電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(_阮毅_陳伯時(shí))課后思考題習(xí)題答案2-7章完整版

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(guò)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(jiǎn)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(kāi)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)熱都較小；低速性能好，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(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適中時(shí)，開(kāi)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(wú)電流，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)處已斷開(kāi)，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(méi)有反并聯(lián)二極管，則IGBT的門(mén)極控制電壓為負(fù)時(shí)，無(wú)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(kāi)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(méi)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(guò)高的泵升電壓將超過(guò)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(kāi)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(lái)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(lái)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(wú)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(lái)，再通過(guò)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(wú)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(guò)，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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(lái)，再通過(guò)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。習(xí)題2-1有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，VT1始終不導(dǎo)通。VT2導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)；VT2不導(dǎo)通時(shí)，VD1續(xù)流，電動(dòng)機(jī)

11、處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。2.2 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000100，要求靜差率s=2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少？解：系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為。2.3 某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為 ，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，試問(wèn)系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解：1）調(diào)速范圍 (均指額定負(fù)載情況下） 2) 靜差率 2.4 直流電動(dòng)機(jī)為PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時(shí)，

12、則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解： 2.5 某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)，主電路總電阻R=0.18,Ce=0.2Vmin/r,求：（1）當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？（2）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率多少？（3）若要滿足D=20,s5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落又為多少?解：(1) (2) (3) 2.6 有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)、晶閘管裝置放大系數(shù)、反饋系數(shù)=0.7。求：（1）輸出電壓；（2）若把反饋線斷開(kāi)，為何值？開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？（3）若把反饋系數(shù)減至=0.35，當(dāng)保持同樣的

13、輸出電壓時(shí)，給定電壓 應(yīng)為多少？解：（1） (2) ,開(kāi)環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍 (3) 2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解： 1）2）2.8 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為8 r/min，如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？解： 如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30, 則速降為：在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大倍2.9 有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2

14、.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min，電樞電阻Ra=1.5，電樞回路電抗器電阻RL=0.8，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S<=10%。（1）計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降ncl 。（2）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，Id=IN，n=nN ，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) 應(yīng)該是多少？（4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（1）所以，（2）（3）（4）可以求得，也可以用粗略算法：，2.10 在題

15、2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流，臨界截止電流，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過(guò)主電路總電阻的1/3 ,如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？ 解：（1） ，（2）由于需要的檢測(cè)電阻值大，說(shuō)明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿足檢測(cè)電阻小和電流信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大。為此， 取，則（3） 當(dāng)時(shí)，有 當(dāng)n=0時(shí)，2.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按

16、題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)環(huán)放大系數(shù)是多少？ 解： ， 可見(jiàn)與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為30.52。2.12 有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：，r/min，=1.5，整流裝置內(nèi)阻=1, 電樞回路電抗器電阻=0.8， 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。(1)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍時(shí)的靜差率值。(2)當(dāng)，時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求，在時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)。解：（1）（2）（3）2.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024，倍頻系數(shù)4，

17、高頻時(shí)鐘脈沖頻率，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測(cè)速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速和時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解：（1）M法：分辨率最大誤差率：時(shí)， 時(shí)，時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)M法適合高速。（2）T法：分辨率：時(shí)，時(shí)，最大誤差率：，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)T法適合低速第三章作業(yè)思考題3-1 在恒流起動(dòng)過(guò)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)，它正是一個(gè)線性漸增的斜坡擾動(dòng)量，所以系統(tǒng)做不到無(wú)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)

18、。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

19、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

20、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(wú)靜差。穩(wěn)定性能沒(méi)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(lái)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(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

21、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(wèn)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(kāi)，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(chē)嗎？答：（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。（3） 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)

22、子電流急劇增加，可能飛車(chē)。習(xí)題：3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓=15V，=1500r/min，=20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2，=20，=0.127V·min/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在=5V，=10A時(shí)，系統(tǒng)的、和各為多少？（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，和各為多少？解：(1)（2）堵轉(zhuǎn)時(shí)，3.2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：=3.7kW， =220V， =20A， =1000 r/min ,電樞回路總電阻=1.5,設(shè) =8V，電樞回路最大電流=40A,電力電子變

23、換器的放大系數(shù)=40。試求：（1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的值。解:1） 2) 這時(shí)： ，ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。 3.3 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到 =8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問(wèn)：（1） 應(yīng)如何變化？（2）應(yīng)如何變化？（3）值由哪些條件決定？解: 1) 因此當(dāng)電流從40A70A時(shí)， 應(yīng)從4V7V變化。 2) 要有所增加。 3) 取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)?3.5 某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1s, 要求階

