1、海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理1（原始答案来自：王舒、林大烜、田倩玉、万瑾、王云强、杨畅、林丽芬、唐金莲）一、填空题：1、对调速系统的一般要求是： 调速 ， 稳速 ， 加、减速 。2、调速系统的动态指标：上升时间 tr 、超调量 与峰值时间 tp 、 调节时间 ts、 动态降落Cmax、 恢复时间 tv 。3、在直流 VM 可逆调速系统中，有环流运行的三种方式： 直流平均环流 、 瞬时脉动环流 动态环流 。4、在直流 VM 系统中开环机械特性中，转速与 Ce 、 Ud0 、 Id 、 R 有关。5、在典型型系统动态性能指标中，h 值越小，则 Cmax/Cb 也越 小
2、， tm 和 tv 都小，因而 抗扰性能 越好，这个趋势和跟随性能中的超调量是矛盾的，这反映出 快速性 和稳定性 的矛盾.6、在工程设计中，二阶最佳（模最佳）系统参数和动态性能指标是：=4.3%、tr =4.7T 、tp=6.2T 、 =65.5、 =0，455/T 。 1、典型的生产机械负载类型是： 恒转矩型 ； 离心式通风型 ； 直线型 ； 恒功率型 。2、直流调速系统中，电机稳态速降与 R 、 Id 、 Ce 参数有关。3、调节直流电动机转速的方法有： 调节电枢供电电压 U（调压调速） 减弱励磁磁通（调磁调速） 、 改变电枢回路电阻 R（调阻调速） 、自动控制的直流调速系统往往以 变压调
3、速 为主。4、晶闸管整流器输出空载平均电压与 （触发延迟角） 、 Um（a=0 时，整流电压波形峰值） 、 m（整流电压脉冲数） 有关5、自动控制系统的动态性能指标： 上升时间 tr 、 超调量 与峰值时间 tp 、 调节时间 ts 、 动态降落 Cmax 、 恢复时间 tv 。1、调速系统转速控制的要求： 调速 、 稳速 、 加、减速 。P212、调速系统稳态调速性能指标： 调速范围 、 静差率 、 额定速降 。P21海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理23、在调速系统的动态指标中， 上升时间 tr 反映了动态响应的快速性， 调节时间ts 反映了系统的相对稳定性；衡量抗
4、扰性能优劣的指标是： 动态降落 Cmax 、 恢复时间 tv 。4、在直流 VM 可逆调速系统中，有环流运行的三种方式： 直流平均环流 、 瞬时脉动环流 、 动态环流 。P1035、在转速反馈控制直流调速系统中，系统的临界放大系数与 Tm 、 Tl 、 Ts 、 K 有关。P331、调速系统控制的要求： 稳 ； 准 ； 快 ； 抗干扰 。2、静差率与机械特性的 硬度 有关，静差率越小，转速的 稳定度 越高。3、直流调速系统中，电机理想空载转速与比例调节器的比例放大系数 、电力pK电子变换器的放大系数 、 调速系统的给定电压 、 电动机额定磁通下的电动势系sKnU数 参数有关。eC4、自动控制系
5、统的动态性能指标： 上升时间 、 超调量 与峰值时间 rtpt、 调节时间 、 动态降落 、 恢复时间 。st maxCvt5、转速反馈闭环调速系统的开环放大系数与 、 、转速反馈系数 、pKs 参数有关。eC1、直流调速主要的方式： 调节电枢供电电压 U ， 减弱励磁磁通 ， 改变电枢回路电阻 。2、调速系统的转速控制要求有以下三个方面： 调速 、 稳速 、 加、减速 。3、直流闭环调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变 电枢电压 ，以补偿电枢回路 电阻压降 。4、调速系统的扰动源大概有： 负载变化的扰动（使 Id 变化） ； 交流电源电压的波
6、动的扰动（使 Ks 变化） ； 电动机励磁变化的扰动（使 Ce 变化） ； 放大器输出电压漂移的扰动（使 Kp 变化） ；温升引起主电路电阻增大和 检测误差的扰动（使 变化） 。5、一般来说，典型 I 型系统在跟随性能上可以做到 超调小 ，但 抗扰性能 稍差；海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理3典型型系统的超调量相对 较大 ，抗扰性能却 比较好 。6、异步电机变压调速系统除较适合 风机、泵 类负载调速以外，还在 软起动器 和 轻载降压节能运行中也得到了广泛的应用。1、常见的直流电动机调速方法有： 调节电枢供电电压 U(调压调速) 、 减弱励磁磁通 （调磁调速） 、 改变
