电力拖动自动控制系统-运动控制系统 阮毅 陈伯时课后答案包括思考题和课后习题

第2章

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。特点略。

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/△n 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/△n 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 什么已验证 1放大器的放大系数 Kp。 2供电电网电压 Ud。 3电枢电阻 Ra。 4电动机励磁电流 If。 5转速反馈系数 α。

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。 2有。不解释。 3有。不解释。 4有。不解释。 5没有。不解释。

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 少还是不变已

验证 答 1Ud 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。 2n 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

11-12 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。

14 答t1 时刻某一对晶闸管被触发导通触发延迟角为α1在 t2>t1 时刻控制电压发生变 化但此时晶闸管已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α2

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。

16 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。17-18 2-7 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 。