第15练 步进电动机 重庆市（高职分类考试）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了重庆市（高职分类考试）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是重庆市（高职分类考试）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版）一课一练的第15练，内容涵盖了解步进电动机的基本结构和工作原理。 重庆市（高职分类考试）一课一练 《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 单元四 特殊电机 第15练 步进电动机 一、单项选择题 1. 在数字控制系统中，某种执行元件按输入控制信号逐步转动，其最主要的运动特点是（ ） A. 连续平稳变速运行 B. 按固定角度转动 C. 依靠电刷换向运转 D. 只作直线往复运动 2. 步进电动机的定子绕组在运行中主要用于（ ） A. 产生旋转磁场吸引转子 B. 改变轴承间隙减少摩擦 C. 储存机械能稳定转速 D. 降低机座温度保护绝缘 3. 一台三相反应式步进电动机按A、B、C三相依次通电运行时，若控制器连续送入若干个有效信号，转子将（ ） A. 始终停在初始位置 B. 按顺序逐步转动 C. 立即达到同步转速 D. 随机改变转动方向 4. 某设备采用步进电动机驱动工作台，调试时电动机有轻微振动但不转动，首先应重点检查（ ） A. 机座表面油漆厚度 B. 控制脉冲顺序是否正确 C. 铭牌额定功率大小 D. 外壳接地线颜色是否统一 二、判断题 5. 步进电动机每接收一个有效控制信号，转子通常转过一个固定角度。（ ） 6. 步进电动机必须依靠位置传感器反馈才能实现最基本的开环定位控制。（ ） 7. 改变步进电动机各相绕组的通电顺序，可以改变转子的转动方向。（ ） 8. 步进电动机的转速主要由电源电压的高低直接决定，控制信号频率只影响启动瞬间。（ ） 三、填空题 9. 步进电动机是一种把输入的电脉冲信号转换成相应______的执行元件。 10. 步进电动机通常由定子、转子和______等基本部分组成。 11. 三相步进电动机运行时，各相绕组应按规定______依次通电。 12. 维修步进驱动系统时，若出现丢步现象，应检查负载是否过大、启动频率是否过高以及驱动电源是否______。 四、综合题 13. 某实训室拆开一台永磁式步进电动机进行观察：定子内圆周上有带齿的小极和多组线圈，转子由永磁体及齿形极靴组成，定、转子之间留有很小且均匀的气隙。通电试验时，当控制电路使定子形成某一空间位置的磁场后，转子会停在一个确定角度；改变线圈中的电流分配后，转子又转到另一个相邻的稳定角度。请回答下列问题：定子齿极和线圈、永磁转子、气隙在结构和工作中分别起什么作用；为什么转子能在某一通电状态下保持确定位置；为什么改变电流分配后能够获得一系列离散的转动位置。 14. 某小型数控工作台需要低速、可控地移动到指定位置，设计人员准备在普通异步电动机和步进电动机之间选择。请说明更适合选用哪一种电动机，并写出两条理由。 15. 某三相步进电动机用于分度装置。试车时发现：低频运行基本正常，频率升高后出现明显丢步；降低负载后现象减轻；检查各相绕组均未断路。请分析可能原因，并提出两项处理措施，同时说明步进电动机与普通三相异步电动机在转速控制依据上的主要区别。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了重庆市（高职分类考试）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是重庆市（高职分类考试）《电机与电气控制技术》（高教版·第四版）一课一练的第15练，内容涵盖了解步进电动机的基本结构和工作原理。 