机电传动复习大纲

第一章

1、机电传动系统包括哪些？其中哪些部分称电力拖动？

答：包括电动机、电气控制电路以及电动机和运动部件相互联系的传动机构。一

般把电动机及传动机构合并称电力拖动。

2、画出机电传动系统的组成，并说明控制设备由什么元件组成，其功能是什么？

由各种电器元件组成，用以控制电动机的起动、制动正反转及速度等电动机的运

转。

3、什么是三相异步电动机的人为机械特性，常用的人为机械特性有哪些？

三相异步电动机人为改变某些参数，即可得到不同的机械特性。改变参数

后得到的机械特性称为人为机械特性。常用的人为机械特性有降低定子电压、

转子电路串接对称电阻、改变定子电源频率、改变极对数的人为机械特性。

4、电动机若保持极对数的情况下改变定子电源频率，电动机的转速、起动转矩

产生何种影响。

电动机的转速随着定子电源频率的升高而升高，反之降低。起动转矩随

着定子电源频率的升高而减少，反之升高。

5. 画出定子绕组串电阻降压起动电路（起动电阻仅在电动机的两相绕组中串

接），当A I I st

st 2.157='=时，求起动电阻的阻值。A I st 17.2=' R=（15.2-2.17）/（15.2*2.17）*190*1.5=112.59Ω

6. 当电源电压为380V 时，若要限制反接制动电流为A I I st 52

1==时，画出三相异步电动机两相串接电阻时的反接制动控制电路，并求出串接电阻的阻值。

A I st 10=

R=1.5*1.5*220/10=49.5Ω

7.说明如图1.52所示的能耗制动电路的能耗制动过程。

起动：

QS→SB2 →KM1得电→KM1主触点闭合→电动机M运转。

停止能耗制动：

SB1 →KM1失电→KM1主触点断开→电动机M断电惯性运转。

同时；KM2和KT线圈得电→KM2主触点闭合，M定子绕组通入全波整流脉动直流电进行能耗制动；能耗制动结束后KT 动断触点延时，断开KM2失电，KM2主触点断开制动结束。

8．说明如图1.53控制电路是其什么功能的控制电路，并说明控制过程。

低速：QS→SB2 →KM1得电→KM1主触点闭合→M低速运转

高速：SB2、KM1动断触电断开→保证KM2、KM3不得电SB3→KM2、KM3得电→

KM2、KM3主触点闭合→M 低速运转同时： SB3、KM2、KM3动断触点断开→保证KM1

不得电

9. 画出用开关实现长动和点动的控制电路。

10．用中间继电器实现长动和点动的控制电路。

12、熔断器的主要作用是什么？使用时应注意什么？

（1）作用：串接在线路中，当电路严重过载或发生短路故障时，熔体溶化，分

断电路，起到保护其它电器的作用。

（2）注意：熔断器的主要特性（安秒特性）

I0/IN<1.25 长期工作

I0/IN=2 30~40s 熔断

I0/IN>10立即熔断

13、继电接触器控制电路中能不能串联线圈？为什么？

不能 串联将共同分配电压 各得到110V 处于欠压状态下，，出头将无法正常工作

用开关实现

14、电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？

熔断器和热继电器的作用各不相同，在电动机为负载的电路中，熔断器是一种广泛应用的最简单有效的短路保护电器，它串联在电路中，当通过的电流大于规定值时，使熔体熔化而自动分断电路，它分断的电流大，要求它作用的时间短，以保护负载。而热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的过载保护电器，在电动机为负载的电路中，热继电器用来对连续运行的电动机进行过载保护，以防止电动机过热而造成绝缘破坏或烧毁电动机。据此，使熔断器作用的电流很大，过载电流不足以使其作用，所以它不能代替热继电器实施过载保护。而由于热惯性，虽然短路电流很大，但也不能使热继电器瞬间动作，因此它不能代替熔断器用作短路保护。在电动机主电路中既要装熔断器，实现短路保护，也要装热继电器，实现过载保护。

