電力拖動復習要點

1、電力拖動自動化系統(tǒng)重點章節(jié)第二章：2.2、2.3節(jié)（穩(wěn)態(tài)計算），2.3.4節(jié)不要求。2.4節(jié)，數(shù)字測速方法，及各種方法的適用場合。第三章：3.1節(jié)、3.2節(jié)、3.3節(jié)（調節(jié)器的工程設計方法）。第四章：泵升電壓第五章：5.1節(jié)、5.3節(jié)。第六章：6.3節(jié)、6.5節(jié)、6.6節(jié)（矢量控制的基本思想）。轉子磁鏈計算方法以及相應框圖繪制、6.8節(jié)。第七章：7.2節(jié)、7.6節(jié)。第八章：8.1節(jié)、8.3節(jié)。2011.11.14第2章 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)1 直流電機主要有哪幾種基本調速方法?通過性能比較，你認為哪一種方法最好？答：直流電動機穩(wěn)態(tài)表達式 式中:轉速（r/min）,電樞電壓（V）,電樞電流

2、（A）,電樞回路總電阻（）,勵磁磁通（Wb）,電動勢常數(shù)。直流電機主要有三種基本調速方法：調節(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無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速（即電機額定轉速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調速為主。2 常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）旋轉變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。（2）靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲

3、得可調的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關器件斬波或進行脈寬調制，以產生可變的平均電壓。3靜差率s與空載轉速n0的關系如何? 答：靜差率s與空載轉速n0成反比，n0下降，s上升。所以檢驗靜差率時應以最低速時的靜差率 為準。5轉速控制的要求是什么？答：1）調速-在一定的最高轉速和最低轉速的范圍內，分檔的或平滑的調節(jié)轉速。2）穩(wěn)速-以一定的精度在所需轉速上穩(wěn)定運行，在各種可能的干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量。3）加、減速-頻繁起、制動的設備要求盡量快的加、減速以提高生產率；不宜經受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。6

4、解釋反饋控制規(guī)律？答（1）被調量有靜差（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)空載轉速比開環(huán)空載轉速小多少? 答： 是的1/（1+K）。8 試說明轉速負反饋調速系統(tǒng)工作原理。 答：轉速負反饋直流調速系統(tǒng)由轉速給定、轉速調節(jié)器ASR、觸發(fā)器GT、晶閘管變流器VT、測速發(fā)電機TG等組成；當電動機負載TL增加時，電樞電流Id也增加，電樞回路壓降增加，電動機轉速下降，則轉速反饋電壓也相應下降，而轉速給定電壓不變，增加。轉速調節(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，于是電動機轉速便相應自動回升，其調節(jié)過程可簡述為：上述過程循環(huán)往復，直至為止。9下圖

5、帶轉速負反饋的閉環(huán)直流調速系統(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)電機的負反饋電壓比較，得到轉速偏差電壓。2）比例放大器A：將轉速偏差電壓放大，產生電力電子變換器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換為可控的直流電壓。4）M電機：驅動電機。5）TG發(fā)電機：測速發(fā)電機檢測驅動電機的轉速。6）電位器：將測速發(fā)電機輸出電壓降壓，以適應給定電壓幅值。10 說明單閉環(huán)調速系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降的原因，改變給定電壓或者調整轉速反饋系數(shù)能否改變電動機的穩(wěn)態(tài)轉速?為什么? 答：負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質在于它的自動調節(jié)作用，在于它能隨著負

6、載的變化而相應地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降的變化。穩(wěn)態(tài)轉速為： 從上式可可得：改變給定電壓能改變穩(wěn)態(tài)轉速；調整轉速反饋系數(shù)，則也要改變，因此也能改變穩(wěn)態(tài)轉速。 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)電動機轉速與負載電流的穩(wěn)態(tài)關系。（2）特點：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬的多，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）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調速范圍。4）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器。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)是建立在負反饋基礎上，

7、按偏差進行控制。當系統(tǒng)中由于某種原因使被控量偏離希望值而出規(guī)偏差時，必定產生一個相應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)一般都是負反饋系統(tǒng)。如果錯接成正反饋系統(tǒng)，對調速系統(tǒng)造成超速“飛車”或振蕩等故障，后果非常嚴重。14 有靜差系統(tǒng)與無差系統(tǒng)的區(qū)別？答：根本區(qū)別在于結構上(控制器中)有無積分控制作用，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)調節(jié)器的特點 ？答： PI調節(jié)器的輸出電

