電力拖動自動控制系統(tǒng)第4版復(fù)習(xí)要點

1、第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 直流電機(jī)主要有哪幾種基本調(diào)速方法?通過性能比較，你認(rèn)為哪一種方法最好？答：直流電動機(jī)穩(wěn)態(tài)表達(dá)式 式中:轉(zhuǎn)速（r/min）,電樞電壓（V）,電樞電流（A）,電樞回路總電阻（）,勵磁磁通（Wb）,電動勢常數(shù)。直流電機(jī)主要有三種基本調(diào)速方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U，減弱勵磁磁通 F，改變電樞回路電阻 R。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。2 常

2、用的可控直流電源主要有哪些？答：常用的可控直流電源有以下三種：（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。（2）靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。3靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n0的關(guān)系如何? 答：靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n0成反比，n0下降，s上升。所以檢驗靜差率時應(yīng)以最低速時的靜差率 為準(zhǔn)。5轉(zhuǎn)速控制的要求是什么？答：1）調(diào)速-在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔的或平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2）穩(wěn)速-以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定

3、運(yùn)行，在各種可能的干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。3）加、減速-頻繁起、制動的設(shè)備要求盡量快的加、減速以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。6 解釋反饋控制規(guī)律？答（1）被調(diào)量有靜差（2）抵抗擾動與服從給定（3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度 7 閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速比開環(huán)空載轉(zhuǎn)速小多少? 答： 是的1/（1+K）。8 試說明轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理。 答：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、觸發(fā)器GT、晶閘管變流器VT、測速發(fā)電機(jī)TG等組成；當(dāng)電動機(jī)負(fù)載TL增加時，電樞電流Id也增加，電樞回路壓降增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則轉(zhuǎn)速反饋電壓也相應(yīng)下

4、降，而轉(zhuǎn)速給定電壓不變，增加。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出增加，使控制角 減小，晶閘管整流裝置輸出電壓增加，于是電動機(jī)轉(zhuǎn)速便相應(yīng)自動回升，其調(diào)節(jié)過程可簡述為：上述過程循環(huán)往復(fù)，直至為止。9下圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，各部件的名稱和作用。答： 1）比較器： 給定值與測速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓。2）比例放大器A：將轉(zhuǎn)速偏差電壓放大，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的控制電壓。3）電力電子變換器UPE：將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為可控的直流電壓。4）M電機(jī)：驅(qū)動電機(jī)。5）TG發(fā)電機(jī)：測速發(fā)電機(jī)檢測驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。6）電位器：將測速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值。10 說明單

5、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降的原因，改變給定電壓或者調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能否改變電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速?為什么? 答：負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為： 從上式可可得：改變給定電壓能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，則也要改變，因此也能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。 11閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的定義？與開環(huán)系統(tǒng)比較有何特點？答（1）定義：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。（2）特點：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬的多，2）如果比較同一N0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小的多。3）當(dāng)要求的

6、靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。4）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。12 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾能力和控制精度的原因？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在負(fù)反饋基礎(chǔ)上，按偏差進(jìn)行控制。當(dāng)系統(tǒng)中由于某種原因使被控量偏離希望值而出規(guī)偏差時，必定產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控制量與希望值趨于一致，所以閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾動能力和控制精度。13反饋控制系統(tǒng)為什么極性不能接錯？答：控制系統(tǒng)一般都是負(fù)反饋系統(tǒng)。如果錯接成正反饋系統(tǒng)，對調(diào)速系統(tǒng)造成超速“飛車”或振蕩等故障，后果非常嚴(yán)重。14 有靜差系統(tǒng)與無差系統(tǒng)的區(qū)別？答：根本區(qū)別在于結(jié)構(gòu)上(控制器中)有無積分控制

7、作用，PI控制器可消除階躍輸入和階躍擾動作用下的靜差，稱為無靜差系統(tǒng)，P控制器只能降低靜差，卻不能消除靜差，故稱有靜差系統(tǒng)。15比例積分(PI)調(diào)節(jié)器的特點 ？答： PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc由兩部分組成。第一部分KPUi是比例部分，第二部分是積分部分。當(dāng)t=0突加Ui瞬間，電容C相當(dāng)于短路，反饋回路只有電阻Rf，此時相當(dāng)于P調(diào)節(jié)器，輸出電壓，隨著電容C被充電開始積分，輸出電壓Uc線性增加，只要輸入Ui繼續(xù)存在，Uc一直增加飽和值（或限幅值）為止。16 PID控制各環(huán)節(jié)的作用是什么?答：PID控制器各環(huán)節(jié)的作用是：(l) 比例環(huán)節(jié)P：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控

8、制作用，以便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。(2) 積分環(huán)節(jié)I：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無差度。(3) 微分環(huán)節(jié)D：反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得過大之前，在系統(tǒng)中引入一個早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。18采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的速度是否有靜差？為什么？試說明理由。 答：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的速度是無靜差的。 電壓負(fù)反饋實際是一個自動調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被減小到 1/（1+K），它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類

