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1、第 1 章闭环控制的直流调速系统1 直流电机主要有哪几种基本调速方法?通过性能比较，你认为哪一种方法最好？答：直流电动机稳态表达式eKIRUn式中:n 转速（r/min）,U电枢电压（V）,I电枢电流（A）,R电枢回路总电阻（）,励磁磁通（Wb）,eK电动势常数。直流电机主要有三种基本调速方法：调节电枢供电电压U，减弱励磁磁通，改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调
2、速为主。2 常用的可控直流电源主要有哪些？答：常用的可控直流电源有以下三种：（1）旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。（2）静止式可控整流器用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。（3）直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。3静差率 s 与空载转速n0的关系如何?答：静差率s 与空载转速n0成反比，n0下降，s 上升。所以检验静差率时应以最低速时的静差率minonns为准。6 解释反馈控制规律？答（1）被调量有静差（2）抵抗扰动与服从给定（3）系统精度依赖于给定和反馈检测精度
3、8 试说明转速负反馈调速系统工作原理。上述过程循环往复，直至0U为止。0)(UnUUUUnRRIITdcfndddL名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 25 页 -10 说明单闭环调速系统能减少稳态速降的原因，改变给定电压或者调整转速反馈系数能否改变电动机的稳态转速?为什么?答：负反馈单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的变化。稳态转速为：clcledenSPnnKCRIKCUKKn0*)1()1(从上式可可得：改变给定电压能改变稳态转速；调整转速反馈系数，则espCKKK也要改变
4、，因此也能改变稳态转速。11 闭环系统静特性的定义？与开环系统比较有何特点？答（1）定义：表示闭环系统电动机转速与负载电流的稳态关系。)1()1(*KCRIKCUKKnedenSP（2）特点：1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬的多，2）如果比较同一N0的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小的多。3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。16 PID 控制各环节的作用是什么?答：PID 控制器各环节的作用是：(l)比例环节P：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦出现，控制器立即产生控制作用，以便减少偏差，保证系统的快速性
5、。(2)积分环节I：主要用于消除静差，提高系统的控制精度和无差度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 25 页 -(3)微分环节D：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得过大之前，在系统中引入一个早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。17 下图为带电流截止负反馈的闭环调速系统稳态结构图，说明电流截止负反馈的工作原理，及这种调速系统的静特性特点？答：当Id Idcr时，电流负反馈被截止，静特性和只有转速负反馈调速系统的静特性式相同，现重写于下)1()1(*KCRIKCUKKnedenSP当 IdIdcr时，引入了电流负反馈，静特性变成)1()()1()
6、(*KCIRKKRKCUUKKnedsspecomnsp特点：（1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻sspRKK，因而稳态速降极大，特性急剧下垂。（2）比较电压comU与给定电压*nU的作用一致，好象把理想空载转速提高到)1()(*0KCUUKKnecomnsp（1-1）为什么PWM 电动机系统比晶闸管电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000 左右。（4）若与快速响应的电动机配合，
7、则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 25 页 -（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。（1-2）试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的?答：在制动状态中，di为负值，VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压dU降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成dUE，很
8、快使电流di反向，VD2截止，在Ttton,2gU变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3 流通，产生能耗制动作用。在ontTtT时，VT2关断，di-沿回路4 经 VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和 VT1轮流导通，而VT1始终是关断的。在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后di经 VD2续流时，还没有达到周期，电流已经衰减到零，这时 VD2两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。（1-3）调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差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
9、，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母表示，即minmaxnnD其中，maxn和minn一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 25 页 -很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。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时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s，即0nnsN或用百分比表示%1000nnsN在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速N n则NNNnnnnnsmin0snsnsnnNNN)
10、1(min)1(minmaxsnsnnnDNN由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调速系统，Nn值一定，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。（1-8）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，系统有无克服这种干扰的能力？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