8、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t=0突加Ui瞬間，電容C相當于短路，反饋回路只有電阻Rf，此時相當于P調節(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)，控制器立即產生控制作用，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)

9、中引入一個早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。17下圖為帶電流截止負反饋的閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖，說明電流截止負反饋的工作原理，及這種調速系統(tǒng)的靜特性特點？答：當 Id Idcr 時，電流負反饋被截止，靜特性和只有轉速負反饋調速系統(tǒng)的靜特性式相同，現(xiàn)重寫于下當 Id Idcr時，引入了電流負反饋，靜特性變成 特點：（1）電流負反饋的作用相當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。（2）比較電壓 與給定電壓 的作用一致，好象把理想空載轉速提高到18采用比例積分調節(jié)器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是否有靜差？為什么？試說明理由。 答：采用比例積分調節(jié)

10、器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是無靜差的。 電壓負反饋實際是一個自動調壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內阻引起的穩(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速負反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉速負反饋類似。它與轉速負反饋一樣可以實現(xiàn)無靜差調節(jié)。 19光電式旋轉編碼器的數(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電動機系統(tǒng)比晶閘管電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？ 答：PWM電動

11、機系統(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） 開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。 （3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達 1：10000 左右。 （4） 若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強。 （5） 功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。 （6） 直流電源采用不控整流時，電網功率因數(shù)比相控整流器高。（2-11）調速范圍和靜差率的定義是什么？調速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關系？為什么說“脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得

12、多了”？ 答：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母表示，即其中，和一般都指電動機額定負載時的最高和最低轉速，對于少數(shù)負載很輕的機械，可以用實際負載時的最高和最低轉速。 當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降落，與理想空載轉速之比，稱作靜差率，即或用百分比表示 在直流電動機變壓調速系統(tǒng)中，一般以電動機的額定轉速作為最高轉速N n則 由上式可看出調速系統(tǒng)的調速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關系。對于同一個調速系統(tǒng)，值一定，如果對靜差率要求越嚴，即要求值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。一個調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所

13、需靜差率的轉速可調范圍。 （2-12）轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)有那些特點？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)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉速？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？ 答：（1）轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)有以下三個基本特征：1）只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調量仍是有靜差的。 2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定。擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。 （2）改變給定電壓會改變電動機的轉速，因為反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。 （3）如果給定電壓不變，調節(jié)測速反饋電壓的分壓比

14、或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調量的誤差。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。（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 時，調節(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，當變化時，只要其極性不變，積分調節(jié)器的輸出 便一直增長；只有達到，時，才停止上升；不到變負， 不會下降。當時，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。因此，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(xiàn)無靜差調速。 比例調節(jié)器的輸出只取決

15、于輸入偏差量的現(xiàn)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。雖然現(xiàn)在 ，但歷史上有過 ，其積分就有一定數(shù)值，足以產生穩(wěn)態(tài)運行時需要的控制電壓 。 （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？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。 因此轉速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響。 （2-15）在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，當下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調節(jié)作用，為什么？（1）放大器的放大系數(shù) ；（2）供電電網電壓；（3）電樞電阻；（4）電動機勵磁電流；（5）電壓反饋系數(shù)。 答：在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調速系

16、統(tǒng)中，當放大器的放大系數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(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速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉速的影響。 電動機勵磁電流、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。 當供電電網電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用。因為電網電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。 當電壓反饋系數(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 ）某直流調速系統(tǒng)電動機額定轉速為=1430r/min，額定速降=115r/min，當要求靜差率s30%時，允許多大的調速范圍？如果要求靜差率s

17、20%，則調速范圍是多少？如果希望調速范圍達到10，所能滿足的靜差率是多少？ 解：在要求s 30%時，允許的調速范圍為若要求s 20%，則允許的調速范圍只有若調速范圍達到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，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，電動機電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調速范圍D=20，靜差率s5%，采用開環(huán)調速能否滿足？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)在額定轉速時的靜差率為如要求 ，即要求（例題2-3

18、）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)調速系統(tǒng)滿足上述要求時，比例放大器的放大系數(shù)應該有多少？ 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-