9、似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 19光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法主要有哪幾種？各用于何種場合？答：采用中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法主要有M 法測速，T 法測速，M/T 法測速，M法適用于測高速，T法適用于測低速，M/T 法即適用于測低速，又適用于測高速。（2-4）為什么 PWM電動機(jī)系統(tǒng)比晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？ 答：PWM電動機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性： （1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少。 （2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。 （3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1：10000 左右。 （4） 若與快速響

10、應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。 （6） 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。（2-11）（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 時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答：在動態(tài)過程中，當(dāng)變化時，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出 便一直增長；只有達(dá)到，時，才停止上升；不到變負(fù)， 不會下降。當(dāng)時，并不是零，而是一個終值；如果不再變化，這個終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點。因

11、此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在 ，但歷史上有過 ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時需要的控制電壓 。 （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(jī)精度的影響？并說明理由。 答：系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。 因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的影響。 （2-15）在電壓負(fù)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？（1）放大器的放大系數(shù) ；（2）供電電網(wǎng)電壓；（

12、3）電樞電阻；（4）電動機(jī)勵磁電流；（5）電壓反饋系數(shù)。 答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用再通過反饋控制作用，因為他們的變化最終會影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。 電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻 發(fā)生變化時仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因為電樞電阻處于反饋環(huán)外。 當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。 當(dāng)電壓反饋系數(shù)發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。 （例題2-1 ）某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為=1430r/mi

13、n，額定速降=115r/min，當(dāng)要求靜差率s30%時，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？ 解：在要求s 30%時，允許的調(diào)速范圍為若要求s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是（例題2-2 ）某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動機(jī)電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？ 解：當(dāng)

14、電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為如要求 ，即要求（例題2-3 ）在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s5%，已知 Ks=30，= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？ 解： 已知開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 =275 r/min，閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為2.63 r/min，由式可得則得即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46。（例題2-4 ）在例題2-3中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路總電阻，電感量3mH，系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：電磁時間常數(shù)機(jī)電時間常

15、數(shù)晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求是矛盾的。（例題2-5 ）在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若改用全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為：，1mH，PWM開關(guān)頻率為8kHz。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=20，s5%，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如果對靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時，系統(tǒng)能夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍有多少？解：電磁時間常數(shù)機(jī)電時間常數(shù)晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 、 要求 （見例題1-2） PWM調(diào)速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求下穩(wěn)定運(yùn)行。 若系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀況，

16、第3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用?答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：(1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用：1）轉(zhuǎn)速n跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。2) 突加負(fù)載時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均參與調(diào)節(jié)作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于主導(dǎo)作用，對負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸出電壓限幅值決定允許最大電流值。(2) 電流調(diào)節(jié)器ACR的作用1) 起動過程中保證獲得允許最大電流。2) 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其電流給定電壓變化。3) 電源電壓波動時及時抗擾作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動的影響。4) 當(dāng)電動機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電

17、流的最大值，從而起到安全保護(hù)作用。2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動與負(fù)載擾動時，哪個調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用?答：電網(wǎng)電壓波動時，ACR起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動時，ASR起主要抗擾調(diào)節(jié)作用。3下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如果要改變雙閉環(huán)有靜差V-M系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)?改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大系數(shù) 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)和改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 能行否?如果要改變堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)? -轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) -電流反饋系數(shù)答：要改變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)給定電或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。，要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值或改變電流反饋系數(shù)4 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點是什么？答：轉(zhuǎn)

18、速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點是：1) 飽和非線性控制ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無靜差調(diào)速系統(tǒng).2）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制，恒流升速可使起動過程盡可能最快。3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR退飽和。5下圖為轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。（1）突增負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則ACR的輸出電壓、變流裝置輸出電壓，電動機(jī)轉(zhuǎn)速，較之負(fù)載變化前是增加、減少，還是不變？為什么？（2） 如果速度給定不變時，要改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)？ 答：(1) (2) 因為所以調(diào)節(jié)可以改變轉(zhuǎn)速。6 直流調(diào)速系統(tǒng)有哪些主要性能

19、指標(biāo)? 答：直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)包括靜態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)兩個部分。 靜態(tài)主要性能指標(biāo)有調(diào)速范圍D、靜差率s、。動態(tài)性能指標(biāo)分成給定控制信號和擾動信號作用下兩類性能指標(biāo)。給定控制信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有上升時間，調(diào)節(jié)時間(亦稱過濾過程時間)和超調(diào)量。擾動信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有最大動態(tài)速降、恢復(fù)時間7調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程可以簡化為哪兩步?答：1.選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)2.選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)8轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中分別按什么典型型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計？為什么？答：轉(zhuǎn)速環(huán)按典型（II）型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力(強(qiáng))，穩(wěn)態(tài)（無靜差）。電流環(huán)按典型（I）型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力(稍差)，超調(diào) （?。? 如果轉(zhuǎn)速

20、、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是 PI調(diào)節(jié)器，而改為 P調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？ 答：改為 P 調(diào)節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量，PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。（3-6）在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機(jī)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) 行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 行不行？若要改變電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？ 答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系 因此 轉(zhuǎn)速

