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1、電力拖動自動控制系統(tǒng) - 運動控制系統(tǒng)( 阮毅 陳伯時)課后思考題答案第21 直流電動機有哪幾種調速方法?各有哪些特點? 答:調壓調速,弱磁調速,轉子回路串電阻調速,變頻調速。特點略。2簡述直流PWM變換器電路的基本結構。答:直流PWM變換器基本結構如圖,包括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經 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V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能?答:直流PWM變換
2、器和晶閘管整流裝置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) 為一周內 ), m 整流電壓的脈波數,通常也不會超過20,故直流PWM變換器時間常數通常比晶閘管整流裝置時間常數更小,從而響應更快,動態(tài)性能更好。2=5 在直流脈寬調速系統(tǒng)中, 當電動機停止不動時, 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, 因為在直流脈寬調速系統(tǒng)中, 電動機電樞兩端電壓僅取 決于
3、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阻 的存在。2-6直流PWM變換器主電路中反并聯二極管有何作用?如果二極管斷路會產生 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 零時產生過電 壓。2-7直流PWM變換器的開關頻率是否越高越好?為什么? 答:不是。因為若開關頻率非常高,當給直流電動機供電時,有可能導致電樞 電流還未上升 至負載電流時,就已經開始下降了,從而導致平均電流總小于負 載電流,電機無法運轉。2-8 泵升電壓是怎樣產生的?對系統(tǒng)有何影響?如何抑制? 答:泵升電壓是當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導電
4、性,使得電 動機由動能轉變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網,而只 能向濾波電容充電, 造成電 容兩端電壓升高。 泵升電壓過大將導致電力電子開 關器件被擊穿。應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)調速系統(tǒng)中,為什么轉速隨負載增加而降低? 答:負載增加意味著負載轉矩變大,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,從而使電磁轉矩增加,達到與負載轉矩平衡,電機不 再減速,保持穩(wěn)定。故負載 增加,穩(wěn)態(tài)時,電機轉速會較增加之前降低。2-10 靜差率和調速范圍有何關系?靜差率和機械特性硬度是一回事嗎?舉個例 子。答:D= (nN/
5、 n)(s/ (1-s )。靜差率是用來衡量調速系統(tǒng)在負載變化下轉速的穩(wěn)定度的, ) 而機械特性硬度是用來衡量調速系統(tǒng)在負載變化下轉速的降落 的。2-11 調速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關系?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 ) 的調速范圍就小得不能滿足要求;而若只考慮增大調速范圍, 則在一定靜態(tài)速降下,允許的最 小轉差率又大得不能滿足要求。因此必須同時 提才有意義。2-12 轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)有哪些特點?改變給定電壓能否改變電動機的轉速? 為什么?如果給 定電壓不變,調節(jié)轉速反饋系數是否能
6、夠改變轉速?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:轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)增加了轉速反饋環(huán)節(jié) (由轉速檢測裝置和電壓放大器構 成) ,可獲得比 開環(huán)調速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性,從而保證在一定靜差率下, 能夠提高調速范圍。 改變給定電壓能改變電動機轉速。因為改變給定電壓則改 變實際轉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,改變了轉速。 調節(jié)轉速反饋系數而不改變給定電壓 能改變轉速。因為改變轉速反饋系數則改變實際轉速反 饋電壓,而給定電壓不 變,則電壓偏差改變,從而電力電子變換器輸出電壓改變,即電動機電
