電力拖動自動控制系統(tǒng)(直流調(diào)速)課后思考題

1、第2章2-1直流電動機有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點？（調(diào)速指標(biāo)）答：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速。特點略。2-2簡述直流pwm變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。（表2-3，p17主電路）答：直流pwm變換器基本結(jié)構(gòu)如圖，包括igbt和續(xù)流二極管。三相交流電經(jīng)過整流濾波后送往直流pwm變換器，通過改變直流pwm變換器中igbt的控制脈沖占空比，來調(diào)節(jié)直流pwm變換器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。2-3直流pwm變換器輸出電壓的特征是什么？答：脈動直流電壓。2=4為什么直流pwm變換器-電動機系統(tǒng)比t-m系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：pwm開關(guān)頻率快、周期短。 直流pwm變換器和晶閘管整流裝置

2、均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流pwm變換器的時間常數(shù)ts等于其igbt控制脈沖周期（1/fc），而晶閘管整流裝置的時間常數(shù)ts通常取其最大失控時間的一半（1/（2mf）。因fc通常為khz級，而f通常為工頻（50或60hz），m為一周內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)，通常也不會超過20，故直流pwm變換器時間常數(shù)通常比晶閘管整流裝置時間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動態(tài)性能更好。2=5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動機停止不動時，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：電樞兩端還有電壓，因為在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動機電樞兩端電壓僅取決于直流pwm變換器的輸出。電樞回路中還有電流，因為電樞電壓和電樞電

3、阻的存在。2-6直流pwm變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生什么后果？答：為電動機提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會使電動機在電樞電壓瞬時值為零時產(chǎn)生過電壓。電樞電壓不可控，無法調(diào)速2-7直流pwm變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？答：不是。受器件約束。因為若開關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動機供電時，有可能導(dǎo)致電樞電流還未上升至負載電流時，就已經(jīng)開始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負載電流，電機無法運轉(zhuǎn)。2=8泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？答：泵升電壓是當(dāng)電動機工作于回饋制動狀態(tài)時，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，使得電動機由動能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋

4、回交流電網(wǎng)，而只能向濾波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過大將導(dǎo)致電力電子開關(guān)器件被擊穿。應(yīng)合理選擇濾波電容的容量，或采用泵升電壓限制電路。2-9在晶閘管整流器-電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負載增加而降低？答：負載增加意味著負載轉(zhuǎn)矩變大，電機減速，并且在減速過程中，反電動勢減小，于是電樞電流增大，從而使電磁轉(zhuǎn)矩增加，達到與負載轉(zhuǎn)矩平衡，電機不再減速，保持穩(wěn)定。故負載增加，穩(wěn)態(tài)時，電機轉(zhuǎn)速會較增加之前降低。2-10靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機械特性硬度是一回事嗎？舉個例子。答：d=（nn/n）（s/（1-s）。不是一回事。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的，

5、而機械特性硬度是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的降落的。2-11調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什么必須同時提才有意義？答：d=（nn/n）（s/（1-s）。因為若只考慮減小最小靜差率，則在一定靜態(tài)速降下，允許的調(diào)速范圍就小得不能滿足要求；而若只考慮增大調(diào)速范圍，則在一定靜態(tài)速降下，允許的最小轉(zhuǎn)差率又大得不能滿足要求。因此必須同時提才有意義。2=12轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？（已驗證）答：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)增加了轉(zhuǎn)

6、速反饋環(huán)節(jié)（由轉(zhuǎn)速檢測裝置和電壓放大器構(gòu)成），可獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而保證在一定靜差率下，能夠提高調(diào)速范圍。改變給定電壓能改變電動機轉(zhuǎn)速。因為改變給定電壓則改變實際轉(zhuǎn)速反饋電壓與給定電壓的偏差，從而改變電力電子變換器的輸出電壓，即改變電動機的電樞電壓，改變了轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能改變給定電壓能改變轉(zhuǎn)速。u*=na。若測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化，則反饋電壓發(fā)生變化，當(dāng)給定電壓一定時，則電壓偏差發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)速改變。故系統(tǒng)無克服測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化干擾的能力。2=13為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓u=0時，調(diào)節(jié)器的輸出電

7、壓是多少？它決定于哪些因素？答：因為積分調(diào)節(jié)器能在電壓偏差為零時仍有穩(wěn)定的控制電壓輸出，從而克服了比例調(diào)節(jié)器必須要存在電壓偏差才有控制電壓輸出這一比例控制的調(diào)速系統(tǒng)存在靜差的根本原因。當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為零時，調(diào)節(jié)器輸出電壓應(yīng)為一個恒定的積分終值。它取決于輸入偏差量在積分時間內(nèi)的積累，以及積分調(diào)節(jié)器的限幅值。2=14在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響？為什么？答：仍然受影響。因為無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只是實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)誤差為零，因此若給點電源發(fā)生偏移，或者測速發(fā)電機精度受到影響而使反饋電壓發(fā)生改變，系統(tǒng)仍會認為是給定或轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而改變

8、轉(zhuǎn)速，以達到電壓偏差為零。2=15在轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用？為什么？（已驗證）（1）放大器的放大系數(shù)kp。（2）供電電網(wǎng)電壓ud。（3）電樞電阻ra。（4）電動機勵磁電流if。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。答：（1）有。假設(shè)kp減小，則控制電壓減小，則電力電子變換器輸出減小，則電動機轉(zhuǎn)速下降；而電動機轉(zhuǎn)速下降，則反饋電壓減小，則偏差電壓增大，則控制電壓增大，則轉(zhuǎn)速上升。（2）有。不解釋。（3）有。不解釋。（4）有。不解釋。（5）沒有。不解釋。2-16在轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓ud較之負載