7、电枢回路电阻 R（调阻调速） 。P72、不同整流电路在交流电源一周期内的整流电压脉波数是：单相桥式 2 ，三相半波 3 ，三相桥式 6 ，六相半波 6 。P113、在直流 VM 系统中抑制电流脉动的措施主要是： 增加整流电路相数 、 采用多重化技术 、 设置电感量足够大的平波电抗器 。P124.在典型型系统动态性能指标中，h 值越小，则 Cmax/Cb 也越 小， tm 和 tv 都小，因而 抗扰性能 越好，这个趋势和跟随性能中的超调量是矛盾的，这反应出 快速性 和 稳定性 的矛盾。P765、按线性系统计算 转速超调量 时，当 h 选定后，n（固定值）与 稳态转速 n* 无关。按照退饱和过程计
8、算超调量，其具体数值却与 n* 有关。P886、 = 配合控制的有环流可逆 V-M 系统中，转速调节器 ASR 控制转速，设置 双向输出限幅电路 ，以限制 最大起制动电流 。1、直流电动机常用的调速方法有： 调节电枢供电电压 U(调压调速) ； 减弱励磁磁通 （调磁调速） ； 改变电枢回路电阻 R（调阻调速） 。2、在 V-M 系统中，抑制直流电动机电枢电流脉动的措施主要是： 增加整流电路相数 ； 采用多重化技术 ； 设置电感量足够大的平波电抗器 。3、调速系统的转速控制要求有以下三个方面： 调速 ； 稳速 ； 加减速 。4、双闭环直流调速系统起动时，转速调节器 ASR 经历了： 不饱和 、
9、饱和 、 退饱和 三种情况。5、在调速系统中，抗扰性能指标有： 动态降落 、 恢复时间 ；一maxCvt般来说，调速系统的动态指标以 抗扰性能 为主。6、典型 I 型系统 K 值越大，截止频率 c 也越大，系统响应越 快 ，但=90arctgcT 越 小 ，这也说明 快速性与稳定性 之间的矛盾。7、V-M 系统的电枢反接可逆线路可用的换向方式有： 接触器开关切换的可逆线海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理4路 ； 晶闸管开关切换的可逆线路 ； 两组晶闸管装置反并联可逆线路 ，其中 两组晶闸管反并联线路 适用于各种可逆系统。8、电枢反接可逆线路采用 = 配合控制是为了消除
10、直流平均环流 ；为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在 90 ，另外在环流回路中串入电抗器，是为了抑制 瞬时脉动环流 。二、名词解释1、T m；电力拖动系统机电时间常数 。 ,其中， 为电力拖动装置这算memCRGDT37522到电动机上的飞轮惯量（ ） ， 为电动机额定励磁下的转矩系数（2N0） 。额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节，时间常数 Tm 表示机电惯性，AN/表示电磁惯性。若 ，则 间的传递函数可以分解成两个惯性环节，若lTlmT4nUd0， 则直流电动机是一个二阶振荡环节，机械和电磁能量互相转换，使电动机的运lm4动过程带有振荡的性质。2、K I 电流环开
11、环增益 。电流环开环传递函数： ， )1()(/)iIiiSopi TsKsRW；在一般情况下，当 ，则 ， 为电流RisI70.%,5iciIK2ci环开环频率特性的截止频率， ； 为电流调节器的比例系数； 为lmIci TK13i i电流调节器的超前时间常数； 为电流反馈系数系数， 为电力电子放大器的放大系数，sK电流调节器的超前时间常数， 为电枢回路电阻， ，为两个小惯性环节合iRoisiT并成一个惯性环节的时间常数。3、K N 转速环开环增益。调速系统的开环传递函数为。则 ，其中)1()1()( 22sTKsTCsWnNnmen menNTCRKhK21诶转速调节器的比例系数， 为转速
12、反馈系数，R 为电枢回路电阻， 为转速调节器的超前时间常数， ，中频宽 ， 为电流反馈系数， 为电动机在额定磁nhThe通的电动势系数， 为机电时间常数， ，为电流环等效后的两个惯性环节mTonInK1海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理5合并成一个惯性环节的时间常数。4、h；中频宽 。表示了斜率为 -20dB/dec 的中频的宽度，是一个与性能指标紧密相关的参数。 .h=5 时的调节时间最短，此外， h 减少时，上升时间快， h 增大时，超调12T量小，把各项指标综合起来看，以 h=5 的动态跟随性能比较适中。5、t v 恢复时间：从阶跃扰动作用开始,到输出量基本恢复稳
13、态，距新稳态值 之差进入2C某基准量 的 范围内所需的时间。bC%56、T em。异步电动机 的最大转矩，又称临界转矩。当 时求得。 为异步电0sedTeT动机电磁转矩。 最大转矩决定电动机的过载系数，当最大转矩小于过载的阻转矩时，电动机便停转。图中， 为起动转矩， 为额定转矩。 （附stTNT异步电动机的机械特性图）7、恒 US/1 控制方式恒 控制和恒 都为1/s 1/fUs恒压频比控制方式，其中 。因为异步电动机绕2f组的电动势难以直接检测和控制，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 ，使mNSsmNSsgs KKfEU24.4. 11得 US/1=常值的控