11、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）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。（1-9）在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？答：当电网电压发生变化时，系统对其有
12、调节能力。因为电网电压是系统的给定反馈控制系名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 25 页 -统完全服从给定。负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。因为他们的变化最终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。（1-13）在电压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？（1）放大器的放大系数pK；（2）供电电网电压；（3）电枢电阻aR
13、；（4）电动机励磁电流；（5）电压反馈系数。答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数pK发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。电动机励磁电流、电枢电阻aR发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反馈环外。当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。当电压反馈系数发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。（1-16）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
14、调节器的输入偏差电压0U时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 25 页 -答：在动态过程中，当nU变化时，只要其极性不变，积分调节器的输出cU便一直增长；只有达到nnUU*，0nU时，cU才停止上升；不到nU变负，cU不会下降。当0nU时，cU并不是零，而是一个终值；如果nU不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，这是积分控制的特点。因此，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。比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。虽然现在0nU，但历史上有过nU，
15、其积分就有一定数值，足以产生稳态运行时需要的控制电压cU。（1-17）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？并说明理由。答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。（1-18）采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？为什么？试说明理由。答：采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是无静差的。电压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到1/（1+K），它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。但基本控制
16、原理与转速负反馈类似。它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。1 在例题1-3 中，系统采用的是三相桥式可控整流电路，已知电枢回路总电阻18.0R，电感量L3mH，系统运动部分的飞轮惯量2260mNGD，试判别系统的稳定性。解：电磁时间常数sRLTl0167.018.0003.0机电时间常数sCCRGDTmem075.02.0302.037518.0603752晶闸管装置的滞后时间常数为sTs00167.0为保证系统稳定，应满足的稳定条件：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 25 页 -5.4900167.00167.000167.0)00167.00167.0(075
17、.0)(22slsslmTTTTTTK闭环系统的动态稳定性和例题2-3 中稳态性能要求6.103K是矛盾的。2 在上题的闭环直流调速系统中，若改用全控型器件的PWM 调速系统，电动机不变，电枢回路参数为：1.0R，L1mH，44sK，PWM 开关频率为8kHz。按同样的稳态性能指标D=20，s5%，该系统能否稳定？如果对静差率的要求不变，在保证稳定时，系统能够达到的最大调速范围有多少？解：电磁时间常数sRLTl01.01.0001.0机电时间常数sCCRGDTmem0417.02.0302.03751.0603752晶闸管装置的滞后时间常数为sTs000125.080001为保证系统稳定，应满
18、足的稳定条件：按照稳态性能指标、要求（见例题1-2）PWM 调速系统能够在满足稳态性能指标要求下稳定运行。若系统处于临界稳定状况，第 2 章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法1 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用?4.339000125.001.0000125.0)000125.001.0(0417.0)(22slsslmTTTTTTK5%s20D2.63r/m incln3050.1152.5r/min0.2NopeIRnC152.511572.63opclnKn4.339Kmin/45.04.33915.1521rKnnopcl10000.05117(1)0
19、.45(10.05)NclclnsDns名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 25 页 -答：转速调节器和电流调节器的作用：(1)转速调节器ASR 的作用：1）转速 n 跟随转速给定电压*nU变化，稳态无静差。2)突加负载时转速调节器ASR 和电流调节器ACR 均参与调节作用，但转速调节器ASR处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。(2)电流调节器ACR 的作用1)起动过程中保证获得允许最大电流。2)在转速调节过程中，使电流跟随其电流给定电压*nU变化。3)电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。4)当电
20、动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。3 下图为双闭环直流调速系统的稳态结构图，如果要改变双闭环有静差V-M 系统的转速，可调节什么参数?改变转速调节器放大系数pK触发整流环节放大系数sK和改变转速反馈系数能行否?如果要改变堵转电流应调节什么参数?-转速反馈系数-电流反馈系数答：要改变转速，可以调节给定电*nU或转速反馈系数。，要改变堵转电流，应调节转速名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 25 页 -调节器的限幅值*iU或改变电流反馈系数4 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是什么？答：转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是：1)饱和非线