9、變化前是增加、減少還是不變？ 在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸出電壓ud是增加、減少還是不變？（已驗證）答：（1）ud減小。因負載減小，轉(zhuǎn)速上升，反饋電壓增加，給定電壓一定，偏差電壓減小，控制電壓減小，故輸出電壓減小。（2）n不變，ud增加。轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速僅取決于給定電壓，故不變；略。2-17閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差的實質(zhì)是什么？第3章3-1在恒流起動過程中，電樞電流能否達到最大值idm？為什么答：能。轉(zhuǎn)速控制器asr出現(xiàn)飽和。3=2由于機械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。（未驗證）答：電動機堵轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速恒為

10、零，在一定的給定下，偏差電壓相當(dāng)大，從而使asr迅速達到飽和，又電動機轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)軸堵死無法提升，故acr無法退飽和，因此系統(tǒng)處于asr飽和狀態(tài)。3=3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓un*不變，增加轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓un和實際轉(zhuǎn)速n是增加、減小還是不變？（已驗證）答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)增加，則轉(zhuǎn)速反饋電壓un增加，給定電壓un*，則轉(zhuǎn)速偏差電壓減小，則asr給定電壓ui*減小，則控制電壓uc減小，則轉(zhuǎn)速n減?。晦D(zhuǎn)速n減小，則轉(zhuǎn)速反饋電壓un減小，直到轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速反饋電壓un不變，且實際轉(zhuǎn)速n減小。3-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（未通過

11、驗證，求姐）（1）電流反饋極性接反。（2）轉(zhuǎn)速極性接反。答：（1）電流環(huán)飽和，電樞電壓最大。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)飽和，電機以最大電流運行。3=5某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，asr、acr均采用pi調(diào)節(jié)器，調(diào)試中怎樣才能做到uim*=6v時，idm=20a；如欲使un*=10v時，n=1000rpm，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？答：（1）調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)=0.3；（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01。3=6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)kn行不行？（= =|）改變電力電子變換器的放大倍數(shù)ks行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么

12、參數(shù)？答：通常可以調(diào)節(jié)給定電壓。改變kn和ks都不行，因為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對前向通道內(nèi)的階躍擾動均有能力克服。也可以改變，但目的通常是為了獲得更理想的機械特性。若要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)。3=7轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：輸入偏差電壓皆是零。因為系統(tǒng)無靜差。則asr輸出電壓ui*=ui=id=idl；acr輸出電壓uc=ud0/ks=見p62。3-8在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？答：有靜差。速度調(diào)節(jié)器對階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/（1+kn），

13、或電流調(diào)節(jié)器對階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/（1+kc），而對斜坡擾動的靜差變得更大。3-9從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（2）動態(tài)限流性能。（3）起動的快速性。（4）抗負載擾動的性能。（5）抗電源電壓波動的性能。答：3-10根據(jù)asr和acr的作用，回答（均為pir）：（已驗證）（1）雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運行中，如果電流反饋信號線斷開，系統(tǒng)仍能正常工作嗎？（2）雙閉環(huán)系統(tǒng)在額定負載下穩(wěn)定運行時，若電動機突然失磁，最終電動機會飛車嗎？答：（1）穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速變大，電流不變。（2）不會飛車，而是停轉(zhuǎn)。第5章5-1對于恒

14、轉(zhuǎn)矩負載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電機機械特性越軟調(diào)速范圍越大嗎？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負載工作時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0ssm，sm本來就不大，因此調(diào)速范圍也不大。降壓調(diào)速時，機械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速范圍不變。5=2異步電動機變頻調(diào)速時，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因為定子電壓頻率變化時，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動機工作。在整個調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時，氣隙磁通將減少，電動機將出力不足；而在基頻以下時，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵磁電流將過大，

15、電動機將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵磁電流過大，破壞電動機，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電壓恒定。5-3異步電動機變頻調(diào)速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓

16、控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。5=4基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通ms、恒氣隙磁通m和恒轉(zhuǎn)子磁通mr的控制方式，從機械特性和系統(tǒng)實現(xiàn)兩個方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點。答：恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，其機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。恒定子磁通ms、恒氣隙磁通m和恒轉(zhuǎn)子磁通mr的控制方式均需要定子電壓補償，

17、控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通ms和恒氣隙磁通m的控制方式雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通mr控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最佳。5-5常用的交流pwm有三種控制方式，分別為spwm、cfpwm和svpwm，論述它們的基本特征及各自的優(yōu)缺點。答：略。5-6分析cfpwm控制中，環(huán)寬h對電流波動與開關(guān)頻率的影響。答：略。5-7三相異步電動機y聯(lián)結(jié)，能否將中性點與直流側(cè)參考點短接？為什么？答：不宜。因為當(dāng)電動機發(fā)生故障或不正常運行時其中性點可能會有不平衡電流流過。5=8當(dāng)三相異步電動機由正弦對稱電壓供電，并達到穩(wěn)態(tài)時，可以定義電壓相量u、電流相量i等，用于分析三相異步電動機的穩(wěn)定工作狀態(tài)，5.4.5節(jié)定義的空間矢量us、is與相量有何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時，兩者有何聯(lián)系？答：空間矢量位置固定（如空間矢量uao固定在a相繞組軸線上），但大小隨時間變化；而相量大小是不變的（如有效值