特种电机练习题01

第1章 无刷直流电动机及其控制系统

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()k

D

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。 二、判断题：（请在括号内打⨯或√）

1. 无刷直流电动机属于自控式变频同步电动机。（√ ）

2. 无刷直流电动机可以通过改变磁场的极性实现正反转。（⨯）

3. 对于单相导通星形三相三状态无刷直流电动机，每个开关管连续导通时间为120︒电角度。（√）

4. 无刷直流电动机的定子合成磁场及转子磁场均为连续旋转磁场。（⨯）

5. 三相无刷直流电动机在两两导通方式下，在导通阶段只有两相绕组通电。（⨯）

6. 三相无刷直流电动机在三三导通方式下，在导通阶段有三相绕组通电。（⨯）

7. 无刷直流电动机的电动机本体为永磁直流电动机。（⨯）

8. 无刷直流电动机反转时各开关管的控制逻辑与正转时的控制逻辑正好相反。（√） 三、简答题：

1. 永磁无刷直流电动机主要由哪几部分组成？它与普通的永磁直流电动机相比有何优点？

答：永磁无刷直流电动机主要由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成。它采用位置检测器和功率电子开关来代替电刷和换向器，既保留了直流电动机良好的运行性能，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。

2. 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。

3. 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、VT2♑VT2、VT3♑VT3、VT4♑ VT4、VT5♑VT5、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。 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

0000

00000000

a a a a

b b b b

c c c c u i i e r L M

d u r i L M i

e dt r L M u i i e -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤

⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+-+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢

⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 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。

答：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。

答：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

100

()k

D

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 -==++-+∑