重庆市（高职分类考试）一课一练 《电机与电气控制技术》（高教版·第四版） 单元四 特殊电机 第15练 步进电动机 一、单项选择题 1. 在数字控制系统中，某种执行元件按输入控制信号逐步转动，其最主要的运动特点是（ ） A. 连续平稳变速运行 B. 按固定角度转动 C. 依靠电刷换向运转 D. 只作直线往复运动 【答案】B 【解析】步进电动机接收一个控制信号后，转子通常转过一个规定角度，适合用于开环位置控制。连续平稳变速运行更接近普通交流或直流电动机的运行特点。 2. 步进电动机的定子绕组在运行中主要用于（ ） A. 产生旋转磁场吸引转子 B. 改变轴承间隙减少摩擦 C. 储存机械能稳定转速 D. 降低机座温度保护绝缘 【答案】A 【解析】步进电动机定子绕组按一定顺序通电后形成变化的磁场，转子在磁力作用下按步距转动。轴承、机座和机械惯量不是实现步进运动的主要电磁部件。 3. 一台三相反应式步进电动机按A、B、C三相依次通电运行时，若控制器连续送入若干个有效信号，转子将（ ） A. 始终停在初始位置 B. 按顺序逐步转动 C. 立即达到同步转速 D. 随机改变转动方向 【答案】B 【解析】三相绕组按规定顺序轮流通电时，定子磁场位置依次改变，转子会跟随磁场位置逐步转动。转动方向取决于通电顺序，不会随机改变。 4. 某设备采用步进电动机驱动工作台，调试时电动机有轻微振动但不转动，首先应重点检查（ ） A. 机座表面油漆厚度 B. 控制脉冲顺序是否正确 C. 铭牌额定功率大小 D. 外壳接地线颜色是否统一 【答案】B 【解析】步进电动机有振动但不能正常转动，常与相序接错、驱动信号顺序异常或缺相有关。额定功率、油漆厚度和接地线颜色通常不是造成该现象的直接原因。 二、判断题 5. 步进电动机每接收一个有效控制信号，转子通常转过一个固定角度。（ ） 【答案】√ 【解析】步进电动机的基本特点是将离散控制信号转换成离散机械位移，因此一个有效信号对应一个步距角的转动。 6. 步进电动机必须依靠位置传感器反馈才能实现最基本的开环定位控制。（ ） 【答案】× 【解析】步进电动机可在开环控制条件下实现基本定位，这是它在数控装置和自动控制设备中常用的重要原因。位置反馈可提高控制精度，但不是最基本开环运行的必要条件。 7. 改变步进电动机各相绕组的通电顺序，可以改变转子的转动方向。（ ） 【答案】√ 【解析】步进电动机转子跟随定子磁场位置移动，通电顺序改变时，磁场移动方向也随之改变，因此转子转向会改变。 8. 步进电动机的转速主要由电源电压的高低直接决定，控制信号频率只影响启动瞬间。（ ） 【答案】× 【解析】步进电动机的转速与控制信号频率密切相关，频率越高，单位时间内转过的步数越多。电源电压会影响驱动能力和动态性能，但不能取代频率对转速的控制作用。 三、填空题 9. 步进电动机是一种把输入的电脉冲信号转换成相应______的执行元件。 【答案】角位移 【解析】步进电动机的输出不是连续任意变化的转动，而是按步距形成离散角位移，因而适用于位置控制场合。 10. 步进电动机通常由定子、转子和______等基本部分组成。 【答案】绕组 【解析】定子上装有绕组，绕组按顺序通电后产生磁场，转子在磁场作用下按规定方向和角度转动。 11. 三相步进电动机运行时，各相绕组应按规定______依次通电。 【答案】顺序 【解析】步进电动机依靠各相绕组通电次序形成位置变化的磁场，通电顺序正确时，转子才能按要求逐步转动。 12. 维修步进驱动系统时，若出现丢步现象，应检查负载是否过大、启动频率是否过高以及驱动电源是否______。 【答案】不足 【解析】负载过大、启动频率过高或驱动能力不足都会使转子不能及时跟随磁场变化，从而产生丢步或失步现象。 