21、性控制ASR 饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统；ASR 不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽可能最快。3）转速超调：只有转速超调才能使ASR 退饱和。6 直流调速系统有哪些主要性能指标?答：直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标两个部分。静态主要性能指标有调速范围D、静差率s、Nn。动态性能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下两类性能指标。给定控制信号作用下的动态性能指标有上升时间rt，调节时间st(亦称过滤过程时间)和超调量%。扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降maxn、恢复时间vt。7 调节器的设计过程可以简化为哪
22、两步?答：1.选择调节器的结构2.选择调节器的参数8 转速、电流双闭环调速系统中分别按什么典型型系统进行设计？为什么？答：转速环按典型（II）型系统设计，抗扰能力(强)，稳态（无静差）。电流环按典型（I）型系统设计，抗扰能力(稍差)，超调（小）。（2-3）如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI 调节器，而改为P 调节器，对系统的静、动态性能将会产生什么影响？答：改为P 调节器时其输出量总是正比于输入量，PI 调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关而是由它后面环节的需要决定的。（2-4）试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统
23、和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：（1）调速系统的静态特性；（2）动态限流性能；（3）起动的快速性；（4）抗负载扰动的性能；（5）抗电源电压波动的性能。答：（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速n 是由给定电压*nU决定的。ASR 的输出量*iU是由负载电流dLI决定的。控制电压cU的大小则同时取决于n 和dI，或名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 25 页 -者说，同时取决于*nU和dLI。双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计算相似。（2）带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻s
24、spRKK，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压comU与给定电压*nU的作用一致，好象把理想空载转速提高了。这样的两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。（3）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。（4）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR 来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR 时，应要求有较好的抗扰性能指标。（5）在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得
25、到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。第 5 章闭环控制的异步电动机变压调速系统一种转差功率消耗型调速系统1 常用的异步电动机调速有哪些?哪些属于转差功率消耗型?哪些属于转差功率不变型?哪些属于转差功率回馈型?答：1)异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等。2)降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型3)串级调速属于转差功率回馈型4)变极调速、变频调速属于转差功率不变型。2 变频器调速系统一般分为哪几类?答：(1)变频调速系统一般可分为交流-交流变频和交流-直流-交流变频两大类，一般常用
26、的都是交流-直流-交流变频器。(2)按中间回路对无功能量处理方式的不同分为电压型和电流型两类；(3)按控制方式的不同分为Uf 比例控制、转差频率控制及矢量控制等三类。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 25 页 -（5-1）异步电动机从定子传入转子的电磁功率mP中，有一部分是与转差成正比的转差功率sP根据对sP处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类。转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗
27、在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转
28、子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。（5-4）何谓软起动器？交流异步电动机采用软起动器有什么好处？答：带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来，起动时间也短于一级降压起动。主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。视起动时
29、所带负载的大小，起动电流可在(0.54)ISN 之间调整，以获得最佳的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。第 6 章笼型异步电动机变压变频调速系统（VVVF）转差功率不变型调速系统1 异步交流电机变频器上电压和频率为什么要协调控制？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 25 页 -答：在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁
30、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。在交流异步电机中，磁通m由定子和转子磁势合成产生，因为有mNs1g44.4SkNfE，此式可知，只要控制好Eg和 f1，便可达到控制磁通m 的目的。2 在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变?对直流电机和交流异步电机，分别采用什么方法使电机每极的磁通恒定?答：异步电动机的气隙磁链在每相定子中的感应电动势mNssgkNfE144.4如果使cfEg1气隙磁链保持不变，要保持直流电机的磁通恒定，因为其励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，容易做到保持磁通恒定。要保持交流异步电机的磁通恒定，必须采用恒压频比控制。3 下图为
31、异步电动机在不同控制方式下的机械特性，交流异步电动机的恒压频比控制有哪三种方式?试就其实现难易程度、机械特性等方面进行比较。a）恒压频比控制b）恒定子磁通控制c）恒气隙磁通控制d）恒转子磁通控制答：cfEg1，气隙磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿的目标，改善低速性能。maxT，mn与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调速。cfU11，定子相电压/输入频率为恒值，1U定子相电压，机械特性非线性，易实现。1f接近额定频率时，maxT变化不大，1f的降低，maxT变化较大，在低速时甚至拖不动负载。实际上cfU1
