2026年秋江苏开放大学机电设备伺服与变频应用第1次形考作业答案

2026年秋江苏开放大学机电设备伺服与变频应用第1次形考作业答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.伺服控制系统与普通调速系统最本质的区别是（）A.采用交流电机B.采用电力电子变流装置供电C.能够实现精确的位置控制和高动态响应D.具有转速负反馈闭环控制2.交-直-交电压型变频器中，逆变器的作用是（）A.将交流电整流为直流电B.将直流电逆变为频率和电压可调的交流电C.滤除直流回路中的谐波D.将再生能量回馈电网3.某步进电机的步距角为1.8°A.200B.400C.800D.16004.某增量式编码器每转输出2500个脉冲，经4倍频电路处理后，其每转计数脉冲为（）A.2500B.5000C.10000D.200005.对于大惯量负载需快速停车且制动频繁的场合，变频器应优先选配（）A.输入电抗器B.制动电阻和制动单元C.输出滤波器D.交流接触器6.变频器载波频率设置较高时，下列说法正确的是（）A.电动机噪声增大，变频器损耗减小B.电动机噪声减小，但变频器开关损耗增大C.输出电流谐波增大，电动机发热加剧D.对外电磁干扰减弱，但输出能力增强7.风机、泵类负载采用变频调速时，宜选用的U/A.恒转矩特性曲线B.二次方律（平方）特性曲线C.恒功率特性曲线D.任意一条曲线均可8.变频器与上位机采用RS-485通讯，传输距离较远时应采用（）A.普通平行导线B.屏蔽双绞线C.同轴电缆D.扁平排线9.变频器输入侧加装EMC滤波器的正确位置是（）A.变频器输出端与电动机之间B.变频器电源输入端C.制动电阻回路中D.控制端子与地之间10.变频器进行电机参数自整定（调谐）的主要目的是（）A.提高电机绝缘等级B.调整电机额定转速C.获取电机等效电路参数以提高矢量控制性能D.改变电机极对数二、多项选择题（每题4分，共20分）1.下列属于交流伺服系统基本组成部分的有（）A.伺服电机B.伺服驱动器C.液压站D.位置/速度反馈装置E.减速机F.运动控制器2.关于步进电机，下列说法正确的有（）A.其转角与输入脉冲数成正比B.其转速随脉冲频率升高而增大C.过载能力很强，不易失步D.可直接用于开环位置控制E.高速运行性能优于交流伺服电机3.变频调速相对于传统调速方式的主要优点包括（）A.调速效率高，转差损耗小B.调速范围宽，可实现无级调速C.可实现软启动，减小启动电流冲击D.必须附加调速电阻才能调速E.便于与PLC、上位机联网控制4.电压型交-直-交变频器主电路由哪些环节组成（）A.整流器B.直流滤波器C.逆变器D.能耗制动单元E.电流互感器5.关于增量式光电编码器，下列说法正确的有（）A.输出A、B两路相位差90°B.断电后位置信息随之丢失C.可直接输出转轴的绝对位置角度D.每转输出一个零位脉冲ZE.通过A、B两相信号的相位关系可判断旋转方向三、判断题（每题2分，共10分）1.任何伺服电机都必须安装编码器等反馈元件才能正常工作。2.变频器在调速过程中只改变输出电压频率，输出电压幅值始终不变。3.变频调速系统的制动电阻是将电机再生能量转化为热能消耗掉。4.负载飞轮力矩GD5.变频器的运行/停止控制接触器应安装在变频器输出侧，以便直接切断电机电源。四、简答题（每题6~8分，共30分）1.简述交流伺服系统三环控制的结构及各环节的作用。（6分）2.画出并说明电压型交-直-交变频器主电路的组成及各环节的作用。（8分）3.变频器载波频率的高低对系统运行有哪些影响？应如何选择？（8分）4.恒转矩负载和二次方律负载应分别选择何种U/五、综合分析题（共20分）1.某生产机械由变频器驱动一台三相异步电动机，电动机额定数据为：额定功率PN=7.5kW，额定转速nN=1460r/min，4极，额定电压380V，额定频率50Hz。负载折算到电动机轴上的飞轮力矩（1）电动机的额定转矩TNT（2）电动机从静止加速到额定转速所需的时间ta答案：加速时动态转矩为T加速时间t解析：注意GD（3）电动机从额定转速制动到停止所需的时间td答案：减速时制动转矩与负载转矩方向相同，均为阻碍转动的制动性质，故动态制动转矩为T制动时间t（4）分析本系统中加速时间大于减速时间的原因，并说明对实际生产的启示。