21、是由給定電壓決定的；改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)和電力電子變換器的放大倍數(shù)不可以。（3-7）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)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：當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限幅電壓 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。 （3-9）試從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)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(fù)載擾動的性能；（5）抗電

22、源電壓波動的性能。 答：（1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓 決定的。ASR 的輸出量 是由負(fù)載電流 決定的。控制電壓的大小則同時取決于和，或者說，同時取決于和 。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似。 （2）帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓與給定電壓 的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。 （3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。 （4）由動態(tài)結(jié)構(gòu)

23、圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計 ASR 時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 （5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。 第5 章 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率 根據(jù)對 處理方式的不同，可把交流調(diào)速系統(tǒng)分成哪幾類？并舉例說明。 答：

24、從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類 。轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。 轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，繞線電機(jī)串級

25、調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，變極對數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速屬于此類。其中變極對數(shù)調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。 2異步交流電機(jī)變頻器上電壓和頻率為什么要協(xié)調(diào)控制？答：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：希望保持電機(jī)中

26、每極磁通量 Fm 為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)。在交流異步電機(jī)中，磁通 Fm 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，因為有，此式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通Fm 的目的。3 在電動機(jī)調(diào)速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變?對直流電機(jī)和交流異步電機(jī)，分別采用什么方法使電機(jī)每極的磁通恒定?答：異步電動機(jī)的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢如果使氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機(jī)的磁通恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持

27、交流異步電機(jī)的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。4簡述恒壓頻比控制方式。 答：繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 ，則得。這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時 和 都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。5 下圖為異步電動機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性，交流異步電動機(jī)的恒壓頻比控制有哪三種方式?試就其實現(xiàn)難易程度、機(jī)械特性等方面進(jìn)行比較。 a）恒壓頻比控制 b）恒定子磁通控制 c）恒氣隙磁通控制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制答：，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入

28、頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難實現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。，與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。，定子相電壓/輸入頻率為恒值，定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實現(xiàn)。接近額定頻率時，變化不大，的降低，變化較大，在低速時甚至拖不動負(fù)載。實際上，由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大， 不可忽略，故必須進(jìn)行定子電壓補(bǔ)償。，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢(忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗)轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。這是矢量控制追求的目標(biāo)。6 交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以上和基

29、速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉(zhuǎn)矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律? 答：恒磁通調(diào)速(基頻以下) ，并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速(基頻以上)升高電源電壓時不允許。在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機(jī)的弱磁增速。7 交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要有哪兩種？答：交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要有兩種：有恒磁通控制和恒功率控制兩種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。8 什么是脈沖寬度調(diào)制（PWM）? 答：利用電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓變頻的目的。9什么是SPWM控制方式?答：SPWM即以正弦波

30、作為調(diào)制信號對載波信號進(jìn)行調(diào)制后，產(chǎn)生一組等幅而脈沖寬度正比干正弦波的矩形脈沖。將該組脈沖作為逆變器開關(guān)元件的控制信號，從而在逆變器負(fù)載上(多為異步電動機(jī))得到與控制信號波形相同，等效于正弦波的驅(qū)動電壓。10什么是電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖？并說明定子磁鏈的運(yùn)動軌跡。 圖 基本電壓空間矢量圖 圖 正六邊形定子磁鏈軌跡 圖 電壓空間矢量的6個扇區(qū)答：電壓型逆變器，為三組六個開關(guān)同一橋臂的兩個開關(guān)互為反向：一個接通“1”，另一個斷開“0”。1) 逆變器8個電壓狀態(tài)：V1(100)，V2(010)，V3(010) ，V4(011) ，V5(001) ，V6(101)構(gòu)成正六邊形的項

31、點，V7(111) ，V0(000)位于正六邊形的中心。由相電壓波形圖可直接得到逆變器的各開關(guān)狀態(tài)，兩者的開關(guān)狀態(tài)順序一致6個狀態(tài)一個周期(狀態(tài)1 狀態(tài)6)，相電壓波形幅值一致： 和。2) 忽略定子電阻和漏感的影響，定子回路的電壓平衡方程式為： 或 一定子磁鏈的初始值。3) 從電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓、空間矢量圖可見：定子磁鏈?zhǔn)噶康脑鲩L方向，即矢頭的運(yùn)動方向決定于電壓矢量的方向；定子磁鏈空間矢量頂點的運(yùn)動方向和軌跡對應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量的作用方向。只要定子電阻壓降比起定子電壓足夠小，這種平衡就能得到很好地近似)，在適當(dāng)?shù)貢r候依次給出定子電壓空間矢量，則得到的定子磁鏈的運(yùn)動軌跡依次按運(yùn)動， 形成正六邊形磁鏈。正六邊形的六條邊代表磁鏈空間矢量一個周期的運(yùn)動軌跡，稱區(qū)段(扇區(qū))-區(qū)段(扇區(qū))S6。矢頭的運(yùn)動速率與的幅值成正比； 若則停止運(yùn)動(V0、V7) 若有效電壓矢量依照矢量圖的次序交替作用，且作用時間相等，矢頭的運(yùn)動軌跡為一正六邊形。11 什么是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)調(diào)速?答：在轉(zhuǎn)差率s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率 成正比，即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這