電力拖動自動控制系統(tǒng)思考題答案

1、第2章三、思考題2-1直流電動機有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點？答：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，變頻調(diào)速。特點略。2-2簡述直流PWM變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。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V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：直流PWM變換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

2、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)為一周內(nèi))，m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阻的存在。2-6直流PWM變換器主電路中反并

3、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。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。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娦裕沟秒妱訖C由動能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網(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

4、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/4n)(s/(1-s)。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，)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

5、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/An)(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)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，

6、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)而不改變給定電壓能改變轉(zhuǎn)速。因為改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)則改變實際轉(zhuǎn)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，即電動機電樞電壓改變，轉(zhuǎn)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(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

7、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

8、變，系統(tǒng)仍會認為是給定或轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而改變轉(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Udo（3）電樞電阻Ra。（4）電動機勵磁電流If。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。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

9、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(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章三、思考題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：不能。因為恒流升速過程中，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動是電動機的反電動勢，是一個線性

10、漸增的斜坡擾動量，而電流閉環(huán)采用的PI調(diào)節(jié)器對斜坡擾動無法消除靜差，故Id略低于Idm。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)。答：電動機堵轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速恒為零，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？答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a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??；

11、轉(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？（1）電流反饋極性接反。（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速上升飛快，電動機飛車。（2）由于轉(zhuǎn)速環(huán)的正反饋作用，ACR無法退飽和，電動機轉(zhuǎn)速持續(xù)恒流上升。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，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)3=0.3;（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=0.01

12、o3-6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)a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(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)3。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=3Id=3IdL;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：速度調(diào)節(jié)器對階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/（1+Kn）,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)