电力拖动运动控制系统平时作业

第一章

1、请简述《电力拖动运动控制系统》课程与《电机学》课程的关系

答：电机学是电力拖动运动控制系统的基础，电力拖动运动控制系统：了解电机的工作原理，研究如何控制电机的启动、稳速、调速和制动等电机学：研究电机的工作原理、设计和制造工艺等

2、请画出运动控制系统及其组成的框图。

答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下：

3、请你叙述如何设计一辆电动自行车的思路。

答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等

=====================================================================第二章

1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。

答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ，

I是电枢电流，R是电枢回路的电阻

φ是励磁磁通，k是感应电动势常数

所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。

2、什么是调速范围和静差率调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了”

3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性

为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 =

15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D

是多少系统允许的静差率s是多少

解：

4、转速单闭环调速系统有那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，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么如果测速发电机的励磁发生了变化，系统还有克服什么干扰的能力

答：

1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统

最突出的特征之一。

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。3）能够改变转速，因为转速和反馈电压比有关。

4）没有干扰的能力，因为反馈控制系统只对反馈环所包围的前向通道上的扰动起抑制作用，而测速机励磁不是。

=====================================================================第三章

1、在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数

答：改变电动机的转速,应调节给定电压；改变转速调节器的放大倍数Kn，不行；改变电力电子变换器的放大倍数Ks，不行；改变转速反馈系

数α行；若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的电流反馈系数β。

2、在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时，如果转速反馈线突然断线，当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号△Ui是否为零

答：转速和电流节器的输出达到饱和为止，电流调节器的输入偏差电压

不为零，因为稳定后电流反馈依然为只能增加电动机的转速达到新的平衡。

=====================================================================第四章

1、什么叫环流环流有几种怎样抑制直流平均环流怎样抑制瞬时脉动环流

答：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，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。

⑴静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。

瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

⑵动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流直流平均环流采用配合控制来抑制：为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电

压顶住，则直流平均环流为零。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

2、什么叫α=β配合控制实际应用中为什么要使α≥β

答：止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零，α=β配合控制。

为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 a ≥β。为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现―逆变颠覆‖现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角bmin保护。与此同时，对 a 角也实施amin 保护，以免出现 Ud0f > Ud0r 而产生直流平均环流。

=====================================================================第五章

1、请画出异步电动机的稳态等效电路，说明电路中的参数意义。

答：异步电动机的稳态等效电路如下：

Rs代表定子铜损耗电阻，Lis代表定子漏磁通电抗，Lm代表主磁通电抗，L'is 代表折算后的转子漏磁通电抗，R'r/S代表总机械损耗的虚拟电阻

2、请画出异步电动机的速度闭环调压调速的原理示意图，并画出机械特性。

答：如下图：

3、简述异步电动机在下面四种不同的电压-频率协调控制时的机械特性，并进行比较。

（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；

（2）基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械

（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；

（4）恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性；

答：恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性：当s很小时，转矩近似与S成正比，机械特性是一段直线，s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te = f（s）是对称于原点的一段双曲线。基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性：恒压频比控制的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低时最大转矩值越小，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。恒Eg /ω1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm = Constant，从而改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。恒 Er /ω1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φrm 恒定进行控制，而且，在动态中也尽可能保持Φrm 恒定是矢量控制系统的目标，基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性：当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。基频以上变频调速属于弱磁恒功率调

速。恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性：恒流机械特性的线性段比较平，而最大转矩处形状很尖。恒流机械特性的最大转矩值与频率无关，恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，最大转矩与电流的平方成正比。

4、请画图说明spwm的原理及特点。

答：就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

5、简述转速闭环转差频率控制系统的控制规律。

答：转差频率控制系统的控制规律：

=====================================================================第六章

1、坐标变换是矢量控制的基础，请问坐标变换的等效原则是什么试分析交流电机矢量变换的基本思想和方法。

答：坐标变换的等效原则是：在不同坐标中它们所产生的磁动势完全一致。

基本思想和方法：解决交流电动机电磁转矩的有效控制，实现交流电动杨的磁通和转矩分别独立控制，使交流电动机的变频调速系统具有直流高速系统的全部优点。

2、试分析并解释矢量控制系统与直接转矩控制（DTC）系统的优缺点。

答：1)直接转矩控制系统的转矩控制有脉动，而矢量控制的转矩连续控制，比较平滑。

2)直接转矩控制采用的是静止坐标变换，较简单。矢量控制采用的是旋转坐标变换，较复杂。

3)直接转矩控制系统不受转子参数变化的影响，而矢量控制受转子参数变化的影响。

4)直接转矩控制系统的调速范围没有矢量控制系统的调速范围宽。

。

====================================================================第七章

1、串级调速系统的效率比转子串电阻的效率要高的原因是什么

答：在转子回路短接或转子串电阻调速时，Ps全部消耗在转子回路中，而在串级调速时，Ps并未被全部消耗掉，而是扣除了转子铜耗PCur、杂散损耗Ps 和附加的串级调速装置损耗Ptan后通过转子整流器与逆变器返回电网，所以串级调速比转子串电阻调速效率高。

2、串级调速系统的机械特性为什么比异步电动机的自然机械特性要软，最大转矩要小

答：串级调速时，异步电动机转子回路需要串入调速电阻，但由于其转子回路中接入了串级调速装置，实际上相当于在电动转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它们的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比其固有特性要软得多，最大转距要小。

=====================================================================第八章

1、为什么他控变频同步电机调速系统有何优点，为何其不能克服失步问题

答：优点：结构简单，控制方便，只需一台变频器供电，成本低廉。

由于采用开环调速方式，转子振荡和失步问题并未解决，因此各台同步电动机的负载不能太大。

2、请画图说明自控变频同步电动机调速系统的组成，为什么它可以克服失步问题。

答：自控变频同步电动机有4个部分组成：同步电动机MS，转子位置检测器BQ，逆变器UI和控制器，如下图：

因为自控变频调速系统可以用电动机本身轴上所带转子位置检测器或电动机反电动势波形提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相的时刻。从而消除了产生失步的起因。