四、综合题 13. 某实训室拆开一台永磁式步进电动机进行观察：定子内圆周上有带齿的小极和多组线圈，转子由永磁体及齿形极靴组成，定、转子之间留有很小且均匀的气隙。通电试验时，当控制电路使定子形成某一空间位置的磁场后，转子会停在一个确定角度；改变线圈中的电流分配后，转子又转到另一个相邻的稳定角度。请回答下列问题：定子齿极和线圈、永磁转子、气隙在结构和工作中分别起什么作用；为什么转子能在某一通电状态下保持确定位置；为什么改变电流分配后能够获得一系列离散的转动位置。 【答案】（1）定子齿极用于形成分布明确的磁极位置，并与转子齿配合产生不同的磁场作用位置；定子线圈通电后建立受控制的磁场，其电流方向和组合方式决定定子磁场的空间位置；永磁转子本身具有固定磁极，能够与定子磁场相互吸引或排斥，从而产生电磁转矩；气隙是定、转子之间进行磁场耦合的空间，气隙大小会影响磁通、转矩和运行稳定性。 （2）在某一通电状态下，定子磁场的空间位置确定。永磁转子受到电磁力矩作用，会转向使自身磁极与定子磁场相适应的位置。当转子到达该位置时，电磁转矩趋于平衡，因此能保持在一个确定的稳定角度。 （3）当控制电路改变各线圈中的电流分配时，定子合成磁场的位置随之改变，原来的稳定位置不再是新的平衡位置。转子在新的电磁转矩作用下转到相邻的稳定位置。由于定、转子齿极结构和绕组分布使这些稳定位置按一定角度间隔排列，所以连续改变电流分配时，转子就表现为一格一格地转动。 【解析】永磁式步进电动机利用定子受控磁场与永磁转子磁场之间的相互作用产生转矩。定子线圈通电后形成特定方向的磁场，永磁转子会自动转到与该磁场相对应的稳定位置；当线圈电流的组合发生变化时，定子磁场位置改变，新的稳定平衡位置也随之改变。由于电机内部齿极和绕组按一定规律布置，稳定位置不是连续任意的，而是离散分布的，因此转子能够按一定角度逐步转动。 14. 某小型数控工作台需要低速、可控地移动到指定位置，设计人员准备在普通异步电动机和步进电动机之间选择。请说明更适合选用哪一种电动机，并写出两条理由。 【答案】（1）更适合选用步进电动机。 （2）理由一是步进电动机能按控制信号实现逐步转动，便于控制位移。 （3）理由二是步进电动机可用于开环位置控制，控制线路相对简单。 【解析】（1）数控工作台强调位置控制和低速步进运动，步进电动机的运行特点更符合要求。 （2）步进电动机的角位移与输入信号数量有关，便于把电信号转换为机械位移。 （3）普通异步电动机适合连续旋转驱动，若直接用于精确定位，通常还需要更多检测和控制环节。 15. 某三相步进电动机用于分度装置。试车时发现：低频运行基本正常，频率升高后出现明显丢步；降低负载后现象减轻；检查各相绕组均未断路。请分析可能原因，并提出两项处理措施，同时说明步进电动机与普通三相异步电动机在转速控制依据上的主要区别。 【答案】（1）可能原因是负载转矩偏大、加速过程过快或驱动能力不足，使转子不能及时跟随定子磁场位置变化。 （2）处理措施可包括降低启动频率并采用逐步升频方式，减小机械负载或选用输出转矩更大的驱动装置。 （3）步进电动机转速主要由控制信号频率决定，普通三相异步电动机转速主要受电源频率、极数和负载转差影响。 【解析】（1）低频正常而升频后丢步，说明绕组基本通电，但动态跟随能力不足；负载降低后改善，进一步说明问题与负载转矩和驱动能力有关。 （2）降低启动频率可减小转子瞬时跟随压力，逐步升频有利于电动机进入稳定运行状态；减小负载或提高驱动能力能增加抗丢步能力。 （3）步进电动机按离散信号一步一步运行，单位时间内信号数量决定转速；三相异步电动机属于交流连续旋转电机，其转速规律与步进电动机不同。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $