电机学考试问答题

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。

2、步进电机分哪几种？有什么区别？

步进电机分三种：永磁式（ＰＭ），反应式（ＶＲ）和混合式（ＨＢ）

永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；

反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家８０年代已被淘汰。

混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

3、什么是保持转矩(HOLDING TORQUE）？

保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。

4、步进电机的驱动方式有几种？

一般来说，步进电机有恒压，恒流驱动两种，恒压驱动已近淘汰，目前普遍使用恒流驱动。

5、步进电机精度为多少？是否累积？

一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步的精度因此步进电机精度不累积。

6、步进电机的外表温度允许达到多少？

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降甚至于丢失。因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来说，磁性材料的退磁点都在摄氏１３０度以上，因此步进电机外表温度在摄氏８０－９０度完全正常。

7、为什么步进电机的力矩会随转速升高而下降？

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

8、为什么步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声? 

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

9、如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？

A、如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比提高步进电机运行速度。

Ｂ、采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的，最简便的方法。因为细分型驱动器电机的相电流变流较半步型平缓。

Ｃ、换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机，或两相细分型步进电机。

Ｄ、换成直流或交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高。

Ｅ、在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。

10、什么是电动机的欠电压与失电压保护？

欠电压保护就是电压低于额定允许范围，电机保护原件必须停止电机电源，失压保护就是停电后，电机启动线路会自动断开控制线路，在恢复供电时电机不会再运行，需要从新启动

11、什么是电动机的过流与过载保护？

过载保护是通过热继电器来完成的，是让连续运行的电机在超载时断开电源。有一个热继电器的发热体受热形变的时间过程。当然过载越大时间越短。而过电流一般有过电流继电器来完成，电流的多少可以预先设置，只要主电路中的电流达到设置的值。过电流继电器马上工作，其触点控制电机的控制电路断开电源。它的动作时间很短可以做瞬间保护。

12、如何确定步进电机驱动器直流供电电源？

Ａ、供电电源供电电压的确定

混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如ＩＭ４８３的供电电压为１２－４８ＶＤＣ），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。如果电机工作转速较低，则可以考虑电压选取较低值。

Ｂ、供电电源输出电流的确定

供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流Ｉ来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取Ｉ的1.1-1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取Ｉ的1.5-2.0倍。如果一个供电源同时给几个驱动器供电，则应考虑供电电源的电流应适当加倍。

13、混合式步进电机驱动器的使能信号Ｅna一般在什么情况下使用？

当使能信号Ｅna为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求可以用手动直接转动电机轴，就可以将Ｅna置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将Ｅna信号置高，以继续自动控制。

14、如何用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向？

只需将电机与驱动器接线的Ａ+和A-（或者B+和B-)对调即可。

15、如何将两相步进电机的A+ A-和B+B-区分开？

四线的步进电机代表电机中有2个绕组线圈，一般标示为"A+;A-;B+;B-'"，用电表就可以测量出来；

如果现场没有万用表也可以把2组2条线短接。如果电机无法转动，代表短接的2条线是同一组绕组；

16、电动机控制线路中的自锁和互锁的含义是什么？

自锁保证电机持续运转，没有自锁，就是点动，摁一下按钮，电机转一下，不摁不转，有了自锁，摁一下，电机就连续转动。互锁是为了防止短路。有了互锁，电机正转时，不停电，反转是转不起来的。

17、熔断器和热继电器都是保护电器，它们的不同之处是什么？

热继电器的作用是电动机过负荷时自动切断电源，热继电器的构造是两片膨胀系数不同的金属片构成，电流过大时膨胀系数大的先膨胀，起到切断电源的作用。热继电器动作后有人工复位和自动复位。

当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用

热继电器作用是控制温度的，当机器温度上升到热继电器所设定的温度上限时，自动却断电路保护机器

18、行程开关主要用于在什么场合？

行程开关适用于交流电压至500伏或直流电压440伏、电流5A以下的控制电路中，将机械信号转换成电气信号。以控制运动部件的行程或实现程序控制。

19、细分驱动器的细分数是否能代表精度？

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8度的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为４，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45度，电机的精度能否达到或接近0.45度，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。

20、四相驱动合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别？

四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较的场合使用。此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。

已知：直线平台水平往复运动，最大行程L＝400 mm，同步带传动；往复运动周期为T ＝ 4s；重复定位误差 0.05 mm；平台运动质量M ＝ 10 kg，无外力。

求：电机型号、同步带轮直径、最大细分数。