7、樞電壓 改變,轉速改變。 若測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化,則反饋電壓發(fā)生變化,當給定 電壓一定時,則電壓偏差發(fā)生變 化,從而轉速改變。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速系統(tǒng)是無靜差的?在轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中,當 積分調節(jié)器的輸 入偏差電壓 U=0時,調節(jié)器的輸出電壓是多少?它決定于哪 些因素? 答:因為積分調節(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速系統(tǒng)存 在靜差的根本原因。 當積分調節(jié)器的輸入偏差電壓為零時,調節(jié)器輸出電壓應 為一個恒定的積分終值。它取決于 輸入偏差量在積
8、分時間內的積累,以及積分 調節(jié)器的限幅值。2-14 在無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中,轉速的穩(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。因為無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)只是實現了穩(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 速發(fā)生改變,從而改變轉速,以達到電壓偏差為 零。2-15 在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中,當下列參數發(fā)生變化時系統(tǒng)是否 有調節(jié)作用?為 什么?(已驗證) (1 )放大器的放大系數 Kp。( 2)供電電網電壓 Ud。 ( 3)電樞電阻 Ra。 (4)電動機勵磁電流 If 。 (5
9、)轉速反饋 系數a。答: (1)有。假設 Kp 減小,則控制電壓減小,則電力電子變換器輸出減小, 則電動機轉速下 降;而電動機轉速下降,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 在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(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 之負載變化前是增加、減少還是不變? 在無靜差調速系統(tǒng)中,突加負載后進入 穩(wěn)態(tài)時轉速 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,轉速上升,
10、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。轉速負反饋調速系統(tǒng)轉速僅取決于給定電壓, 故不變; 略。 2-17 閉環(huán)調速系統(tǒng)有 哪些基本特征?它能減少或消除轉速穩(wěn)態(tài)誤差的實質是什么? 一、可以作為填空題或簡答題的2-1 簡述直流電動機的調速方法。 答:直流調速系統(tǒng)常以(調壓調速)為主, 必要時輔以(弱磁調速) ,以(擴大調速范圍) , 實現(額定轉速以上調速) 。2-2直流調壓調速主要方案有(G-M調速系統(tǒng),V-M調速系統(tǒng),直流PWM調速 系統(tǒng)) 。2-3 V-M 調速系統(tǒng)的電流脈動和斷續(xù)是如何形成的?如何抑制電流脈動?11-12
11、答:整流器輸出電壓大于反電動勢時,電感儲能,電流上升,整流器輸出 電壓小于反電動勢 時,電感放能,電流下降。整流器輸出電壓為脈動電壓,時 而大于反電動勢時而小于, 從而導 致了電流脈動。 當電感較小或電動機輕載時, 電流上升階段電感儲能不夠大,從而導致當電流下降時, 電感已放能完畢、電 流已衰減至零,而下一個相卻尚未觸發(fā),于是形成電流斷續(xù)。2-4 看 P14 圖簡述 V-M 調速系統(tǒng)的最大失控時間。14答:t1時刻某一對晶閘管被觸發(fā)導通,觸發(fā)延遲角為a 1,在t2t1時刻, 控制電壓發(fā)生變 化,但此時晶閘管已導通, 故控制電壓的變化對它已不起作用, 只有等到下一個自然換向點 t3 時刻到來時,
12、控制電壓才能將正在承受正電壓的 另一對晶閘管在觸發(fā)延遲角a 2后導通。t3-t2即為失控時間,最大失控時間即 為考慮 t2=t1 時的失控時間。 2-5 簡述 V-M 調速系統(tǒng)存在的問題。 16 答:整 流器晶閘管的單向導電性導致的電動機的不可逆行性。 整流器晶閘管對過電壓 過電流的敏感性導致的電動機的運行不可靠性。 整流器晶閘管基于對其門極的 移相觸發(fā)控制的可控性導致的低功率因數性。2-6簡述不可逆PWM變換器(無 制動電流通路與有制動電流通路) 各個工作狀態(tài)下的導通器件和 電流通路。17-18 2-7 調速時一般以電動機的(額定轉速)作為最高轉速。 2-8 (調速范 圍)和(靜差率)合稱調