14、制方式。恒压频比又分为低频带定子电压补偿（如直线 b）和不带补偿（如直线 a） 。 （附恒压频比控制特性图）8、PI 控制 PI 控制即为比例-积分控制，综合了比例控制和积分控制的优点，又克服了它们的缺点，扬长避短，相互补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分最终消除稳态误差。即输出稳态精度高，动态响应快。其传递函数为：,其中 为 PI 调节器的比例放大系SKsWP1)(P数， 为 PI 调节器的积分时间常数。9、准 PI 调节器在实际系统中，为了避免运算放大器长期工作时的零点漂移，常常在 R1、C1 两端再并接一个电阻 ，1R其值为若干 M，以便把放大系数压低一些。这样就成为一个准 PI
15、调节器，系统也只是一个近似的无静差调速系统。如果采用准 PI 调节器，其稳态放大系数为 （附01RKp图）10、准时间最优控制在设备物理上的允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制” ，而在电动机起动过程中的主要阶段是第 II 阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流 Idm，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理6程尽可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。11、静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落 n N与
16、理想空载转速 n0 之比： ，用百分数表示0nSN。静差率是用来衡量调速系统在%10nSN负载变化下转速的稳定性的。对不同硬度机械特性，硬度越硬，静差率越小，转速的稳定性越高；对于相同硬度的机械特性，转速越大，静差率越大，转速的稳定性越差。 （附静差率图）12、转速退饱和超调量转速调节器一旦饱和后，只有当转速上升到给定电压 Un*所对应的给定值 n*时；反馈电压才与给定电压平衡，此后，转速偏差电压 U 变成负值，使 ASR退出饱和。ASR 开始退饱和时。由于电动机电流 Id 仍大于负载电流 IdL，电动机仍加速，直到 IdIdL 时，转速才降低下来，因此在起动过程中转速必然超调，而且是经历饱和
17、非线性区域之间之后的超调。13、泵升电压当电动机工作在回馈制动状态时，将动能变为电能回馈给直流电源，但由于二极管整流器的单向导电性，电能不可能通过整流装置送回交流电网，电机制动时只能向滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，造成直流侧电压升高，称作泵升电压。14、IGBT 绝缘栅双极晶体管。属于全控型的第二代电力电子器件，此类器件通过门极既可以使器件开通，也可以使它关断。其另一个特点是可以大大提高开关频率，用 PWM 技术控制功率器件的开通关断，可大大提高可控电源的质量。图中，VT 控制门级由脉冲宽度可调的脉冲电压 Ug 驱动。在一个周期内，当 时，Ug 为正，VT 饱和导通；当ont0时，Ug
18、 为负，VT 关断。 （附 IGBT 的图，书 17 页）Tton15、= 配合控制；为消除直流平均电流，而采取使 VF 和 VR 的触发延迟角相等的控制方式。在正组处于整流状态、 为正时，强迫让反组处于逆变状态，使 为负，fdU0 dorU且幅值与 相等，则直流平均环流为零。按照式 来控制，称作 = 配合控制。fdU0 rf（ ：输出理想空载整流电压； ：逆变电压； ：正组的触发延迟角； ：反f dorf r组逆变角。 ）16、转差功率 转差频率是定子传入转子的一部分电磁功率，与转差率 s 成正比。转差功率 有：sP。 （ ：电磁功率； ：mechSPmech输出功率）其随着转差率的加大而增
19、加，也就是说，转速越低转差功率越大。17、U d=f(Uc)特性晶闸管触发与整流装置的输入海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理7输出特性。在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。而晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节，得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。右图是采用锯齿波触发器移相时的 特性。晶)(cdUf闸管触发和整流装置的输入量是 ，输出量是 ，晶闸管触发和整流装置的放大系cUd数 Ks 可由工作范围内的特性斜率决定，（附上调速工作范围
