運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)思考題參考答案(-阮毅-陳伯時(shí))-(7)

1、第二章思考題：2-1直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點(diǎn)？1. 電樞回路串電阻調(diào)速特點(diǎn)：電樞回路的電阻增加時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性的硬度變軟。反之機(jī)械特性的硬度變硬。2. 調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著外加電源電壓的降低而下降，從而達(dá)到降速的目的。不同電源電壓下的機(jī)械特性相互平行，在調(diào)速過程中機(jī)械特性的硬度不變，比電樞回路串電阻的降壓調(diào)速具有更寬的調(diào)速范圍。3. 弱磁調(diào)速特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著勵(lì)磁電流的減小而升高，從而達(dá)到弱磁降速的目的。調(diào)速是在功率較小的勵(lì)磁回路進(jìn)行，控制方便，能耗小，調(diào)速的平滑性也較高。2-2簡述直流 PWM 變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。IGBT，電容，續(xù)流二極

2、管，電動(dòng)機(jī)。2-3直流 PWM 變換器輸出電壓的特征是什么？直流電壓2-4為什么直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動(dòng)機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適中時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。2-5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí)， 電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？電樞兩

3、端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓僅取決于直流。電路中無電流，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)處已斷開，構(gòu)不成通路。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(huì)產(chǎn)生什么后果？反并聯(lián)二極管是續(xù)流作用。若沒有反并聯(lián)二極管，則IGBT的門極控制電壓為負(fù)時(shí)，無法完成續(xù)流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電樞電壓不近似為零。2-7直流 PWM 變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？不是越高越好，因?yàn)樘叩脑捒赡艹霈F(xiàn)電容還沒充完電就IGBT關(guān)斷了，達(dá)不到需要的輸出電壓。2-8泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對(duì)系統(tǒng)有何影響？如何抑制？對(duì)濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高。過高的泵升電壓將超過電力電子器件的耐壓限制

4、值。選取電容量較大且合適的電容。2-9在晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？負(fù)載增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)速度就不變了，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。T-TL=J*dn/dt2-10靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機(jī)械特性硬度是一回事嗎？舉個(gè)例子。不是一回事。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。機(jī)械特性硬度是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的降落的。是機(jī)械特性的斜率。如：變壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是相互平行的，機(jī)械特性硬度是一樣的，但是靜差率卻不同，空載轉(zhuǎn)速高的靜差率小。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

5、么必須同時(shí)提才有意義？若只考慮一個(gè)量，其余兩個(gè)量在一個(gè)量一定的情況下另一個(gè)量就會(huì)不滿足要求。2-12 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)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(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？特點(diǎn)：減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。改變給定電壓能改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，因?yàn)楦淖兘o定電業(yè)會(huì)改變電壓變化值，進(jìn)而改變控制電壓，然后改變輸出電壓，最后改變轉(zhuǎn)速。如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是能夠改變轉(zhuǎn)速，因?yàn)檎{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)會(huì)改變反饋電壓，進(jìn)而改變電壓變化值，控制電壓，輸出電壓，最終改變轉(zhuǎn)速。如果測(cè)

6、速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，會(huì)造成Ce的變化，會(huì)影響轉(zhuǎn)速，被測(cè)速裝置檢測(cè)出來，再通過反饋控制的作用，減小對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。系統(tǒng)有克服這種干擾的能力。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(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？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。雖然到穩(wěn)態(tài)時(shí)，只要?dú)v史上有過，其積分就有一定的數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓UC。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(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響？為什么？受影響。因?yàn)闊o靜差轉(zhuǎn)速

7、單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)若給定電源發(fā)生偏移或者測(cè)速發(fā)電機(jī)精度受到影響會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速改變，進(jìn)而反饋電壓改變，使電壓偏差為零，所以轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度會(huì)受影響。2-15在轉(zhuǎn)速負(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(shí)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) Kp。（2）供電電網(wǎng)電壓 Ud。（3）電樞電阻 Ra。（4）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流 If。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。（1） 放大器的放大系數(shù)Kp發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镵p發(fā)生變化時(shí)，控制電壓Uc就會(huì)改變，然后輸出電壓Ud0就會(huì)改變，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。（2） 供電電網(wǎng)電壓 Ud發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有