13、速系統(tǒng)的(穩(wěn)態(tài)性能指標) 。 2-8 一個調速系統(tǒng)的調 速范圍,是指(在最低轉速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍) 。 2-9 簡 述轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)的靜特性本質。 答:在閉環(huán)系統(tǒng)中, 每增加(或 減少)一點負載,就相應地提高(或降低)一點電樞電壓, 使電動機在新的機 械特性下工作。因此閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性本質上就是無數開環(huán)機械特性上各取 一 個相應的工作點連接而成的。 2-10 簡述比例反饋控制的規(guī)律。 答:比例控制 的反饋控制系統(tǒng)是(被調量有靜差)的控制系統(tǒng); 反饋控制系統(tǒng)的作用是(抵 抗前向通道的擾動,服從給定) ; 反饋系統(tǒng)的精度依賴于(給定和反饋檢測的 精度) 。2-11 簡
14、述積分控制規(guī)律 答:積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行,實現無靜差調速。2-12 比例調節(jié)器和積分調節(jié)器有何不同? 答:比例調節(jié)器的輸出只取決于(輸入偏差的現狀) ,而積分調節(jié)器的輸出則 包含了(輸入 偏差量的全部歷史) 2-13 簡述比例積分控制規(guī)律。 答:比例部 分能(迅速響應控制作用) ,積分部分則(最終消除穩(wěn)態(tài)偏差) 。 2-14 微機 控制的調速系統(tǒng)有什么特點? 答: (信號離散化,信息數字化) 。 2-15 旋 轉編碼器分為哪幾種?各有什么特點? 答:絕對式編碼器:常用語檢測轉角信 號,若需要轉速信號,應對轉角微分。 增量式編碼器:可直接檢測轉速信號。 2-16 數字測
15、速方法有哪些精度指標? 答: (分辨率,測速誤差率) 。 2-17 采用 旋轉編碼器的數字測速方法有 ( M,T,M/T) 。高低全 2-18 為什么積分需限幅? 答:若沒有積分限幅,積分項可能很大,將產生較大的退飽和超調。2-19 簡述帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)轉速反饋調速系統(tǒng)機械特性的特點。答:電流負反饋的作用相當于在主電路中串入一個大電阻KpKsR,導致當Id=Idcr 時,機械 特性急劇下垂; 比 較 電 壓 Ucom 與 給 定 電 壓 Un* 作 用 一 致 , 相 當 于 把 理 想 空 載 轉 速 提 高 到 nO=(KpKs(Un*+Ucom)/(Ce(1+K)。二、公式和特性整流
16、電壓平均值:UdO=(m/ n )Umsin(m/ n )cos a ( Um/m_ 單相全 波/ 三相半波/ 三相全波_ V2U2/V2U2/V6U2/2/3/6 )V-M 調速系統(tǒng)機械特性方程:n=(UdO-IdR)/Ce晶閘管整流器最大失控時間: Tsmax=1/mf調速范圍定義式: D=nmax/nmin靜差率定義式:s=A n/n閉環(huán)靜特性與開環(huán)靜特性: ncl=(UdOcl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K) nop=(UdOop-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce調速范圍,靜差率和額定速降之間的關系式(開環(huán)和閉環(huán)):D_=(nN/An_)(
17、s/(1-s)(ncl= nop/(1+K) ) 8. 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的 K 定義式 及 表 達 式 : K=KpKs a /Ce 9. 臨 界 開 環(huán) 放 大 倍 數 Kcr=(Tm(Tl+Ts)+TsA2)/(TlTs) S T | 高速一 S M | 11.連續(xù)式 PI 算式:?u(t)=Kpe(t)+(1/t ) /(0_t)e(t)dt 12. 位置式 PI 算式:u(k)=Kpe(k)+(Tsam/ t )刀(i=0_k)e(i) 13. 增量式 PI 算式: u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1)+(Tsam/t )e(k) 1.V-M調速-系統(tǒng)
18、原理圖:2.(無制動和有制動)直流 PWM變換器-電動機-電路原理 圖: 3. 轉速負反饋直流調速系統(tǒng) -系統(tǒng)原理圖: 4. 轉速負反饋直流調速系統(tǒng) - 靜態(tài)結構圖: 5. 轉速負反饋直流調速系統(tǒng) -動態(tài)結構圖: 6. 帶電流截止負反饋 的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)-靜態(tài)結構圖:1.有制動電流通路的不可逆 PWM變換器- 直流電動機系統(tǒng)各工作狀態(tài)下的電壓和電流波形: 2. 帶電流截止負反饋比例控 制閉環(huán)直流調速系統(tǒng) -靜特性:第3三、思考題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:不能。因為恒流升速過程中,電流閉環(huán)調節(jié)的擾動是電動機的反電動勢, 是一個線性漸 增的斜坡擾動量,