19、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)直流調速系統(tǒng)中，若改用全控型器件的PWM調速系統(tǒng)，電動機不變，電樞回路參數(shù)為：，1mH，PWM開關頻率為8kHz。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標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)能夠達到的最大調速范圍有多少？解：電磁時間常數(shù)機電時間常數(shù)晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足的穩(wěn)定條件：按照穩(wěn)態(tài)性能指標 、 要求 （見例題1-2） PWM調速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標要求下穩(wěn)定運行。 若系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀況， 第3章 轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)1 轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器的作

20、用?答：轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的作用：(1) 轉速調節(jié)器ASR的作用：1）轉速n跟隨轉速給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。2) 突加負載時轉速調節(jié)器ASR和電流調節(jié)器ACR均參與調節(jié)作用，但轉速調節(jié)器ASR處于主導作用，對負載變化起抗擾作用。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) 在轉速調節(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，使電動機轉速幾乎不受電源電壓波動的影響。4) 當電動機過載、堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護作用。2 在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網電壓波動與負載擾

21、動時，哪個調節(jié)器起主要調節(jié)作用?答：電網電壓波動時，ACR起主要調節(jié)作用；負載擾動時，ASR起主要抗擾調節(jié)作用。3下圖為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖，如果要改變雙閉環(huán)有靜差V-M系統(tǒng)的轉速，可調節(jié)什么參數(shù)?改變轉速調節(jié)器放大系數(shù) 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)和改變轉速反饋系數(shù) 能行否?如果要改變堵轉電流應調節(jié)什么參數(shù)? -轉速反饋系數(shù) -電流反饋系數(shù)答：要改變轉速，可以調節(jié)給定電或轉速反饋系數(shù)。，要改變堵轉電流，應調節(jié)轉速調節(jié)器的限幅值或改變電流反饋系數(shù)4 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程特點是什么？答：轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程特點是：1) 飽和非線性控制ASR飽和，轉速環(huán)開環(huán)，恒值電流

22、調節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR不飽和，轉速環(huán)閉環(huán)，無靜差調速系統(tǒng).2）準時間最優(yōu)控制，恒流升速可使起動過程盡可能最快。3）轉速超調：只有轉速超調才能使ASR退飽和。5下圖為轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)原理圖，ASR、ACR均采用PI調節(jié)器。（1）突增負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，則ACR的輸出電壓、變流裝置輸出電壓，電動機轉速，較之負載變化前是增加、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)的轉速，可調節(jié)什么參數(shù)？ 答：(1) (2) 因為所以調節(jié)可以改變轉速。6 直流調速系統(tǒng)有哪些主要性能指標? 答：直流調速系統(tǒng)主要性能指標包括靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標兩個部分。 靜態(tài)主要性能指

23、標有調速范圍D、靜差率s、。動態(tài)性能指標分成給定控制信號和擾動信號作用下兩類性能指標。給定控制信號作用下的動態(tài)性能指標有上升時間，調節(jié)時間(亦稱過濾過程時間)和超調量。擾動信號作用下的動態(tài)性能指標有最大動態(tài)速降、恢復時間7調節(jié)器的設計過程可以簡化為哪兩步?答：1.選擇調節(jié)器的結構2.選擇調節(jié)器的參數(shù)8轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中分別按什么典型型系統(tǒng)進行設計？為什么？答：轉速環(huán)按典型（II）型系統(tǒng)設計，抗擾能力(強)，穩(wěn)態(tài)（無靜差）。電流環(huán)按典型（I）型系統(tǒng)設計，抗擾能力(稍差)，超調 （小）。9 如果轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中的轉速調節(jié)器不是 PI調節(jié)器，而改為 P調節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將

24、會產生什么影響？ 答：改為 P 調節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量，PI 調節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。（3-6）在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉速，應調節(jié)什么參數(shù)？改變轉速調節(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？改變轉速反饋系數(shù) 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(shù)？ 答：雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系 因此 轉速 是由給定電壓決定的；改變轉速反饋系數(shù)也可以改變電動機轉速。改變轉速調節(jié)器的放大倍數(shù)和電力電子

25、變換器的放大倍數(shù)不可以。（3-7）轉速、電流雙閉環(huán)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：當兩個調節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零。轉速調節(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速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉速單閉環(huán)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：（1）轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速是由給定電壓 決定