20、的图）cdsUK18、截流反馈当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈作用控制转速。这种方法叫电流截止负反馈，简称截流反馈。用于解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大的问题。电流反馈信号。其限流原理为comsdiURI（附上原理图及 REUIUddcini 00输出特性图）19、跟随性能在给定信号或者参考输入信号 R（t）的作用下，系统输出量 的变化情)(tC况叫做跟随性能，可用跟随性能指标来描述，常用的阶跃响应跟随性能指标：有上升时间tr、超调量 和调节时间 ts。20、 超调量，在阶跃响应过程中，超过上升时间后，输出量有可能继续增加，到峰值时间时达到最
21、大值 ，然后回落。 超过稳态值 的百分数就是超调量，即maxCmaxC。超调量反映系统的相对稳定性，超调量越小，系统的相对稳定性%10ax越好。21、C max 动态降落：系统稳定运行时，突加一个约定的标准负扰动量，所引起的输出量最大降落值一般用 占输出量原稳态值 的百分数表示，即 。maxC1C%10)/(maxC22、相角稳定裕度典型型系统相角裕度为，上式说明，截止频率 越大，系统响应TrctgTrctg909018 c越快，但相角稳定裕度 越小，这也说明快速性与稳定性之间的矛盾。在典型型系统中，系统相角稳定裕度为 ， 比 T 大得越多，系统的稳定裕度就越cartnrt大。海南大学 201
22、1 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理823、 C 为截止频率。是用来说明电路频率特性指标的特殊频率。当保持电路输入信号c的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的 0.707 倍，或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。 24、比例控制比例控制就是在转速控制系统中加入了一个比例调节器，其输出量总是正比于其输入量的。比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬的频率特性。图中， 是比例调节器的pK比例放大倍数，对给定信号 与反馈回来的信号nU的偏差 进行放大，得到控制电压 ，再经nUnc电力电子变换器的放大系数 变为电枢两端的控制sK电压 ，进而实现对直流电动机转速的控制， 是转速反馈系数
23、。 （附图）0d 闭环调速系统 25、饱和非线性控制随着 ASR 的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下，表现为不同结构的线性系统，不能简单的用线性控制理论来分析整个起动过程，也不能简单的用线性控制理论来笼统的设计这样的控制系统，只能采用分段的方法来分析。AB 段是两个调节器都不饱和时的静特性， , 。BC 段是 ASR 调节器饱dmI0n和时的静特性， , 。在 C 点为堵转状态。 （附图）dmI0n26、电压系数令 为 PWM 电压系数，则在不可逆 PWM 变换器中 ，其中 为sU 占空比， 。在规定的电压范围内，电压每改变 1 伏，电阻的相对变化即是电压系10数。由
24、于阻值随电压升高而下降，因此电压系数总是负数。27、环流电抗器直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器。环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的 5%10%来设计。28、直流平均环流对于需要电流反向的直流电动机可逆调速系统，必须使用两组晶闸管整流装置反并联线路来实现可逆调速。电动机双闭环直流调速系统的静特性 ,mnLT0a ),mnLT0b )海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理9正转时，由正组晶闸管装置 VF 供电；反转时，由反组晶闸管装置 VR 供