32、1，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大，不可忽略，故必须进行定子电压补偿。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 25 页 -cfE1r，转子磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，rE转子磁链在每相定子中的感应电动势(忽略转子电阻损耗)转子磁链恒值，机械特性线性，稳态性能和动态性能好，最难实现。这是矢量控制追求的目标。4 交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规律?答：恒磁通调速(基频以下)cfU11，并补偿定子电阻损耗。恒功率调速(基频以上)升高电源电压时不允许。在频率上调时，只能保持电压不变。频率越
33、大，磁通就越小，类似于直流电动机的弱磁增速。5 交流异步电动机变频调速系统的控制方式主要有哪两种？答：交流异步电动机变频调速系统的控制方式主要有两种：有恒磁通控制和恒功率控制两种，其中恒磁通控制又称恒转矩控制。6 什么是脉冲宽度调制（PWM）?答：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。7 什么是 SPWM 控制方式?答：SPWM 即以正弦波作为调制信号对载波信号进行调制后，产生一组等幅而脉冲宽度正比干正弦波的矩形脉冲。将该组脉冲作为逆变器开关元件的控制信号，从而在逆变器负载上(多为异步电动机)得到与控制信号波形相同，等效于正弦波
34、的驱动电压。10 三相异步电动机的数学模型包括哪几类方程？答：三相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 25 页 -14 什么是转差频率控制系统调速?答：在转差率s 很小的范围内，只要能够维持气隙磁通m不变异步电机的转矩就近似与转差角频率s成正比，即在异步电机中，控制转差率就代表了控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。通过坐标变换的控制系统就叫做矢量控制系统VCS(Vector Control System)。（6-1）简述恒压频比控制方式。答：绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可
35、以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压gsEU，则得CfUs1。这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时sU和gE都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压sU抬高一些，以便近似地补偿定子压降。（6-2）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特性；（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：（1）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
36、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，)(sfTe是对称于原点的一段双曲线。（2）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1/gE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Crm，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1/rE控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，名师资料总结-精品资料欢迎下载-
37、名师精心整理-第 15 页，共 25 页 -按照转。（3）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。（4）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。（6-3）如何区别交直交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器？它们在性能上有什么差异？答：根据中间直流环节直流电源性质的不同，直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。它的直流电压波
38、形比较平直，理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或梯形波。直流环节采用大电感滤波是电流源型逆变器。它的直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或梯形波。在性能上却带来了明显的差异，主要表现如下：1）无功能量的缓冲，两类逆变器的区别表现在采用什么储能元件（电容器或电感器）来缓冲无功能量。2）能量的回馈用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械。3）动态响应正由于交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，动态响应比较快，而电压源型
39、变压变频调速系统的动态响应就慢得多。4）输出波形电压源型逆变器输出的电压波形为方波，电流源型逆变器输出的电流波形为方波。5）应用场合电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易波动，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。采用电流源型逆变器的系统则相反，不适用于多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求。（6-5）采用二极管不控整流器和功率开关器件脉宽调制（PWM）逆变器组成的交直交变频器有什么优点？答：具有如下优点：（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。采用全控型的功率开关器件，只通过
40、驱动电压脉冲进行控制，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 25 页 -电路也简单，效率高。（2）输出电压波形虽是一系列的P WM 波，但由于采用了恰当的PWM 控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。（3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。（4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。（6-6）如何改变由晶闸管组成的交交变压变频器的输出电压和频率？这种变频器适用于什么场合？为什么？答：正、反两组按
41、一定周期相互切换在负载上就获得交变的输出电压OU，OU的幅值决定于各组可控整流装置的控制角，OU的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波，一般主要用于轧机主传动、球磨机、水泥回转窑等大容量、低转速的调速系统，供电给低速电机直接传动时，可以省去庞大的齿轮减速箱。电力拖动自动控制系统复习题一、填空题1.直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M 系统）、静止可控整流器（V-M统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。2.转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。3.交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒
