電力拖動自動控制系統(tǒng)第四版課后答案思考題

1、2-1直流電動機有哪幾種調(diào)速方法？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。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變換器的時間常數(shù)ts等于其igbt控制脈沖周期

2、（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，從而響應更快，動態(tài)性能更好。2-5在直流脈寬調(diào)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(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聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生

3、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(jīng)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(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?，使得電動機由動能轉(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。泵升電壓過大將導致電力電子開關器件被擊穿。應合理選擇濾波電容的

4、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)速范圍有何關系？靜差率和機械特性硬度是一回事嗎？舉個例子。答：d=（nn/n）（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)速降和最小靜差率之間有何關系？為什么必須同時提才

5、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(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？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，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

6、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，當積分調(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

7、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，

8、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？（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）電動機勵磁電流if。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。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(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

9、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？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。一、可以作為填空題或簡答題的2-1簡述直流電動機的調(diào)速方法。答：直流調(diào)速系統(tǒng)常以（調(diào)壓調(diào)速）為主，必要時輔以（弱磁調(diào)速），以（擴大調(diào)速范圍），實現(xiàn)（額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速）。2-2直流調(diào)壓調(diào)速主要方案有（g-m調(diào)速系統(tǒng)，v-m調(diào)速系統(tǒng)，直流pwm調(diào)速系統(tǒng)）。2-3v-m調(diào)速系統(tǒng)的電流脈動和斷續(xù)是如何形成的？如何

10、抑制電流脈動？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)。2-5簡述v-m調(diào)速系統(tǒng)存在的問題。16答：整流器晶閘管的單向?qū)щ娦詫е碌碾妱訖C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(shù)性。2-6簡述不可逆pwm變換器（無制動電流

11、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2-7調(diào)速時一般以電動機的（額定轉(zhuǎn)速）作為最高轉(zhuǎn)速。2-8（調(diào)速范圍）和（靜差率）合稱調(diào)速系統(tǒng)的（穩(wěn)態(tài)性能指標）。2-8一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指（在最低轉(zhuǎn)速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍）。2-9簡述轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)。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(zhì)上就是無數(shù)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(diào)量有靜差）的控制系統(tǒng)；反饋控制系統(tǒng)的作用

12、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(xiàn)無靜差調(diào)速。2-12比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器有何不同？答：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于（輸入偏差的現(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）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(diào)速系統(tǒng)有什么特點？答：（信號離散化，信息數(shù)字化）。2-15旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角信號，若需要轉(zhuǎn)速信號，應對轉(zhuǎn)角微分。增量式編

13、碼器：可直接檢測轉(zhuǎn)速信號。2-16數(shù)字測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(zhuǎn)編碼器的數(shù)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(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。2-19簡述帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)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(zhuǎn)速提高到n0=(kpks(un*+ucom)/(ce(1+k)。二、公式和特性1.整流電壓平均值：ud0=(m/)umsin(m/)

14、cos（um/m_單相全波/三相半波/三相全波_2u2/2u2/6u2/2/3/6）2.v-m調(diào)速系統(tǒng)機械特性方程：n=(ud0-idr)/ce3.晶閘管整流器最大失控時間：tsmax=1/mf4.調(diào)速范圍定義式：d=nmax/nmin5.靜差率定義式：s=n/n7. 調(diào)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/n_)(s/(1-s)（ncl=nop/(1+k)）8.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的k定義式及表達式：k=kpks/ce9.臨界開環(huán)放大倍數(shù)kcr=(tm(tl+ts)+ts2)/(tlts)k（tl=l/r|tm=(gd2)r)/(375cecm)）3-1在恒流

15、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)增加

16、，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??；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u

17、n*=10v時，n=1000rpm，應調(diào)什么參數(shù)？答：（1）調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)=0.3；（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01。3-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉(zhuǎn)速，應調(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？若要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應調(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，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，應調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)。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

18、，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=id=idl；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)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）動態(tài)限流性能。（3）起動的快速性。（4）抗負

19、載擾動的性能。（5）抗電源電壓波動的性能。答：3-10根據(jù)asr和acr的作用，回答（均為pir）：（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(zhuǎn)速不變，電流減小。（2）不會飛車，而是停轉(zhuǎn)。3-1為了實現(xiàn)（電流的實時控制和快速跟隨），希望電流調(diào)節(jié)器（不要）進入飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只有（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和與不飽和兩種情況）。3-2當兩個調(diào)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(zhuǎn)速外環(huán)呈（開環(huán)狀態(tài)），轉(zhuǎn)速變化

20、對轉(zhuǎn)速環(huán)（不會）產(chǎn)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(diào)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(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外閉環(huán)的效果。答：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，此時轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到idm時，對應于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出uim*，此時電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)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(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)狀態(tài)。3-7簡述轉(zhuǎn)速電流負反饋控制電流調(diào)速系統(tǒng)起動過程。3-8簡述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的特點。（飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準時間最優(yōu)控制）3-9雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能主要包括（抗負載擾動；抗電網(wǎng)電壓擾動）。3-10簡述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用。答：作為主導調(diào)節(jié)