25、电。两组晶闸管整流装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。如果让正组的 VF 和反组 VR 的都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生直流平均环流。29、恒转矩负载负载转矩 TL 的大小恒定，与 m 或 n 无关。这类负载的特点是负载转矩为常数 TL=C。如提升机构，提升机的行走机构，带式运输机，金属切削机床等。分为 a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载。 （附图） 30、离心式负载离心式通风型机械特性是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转 TL 的大小与速度 n 的平方成正比，即： ，其中：C 为常数。 （附图
26、）2nTL31、典型系统典型的 I 型系统，其开环传递函数 ，式中， T 为系统的)1()sKW惯性时间常数； K 为系统的开环增益。对数幅频特性的中频段以-20dB/dec 的斜率穿越零分贝线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的。只包含开环增益 K 和时间常数 T 两个参数，时间常数 T 往往是控制对象本身固有的，唯一可变的只有开环增益 K 。设计时，需要按照性能指标选择参数 K 的大小。32、典型系统在各种型系统中，选择一种结构简单而且能保证稳定的结构作为典型的型系统，其开环传递函数表示为： ，相当于典型系统后面还有)1()2TSW一个惯性环节，在分子添上一个比例微分
27、环节（ s +1） ，保证系统稳定性；当 比 T 大得越多时，系统的稳定裕度越大；典型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。33、H 型电路桥式可逆 PWM 变换器电路 离心式机械特性双极式控制可逆 PWM 变换器的驱动电压、输出电压和电流波形海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理10（1）电动机电流波形存在两种情况：电动机负载较重的情况时，负载电流 id1 大，在续流阶段电流仍维持正方向，电动机始终工作在第象限的电动状态。负载很轻时，平均电流小，在续流阶段电流很快衰减到零，于是二极管终止续流，而反向开关器件导通，电枢电流反向，电动机处于制动状态。 id2 电流中的线段
28、3 和 4 是工作在第象限的制动状态。停止。(2)双极式控制可逆 PWM 变换器的输出平均电压为 。sonsonSond UTttUTt )12(占空比 和电压系数 的关系为 12当 1/2 时， 为正，电动机正转；当 1/2 时， 为负，电动机反转；当 =1/2 时， =0，电动机停止。 （附电路图及 UAB 的图）34、双极式控制是可逆 PWM 变换器的一种控制方式，即使电动机两端电压在一个周期内具有正负相见的脉冲波形的控制；四个驱动电压的关系为：在一个开关周期内， 当0tton 时，UAB=US，电枢电流 id 沿回路 1 流通；当 tontT 时，驱动电压反号， id沿回路 2 经二极
29、管续流， UAB=-US（附图中 部分的图） ABU三、简答题1、解释 V-M 直流调速系统机械特性及其特点。当电流波形连续时，V-M 系统的机械特性方程式为,式中，Ce 为电动机在额定磁通下的电edCRIUn0动势系数, .当电流断续时，由于非线性因NeK素，机械特性方程要复杂得多。如下图 V-M 系统机械特性，其中包含了整流状态（ ）和逆变状态（2） 、电流连续区和电流断续区。电流断续区与电2流连续区的分界线是 的曲线，当 时，电33流便开始连续了。由图可见，只要电流连续，晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。其中， 为触发延迟角， 为一个电流脉冲的导通角。 （附图）2、PI
30、调节器的特性如何？为什么双闭环调速系统一般采用 PI 调节器？(1)可以保证稳态精度，但是要对快速性的限制来换取系统稳定的；PI 调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成，比例部分能快速响应控制作用，积分部分消除稳态误差。 （2）因为一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。对快速性的要求可以差一些，所以双闭环调速系统一般采用 PI 调节器。3、按工程设计方法设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器的步骤是什么？系统设计的一般原则：先内环（电流环）后外环（1）电流调节器的设计：电流环结构图的简化电
