电力拖动自动控制系统思考题答案.docx

第2章三、思考题2-1直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速2-2简述直流PWM变换器电路的基本结构答：直流PWM变换器基本结构如图，包括IGBT和续流二极管三相交流电 经过整流滤波后送往直流PWM变换器，通过改变直流PWM变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM变换 器输出电压大小，二极管起续流作 用2-3直流PWM变换器输出电压的特征是什么 答：脉动直流电压2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性 能答：直流PWM变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节其中直流 PWM变换器的时间常数Ts等于其IGBT控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整 流装置的时间常数Ts通常取其最大 失控时间的一半（1/（2mf）因fc通常为 kHz级，而f通常为工频（50或60Hz为一周内），m整流电压的脉波数，通 常也不会超过20，故直流PWM变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时 间 常数更小，从而响应更快，动态性能更好2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压电 路中是否还有电流为什么答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取 决于直流PWM变换器的输出。

电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电 阻的存在2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用如果二极管断路会产生 什么后果答：为电动机提供续流通道若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零 时产生过电 压2-7直流PWM变换器的开关频率是否越高越好为什么答：不是因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电 流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载 电流，电机无法运转2=8泵升电压是怎样产生的对系统有何影响如何抑制答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电 性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只 能向滤波电容充电，造成电 容两端电压升高泵升电压过大将导致电力电子开 关器件被击穿应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路2- 9在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减 小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不 再减速，保持稳定故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。

2- 10静差率和调速范围有何关系静差率和机械特性硬度是一回事吗举个例子 答：D=（nN/An） （s/（1-s）静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落 的2-11调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系为什么必须同时提才有意 义答：D= （nN/An） （s/ （1-s）因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态 速降下，允许）的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围， 则在一定静态速降下，允许的最小转差率又大得不能满足要求因此必须同时 提才有意义2-12转速单闭环调速系统有哪些特点改变给定电压能否改变电动机的转速为什 么如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速为什么如果测速发 电机的励磁发生了变 化，系统有无克服这种干扰的能力（已验证） 答：转速 单闭环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成）， 可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率下，能够提 高调速范围改变给定电压能改变电动机转速因为改变给定电压则改变实际 转速反馈电压与给定电压的偏差，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改 变电动机的电枢电压，改变了转速。

调节转速反馈系数而不改变给定电压能改 变转速因为改变转速反馈系数则改变实际转速反 馈电压，而给定电压不变， 则电压偏差改变，从而电力电子变换器输出电压改变，即电动机电 枢电压改变， 转速改变若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化，当给定电压一 定时，则电压偏差发生变 化，从而转速改变故系统无克服测速发电机励磁发 生变化干扰的能力2-13为什么用积分控制的调速系统是无静差的在转速单闭环调速系统中，当积 分调节器的输入偏差电压△ U=0时，调节器的输出电压是多少它决定于哪些因 素答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了 比例调节器 必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存 在静差的根本原因当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压应 为一个恒定的积分终值它取决于 输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分 调节器的限幅值2-14在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测 速发电机精度的影响为什么答：仍然受影响因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零，因 此若给点电源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变， 系统仍会认为是给定或转速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。

2-15在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否 有调节作用为 什么（己验证）（1）放大器的放大系数Kp°（2）供电电网电压Ud3）电枢电阻Ra°（4）电动机励磁电流If°（5）转速反馈系数a答：（1）有假设Kp减小，则控制电压减小，则电力电子变换器输出减小，则 电动机转速下 降；而电动机转速下降，则反馈电压减小，则偏差电压增大，则 控制电压增大，则转速上升 不解释5）没有2-16在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态， 此时晶闸管整流装置的输出电压Ud较之负载变化前是增加、减少还是不变 在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速 n和整流装置的输出电压 Ud是增加、减少还是不变（己验证）答：（1） Ud减小因负载减小，转速上升，反馈电压增加，给定电压一定， 偏差电压减小，控制电压减小，故输出电压减小2） n不变，Ud增加 转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略一、 可以作为填空题或简答题的2-1简述直流电动机的调速方法答：直流调速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱磁调速），以（扩 大调速范围），实现（额定转速以上调速）。

2-2直流调压调速主要方案有（G-M调速系统，V-M调速系统，直流PWM调 速系统） 2-3 V-M调速系统的电流脉动和断续是如何形成的如何抑制电流脉动答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压 小于反电动势 时，电感放能，电流下降整流器输出电压为脉动电压，时而大 于反电动势时而小于，从而导致了电流脉动当电感较小或电动机轻载时，电 流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流 已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续2-4看P14图简述V-M调速系统的最大失控时间答：t1时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为al,在t2>t1时刻，控制 电压发生变 化，但此时晶闸管己导通，故控制电压的变化对它已不起作用，只 有等到下一个自然换向点t3时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的另 一对晶闸管在触发延迟角a 2后导通t3-t2即为失控时间，最大失控时间即为 考虑t2=t1时的失控时间2-5简述V-M调速系统存在的问题答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性整流器晶闸管对 过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。

整流器晶闸管基于对其 门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性2-6简述不可逆PWM变换器（无制动电流通路与有制动电流通路）各个工 作状态下的导通器件和电流通路17-182-7调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标）2-8 一个 调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范 围）2-9简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质答：在闭环系统中，每增加（或减少）一点负载，就相应地提高（或降低）一点 电枢电压，使电动机在新的机械特性下工作因此闭环系统的静特性本质上就 是无数开环机械特性上各取一个相应的工作点连接而成的2-10简述比例反馈控制的规律答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统；反馈控制系统 的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定 和反馈检测的精度）2-11简述积分控制规律答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速2-12比例调节器和积分调节器有何不同答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则 包含了（输入 偏差量的全部历史）2-13简述比例积分控制规律。

答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）2-14微机控制的调速系统有什么特点答：（信号离散化，信息数字化）2-15旋转编码器分为哪几种各有什么特点答：绝对式编码器：常用语检测转角信号，若需要转速信号，应对转角微分增 量式编码器：可直接检测转速信号2-16数字测速方法有哪些精度指标答：(分辨率，测速误差率)2-17采用旋转编码器的数字测速方法有(M，T，M/T)高低全2-18为什么积分需限幅答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调2-19简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsR，导致当Id=Idcr 时，机械特性急剧下垂；比较电压Ucom与给定电压Un*作用一 致，相当于把理想空载转速提高n0'=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))二、公式和特性I. 整流电压平均值：Ud0=(m/n )Umsin(m/n )cos a ( Um/m_ 单相 全波/三相半波/三相全波_"2U2/"2U2/"6U2/236)调速系统机械特性方程：n=(Ud0-IdR)/Ce3. 晶闸管整流器最大失控时间：Tsmax=*mf4. 调速范围定义式：D=nmax/nmin5. 静差率定义式：s=^n/n6. 闭环静特性与开环静特性： ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K)) nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7. 调速范围，静差率和额定速降之间的关系式(开环和闭环) ：D_=(nN/△ n_)(s/(1-s)) (△ncl= △nop/(1+K))8. 转速反馈控制直流调速系统的K定义式及表达式：K=KpKsa/Ce9. 临界开环放大倍数 Kcr=(Tm(Tl+Ts)+TsA2)/(TlTs) 5 T | 高速 —> 5 M |II. 连续式 PI 算式：u(t)=Kpe(t)+(。