15、会画出图1.47

、

1.48

1.49

1.50、

1.51、

1.53、

1.54

1.55

1.56

习题1-7、1-8

第三章

1. 步进电动机的转速取决于控制绕组通电的的哪些因素？步进电动机的通电方式有哪些？

步进电动机的转速取决于控制绕组通电的频率和通电方式。通电方式有单相轮流通电方式、双相轮流通电方式、单双相轮流通电方式。

2. 四相小步距角步进电动机定子极面小齿和转子上的小齿位置符合什么规律？

答：当A相的定子齿和转子齿对齐时，B相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开1/4 齿距，而C相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开2/4齿距，D相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开3/4齿距。

3. 步进电动机的环形分配器的作用，环形分配器由什么来决定？

答：根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使各组绕组按一定的顺序和时间到通和关断，并根据指令使电动机正转或反转，实现确定的运行方式，因此环形分配器由步进电动机的的励磁绕组（相数）和工作方式来决定。

4.说明如图3.12所示电路的各个电器元器件的作用是什么？

答：VT可认为是一个无触点开关。在励磁绕组中串接电阻R C，减少时间常数。在电阻R C两端并联加速电容C，是由于电容上的电压不能突变，在绕组截止到导通的瞬间，电源的电压全部降落在绕组上，使电流上升更快。二极管VD 在晶体管VT截止时起续流和保护作用，以防止截止瞬间绕组产生的的反电势击穿管子。串联电阻R D使电流下降更快，从而使绕组电流波形后延变陡。

5. 说明如图3.12所示电路是步进电动机什么驱动电路？其特点及基本思想是什

么？

答：步进电动机的双电压驱动电路，其特点是电动机绕组住电路中采用高压和低压两种电压供电，高压为低压的数倍。基本思想是无论电动机工作频率如何，在导通相的前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低压来维持绕组的电流。

7.步进电动机的精度哪几种表示方法，其定义是什么？用哪一种表示方法比较方便？写出其公式并说明公式中的参数的含义。

答：步进电动机的精度有两种表示方法：一种用步距误差最大值来表示；另一种是用步距累计误差最大值来表示最大步距误差是指电动机旋转一转内相邻两步之间最大步距合理想步距角的差值，用理想步距百分数表示。最大累积误差是指任意位置开始经过任意步后，角位移误差的最大值。用累积误差来衡量精度比

8.画出步进电动机的微机开环控制中的串行、并行控制框图。

8、步进电动机开环控制系统的特点和缺点是什么？

（1）开环控制的步进电动机驱动系统，其输入的脉冲不依赖于转子的位置，而

是事先按一定的规律给定的。

缺点：是电动机的输出转矩加速度在很大程度上取决于驱动电源和控制方式。

对于不同的电动机或者同一种电动机而不同负载，很难找到通用的加减速 规律， 因此提高步进电动机的性能指标受到限制。

（2）闭环控制是直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的

处理，自动给出驱动的脉冲串。

采用闭环控制，不仅可以获得更加精确的位置控制和高得多、平稳得多的

转速，而且可以在步进电动机的许多其它领域内获得更大的通用性。

10、说明步进电动机的微机开环控制中的串行、并行控制的区别。

区别：串行控制，具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具

有较少的连线，但驱动电源中必须含有环形分配器。

并行控制 用微机系统的数条端口线直接去控制步进电动机各相驱动电

路的方法。在电源驱动中没有环形分配器，而其功能有微机来完成。

11、如何控制步进电动机速度？

答：控制步进电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出的脉冲的频率或者换

相的周期。

（1）软件延时 调用延时子程序的方法实现，它占有CPU 时间；

（2）定时器的方法 通过设定定时时间常数的方法来实现。

()差

负载轴上允许的角度误 L L

i θθθ??=?

第四章

1. 无极调速静态技术指标有哪些？写出公式并说明其参数的含义。

指标有：1.静差率。

ΔnN为转速降落，n0理想空载转速。2.调速范围。D

式中：S2为允许的最大静转差率。

2.根据图4.2a、4.3、4.4、4.5、4.8，判断是什么电子器件，并说明其关断和接通条件。

4.2a为普通晶闸管（SCR），导通条件：当阳极（A）承受正压，在门极（G）与阴极（K）加一个不大的正向电压时，SCR导通。导通后取消门极（G）电压，SCR仍然导通。只有当阳极电路的电压为0或负值时，SCR关断。

4.3可关断晶闸管（GTO），导通条件：在门极（G）加正向电压或正脉冲时，GTO导通。即使撤销控制信号GTO仍保持导通。在G、K间加入反向电压或较强的反向脉冲时，GTO关断。

4.4大功率晶体管（GTR）模块的内部电路 4.5大功率晶体管（GTR）的基本电

n

n

S

N

?

