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1、控制电机与特种电机课后答案第7章思考题与习题1. 无刷直流电动机转子的一种结构是磁钢插入转子铁心的沟槽中，称为内嵌 式或式。2. 无刷直流电动机转子的一种结构是转子铁心外表面粘贴瓦片形磁钢，称为 式。3. 无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和 ，使这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、 运行可靠、维护方便等优点。 4. 在三相星形六状态无刷直流电动机的控制运行 中，主电路总开关管数量和瞬时处于开通状态的开关管各为个。( )A. 3、2; B. 6、2; C. 6、3; D. 3、35. 三相星形六状态无刷直流电机控制中，每支开关管每次导通的电角度是 度。(
2、 )A. 30; B. 60; C. 90; D. 1206. 说明无刷直流电机的工作原理(以使用位置传感器控制两相导通三相星形六 状态无刷直流电动机为例)。7. 当转矩较大时，无刷直流电动机的机械特性为什么会向下弯曲,8. 无刷直流电机如何实现正反转。9. 说明无刷直流电机的控制方式。10. 如何使无刷直流电机制动、 倒转和调速?答案1、 隐极式; 2、凸极式; 3、换向器; 4、B; 5、D6、答:永磁直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要作用是在电动机气隙中产生磁 场。其电枢绕组通电后产生反应磁场，由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方 向在直流电动机的运行过程中始终保持相互垂直，从而产
3、生最大转矩而驱动电动机 不停地运转。直流无刷电动机为了实现无电刷换向，首先要求把一般直流电动机的 电枢绕组放在定子上，把永久磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的结构正 好相反。但是，这样还是不够的，因为用一般直流电源给定子上的各绕组供电，只 能产生固定磁场，它不能与运动中的转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生 单一方向的转矩来驱动转子转动。所以，直流无刷电动机除了由定子和转子组成电 动机本体以外，还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同组成换向装 置，使得直流无刷电动机在运行过程中由定子绕组所产生的磁场和转动中的转子磁 钢。产生的永磁磁场，在空间中始终保持在90左右的电角度。如下
4、图的三相直流无刷电动机半控桥电路原理图说明。此处采用光电器件作为位置传感器，以3个功率晶体管V、V、V构成功率逻辑单元。123ABA图中，3个光电器件VP、VP、VP的安装位置各相差120度，均匀分布在电 动机一123端。借助于安装在电动机轴上的旋转遮光板（也称为截光器）的作用，使得从光 源射来的光线依次照射在各个光电器件上，并依照某一光电器件是否被照射到光线 来判断转子磁极的位置。，假定此时光电器件VP被照射，从而使功率晶体管V呈导通状态，电流流入 绕组A-A，11该绕组电流同转子磁极作用后所产生的转矩使转子的磁极按照顺时针方向转 动。当转子极转。过120以后，直接装在转子轴上的旋转遮光板也
5、跟着同时转动，并遮住VP而使VP受光12,，照射，从而使晶体管V截止，晶体管V导通，电流从绕组A-A断开而流入 绕组B-B，使得1 2转子磁极继续朝着箭头方向转动，并带动遮光板同时朝顺时针方向旋转。当转 子磁机再次转。过120以后，此时旋转遮光板已经遮住VP而使VP受光照射，从而使晶体管 V截止，晶232，。体管V导通，电流流入绕组C-C，于是驱动转子磁极继续朝着顺时针方向 旋转过120以3。后，重新开始下次的360旋转。这样，随着位置传感器转子扇形片的转动，定子绕组在位置传感器VP、VP、VP 的控123制下，一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电流的换向。不难看出，在换向过程中，定子各相绕组
6、在工作气隙中所形成的旋转磁场是跳 跃式的，。这种旋转磁场在 360 的电角度范围内有 3 种磁状态，每种磁状态持续 120电角度。下图给出了各相绕组的导通顺序示意图。各相绕组的导通示意图由于转矩变大后，电机电流增加，电机损耗中可变部分以及电枢反应的影响逐 渐增大，输出转矩会偏离直线变化。并且根据电机的机械特性及电磁转矩表达式来 看，此时电机磁通量减小，曲线向下倾斜。8、答: 有刷直流电机的正反转可以通过改变电源电压的极性来实现，而无刷直流电机 则不能通过改变电源电压的极性来实现，但无刷直流电机正反转原理和有刷直流电 机是相同的。通常采用改变逆变器开关管的逻辑关系，使电枢绕组各相导通顺序变化来实
7、现 电机的正反转。为了使电机正反转均能产生最大平均电磁转矩以保证对称运行，必 须精确设计转子位置传感器与转子主磁极和定子各相的相互位置关系，以及正确的逻辑关系。9、答:从无刷直流电机的发展历程来看，大致有三种控制方式，第一种是最简控制方 式;第二种是调压控制方式;第三种是电流滞环 PWM 控制方式。最简控制方式下无刷直流电动机系统只有位置环，该位置环仅起同步作用。电 机不能实现调速，给定母线电压后无刷直流电动机就工作在一定转速下，其转速不 可调，同时转矩脉动较大。调压控制方式下位置传感器提供转子位置实现电机同步，同时根据给定转速和 实际转速的 PI 调节来控制母线电压幅值，实现调压调速。 以上
8、两种控制方式转矩脉动都较大，不适合应用在高性能要求应用场合，只能 应用在诸如风机、水泵等场合。电流滞环PWM控制方式是目前无刷直流电动机应用的最多的控制方法，该方法 直接控制电机的相电流，因此相比调压调速的控制方法性能更好，较好的抑制了电 流的脉动。同时该方法控制可靠，控制结构简单，能满足一般运行性能下的要求。10、答: 以三相无刷直流电机为例，当电机在运行中，可以通过向非预通电相的绕组通 以电流，进而产生与电机转向相反的转矩，由此按照一定逻辑通电直到电机停转即 制动完成。若要实现电机的正转过程中的反转，也很简单，只要把控制信号的逻辑方式反 向，如正转是A-B-C，则改为A-C-B后即可实现反转。若要实现调速，则通常可通过提高主电路开关管的之间开关频率可以实现，即 提高或降低控制器中控制脉冲的频率来实现。