31、流调节器结构的选择电流调节器的参数计算电流调节器的V-M 直流调速系统的机械特性海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理11实现（2）转速调节器的设计：电流环的等效闭环传递函数转速调节器结构的选择转速调节器参数的选择转速调节器的实现4、双闭环调速系统为什么为会出现转速退饱和超调量？转速调节器一旦饱和后，只有当转速上升到给定电压 U n 所对应的给定值 n 时；反馈电压才与给定电压平衡，此后，转速偏差电压 U 变成负值，使 ASR 退出饱和。ASR 开始退饱和时。由于电动机电流 Id 仍大于负载电流 IdL，电动机仍加速，直到 IdIdL 时，转速才降低下来，因此在起动过程中转
32、速必然超调，而且是经历饱和非线性区域之间之后的超调。5、调速系统要“稳、准、快、抗干扰” ，其中“快、抗干扰”的含义是什么？调速系统的侧重点在哪方面？快速性和动态跟随性能；调速系统的侧重点在于确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。6、调速系统要“稳、准、快、抗干扰” ，其中“稳、准”的含义是什么？调速系统的侧重点在哪方面？“稳、准”分别是动态稳定性和稳态精度。调速系统的侧重点在于确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。7、异步电动机变压变频调速时，为什么在改变 1 的同时还要改变 US？因为当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压， ,，从式中我们可以得到，若是只改变
33、1 就会导mNsgs SkfEU14. 12f致 m 的变化，如果磁通变弱，就会没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。因此通常希望保持电机中每极磁通量 m 为额定值不变。即在改变 1 的同时还要改变 Us。8、在交流调速系统中，为何要保持异步电动机的 m 恒定？（同上题）9、解释直流电机转速闭环控制调压调速系统的静特性。该系统的静特性方程为其中 K 为 闭环系统的开)/1(espednCKRIUn环放大系数；Ce 为电动机额定励磁下的电动势系数；Un*是给定电压；Ks：PWM 装置的放大系数；Kp：比例调节器的比
34、例放大系数。闭环调速系统的静特性：表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”。10、直流调速开环系统机械特性和转速闭环系统静特性是什么？相比较有什么特点？直流调速开环系统机械特性是指负载转矩与转速的关系。转速闭环系统静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流间的稳态特性。特点：转速闭环系统的静特性比开环系统机械特性硬。转速比环系统静差率要比直流调速系统小得多。如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大地提高转速范围。 （附图）11、转速、电流双闭环直流调速系统中为什么闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多？转速
35、电流双闭环直流调速系统中设有转速反馈环节，转速稍有降落，反馈电压就能感觉出来，通过比较放大，使转速回升，而在开环系统中，转速只能随着负载电流上升而降低。转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR 都采用比例积分 PI 调节，比例部分能迅速响应控制作用，积分部分最终解除稳态偏差，即积分调节器的输出则包含了偏差海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理12量的全部历史，使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速，其闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系如图。由此可见，闭环系统的转速降落比开环系统小很多，所以转速电流双闭环直流调速系统闭环静特性比开环系统中的机械特性硬得多。 （
36、附图）12、直流电动机的动态结构图是什么？并注释其相关参数。：电枢上的理想空载电压。R：电枢回路总电阻。 :电枢回路电磁时间常数 s：)(0sUd lT静差率。 ：整流电流。 ：负载电流。M(s)：电力拖动系统机电时间常数。SId )(SIdLE(s)感应电动势 。Ce：电动机在额定磁通下的电动势系数 。n(s)：输出转速（附图）13、在双闭环调速系统中，电流、转速环各按什么典型系统校正？为什么？从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的