8、調(diào)節(jié)作用，因?yàn)閁d發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使Ks變化，進(jìn)而改變輸出電壓和轉(zhuǎn)速，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。（3） 電樞電阻Ra發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镽a發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使電樞電路總電阻變化，使得轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。（4） 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流 If發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镮f發(fā)生變化時(shí)，使得Ce變化，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。（5） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)榘l(fā)生變化時(shí)，使反饋電壓改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用

9、。2-16（1）在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前是增加、減少還是不變？ （2）在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸出電壓 Ud 是增加、減少還是不變？在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)速有所增大，反饋電壓增大，電壓偏差減小，控制電壓減小，晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前減小。在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后引起動(dòng)態(tài)速降時(shí)，產(chǎn)生電壓偏差，控制電壓Uc從Uc1不斷上升，使電樞電壓也由Ud1不斷上升，從而使轉(zhuǎn)速n在下降到一定程度后又回升。達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)

10、，電壓偏差又恢復(fù)為零，但Uc已從Uc1上升到Uc2，使電樞電壓由Ud1上升到Ud2，以克服負(fù)載電流增加的壓降。所以轉(zhuǎn)速是不變的，輸出電壓Ud是增加的。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(shí)質(zhì)是什么？基本特征：閉環(huán)，有反饋調(diào)節(jié)作用，減小速降，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。實(shí)質(zhì)：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中參數(shù)變化時(shí)會(huì)影響到轉(zhuǎn)速，都會(huì)被測(cè)速裝置檢測(cè)出來，再通過反饋控制的作用，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響從而減小或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差。第三章思考題：3-1 在恒流起動(dòng)過程中，電樞電流能否達(dá)到最大值 Idm？為什么？答：不能達(dá)到最大值，因?yàn)樵诤懔魃匐A段，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動(dòng)是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，它正

11、是一個(gè)線性漸增的斜坡擾動(dòng)量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是Id 略低于Idm 。3-2 由于機(jī)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)。答：轉(zhuǎn)軸堵死，則n=0， 比較大,導(dǎo)致 比較大， 也比較大，然后輸出電壓 較大，最終可能導(dǎo)致電機(jī)燒壞。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(fù)反饋系數(shù) ，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un 和實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 是增加、減小還是不變？答：反饋系數(shù)增加使得 增大， 減小， 減小， 減小，輸出電壓 減小，轉(zhuǎn)速n減小，然后 會(huì)有所減小，但是由于增大了，總體還是增大的。3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，遇到下列情況會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（1） 電流反饋極

12、性接反。 （2）轉(zhuǎn)速極性接反。答：（1）轉(zhuǎn)速一直上升，ASR不會(huì)飽和，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)有靜差。（2）轉(zhuǎn)速上升時(shí)，電流不能維持恒值，有靜差。3-5 某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR、 均采用 PI 調(diào)節(jié)器，ACR 調(diào)試中怎樣才能做到 Uim*=6V時(shí)，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 時(shí)，n=1000rpm，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？答：前者應(yīng)調(diào)節(jié)，后者應(yīng)調(diào)節(jié)。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(dòng)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)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(dòng)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：轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定

13、的，若要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)給定電壓。改變Kn和Ks不行。改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行。若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)或者。3-7 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)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：均為零。因?yàn)殡p閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。各變量之間關(guān)系如下：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(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？答：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)有靜差，不能實(shí)現(xiàn)無靜差。穩(wěn)定性能沒有比例積分調(diào)節(jié)器作用時(shí)好。3-9 從下述五個(gè)方面來比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系

14、統(tǒng)和帶電流截止負(fù)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(dòng)態(tài)限流性能。 （3）起動(dòng)的快速性。 （4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能。 （5）抗電源電壓波動(dòng)的性能。答：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，動(dòng)態(tài)限流性能，起動(dòng)的快速性，抗負(fù)載擾動(dòng)的性能，抗電源電壓波動(dòng)的性能均優(yōu)于帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。3-10 根據(jù)速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR的作用，回答下面問題（設(shè)ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器）：（1） 雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，如果電流反饋信號(hào)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(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若電動(dòng)機(jī)突然失磁，最終電動(dòng)機(jī)會(huì)飛車嗎？答

