I T T u K e e e e u T T -=⎡⎤=++-+⎢⎥⎣⎦∑(或100()k k P k I j D k k j u K e K e K e e u -==++-+∑ )。

9. 增量式PID 控制算法的公式为21112()(2)ΔΔk k k P k k I k D k k k P k I k D k u u u K e e K e K e e e K e K e K e ----∆=-=-++-+=++ 。

10. PWM 调制方式可以分为on_pwm 型、pwm_on 型、H_pwm-L_on 型、H_on-L_pwm 型和H_pwm-L_pwm型 ，前四种称为半桥PWM 调制方式，第五种称为全桥PWM 调制方式。

11. 无刷直流电机一般通过改变逆变器功率开关管的逻辑关系使电枢各相绕组的导通顺序发生变化来实现正反转。

12. 两相导通星形三相六状态无刷直流电动机，定子绕组每经过 60︒ 电角度进行一次换相，每个功率开关管导通120︒电角度。

13.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。

14.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。

15.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。

16.设每相绕组开关频率为fϕ，转子齿极数为N r，则SR电机的转速为60rfnNϕ=。

17.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。

18.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)。

19.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。

20.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生正转矩，在电感下降区段通电则产生负转矩。

因此，如果θon、θoff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。

21.要让SR电动机实现制动，只要通过控制开通角θon和关断角θoff，使相电流主要出现在∂L/∂θ＜0区段即可。

22.SRD系统的反馈信号一般有位置、速度、电流三种。

23.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。

24.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。

25.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。

26.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。

27.四相SR电动机广泛采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。

28.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。

29.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。

30.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。

31.三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。