37、及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型 I 型系统为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。14、在转速、电流双闭环直流调速系统中，为什么要把转速环校正成型系统，而把电流环校正成型系统？(答案如上题)15、在转速、电流双闭环直流 VM 调速系统中，系统对转速、电流环的要求是什么？（答案如上）16、V-M 可逆直流调速系统中的环流产生的原因、危害及解决办法。产
38、生原因：两组晶闸管整流装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。危害：环流对系统无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制或消除。 解决办法：(1)直流平均环流可以用配合控制消除。在正组处于整流状态、 为正时，强迫让反组处于逆变状dofU态，使 为负，且幅值与 相等，使逆变电压 把整流电压 顶住，则直流平dorUdofUrdof均环流为零。称作 配合控制，可通过将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在 90海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理13实现。为了更可靠地消除，可采用 。(2)抑制
39、瞬时脉动环流，可在环流回路中串入环流电抗器。17、在逻辑无环流可逆直流调速系统中，DLC 的作用分别是什么？无环流逻辑控制环节 DLC 是逻辑控制无环流可逆调速系统的关键环节，它按照系统的工作状态指挥正、反组的自动切换。它的任务是：当需要切换到正组 VF 工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组 VR 工作时，封锁正组而开放反组。18、简述在转速、电流双闭环直流 VM 调速系统中，如何实现限流保护。双闭环直流调速系统的稳态特性结构图两个调节器均采用带限幅作用的 PI 调节器，转速调节器 ASR 的输出限幅电压 决定了电imU流给定的最大值，电流调节器 ACR 的输出限幅电压 限
40、制的电力电子变换器的最大输出cmU电压 ，从而限制了电枢回路电动机过载时的最大容许电流 ，从而实现电流保护。dmUdI（附图）19、在直流调速系统的主电路中，电抗器 L 的作用。脉动的电流波形使 V-M 系统主电路可能出现电流连续和电流断续两种情况。由于脉动电流对生产机械不利，影响系统运行的性能，所以，在直流调速系统主电路中，要加入电抗器 L，也称为平波电抗器，用来使电流连续以及脉动波形较小，即脉动程度减弱。 （平波电抗器的电阻量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择，通常首先给定最小电流 （A） ，再利用计算所需的总电感mindI量，减去电枢电感，既得平波电抗应有的电感值。 ）20、典型型
41、系统的动态性能指标综合起来看，如何确定相关参数才是一个较好的选择？一般来说，中频宽 h 值越小， 也越小， 和 都短，因而bC/maxmtv抗扰性能越好，这个趋势与跟随性能指标中超调量与 h 值的关系恰好相反，反映了快速性与稳定性的矛盾。但是，当 h 5 时，由于振荡次数的增加， h 再小，恢复时间 tv 反而拖长了。由此可见，h = 5 是较好的选择，这与跟随性能中调节时间最短的条件是一致的。 因此，把典型型系统跟随和抗扰的各项性能指标综合起来看， h = 5 应该是一个很好的选择。21、转速反馈闭环调速系统的基本特征是什么？比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统；有静差控制系统：开
42、环放大系数 K 值越大，系统的稳定性能越好，但只要比例放大系数 =常数， ，稳态误差就只能被减小不能被消除。反馈控制pK0海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理14系统的作用：抵抗扰动，服从给定；具有良好的抗扰性能，能有效抑制一切被负反馈包围的前向通道的扰动作用；对给定作用唯命是从。系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。如果给定电压产生波动，系统无法鉴别是对给定电压的正常调节过程还是不该有的电压波动，因此，高精度的调速系统必须有更高精度的稳定电压。22、简述交流变压调速系统的优缺点和适用场合。保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调速方法称作调压调速。由于受电动机绝缘和磁