24、躍響應(yīng)超調(diào)量10。（1） 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。（2） 計(jì)算過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 和上升時(shí)間 ；（3） 繪出開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間 <0.25s, 則K=?，=?解：取(1) 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益：(2) 上升時(shí)間過(guò)度過(guò)程時(shí)間：（3）如要求，查表3-1則應(yīng)取 , 這時(shí),超調(diào)量=16.3%。3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量5（按線性系統(tǒng)考慮）。試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選。選I調(diào)節(jié)器，校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，已選KT0.5, 則K0.5/T=50, 所以，積分調(diào)節(jié)器：。3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，

25、其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為，要求校正為典型型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量30（按線性系統(tǒng)考慮）。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，對(duì)照典型型系統(tǒng)， ，滿足設(shè)計(jì)要求。 這樣，3.8在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：kW , V , A , r/min , 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)=0.196 V·min/r , 主回路總電阻=0.18,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。電磁時(shí)間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*)N =10

26、V,調(diào)節(jié)器ASR，ACR飽和輸出電壓Uim*=8V,Ucm =6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差,調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量5% ,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)(假設(shè)起動(dòng)電流限制在以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（2）試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri, 、Ci 、COi。畫(huà)出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40。（3）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn 、Cn 、COn。(R0=40k)（4）計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n。（5）計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：（1） （2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)

27、構(gòu)確定：因?yàn)?，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，, 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: ，。校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,則：,取9K.由此（3）速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù):因?yàn)閯t b)c)速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，, 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn) (空載Z=0）轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。查表，應(yīng)取小一些的h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，

28、上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,則,取310K。4) 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí):5) 空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書(shū)上無(wú)此公式）僅考慮起動(dòng)過(guò)程的第二階段。所以：3.10 有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN =500kW，UN =750V，IN =760A，nN=375 r/min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce =1.82V·min/r, 電樞回路總電阻R=0.14,允許電流過(guò)載倍數(shù)=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=

29、0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm*=Uim*= Unm =10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40k。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取參數(shù)KT=0.5。（1）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。（2）計(jì)算電流環(huán)的截止頻率和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，并考慮它們是否合理?解：（1）電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：確定時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器， WACR(s)=Ki(is+1)/is， Tl/Ti=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：i=Tl

30、=0.031s， KITi= 0.5， KI= 0.5/Ti=136.24 s-1校驗(yàn)等效條件：ci=KI=136.24 s-1可見(jiàn)滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則 取36K速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：因?yàn)镵ITi= 0.5 則1/KI=2Ti=2*0.00367=0.00734sb) b)Ton=0.02sc) c)Tn=1/KI+Ton=0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，WASR(s)=Kn(ns+1)/ns 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：n=hTn，選h=5，則n=hTn=0.

31、1367s,KN=(h+1)/（2h2T2n）=6/2*25*0.027342=160.54 s-2Kn=(h+1)CeTm/（2hRTn）= 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5校驗(yàn)等效條件：cn=KN/1=KNn=160.54*0.1367 =21.946 s-2a) 1/3(KI/Ti)1/2=1/3(136.24/0.00367)1/2=64.22s-1>cn b) 1/3(KI/Ton)1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s-1>cn可見(jiàn)滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，

32、則 Rn=Kn*R0=10.5*40=420K 由此 Cn=n/Rn=0.1367/420*103=0.325F 取0.33F C0n=4T0n/R0=4*0.02/40*103=2F2) 電流環(huán)的截止頻率是：ci=KI=136.24 s-1 速度環(huán)的截止頻率是： cn=21.946 s-2 從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11 在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。（1）在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nN=15

33、00 r/min;電流給定信號(hào)最大值Uim*=10V時(shí),允許最大電流Idm=30A,電樞回路總電阻R=2,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流IN =20A ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce =0.128V·min/r。現(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V ,Idl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓Uc =?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0) , 系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象? 試分析并說(shuō)明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái),則穩(wěn)定后n=? Un=? Ui*=? Ui=? Id=? Uc =? （3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì), 且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5,

34、已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn =0.05s ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載(=0)突加額定負(fù)載時(shí),電流和轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形是怎樣的?已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.05s,計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降和恢復(fù)時(shí)間。1) = U*nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r = U*im/Idm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V，n=U*n/=5/0.01=500 r/min Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(Cen+IdLlR)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突

35、然失磁（=0）則電動(dòng)機(jī)無(wú)電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm 。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后， n=0，Un=0 U*i=U*im =10， Ui=U*i =10 Id=Idm=30A Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是：n=hTn=5*0.05=0.25sTn=0.05sKN=(h+1)/2h2T2=6/2*25*0.052=48s-24) 空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動(dòng)態(tài)降落。（p93,94)nb=2(-z)nNTn/Tm=2*(1-0)*20*2/0.