=

()

2

2

max

1S

n

S

n

N

-

?

=

SCR的基本电

路

A

G

K

路,

1）放电状态其基本工作特点是集电极电流 IC 的大小随基极电流 IB 而变。

3.他励直流电动机调速方法有哪几种，各自的特点是什么？

1.改变电源电压调速调速方法的特点：

1）由于电动机额定电压UN受到的限制，只能在额定电压以下调压，即在nN 以下调速。

2）在负载转矩TL 不变时，改变电压，Δn 不变。即机械特性的硬度不变（β不变）

2.改变磁通调速调速方法的特点：

①减少Φ时，n0增加，Δn也增加。由于R很小，n0比Δn增加要快，所以减弱Φ使转速升高，即在nN 以上调速。

②减少Φ时，斜率加大，机械特性变软。

4.根据图4.15说明晶闸管作为整流元件的单相全桥式蒸馏电路的工作原理。

+ -

在电源电压 u 的正半周（a 端为正，b 端为负），VT1、VT4承受正向电压，在控制角为α时，同时触发VT1、VT4，两管导通，电流从 a 端经流VT1、R、VT4回到 b 端。

这时 VT2、VT3 因承受反向电压而处于阻断状态。当电源电压过零时，VT1、VT4 自然关断。在电源电压 u 的负半周（ b 端为正，a 端为负），VT2、VT3 承受正向电压，在控制角为α时，同时触发VT2、VT3，两管导通，电流从 b 端经流 VT3、R、VT2回到 a 端。这时VT1、VT4因承受反向电压而处于阻断状态。

当电源电压过零时，VT2、VT3自然关断。 设电源电压

，则负载两端电压的平均值为

改变控制角α 的大小，就可以改变负载上直流平均电压的大小。

5. 根据图4.18说明转速负反馈调速系统的工作原理。

由电位器RP 输入给定电压GU ，电动机通过与其同轴相连的测速发电机 G 产生一个与转 速成正比例的电压FU ，转速反馈电压FU 与给定电压GU 比较，得到偏差电压ΔU = GU- FU ，ΔU 经放大后，输出控制电压 KU 。 触发器在KU 控制下改变触发角 α，向整流 器发送脉冲，输出一定电压 U ，使电动机在某一转速下运转。 当负载增加，转速下降，速度反馈电压减少，从而使偏差增大，KU 增大，触发角减小，使U 增大，电动机转速回升，于是速度稳定在原来调定的转速上。当负载减小时，系统也可自动调整转速，使速度基本上维持不变。

6. 根据图4.19说明电流截止负反馈调速系统的工作原理。

图中电流负反馈信号取自串入电动机电枢回路的小值电阻 R 。比较电路由二极管VD 、电位器及比较电源组成。

t U u ωsin 2=?=παωω)(d sin 2t t U U L 2

cos 12

2απ+=U 2cos 19.0α+=U

当电阻R上的压降为UR=I R ，当UR 小于比较电压UB时，二极管VD截止，电流反馈信号不起作用。此时，系统保持速度反馈特性。

当I 增大至截止电流Ij ，使UR > UB 时，二极管导通，电流负反馈信号加到了放大器输入端。因其极性与给定电压相反，所以随着电流负反馈作用的增大，使整流器输出电压迅速减小，电动机转速快速下降，直到电动机堵转为止。同理，在起动过程中电流负反馈作用也能使起动电流不超过堵转电流ID，使电动机快速起动。

8.根据图4.26说明单极式可逆PWM变换器与双极式可逆PWM变换器的不同之处。

单极式可逆PWM变换器电路和双极式一样，但驱动信号不同。双极式：VT1、VT4同时导通和关闭，其驱动电压为Ub1=Ub4，VT2、VT3同时导通和关闭，其驱动电压为Ub2=Ub3=-Ub1。单极式：右边两个管的驱动信号与双极式不同。当希望电动机正转时，使 Ub3 恒为负， Ub4 恒为正，则VT3截止而VT4常通。希望电动机反转时，使Ub3 恒为正， Ub4 恒为负，则VT3常通而VT4截止。这种驱动信号的变化显然会使不同阶段个晶体管的开关情况和电流流通的回路与双极式交换器相比有所不同。