43、路饱和的限制，定子电压只能降低，不能升高，故又称作降压调速。 （1）优点：系统简单、成本较低、控制容易、可靠性高、调速的平滑性较好、电气和机械冲击均较小、可四象限运行。 缺点：低速功耗较大、发热量较大、制动运行方式性能差 （2）适用场合：一般性能的节能调速高性能的交流调速系统和伺服系统特大容量、极高转速的交流调速23、异步电动机稳态数学模型包括那些？包括异步电动机稳态时的等效电路和机械特性，两者既有联系，又有区别。稳态等效电路描述了在一定的转差率下电动机的稳态电气特性，而机械特性则表征了转矩与转差率（或转速）的稳态关系。转差率与转速的关系：。同步转速 ： ；供电电源频率 ，电动机极对数 。1n
44、spnf1601fpn24、简述在单闭环直流调速系统中，限流保护电流截止负反馈的作用。限制起动的冲击电流，避免对电机换向和过载能力低的电力电子器件产生不利影响限制闭环调速系统突加给定起动的冲击电流限制堵转电流，使电流不远远的超过允许值当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用。25、在转速反馈控制直流调速系统中，为什么开环放大系数要适中才好？开环放大系数越大，精度越高，系统响应越快，但是系统稳定性越低，而开环放大系数越小，系统稳定性越高，但是精度及系统响应性就越差，因此在转速反馈控制直流调速系统中，开环放大系数要适中。26、调速系统可能的干扰源是那些？如何
45、评价调速系统抗扰性能的优劣？负载变化的扰动（使 Id 变化） ；交流电源电压波动的扰动（使 Ks 变化） ；电动机励磁的变化的扰动（造成 Ce 变化 ） ；放大器输出电压漂移的扰动（使 Kp 变化） ；温升引起主电路电阻增大的扰动（使 R 变化） ；检测误差的扰动（使 变化） 。调速系统抗干扰性能的优劣可用抗扰性能指标（动态降落 Cmax 和恢复时间 tv）来评价，其动态降落 Cmax和恢复时间 tv 越小，则该调速系统抗干扰性能越好。27、调速系统的扰动源是那些？其中主要的又是那些？其中主要的：交流电源电压波动的扰动（使 Ks 变化） ； 电动机励磁的变化的扰动（造成 Ce 变化 ） ；放大
46、器输出电压漂移的扰动（使 Kp 变化） ；温升引起主电路电阻增大的扰动（使 R 变化） ；28、什么是“准时间最优控制”过程？在设备物理上的允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制” ，而在电动机起动过程中的主要阶段是第 II 阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流 Idm，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。29、在转速、电流双闭环直流调速系统中，ASR、ACR 的作用各是什么？转速调节器的作用：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地
47、跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用 PI 调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流调节器的作用：（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过海南大学 2011 电力拖动复习题11 电气 唐金莲 整理15程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 (4) 当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行是十分重
48、要的。30、电流调节器在双闭环调速系统中的作用是什么？（上题回答）31、H 型可逆 PWM 变换器的优缺点是什么？优点：（1）电流一定连续；（2）可使电动机在四象限运行；（3）电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围大；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。缺点：在工作过程中，4 个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。32、通常对晶闸管直流可逆调速系统的要求是什么？由于晶闸管的单向导电性，对于需要电流反向的直流电动机可逆调速系统，必须使用两组晶闸管整流装置反并联线路来实