42、磁通控制、恒功率控制和 恒电流控制 三种。4.变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。5.相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和 运动方程。6.异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。7.常见的调速系统中在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式。8.调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。9.反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 25 页 -10.VVVF 控制是指逆变器输出电压和 频率可变的控制11、转速、电流双
43、闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈。12、直流斩波器的几种常用的控制方法：T 不变，变 ton脉冲宽度调制（PWM）；ton 不变，变 T脉冲频率调制（PFM）；ton 和 T 都可调，改变占空比混合型。13、转速、电流双闭环系统，采用PI 调节器，稳态运行时，转速n 取决于给定电压、ASR 的输出量取决于负载电流。14.各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。15.V-M 系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负
44、反馈。17、在 配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。18、采用 PI 调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。选择题1.带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（A）A、零；B、大于零的定值C、小于零的定值；D、保持原先的值不变2.无静差调速系统的PI 调节器中 P 部份的作用是（D）A、消除稳态误差；B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应C、既消除稳态误差又加快动态响应；D、加快动态响应3.异步电动机变压变频调速时，采用（B）控制方式，可获得一线性机械特性。A、U1f1=
45、常值；B、Eg/f1=常值；C、Es/f1=常值；D、Er/f1=常值4.一般的间接变频器中，逆变器起（B）作用。A、调压；B、调频；C、调压与逆变；D、调频与逆变5.转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（C）。A、电机的调速精度；B、电机的动态转矩；C、电机的气隙磁通；D、电机的定子电流6转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是(B)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 25 页 -APID BPI CP DPD 7静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率(A)A越小B越大C不变 D 不确定8下列异步电动机调速方法属于
46、转差功率消耗型的调速系统是(D)A降电压调速 B串级调速C变极调速D变压变频调速9双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是(A)A.ASR 饱和、ACR 不饱和B.ACR 饱和、ASR 不饱和C.ASR 和 ACR 都饱和D.ACR 和 ASR 都不饱和10在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，工作程序正确的是(C)A显示故障原因并报警分析判断故障封锁PWM 输出系统复位B显示故障原因并报警封锁PWM 输出分析判断故障系统复位C封锁 PWM 输出分析判断故障显示故障原因并报警系统复位D分析判断故障显示故障原因并报警封锁PWM 输出系统复位11、SPWM 技术中，调制波是频
47、率和期望波相同的（A）。A、正弦波B、方波C、等腰三角波D、锯齿波12、无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出（D）。A、为 0 B、正向逐渐增大C、负向逐渐增大D、保持恒定终值不变13、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（C）。A、降电压调速B、变极对数调速C、变压变频调速D、转子串电阻调速14、在交直交变频装置中，若采用不控整流，则PWN 逆变器的作用是（C）。A、调压B、调频C、调压调频D、调频与逆变15、控制系统能够正常运行的首要条件是（B）。A、抗扰性B、稳定性C、快速性D、准确性16、常用的数字滤波方法不包括（D）。A、算术平均值滤波B、
48、中值滤波C、中值平均滤波D、几何平均值滤波17、在电机调速控制系统中，系统无法抑制（B）的扰动。A、电网电压B、电机励磁电压变化C、给定电源变化D、运算放大器参数变化18、双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct 的大小取决于（C）。A、Idl B、n C、n 和 Idl D、和1转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是APID B PI CP DPD2静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率A越小B越大C不变D不确定3下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是A降电压调速B串级调速C变极调速D变压变频调速4可以使系统在无静差的情况下保持
49、恒速运行，实现无静差调速的是A比例控制B积分控制C微分控制D比例微分控制5控制系统能够正常运行的首要条件是A抗扰性B稳定性C快速性D准确性6在定性的分析闭环系统性能时，截止频率c越低,则系统的稳定精度A越高B越低C不变D不确定名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 25 页 -7常用的数字滤波方法不包括A算术平均值滤波B中值滤波C中值平均滤波D几何平均值滤波8转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是A ACRBAVR CASR DATR9双闭环直流调速系统的起动过程中不包括A转速调节阶段B电流上升阶段C恒流升速阶段D电流下降阶段10三相全波整流电路的平均整流电压为
50、11下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是A饱和非线性控制B转速超调C准时间最优控制D饱和线性控制12下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是A降电压调速B变极对数调速C变压变频调速D转子串电阻调速13SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的A正弦波B方波C等腰三角波D锯齿波14下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是A高阶B低阶C非线性D强耦合15在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是A故障保护BPWM 生成C电流调节D转速调节16比例微分的英文缩写是API BPD CVR DPID17调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准A平均速度B最高速C最低速D任意