（5分）答案：加速时电机输出转矩需克服负载转矩后剩余部分才用于加速，净动态转矩仅为1.0倍额定转矩；而减速时制动转矩与负载转矩方向一致，两者叠加为1.7倍额定转矩的制动力，故减速过程更短。启示：若实际工艺要求缩短加速时间，可提高变频器加速转矩设定值并增大变频器容量；若工艺要求平缓停车，则应适当延长减速时间或采用S曲线加减速方式，防止因减速过快引起机械冲击和直流母线过压。解析：第（4）问需从动态转矩计算公式出发比较加减速过程中合力矩的差异，并结合工程实际提出合理措施。参考答案与解析一、单项选择题1.答案：C解析：普通调速系统同样可以采用交流电机、变流装置和转速闭环，而伺服系统的核心特征是精确的位置控制能力与快速动态响应。2.答案：B解析：逆变器是变频器的输出环节，其作用是将直流电转换为频率、电压均可调的交流电供给电动机。3.答案：D解析：步距角为1.8°时每圈脉冲数为360/1.84.答案：C解析：4倍频利用A、B两相正交脉冲的每个上升沿和下降沿进行计数，故计数脉冲为2500×5.答案：B解析：大惯量负载减速时会产生大量再生能量，需通过制动电阻以热能形式消耗，防止直流母线电压过高。6.答案：B解析：载波频率越高，电机的电磁噪声越小，但开关器件损耗随之增大，变频器温升也升高。7.答案：B解析：风机、泵类负载的阻转矩与转速的平方成正比，采用二次方律曲线可保证低频时磁场不过饱和，同时获得明显节能效果。8.答案：B解析：RS-485通讯采用差分信号传输，屏蔽双绞线可有效抑制共模干扰和电磁辐射，保证远距离可靠通讯。9.答案：B解析：EMC滤波器用于抑制变频器传导发射和外部干扰输入，应尽量靠近变频器电源输入端安装。10.答案：C解析：矢量控制需要准确的定子电阻、电感等电机参数，自整定功能用于自动测量这些参数，从而提升控制精度。二、多项选择题1.答案：A、B、D、F解析：伺服系统由伺服电机、驱动器、反馈装置和上位控制器构成。液压站属于液压传动系统，减速机虽常在机械传动中使用，但不是伺服系统的必要组成部分。2.答案：A、B、D解析：步进电机的角位移由脉冲个数决定，转速由脉冲频率决定，可在开环方式下实现定位。但其过载能力弱，高速时转矩下降明显，高速性能远不如交流伺服电机。3.答案：A、B、C、E解析：变频调速通过改变定子供电频率调速，转差功率损耗小，可无级调速并具有软启动功能，且通讯接口丰富。选项D是绕线转子电机串电阻调速的特点，与变频调速无关。4.答案：A、B、C、D解析：主电路由整流、滤波、逆变三大环节组成，能耗制动单元为可选环节。电流互感器属于检测元件，不属于主电路功率环节。5.答案：A、B、D、E解析：增量式编码器输出脉冲计数来反映相对位置，断电后需重新找零；绝对位置信息需由绝对式编码器直接输出。三、判断题1.答案：错误解析：步进电机属于开环伺服元件，无需反馈编码器即可实现位置控制。2.答案：错误解析：变频器在基频以下采用恒压频比（U/3.答案：正确4.答案：正确5.答案：错误解析：接触器应安装在变频器输入侧。在输出侧通断负载会使变频器瞬间承受大电流冲击，易损坏模块。四、简答题1.答案：（1）位置环为最外环，通过位置反馈构成闭环，决定系统的定位精度和跟踪性能；（2）速度环为中间环节，对速度偏差进行调节，保证转速平稳并抑制负载扰动；（3）电流环为最内环，实时控制电枢电流即电磁转矩，决定系统的动态响应速度。解析：三环结构由外到内依次为位置环、速度环、电流环。内环响应速度最快，外环响应速度最慢，各环协调工作实现伺服系统的高精度控制。2.答案：主电路由整流器、直流滤波环节、逆变器和能耗制动单元组成。（1）整流器：将三相交流电整流为脉动直流电；（2）直流滤波环节：由电容器（必要时加电抗器）滤波，为逆变器提供平稳的直流电压；（3）逆变器：由电力电子开关器件构成，将直流电逆变为频率和电压可调的交流电供给电机；（4）能耗制动单元：由制动开关管和制动电阻组成，用于消耗电机制动时回馈的再生能量，防止直流母线过压。解析：上述环节中整流与逆变是核心，滤波环节决定直流母线电压质量，制动单元是提升制动性能的重要选配环节。3.答案：（1）载波频率高时：电动机电磁噪声小，输出电流谐波小，但开关损耗增大、变频器温升升高，对外电磁干扰增强；（2）载波频率低时：开关损耗小、温升低，但电机噪声增大，电流谐波加重，低速时可能引起转矩脉动；（3）选择原则：在满足电机噪声要求的前提下，尽量选择较低的载波频率；当变