15、：（1）系統(tǒng)仍能正常工作，但是如果有擾動(dòng)的話，系統(tǒng)就不能穩(wěn)定工作了。 （2）電動(dòng)機(jī)突然失磁，轉(zhuǎn)子在原有轉(zhuǎn)速下只能產(chǎn)生較小的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)子電流急劇增加，可能飛車。第四章思考題：4-1分析直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的不可逆和可逆電路的區(qū)別。答：直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的不可逆電路電流、轉(zhuǎn)速不能夠反向，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的可逆電路電流、轉(zhuǎn)速能反向。4-2 晶閘管電路的逆變狀態(tài)在可逆系統(tǒng)中的主要用途是什么？答：晶閘管電路處于逆變狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)，成為受重物拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)，將重物的位能轉(zhuǎn)化成電能，通過晶閘管裝置回饋給電網(wǎng)。4-3 V-M系統(tǒng)需要快速回饋制動(dòng)時(shí)，為什么必須采用可逆線路。答：由于晶閘管

16、的單向?qū)щ娦裕瑢?duì)于需要電流反向的直流電動(dòng)機(jī)可逆系統(tǒng)，必須使用兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)線路來實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速?？焖倩仞佒苿?dòng)時(shí)，電流反向，所以需要采用可逆線路。4-4采用單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)，畫出其在整流和逆變狀態(tài)下的機(jī)械特性，并分析該種機(jī)械特性適合于何種性質(zhì)的負(fù)載。答：單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)整流和逆變狀態(tài)下的機(jī)械特性適合于拖動(dòng)起重機(jī)等位能性負(fù)載。因?yàn)楫?dāng)90，Ud0為負(fù)，晶閘管裝置本身不能輸出電流，電機(jī)不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使電機(jī)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反向的電動(dòng)勢(shì)-E。所以適合于位能性負(fù)載。4-5晶閘管可逆系統(tǒng)中的環(huán)流產(chǎn)生的原因是什么？有哪些抑制的方法？答：原因：兩組

17、晶閘管整流裝置同時(shí)工作時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。抑制的方法：1. 消除直流平均環(huán)流可采用=配合控制，采用能更可靠地消除直流平均環(huán)流。2. 抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流可在環(huán)流回路中串入電抗器（叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器）。4-6 試從電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)的能量交換，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)電樞電流是否改變方向等方面對(duì)本組逆變和反組回饋制動(dòng)列表作一比較。答：本組逆變：大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)正向電流衰減階段，VF組工作，VF組是工作在整流狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)電樞電流不改變方向。反組回饋制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)在恒減速條件下回饋制動(dòng)，把屬于機(jī)械能的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，其中大部分

18、通過VR逆變回饋電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)恒值電流制動(dòng)階段，VR組工作。電動(dòng)機(jī)電樞電流改變方向。4-7 試分析配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動(dòng)過程中各階段的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及正、反組晶閘管所處的狀態(tài)。答：在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)發(fā)出信號(hào)改變控制角后，同時(shí)降低了ud0f和ud0r的幅值，一旦電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E|ud0f|=|ud0r|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機(jī)產(chǎn)生回饋制動(dòng)，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。當(dāng)逆變組工作時(shí)，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。即正組晶閘管處于整流狀態(tài)，反組晶閘管處于逆變狀態(tài)。4-8邏輯無環(huán)流系統(tǒng)從高速制動(dòng)到低速時(shí)需經(jīng)過幾個(gè)象限？相應(yīng)電動(dòng)機(jī)與晶閘管狀態(tài)如何？答：

19、邏輯無環(huán)流系統(tǒng)從高速制動(dòng)到低速時(shí)需經(jīng)過一，二兩個(gè)象限。相應(yīng)電動(dòng)機(jī)與晶閘管狀態(tài)：正組逆變狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)減速，VF組晶閘管工作在逆變狀態(tài)，電樞電流正向開始衰減至零；反組制動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)機(jī)繼續(xù)減速，VR組晶閘管工作在逆變狀態(tài)，電樞電流由零升至反向最大并保持恒定。4-9從系統(tǒng)組成、功用、工作原理、特性等方面比較直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的異同點(diǎn)。答：系統(tǒng)組成：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：六個(gè)二極管組成的整流器，大電容濾波，橋式PWM變換器。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：兩組晶閘管整流裝置反向并聯(lián)。功用：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：電流一定連續(xù)，可使電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：能靈活地