19、而電流閉環(huán)采用的 PI 調節(jié)器對斜坡擾動無法 消除靜差,故 Id 略低于 Idm 。2 由于機械原因,造成轉軸堵死, 分析雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 (未 驗證) 答:電動機堵轉則轉速恒為零,在一定的給定下,偏差電壓相當大,從而使 ASR 迅速達到飽 和,又電動機轉速由于轉軸堵死無法提升, 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)直流調速系統(tǒng)中,給定電壓 Un*不變,增加轉速負反饋系數 a,系 統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋 電壓 Un 和實際轉速 n 是增加、減小還是不變?(已驗證) 答:轉速反饋系數 a增加,則轉速反饋電壓Un增加,給定電壓Un*,則轉速 偏差電壓減小
20、, 則 ASR 給定電壓 Ui* 減小,則控制電壓 Uc 減小,則轉速 n 減 小;轉速 n 減小,則轉速反饋電壓 Un 減小,直到轉速偏差電壓為零;故穩(wěn)態(tài) 時轉速反饋電壓 Un 不變,且實際轉速 n 減小。3-4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)調試時, 遇到下列情況會出現什么現象? (未通過驗證, 求姐) (1)電流反饋極性接反。 (2)轉速極性接反。答: ( 1)由于電流環(huán)的正反饋作用,電樞電流將持續(xù)上升,轉速上升飛快,電 動機飛車。(2)由于轉速環(huán)的正反饋作用,ACR無法退飽和,電動機轉速持續(xù) 恒流上升。3-5 某雙閉環(huán)調速系統(tǒng), ASR、 均采用 PI 調節(jié)器, ACR 調試中怎樣才能做到 Uim
21、*=6V 時,ldm=20A; 如欲使 Un*=10V 時,n=1000rpm,應調什么參數? 答:(1)調節(jié)電流反饋系數 B =0.3 ; (2)調節(jié)轉速反饋系數 a =0.01。3-6 在轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中, 若要改變電動機的轉速, 應調節(jié)什么 參數?改變轉速 調節(jié)器的放大倍數 Kn 行不行?( = =| )改變電力電子變換 器的放大倍數 Ks 行不行?改變轉 速反饋系數 a 行不行?若要改變電動機的 堵轉電流,應調節(jié)系統(tǒng)中的什么參數? 答:通??梢哉{節(jié)給定電壓。 改變 Kn 和 Ks 都不行, 因為轉速電流雙閉環(huán)直流 調速系統(tǒng)對前 向通道內的階躍擾動均有能力克服。 也可以改變
22、a,但目的通常 是為了獲得更理想的機械特性。若要改變堵轉電流,應調節(jié)電流反饋系數B。3-7 轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時, 兩個調節(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= B ld=B IdL ; ACR輸出電壓 Uc=Ud0/Ks=M P62。3-8 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中, 若速度調節(jié)器改為比例調節(jié)器, 或電流調節(jié)器改為比例調 節(jié)器,對系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)性能影響如何?答:速度調節(jié)器對階躍擾動的靜差由 0 變?yōu)?1/(1+Kn) ,或電流調節(jié)器對階 躍擾動的靜差由 0 變?yōu)?1/(1+Kc) ,而對斜坡擾動的靜差變得
23、更大。 3-9 從 下述五個方面來比較轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的 轉速單閉 環(huán)直流調速系統(tǒng):(1)調速系統(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 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)時轉速不變,電流減小。 (2)不會飛車,而是停轉。一、可以作為填空題或簡答題的3-1 為了實
24、現(電流的實時控制和快速跟隨) ,希望電流調節(jié)器(不要)進入 飽和狀態(tài),因此, 對于靜特性來說,只有(轉速調節(jié)器的飽和與不飽和兩種情 況) 。3-2 當兩個調節(jié)器都不飽和且穩(wěn)態(tài)時,它們的輸入偏差電壓分別為(0) 。3-3 當 ASR 輸出(達到限幅值 Uim* ) ,轉速外環(huán)呈(開環(huán)狀態(tài)) ,轉速變化 對轉速環(huán)(不會)產 生影響,雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(電流無靜差的單電流閉環(huán) 調節(jié)系統(tǒng)) 。穩(wěn)態(tài)時, Id ( =) Idm。3-4 電流限幅值 Idm 取決于(電動機的容許過載能力和系統(tǒng)要求的最大加速 度) 。3-5 簡述采用兩個 PI 調節(jié)器分別形成內外閉環(huán)的效果。 答: 雙閉環(huán)直流調速 系統(tǒng)的靜