26、的。ASR 的輸出量 是由負載電流 決定的?？刂齐妷旱拇笮t同時取決于和，或者說，同時取決于和 。雙閉環(huán)調速系統(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)的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負反饋的作用相當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，好象把理想空載轉速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。 （3）雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉速超調、準時間最優(yōu)控制。 （4）由動態(tài)結構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉速調節(jié)器ASR 來產生抗負載擾動的作用。

27、在設計 ASR 時，應要求有較好的抗擾性能指標。 （5）在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動的作用點離被調量較遠，調節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，不必等它影響到轉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)模型的異步電動機調速系統(tǒng)1 異步電動機從定子傳入轉子的電磁功率 中，有一部分是與轉差成正比的轉差功率 根據(jù)對 處理方式的不同，可把交流調速系統(tǒng)分成哪幾類？并舉例說明。 答：從能量轉換的角度上看，轉差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調速系統(tǒng)效率高低的標志。

28、從這點出發(fā)，可以把異步電機的調速系統(tǒng)分成三類 。轉差功率消耗型調速系統(tǒng)：這種類型的全部轉差功率都轉換成熱能消耗在轉子回路中，降電壓調速、轉差離合器調速、轉子串電阻調速屬于這一類。在三類異步電機調速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉差功率的消耗來換取轉速的降低的（恒轉矩負載時）。可是這類系統(tǒng)結構簡單，設備成本最低，所以還有一定的應用價值。 轉差功率饋送型調速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，除轉子銅損外，大部分轉差功率在轉子側通過變流裝置饋出或饋入，轉速越低，能饋送的功率越多，繞線電機串級調速或雙饋電機調速屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都

29、轉化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設備。轉差功率不變型調速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，轉差功率只有轉子銅損，而且無論轉速高低，轉差功率基本不變，因此效率更高，變極對數(shù)調速、變壓變頻調速屬于此類。其中變極對數(shù)調速是有級的，應用場合有限。只有變壓變頻調速應用最廣，可以構成高動態(tài)性能的交流調速系統(tǒng)，取代直流調速；但在定子電路中須配備與電動機容量相當?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設備成本最高。 2異步交流電機變頻器上電壓和頻率為什么要協(xié)調控制？答：在進行電機調速時，常須考慮的一個重要因素是：希望保持電機中每極磁通量 Fm 為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果過分增

30、大磁通，又會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。在交流異步電機中，磁通 Fm 由定子和轉子磁勢合成產生，因為有，此式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可達到控制磁通Fm 的目的。3 在電動機調速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變?對直流電機和交流異步電機，分別采用什么方法使電機每極的磁通恒定?答：異步電動機的氣隙磁鏈在每相定子中的感應電動勢如果使氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機的磁通恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應的補償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。4簡述恒壓頻比控制方式。 答：繞組中的感應電動

31、勢是難以直接控制的，當電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓 ，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，以便近似地補償定子壓降。5 下圖為異步電動機在不同控制方式下的機械特性，交流異步電動機的恒壓頻比控制有哪三種方式?試就其實現(xiàn)難易程度、機械特性等方面進行比較。 a）恒壓頻比控制 b）恒定子磁通控制 c）恒氣隙磁通控制 d）恒轉子磁通控制答：，氣隙磁鏈在每相定子中的感應電動勢/輸入頻率為恒值，機械特性非線性，難實現(xiàn)，加定子電壓補償?shù)哪繕耍纳频退傩阅?。，與頻率無關，機械特

32、性平行，硬度相同，類似于直流電動機的降壓調速，屬于恒轉矩調速。，定子相電壓/輸入頻率為恒值，定子相電壓，機械特性非線性，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，故必須進行定子電壓補償。，轉子磁鏈在每相定子中的感應電動勢/輸入頻率為恒值，轉子磁鏈在每相定子中的感應電動勢(忽略轉子電阻損耗)轉子磁鏈恒值，機械特性線性，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。6 交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律? 答：恒磁通調速(基頻以下)

33、 ，并補償定子電阻損耗。恒功率調速(基頻以上)升高電源電壓時不允許。在頻率上調時，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機的弱磁增速。7 交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)的控制方式主要有哪兩種？答：交流異步電動機變頻調速系統(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矩控制。8 什么是脈沖寬度調制（PWM）? 答：利用電力電子開關的導通與關斷，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到變壓變頻的目的。9什么是SPWM控制方式?答：SPWM即以正弦波作為調制信號對載波信號進行調制后，產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