36、128*(0.05/0.05)= 625 r/min Cb=2FK2T=2IdNRTn/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動(dòng)態(tài)速降：nmax=(Cmax/Cb)*nb=81.2%*625 =507.5 r/min恢復(fù)時(shí)間：tv=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81表）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

37、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(guò)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：由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，?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(lái)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。4-5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：兩組晶閘管整流裝置同時(shí)工作時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)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

38、做環(huán)流電抗器，或稱(chēng)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(guò)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，其中大部分通過(guò)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(guò)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

39、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(guò)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(chēng)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(wú)環(huán)流系統(tǒng)從高速制動(dòng)到低速時(shí)需經(jīng)過(guò)幾個(gè)象限？相應(yīng)電動(dòng)機(jī)與晶閘管狀態(tài)如何？答：邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)從高速制動(dòng)到低速時(shí)需經(jīng)過(guò)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(kāi)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

40、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(guò)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)。晶閘管直流可逆調(diào)

41、速系統(tǒng)：當(dāng)正組晶閘管VF供電，能量從電網(wǎng)通過(guò)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)。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？答:提升重物：<90°，平均整流電壓Ud0>E（E為電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)），輸出整流

42、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(shuō)明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場(chǎng)合下。答：待逆變：該組晶閘管裝置在逆變角控制下

43、等待工作，這時(shí)逆變組除環(huán)流外并未流過(guò)負(fù)載電流，也沒(méi)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(guò)程，畫(huà)出各參變量的動(dòng)態(tài)波形，并說(shuō)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(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)消除環(huán)流的出

44、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(kāi)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(wú)環(huán)流系統(tǒng)的切換過(guò)程比配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)的切換過(guò)程長(zhǎng)？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(guò)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(kāi)放延時(shí)。造成的因素：封鎖延時(shí)和開(kāi)放延時(shí)。4-7 無(wú)環(huán)流邏輯控制器中為什么必須設(shè)置封鎖延時(shí)和開(kāi)放延時(shí)？延時(shí)過(guò)大或過(guò)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)字信號(hào)，實(shí)際上電流

45、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(jiàn)主電流再超過(guò)I0 ，說(shuō)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(guò)一段時(shí)間后才能關(guān)斷，再過(guò)一段時(shí)間才能恢復(fù)阻斷能力。如果在此以前就開(kāi)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(kāi)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，逐步減小勵(lì)磁電流給定U*i

46、f，在勵(lì)磁電流閉環(huán)控制作用下，勵(lì)磁電流If<IfN，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0<S<Sm 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(méi)有充分利用電動(dòng)機(jī)

47、的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。由此可見(jiàn)，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

48、動(dòng)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)

49、速要求，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(jiǎn)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：

50、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。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

51、載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)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(lái)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(kāi)關(guān)器件的開(kāi)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(lái)控制逆變器的工作，磁鏈軌跡的控制是通過(guò)交替使

52、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，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開(kāi)關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)越接近于圓，但功率器件的開(kāi)關(guān)頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)便。與一般的SPWM相比較，SVPWM控制方式的輸出電壓最多可提高15%。5-6分析電流滯環(huán)跟蹤PWM控制中，環(huán)寬h對(duì)電流波動(dòng)于開(kāi)關(guān)頻率的影響。答：當(dāng)環(huán)寬h選得較大時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性

53、能好，但開(kāi)關(guān)頻率卻增大了。5-7三相異步電動(dòng)機(jī)Y聯(lián)結(jié)，能否將中性點(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接？為什么？答：能。雖然直流電源中點(diǎn)和交流電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無(wú)關(guān)?？梢詫⒅行渣c(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接。5-8當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)由正弦對(duì)稱(chēng)電壓供電，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，可以定義電壓向量U、電流向量I等，用于分析三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩者有何聯(lián)系？答：相量是從時(shí)間域的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射,空間矢量是從空間域的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射。相量的正弦性表現(xiàn)為時(shí)間域的正弦性,空間矢量的正弦性表現(xiàn)為空間

54、域的正弦性。從本質(zhì)看它們都是正弦性,但從形式上看,相量的正弦性還表現(xiàn)為復(fù)數(shù)在旋轉(zhuǎn),而空間矢量的正弦性則僅表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)然,也有旋轉(zhuǎn)的空間矢量,但此時(shí)空間矢量的旋轉(zhuǎn)性也是由于電流在時(shí)間上按正弦規(guī)律變化而引起的,并不起因于空間矢量本身的正弦性。5-9采用SVPWM控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E可以是圓，這種說(shuō)法是否正確？為什么？答：實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周?chē)▌?dòng)。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開(kāi)關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。5-10總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻

55、率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若設(shè)置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？一般來(lái)說(shuō)，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？答：控制規(guī)律：1）在 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變。2）在不同的定子電流值時(shí)，按定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。若 設(shè)置不當(dāng)，則不能保持氣隙磁通恒定。一般來(lái)說(shuō)，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，是因?yàn)檫€設(shè)置了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)。習(xí)題5-1（1）T形等效電路：簡(jiǎn)化等效電路：（2） （3） （4）臨界轉(zhuǎn)差率： 臨界轉(zhuǎn)矩： 5-2 氣隙磁通隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩： Us可調(diào)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的