25、特性在負載電流小于 Idm 時表現為轉速無靜差, 此時轉速負反 饋起 主要調節(jié)作用。當負載電流達到 Idm 時,對應于轉速調節(jié)器為飽和輸出 Uim* , 此時電流調 節(jié)器起主要調節(jié)作用,系統(tǒng)表現為電流無靜差,起到過電流的自動 保護作用。3-6 簡述 ASR 的退飽和條件。 答:當 ASR 處于飽和狀態(tài)時,若實際轉速大于 給定轉速,則反饋電壓大于給定電壓,使偏差 電壓小于零,則 ASR 反向積分, 從而退飽和,返回線性調節(jié)狀態(tài)。 3-7 簡述轉速電流負反饋控制電流調速系統(tǒng) 起動過程。 63 3-8 簡述雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的特點。 (飽和非線性控 制;轉速超調;準時間最優(yōu)控制)3-9 雙閉
26、環(huán)直流調速系統(tǒng)的抗擾性能主要包括 (抗負載擾動;抗電網電壓擾動) 。 3-10 簡述雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中轉速調節(jié)器的作用。 答:作為主導調節(jié)器, 在 轉速動態(tài)過程中,使轉速快速跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時減小轉速 誤差,采用 PIR 可實現無靜差。 對負載變化其抗擾作用。 其輸出限幅值決定電動機允許最 大電流。3-11 簡述雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中電流調節(jié)器的作用。 答:作為內環(huán)調節(jié)器, 在 轉速調節(jié)過程中,使電流緊緊跟隨給定電流變化。 對電網電壓波動起及時抗擾 作用。 在轉速動態(tài)過程中, 保證獲得電動機最大允許電流, 從而加快動態(tài)過程。 當電動機過載或堵轉時, 限制電樞電流最大值, 起快速的自動保護
27、作用。 一 旦故障消失, 系統(tǒng)立即自動恢復正常。二、公式和特性P62 穩(wěn)態(tài)時:Un*=Un= a n= a nO Ui*=Ui= B Id= B IdLUc=UdO/Ks=(Cen+ldR)/Ks=(Ce(Un* a )+ldR)/Ks轉速反饋系數:a =Un*m/nm電流反饋系數: B =Ui*m/ldm 1. 轉速電流反饋控制直流調速系統(tǒng) -系統(tǒng)原理圖:2. 轉速電流反饋控制直流調速系統(tǒng) - 穩(wěn)態(tài)結構圖: 3. 轉速電流反饋控制直流調速 系統(tǒng)-動態(tài)結構圖: 1. 時間最優(yōu)的理想過渡過程: 2. 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特 性:一、可以作為填空題或簡答題的1直流PWM可逆調速系統(tǒng)中當電動機停止時
28、,電樞電壓瞬時值()零,是(正 負脈寬相等的交 變脈沖電壓) ,故(電流也是交變的) ,稱為(高頻微振電 流) ,其平均值為() ,不能產生(平 均轉矩) 。2 高頻微振電流對電機有何影響? 答:消除電機正反向時的靜摩擦死區(qū),起 動力潤滑作用。同時也增大了電機的損耗。二、公式和特性1.雙極式控制可逆PWM變換器輸出電壓平均值:Ud=(2ton/T-1)Us 1.調速系統(tǒng) 四象限運行-示意圖:2.橋式可逆PWM變換器電路-原理圖:3.橋式可逆PWM 調速系統(tǒng)主電路 -原理圖:第51 對于恒轉矩負載, 為什么調壓調速的調速范圍不大?電機機械特性越軟調速 范圍越大嗎?答:帶恒轉矩負載工作時,普通籠型
29、異步電動機降壓調速時的穩(wěn)定工作范圍為 0ssm, sm 本 來就不大,因此調速范圍也不大。降壓調速時,機械特性變軟, 但 sm 不變,故調速范圍不變。2 異步電動機變頻調速時, 為何要電壓協(xié)調控制?在整個調速范圍內, 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,將導致氣隙磁通變化,影響電動機工作。 在整 個調速范圍內,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,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
30、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5-3 異步電動機變頻調速時, 基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉矩調 速方式?為什 么?所謂恒功率或恒轉矩調速方式,是否指輸出功率或轉矩恒 定?若不是,那么恒功率和恒轉 矩調速究竟是指什么? 答:在基頻以下調速,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 轉矩恒定, 因此屬于恒轉矩調速方式。 在基頻以下調速, 采用恒電 壓控制,則在基頻以上隨轉速的升高