34、為逆變器開關元件的控制信號，從而在逆變器負載上(多為異步電動機)得到與控制信號波形相同，等效于正弦波的驅動電壓。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，為三組六個開關同一橋臂的兩個開關互為反向：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)構成正六邊形的項點，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

35、關狀態(tài)，兩者的開關狀態(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：定子磁鏈矢量的增長方向，即矢頭的運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動方向和軌跡對應于相應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?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動軌跡依次按運動， 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動軌跡，稱區(qū)段(扇區(qū))

36、-區(qū)段(扇區(qū))S6。矢頭的運動速率與的幅值成正比； 若則停止運動(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，矢頭的運動軌跡為一正六邊形。11 什么是轉差頻率控制系統(tǒng)調速?答：在轉差率s很小的范圍內，只要能夠維持氣隙磁通不變異步電機的轉矩就近似與轉差角頻率 成正比，即在異步電機中，控制轉差率就代表了控制轉矩，這就是轉差頻率控制的基本概念。12 轉速閉環(huán)轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)能夠仿照直流電動機雙閉環(huán)系統(tǒng)進行控制，但是其動靜態(tài)性能卻不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，這是為什么？答：它的靜、動態(tài)性能還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個方面： （1

37、）在分析轉差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m恒定”的結論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 m如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。 （2）Us = f(1 , Is)函數(shù)關系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉矩變化的因素。 （3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 1 = s + ，使頻率得以與轉速同步升降，這本是轉差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。(5-8

38、)兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調制時，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示上橋臂關斷，共有幾種開關狀態(tài)，寫出其開關函數(shù)。根據(jù)開關狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達式，畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：交-直-交變頻器主回路結構圖采用雙極性調制時，忽略死區(qū)時問影響，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓： 以直流電源中點為參考點(5-9)當三相電壓分別為 ，如何定義三相定子電壓空間矢量，和合成矢量，寫出他們的表達式。解：A，B ，C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量: 電壓空間矢量(5-10)忽略定子電阻的影響,討論定子電壓空間矢量與定子磁鏈的關系。

39、當三相電壓、為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達式，畫出各自的運動軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：忽略定子電阻的影響，或即電壓空間矢最的積分為定子磁鏈的增量。當三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉矢量電壓空間矢量 圖 旋轉磁場與電壓空間矢量的運動軌跡 圖 電壓矢量圓軌跡(5-12)兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有有限的，若期望輸出電壓矢量的幅值小于，空間角度任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的?解：兩電平pWM逆變器有六個基本空間電壓矢量，這六個基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個扇區(qū)，根據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū)，然后用扇區(qū)所在的兩個基本空間

40、電壓矢量分別作用一段時間等效合成期望的輸出電壓矢量。第6章 基于動態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)1 從動態(tài)數(shù)學模型可以看出三相異步電動機是什么樣的一個系統(tǒng)？答：從動態(tài)數(shù)學模型可以看出三相異步電動機是一個高階、非線性、強混合的多變量系統(tǒng)，2 三相異步電動機的數(shù)學模型包括哪幾類方程？ 答：三相異步電動機的數(shù)學模型包括：電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程和運動方程。3將三相交流電機變換成兩極直流電機的物理模型要經過的坐標變換有哪些?答：先將靜止的三相坐標A-B-C轉換成靜止的兩相坐標，再將靜止的兩相坐標換成旋轉的兩相坐標d-q或同步兩相坐標(M-T)。4坐標變換有哪些?坐標變換原則有哪兩種? 答：坐標變換有：

41、1) 靜止的三相坐標(A-B-C) -旋轉的兩相坐標(d-q-0)，2) 旋轉的兩相坐標(d-q) -靜止的三相坐標(A-B-C)，3) 靜止的三相坐標(A-B-C) -靜止的兩相坐標() 4) 靜止的兩相坐標()-靜止的三相坐標(A-B-C) 5) 靜止的兩相坐標()-旋轉的兩相坐標(d-q)，6) 旋轉的兩相坐標(d-q) -靜止的兩相坐標() 7) 直角坐標與極坐標5 異步電動機的等效二相模型為什么簡單?答：四個方程中的為0項很多，轉矩和磁通分開控制(相互垂直)。6 磁鏈定向方法有哪些?分別采用了哪種坐標系 ?答：磁鏈定向方法有兩種：1) 按轉子磁鏈定向：控制性能最好，但轉子磁鏈不易測量