20、控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，制動(dòng)和升、降速。工作原理：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：六個(gè)二極管構(gòu)成的不可控整流器負(fù)責(zé)把電網(wǎng)提供的交流電整流成直流電，再經(jīng)過PWM變換器調(diào)節(jié)直流電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。制動(dòng)過程時(shí)，晶閘管整流裝置通過逆變工作狀態(tài)，把電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能回饋給電網(wǎng)，在直流PWM系統(tǒng)中，它是把動(dòng)能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，但由于整流器的單向?qū)ㄐ裕娔懿豢赡芡ㄟ^整流裝置送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電，產(chǎn)生泵升電壓，及通過Rb消耗電能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：當(dāng)正組晶閘管VF供電，能量從電網(wǎng)通過VF輸入電動(dòng)機(jī)，此時(shí)工作在第I象限的正組整流電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)電機(jī)需要回饋制動(dòng)時(shí)，反組晶閘管裝置VR工作

21、在逆變狀態(tài)，此時(shí)為第II象限運(yùn)行；如果電動(dòng)機(jī)原先在第III象限反轉(zhuǎn)運(yùn)行，那么它是利用反組晶閘管VR實(shí)現(xiàn)整流電動(dòng)運(yùn)行，利用反組晶閘管VF實(shí)現(xiàn)逆變回饋制動(dòng)。特性：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)： 1.電流一定連續(xù)；2.可使電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行；3.電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4.低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大；5.低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：可四象限運(yùn)行，電流不連續(xù)；實(shí)現(xiàn)了正組整流電動(dòng)運(yùn)行，反組逆變回饋制動(dòng)，反組整流電動(dòng)運(yùn)行，正組逆變回饋發(fā)電四種狀態(tài)。習(xí)題4-1試分析提升機(jī)構(gòu)在提升重物和重物下降時(shí)，晶閘管、電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)及角的控制范圍？

22、答：提升重物：E（E為電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)），輸出整流電流Id，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩作電動(dòng)運(yùn)行，提升重物，這時(shí)電能從交流電網(wǎng)經(jīng)晶閘管裝置傳送給電動(dòng)機(jī)，V-M系統(tǒng)運(yùn)行于第象限。重物下降：90，Ud0為負(fù)，晶閘管裝置本身不能輸出電流，電機(jī)不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使電機(jī)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反向的電動(dòng)勢(shì)-E。4-2在配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)中，為什么要控制最小逆變角和最小整流角？系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)？答：原因：為了防止出現(xiàn)“逆變顛覆” ，必須形成最小逆變角min保護(hù)。實(shí)現(xiàn)：通常取min= min=30 4-3何謂待逆變、本組逆變和它組逆變，并說明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場(chǎng)合下。答：待逆變：該組晶閘管裝

23、置在逆變角控制下等待工作，這時(shí)逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)載電流，也沒有能量回饋給電網(wǎng)。 本組逆變階段：電動(dòng)機(jī)正向電流衰減階段，VF組工作； 它組逆變階段：電動(dòng)機(jī)恒值電流制動(dòng)階段，VR組工作4-4 分析配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)反向起動(dòng)和制動(dòng)的過程，畫出各參變量的動(dòng)態(tài)波形，并說明在每個(gè)階段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各處于什么狀態(tài)。答：ASR 控制轉(zhuǎn)速設(shè)置雙向輸出限幅電路以限制最大起制動(dòng)電流，ACR 控制電流設(shè)置雙向輸出限幅電路以限制最小控制角min 與最小逆變角min。反向起動(dòng)時(shí)VF 處于整流狀態(tài)，VR處于待逆變狀態(tài)；制動(dòng)時(shí)VF處于逆變狀態(tài)，VR處于待整流狀態(tài)。4-5邏輯控制無環(huán)流可逆