31、,磁通將減少,又額定電流 不變,故允許 輸出轉矩減小,因此允許輸出功率基本保持不變,屬于恒功率調速方式。 恒功 率或恒轉矩調速方式并不是指輸出功率或輸出轉矩恒定, 而是額定電流下允許 輸出的功 率或允許輸出的轉矩恒定。5-4基頻以下調速可以是恒壓頻比控制, 恒定子磁通 ms恒氣隙磁通 m和 恒轉子磁通 mr的控制方式,從機械特性和系統(tǒng)實現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,其機械特性基本上是平行下移,硬度也較好,能 滿足一般調 速要求,低速時需適當提高定子電壓, 以近似補償定子阻抗壓降。 恒 定子磁通 ms恒氣隙磁通 m和恒轉子磁通 mr的控制方式均需要定子電
32、 壓補償,控制 要復雜一些。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, 仍受到臨界轉矩的限制。 恒轉 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SPWMCFPWM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空制中,環(huán)寬h對電流波動與開關頻率的影響。答:略。5-7 三相異步電動機 Y 聯結,能否將中性點與直流側參考點短接?為什么? 答:不宜。因為當電動機發(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 當三相異步電
33、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),545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(如有效值相量其大小即為穩(wěn)態(tài)時的有效 值) ,但位置隨相角變化。 穩(wěn)態(tài)時,空間矢量相當于一種相角固定的瞬時值相 量。5=9采用SVPWM空制,用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓,由于期望輸出電壓矢量是連續(xù) 可調的,因此,定子磁鏈矢量軌跡可以是圓,這種說法是 否正確?為什么? 答:不
34、正確。盡管期望輸出電壓矢量是連續(xù)的,然而其作用 時間是斷續(xù)的,因此定子磁鏈矢 量只能是斷續(xù)的。5-10總結轉速閉環(huán)轉差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律,若Us=f (1,Is )設置不當,會產生什么影 響?一般說來,正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,而轉速閉環(huán)轉差頻 率控制系統(tǒng)具有正反饋的內環(huán),系 統(tǒng)卻能穩(wěn)定,為什么? 答: 一、可以作為填空題或簡答題的5-1 簡述矢量控制的基本思想。答: 將逆變器和交流電動機視為一體, 以在電機內產生圓形旋轉磁場為目標 來控制變頻器工 作。5-2 異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)中,基頻以下調速采用(恒壓頻比)控制,稱 為(恒轉矩)調 速;基頻以上采用(保持電壓不變)控制,稱為(近似的
35、恒功 率調速) 。為什么?略5-3 六拍式逆變器控制的異步電動機正六邊形定子磁鏈的大小與(直流側電壓 Ud)成正比,而 與(電源角頻率)成反比。在基頻以下調速時,應(保持正六 邊形定子磁鏈的最大值恒定)。若 直流側電壓Ud恒定,則3 1越小時, t越 大,勢必導致(| W s (k) | )增大。因此,要保持 正六邊形定子磁鏈不變,必 須使 Ud/31 為常數,這意味著在變頻的同時必須調節(jié)直流電壓 Ud, 造成了控 制的復雜性。有效的方法是(插入零矢量) 。 5-4 簡述轉差頻率控制的基本思 想。答:保持(氣隙磁通 m不變)的前提下,通過控制(轉差頻率3 s)來控 制(轉矩) 。 5-5 轉差
36、頻率控制變壓變頻調速系統(tǒng)通過(最大轉差頻率)間接 限制(了最大的允許電流) 。5-6 與直流調速系統(tǒng)相似,轉差頻率控制變壓變頻調速系統(tǒng)起動過程分為(轉 矩上升)(恒轉矩 、 升速)與(轉速調節(jié)) 三個階段:在恒轉矩升速階段, ( ASR) 不參與調節(jié),相當于(轉速開環(huán)) ,在正反饋內環(huán)作用下, 保持(加速度恒定) ; 轉速超調后,ASR(退出飽和),進入(轉速調節(jié)階 段),最后達到穩(wěn)態(tài)。5-7 簡述轉速閉環(huán)轉差頻率控制的變壓變頻調速系統(tǒng)起動過程。 答:轉矩上升 階段: 恒轉矩升速階段: 轉速調節(jié): 二、公式和特性 1. 公式略 1. 異步電動 機等效電路圖:2.交-直-交電壓源型PWM變頻器主電路: (各個元件作用需 知)
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