42、和控制；采用M-T坐標系；2) 按定子磁鏈定向：定子磁鏈最容易測量和控制，但控制性能不好；采用 坐標系。7 什么是矢量控制系統(tǒng)（VCS）?并簡述其工作原理。圖 矢量控制系統(tǒng)原理結構圖答：將異步電動機經過坐標變換可以等效成直流電動機，那么，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過坐標反變換，就能夠控制異步電動機。由于進行坐標變換的是電流(代表磁動勢)的空間矢量，所以這樣通過坐標變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS(Vector Control System) 。8 下圖為異步電動機矢量控制原理結構圖，A，B，C，D分別為坐標變換模塊，請指出它們分別表示什么變換？ 這些變換的等效原

43、則是什么 ？w控制器AB電流控制變頻器CD等效直流電動機模型+i*mi*tj w1i*ai*bi*Ai*Bi*CiAiBiCiaiimit反饋信號異步電動機給定信號j 答：A 矢量旋轉逆變換 ，B 二相靜止坐標變成三相靜止坐標變換C 三相靜止坐標系變成二相靜止坐標變換D 矢量旋轉變換 VR，將二相靜止坐標下的互相垂直的交流信號變換成二相旋轉的互相垂直的直流信號。 等效變換的原則是旋轉磁場等效或磁動勢等效。9下圖為異步電動機矢量變換與電流解耦數(shù)學模型，A，B分別為坐標變換模塊，請指出它們分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？ABw答： A三相靜止坐標系變成二相靜止坐標變換B矢量旋轉變換 V

44、R將二相靜止坐標下的互相垂直的交流信號變換成二相旋轉的互相垂直的直流信號。其等效變換的原則是旋轉磁場等效或磁動勢等效。10 簡述直接轉矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點。答：1) 直接轉矩控制技術利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標下計算和控制交流電動機的轉矩，它采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(jié)(Band-B and控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動機的數(shù)學模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處理的物理結構明確。該控制系統(tǒng)的轉矩響應迅速，限制

45、在一拍以內。且無超調，是一種具有高性能的交流調速方法。2) 直接轉矩控制與矢量控制的相同點是：兩者都要對轉矩和磁鏈進行控制 3) 直接轉矩控制與矢量控制的相同異點如下：直接轉矩控制只利用定子側參數(shù)，而矢量變換控制是利用轉子側參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉子轉速變化的影響；直接轉矩控制在靜止的坐標系中進行，控制運算比矢量變換控制簡單；直接轉矩控制對轉矩進行閉環(huán)控制，準確性高，動態(tài)性好，而矢量控制則過分要求圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當可彌補由直接轉矩控制引起的速度下降。直接轉矩控制利用相電壓矢量的概念，對逆變器的功率開關進行綜合控制，開關次數(shù)少，開關損耗少。11坐

46、標變換是矢量控制的基礎，試分析交流電機矢量變換的基本概念和方法。 答：將交流電機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。在這里，不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所產生的磁動勢完全一致。 交流電機三相對稱的靜止繞組 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時，所產生的合成磁動勢是旋轉磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉速1（即電流的角頻率）順著 A-B-C 的相序旋轉。然而，旋轉磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、 等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產生旋轉磁動勢，當然以兩相最為簡單。在三相

47、坐標系下的 iA、iB 、iC，在兩相坐標系下的、 和在旋轉兩相坐標系下的直流 im、it 是等效的，它們能產生相同的旋轉磁動勢。這樣通過坐標系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。12試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直流轉矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 答：兩者都采用轉矩（轉速）和磁鏈分別控制，但兩者在控制性能上卻各有千秋。 VC 系統(tǒng)強調 Te 與r 的解耦，有利于分別設計轉速與磁鏈調節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調速范圍；但按定子r 定向受電動機轉子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。 DTC 系統(tǒng)則實行 Te 與s 砰-砰控制，避開了旋轉坐標變換，簡化了控制結構；控制磁鏈而不是轉子磁鏈，不受轉子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產生轉矩脈動，低速性能較