9.交流异步电动机的调速方法有哪几种，各自的特点是什么？

基频（额定频率 fN）以下调速。当降低频率 f1 时，如果U1不变，将使磁通Φm增大，电动机磁路饱和，励磁电流急剧增加，因此电动机无法正常运行。在基波以下变频调速时，要实现恒磁通调速，应使电压和频率按比例地配合调节，否则电动机无法正常运行。这相当于直流电动机调压调速，称为恒压频比控制方式。

（2）基频（额定频率fN）以上调频。在基频以上调速时，也按比例升高电压是很困难的。因此只好保持电压不变（不超过电动机绝缘要求的额定电压），即U1=常数，这时，f1 越高，Φm 越弱，这相当于直流电动机的弱磁调速。

11、根据图4.37a说明换流的工作原理。

第五章

1．直流伺服电动机驱动模块的基本形式有几种？它们的特点是什么？

第五章

1、直流伺服电动机驱动模块的基本形式有几种？它们的特点是什么？

有两种：这两种基本形式分别叫电压控制型（DSMDRV）和电流控制型（DSMDRC）。

这两种基本形式的共同点是控制信号Uk（这里叫输入信号）施加于功率晶体管VT的基极，

另一点是电路中的功率晶体管VT可以工作于开关状态、又可以工作于线性放大区。E为模块的工作电源，其实它才是电动机的主电源，是一直流电源。电压控制型是由功率晶体管构成的射极跟随器的负载是电动机。若略去晶体管基极与发射极间电压Ube（约为0.6V左右），则输入电压Uk相当于直接加在电动机上，所以Uk直接控制着电动机的电枢电压，因此，这种称为电压控制型。这时电动机的电流几乎与晶体管的特性无关，由电动机本身的特性决定。电流控制型是电压控制型的基础上在电动机支路中增加一个限流电阻R，若略去基极与发射

极间电压Ube（约为0.6V

，电动机电流（集电极电流）iD（iC）几乎相等。电流控制型通过

输入控制电压使电动机电流得以控制因此叫电流控制型，电路中的晶体管处于线性放大区时，电动机的电压由电动机的特性决定。

2. 交流伺服电动机的控制方式有哪些？画出其示意图说明其特点

交流伺服电动机的控制方式有：㈠幅值控制（二）相位控制㈢双相控制

幅值控制是激励电压与控制电压相位差（900）不变的情况下，仅改变控制电压的幅值来实现对电动机转速的控制。

相位控制是励磁电压的幅值和相位角不变以及控制绕组的控制电压幅值不变且与励磁电压的幅值相等的情况下，调节控制绕组的控制电压的相位，从而实现电动机转速的调节。

双相控制是励磁电压的与控制电压随控制信号同时改变，并始终保持两者相位差为900。U fk与U kk来控制电动机的转速。

3. 伺服系统的品质指标有哪些？哪些因素影响这些指标，提高系统的的品质，应采取什么措施？

影响系统稳态精度的主要是系统的低频特性，是开环增益的大小和串联积分环节的多少。系统开环幅频特性中频段的位置和形状，直接关系到系统的过度过程品质，它们都与系统开环增益和开环零、极点分布的状况有关。为保证伺服系统的精度和稳定，提高系统的的品质，应采用具有线性特性的补偿装置，采取串

联、顺馈（或称并联）、负反馈，以及它们的组合形式，来改善系统的特性，提高系统的工作品质。

4. 什么是串联、顺馈、反馈补偿？画出各自的方框图。

串联补偿是指在系统的主通道中串接适当的补偿装置。

顺馈补偿是在系统的主通道的某个局部，顺向并联一个补偿通道。

负反馈补偿是用负反馈构成闭环系统。

1. 一台三相反应式步进电动机，采用三相六拍分配方式，转子有40个齿，脉冲源频率为600Hz，

求：(1) 写出一个循环的通电程序,

(2)求步进电动机步距角

(3) 求步进电动机转速n

3. 若一台BF系列四相反应式步进电动机，其步距角为

1.80/0.90。试问：

(1)1.80/0.90表示什么意思?

(2)转于齿数为多少?

(3)写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。

(4)在A相测得频率为400Hz时，其每分钟的转速为多少?