浙大机电运动控制作业答案

机电运动控制系统

选做作业

1. 晶闸管可控整流器供电直流电机调压调速的机械特性有何特点? 画出三相半波可控整流器供电直流电机机械特性并说明之。 答:

与直流发电机-电动机组机械特性相比, 不同之处是: (1) 分电流连续与电流断续二个区域;

(2) 电流连续区因可控整流器内阻大 (特别有换流重迭压降引入的等效电阻) 而使机械

特性软； 电流断续区则因电流不连续致使机械特性更软而无法负载工作。

三相半波可控整流器供电直流电机机械特性如图所示: 时，整流器工作在整流状态，电机工作在电动状态； 时，整流器工作在逆变状态，电机工作在制动状态。

2. 可控整流器供电直流电机调速系统主回路中为何要釆用平波电抗器?其电感量应按什么

要求来设计? 答:

由于可控整流器供电直流电机调速系统负载轻时电流断续, 机械特性软, 调速特性差，无静差度可言。

解决办法：串接平波电抗器L ，增大晶闸管导通角以使电流连续。 平波电抗器电感量计算原则是: 能确保轻载下最小电流 时电流仍连续。 一般规律是I dmin 越小，要求平波电抗器电感量越大。

3．在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，各是哪个调节器起主要调节作用？ 答：

(1) 电网电压波动：影响整流电压U d ，整流电流I d ，反映到控制信号即u fi ，它从电流环介入，故电流调节器起主要作用。

(2)负载扰动：负载T L 的变化将影响转矩平衡关系，继而影响转速ωr ，n ，反映到控制信

00α<00α>dmin (5~10)%20%

N

N

I I I ⎧=⎨⎩

号即u fn ，它从速度环介入，故速度调节器起主要作用

4. 双闭环调速系统稳态运行时，两个PI 调节器的输入偏差(给定与反馈之差)是多少？它们的输出电压应对应于何种状态的值？为什么？ 答：

(1) 根据PI 调节器的特性，稳态时能实现无差调节，使反馈等于给定，即： △u n ＝ 0 或△u i ＝ 0 ，两个PI 调节器的输入偏差为零。

(2) 它们的输出电压应对应于第一次进入△u n ＝ 0 或△u i ＝ 0 时的输出状态值(如 u n ， u i ，α，U d ，I d ，T )。这是由于PI 调节器有积分、记忆功能，对过去出现过的误差信号有记忆作用。

当 时， ，调节器输入为零，但由于PI 调节器的积分作用，对过去出现过的误差有记忆，则积分输出不为零，维持第一次出现时 的输出值 ，进而维持 （无差）

5．反并联时为何会出现环流？限制环流有哪些有效方法？各有什么特点？ 答：

两桥反并联且同时整流时, 产生的整流电压 会不经直流电机而顺串短路，因无电阻限流，会形成巨大环流。 限制环流的有效办法(对策)是: (1) 要求直流电压：

极性互顶：一桥整流、一桥逆变。 如图所示

g fn u u =0

n u ∆=0n n ∆=0n u ≠g fn u u =

p K

E E

桥I 桥II I I ()

αβII II ()αβ'

d d U U 、

● 大小相等 ， 即 这样可以消除平均环流, 因为

① 平均环流 整流平均电压 ，消除了平均环流

但不能消除瞬吋环流, 因为：

② 瞬时环流 一桥整流、一桥逆变时整流平均电压相等，但瞬时电压波形不同，瞬时电压差将引起瞬时环流，控制上要求必须同时控制平均及瞬时环流。 因此环流控制策略有: （1）有环流系统

● 原则： 无平均环流，限制瞬时环流 ● 做法：

● 一桥整流、一桥逆变， ；

● 电抗器L 、L ，

（非平波电抗器L ）限制瞬时环流

（2）无环流系统

● 原则：一桥工作（整流或逆变），一桥封锁（不工作）

● 采用逻辑电路保证两桥切换的安全——逻辑无环流晶闸管直流电机可逆调速系统 6．为什么脉宽调制(PWM)型直流调速系统比晶闸管型直流调速系统能获得更好的动态特性? 答:

可控整流器-直流电动机调速系统釆用开关速度慢(300Hz)的晶闸管作开关元件, 使换流死区(晶闸管不立即响应触发信号的时间)平均为3.33 – 6.66m S. 而脉宽调制(PWM)型直流调速系统釆用自关断器件(GTR, IGBT, MOSFET 等), 其开关频率在几k Hz – 几百k Hz, 换流死区时间降至几十n S – 几百n S, 快上了几百、上千倍, 致使电机电压、电流、转矩、速度响应时间大大缩短, 即有了更好的动态特性。

7．从电机学原理说明调压调速机理, 从电力电子技术说明调压调速的实现手段 答:

根据电机学原理, 当异步电机端电压变化时, 机械特性发生如图改变, 即:

I I αββα∏

∏

=⎧⎨

=⎩'

d d U U =cos cos I E E αβ∏=I I

αββα∏

∏=⎧⎨=⎩'

d d U U =I I αββα∏∏

=⎧⎨=⎩

故隨端电压Ｕ1下降时, 最大转矩Ｔm 平方下降, 但发生最大转矩的位置S m 不变, 致使机械特性变软, 与负载特性的交点即运行点的滑差S 增大,速度 n 降低, 实现了调压调速。 实现调压调速的电力电子技术装置是交流固态调压器, 是用双向晶闸管或两只反并联的晶闸管构成。

8．画出晶闸管恒转矩亚同步串级调速系统主电路, 说清为什么是亚同步 答:

由于电机转子侧釆用了不控整流器使转子频率滑差功率P s 变成直流功率, 可以简单釆

用有源逆变器的直流电势U β来吸收, 但釆用不控整流器只能使滑差功率P s 从电机向电网方向传送,即增大转子P s , 增大S , 实现从同步速向下降低 n , 故为亚同步串级调速系统。

9. 晶闸管恒转矩亚同步串级调速系统如何实现速度调节? 其调节规律又如何? 答:

系统调速控制量为逆变超前角β, 即 β 变化→ 变化

变化→ s 变→ n 变。

其调节规律是： (a)当 时, 串级调速系统运行于转子短接的自然特性上→达最高速;

(b) 当 时, 速度下降;

(c)为防止逆变颠覆，限定 ，即达到了最低速

21212 m m T U R S x x σσ⎧∞⎪

'⎨

=⎪'+⎩

最大转矩临界转差f f 2() 2.34cos 3s U E U E I ββ==→变化2s 222M 33f P I R E I sP '→=+=f f 90()0U E β=︒→

==f f s M ()cos U E P sP s n ββ↓→=∞↑→=↑→↑→↓min 30ββ≥=︒