24、系統(tǒng)消除環(huán)流的出發(fā)點(diǎn)是什么？答：可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時(shí)（不論是整流工作還是逆變工作），用邏輯關(guān)系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時(shí)工作。4-6 為什么邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的切換過程比配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)的切換過程長？這是由哪些因素造成的？答：原因：邏輯切換指令發(fā)出后并不能馬上執(zhí)行，還需經(jīng)過兩段延時(shí)時(shí)間，以確保系統(tǒng)的可靠工作。 這就是封鎖延時(shí)和開放延時(shí)。造成的因素：封鎖延時(shí)和開放延時(shí)。4-7 無環(huán)流邏輯控制器中為什么必須設(shè)置封鎖延時(shí)和開放延時(shí)？延時(shí)過大或過小對(duì)系統(tǒng)有何影響？答：原因：由于主電流的實(shí)際波形是脈動(dòng)的，如果脈動(dòng)的主電流瞬時(shí)低于I0就立即發(fā)出零電流數(shù)

25、字信號(hào)，實(shí)際上電流仍在連續(xù)地變化，突然封鎖觸發(fā)脈沖將產(chǎn)生逆變顛覆。 在檢測(cè)到零電流信號(hào)后等待一段時(shí)間，若仍不見主電流再超過I0 ，說明電流確已終止，再封鎖本組脈沖。封鎖延時(shí)tabl 大約需要半個(gè)到一個(gè)脈波的時(shí)間。在封鎖觸發(fā)脈沖后，已導(dǎo)通的晶閘管要過一段時(shí)間后才能關(guān)斷，再過一段時(shí)間才能恢復(fù)阻斷能力。如果在此以前就開放它組脈沖，仍有可能造成兩組晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生環(huán)流。 開放延時(shí)時(shí)間 tdt ，一般應(yīng)大于一個(gè)波頭的時(shí)間4-8 弱磁與調(diào)壓配合控制系統(tǒng)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速以上，主電路電流和勵(lì)磁電流的變化規(guī)律是什么？答：當(dāng)提高Un，轉(zhuǎn)速升到額定轉(zhuǎn)速nN以上時(shí)，將根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變（E=EN）的原則，逐步減

26、小勵(lì)磁電流給定U*if，在勵(lì)磁電流閉環(huán)控制作用下，勵(lì)磁電流IfIfN，氣隙磁通小于額定磁通N，電動(dòng)機(jī)工作在弱磁狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基速以上的調(diào)速。第五章思考題：5-1 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性越軟，調(diào)速范圍越大嗎？答：對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為0SSm 所以調(diào)速范圍不大。電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性越軟，調(diào)速范圍不變，因?yàn)镾m不變。5-2 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)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(shí)，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保存電壓恒定？答：當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在基頻以下運(yùn)行時(shí)，如果磁通太弱，沒有充分利用電動(dòng)機(jī)的

27、鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因繞組過熱而損壞電動(dòng)機(jī)。由此可見，最好是保持每極磁通量為額定值不變。當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg使，即在基頻以下應(yīng)采用電動(dòng)勢(shì)頻率比為恒值的控制方式。然而，異步電動(dòng)機(jī)繞組中的電動(dòng)勢(shì)是難以直接檢測(cè)與控制的。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可忽略定子電阻和漏感壓降，而認(rèn)為定子相電壓。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是不可行的。在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從額定值向上升高，受到電動(dòng)機(jī)絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變，這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動(dòng)機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。5-3 異步電動(dòng)

28、機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，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，那么恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式；在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，輸出功率基本不變，屬于“近似的恒功率調(diào)速”方式。5-4基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制、恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速

29、要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。在對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機(jī)械特性越軟，與直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速相似。在基頻以下運(yùn)行時(shí)，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點(diǎn)，但負(fù)載變化時(shí)定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，因此需采用定子電壓補(bǔ)償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒氣隙磁通：雖

30、然改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保持氣隙磁通恒定： ，除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒轉(zhuǎn)子磁通：機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。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、各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：SPWM：特征：以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載

31、波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點(diǎn)：普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以采用直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。CFPWM：特征：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點(diǎn)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，盡可能使實(shí)際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。SVPWM：特征：把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來控制逆變器的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)缺點(diǎn)：8個(gè)基本輸出矢量，6個(gè)有效工作矢量和2個(gè)零矢量，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個(gè)有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 用相鄰的2個(gè)有效工作矢量，合成任意的期