电力拖动复习题 1、电力拖动控制系统按被控制量的不同分为两大类，以电动机的转速为被控量的系统叫做（调速）系统，以电动机的 负载机械空间位置的线位移或角位移为被控量的系统叫做（位置随动）系统;
2、由下式可知直流电动机有哪三种调节转速方法?其中哪种方法最好？
U?IR?Ke?n?n?（1）调节电枢供电电压 U（2）减弱励磁磁通 ?；（3）改变电枢回路电阻 R。其中以调节电枢供电电压 U方法最好 3、常用可控直流电源有（旋转变流机组）（静止式可控整流器）（直流斩波器或脉宽调制变换器）三种 4、晶闸管装置的传递函数为
U?IRKe?Ws(s)?KSe?TSs，其可近似为 Ws(s)?KS1?TSs5、机械特性或静特性描述的是（转速）与（转矩）之间的关系
6、根据下图分析V-M系统机械特性的特点
分为电流连续区和电流断续区。由图可见：当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软， 而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。
7、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，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Ｄ表示，即,
其中，nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。s??nN?100% n0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maxs，即snD?nmin??nNn0或者
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速nN作为最高转速
s??nN?nN?n0minnmin??nN
nmin额定负载时的最低转速
nmin??nN(1?s)?nN??nN?ss
D?nmaxnNs?
nmin?nN(1?s)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。
8、静差率和机械特性的关系；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s??nNn0或者s??nN?100%，显然静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越n0高。一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的 。对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大转速的相对稳定度也就越差。
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，系统对其有调节能力。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。
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10、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。
11、 某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8r/min，如果将开环放大倍数提高到20，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？ 闭环系统静特性
n?RId?n0cl??nclCe(1?K)Ce(1?K) ?ncl??*KpKsUnRIdRI?d??ncl(1?K)?8?(1?15)?128r/minCe(1?K)Ce
?ncl?RId128(1?K1)16或者：?ncl2??ncl1??6.095r/min?8*?6.095r/min
Ce(1?K)1?20(1?K2)21 ?nNs，可知在s和不变的情况下，D只与?nN有关，则
?nN(1?s)（2） 由D（3）
nNsD2?nN2(1?s)?nN18????1.312551nNsD1?nN26.095 ?nN1(1?s)12、在直流双闭环调速系统中，（电流控制器）输出一般是不饱和的，只有（转速控制器）输出有饱和与不饱和区分
13、双闭环调速系统设计的一般原则： 从内环开始，逐步向外扩展。首先设计电流调节器，把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 14、 试叙述采用比例积分控制的双闭环调速系统的启动过程，并画出起动过程的转速和电流波形。
双闭环直流调速系统的动态结构图 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形
由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 第I阶段电流上升的阶段（0 ~ t1）
?突加给定电压U*n 后, 经过两个调节器后Uc , Ud0, Id 上升，当Id 小于负载电流IdL 时，电机还不能转动。当 Id ≥ IdL 后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电流Id 迅速上升.直到Ui = U*im ，Id = Idm ，电流调节器很快就压制 Id 了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。
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第II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2）
从电流升到最大值Idm开始，至转速升到给定值n*为止。在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流给定U*im下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E 是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和 Uc 也必须基本上按线性增长，才能保持 Id 恒定。
当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id 应略低于Idm。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中ACR是不应饱和的，电力电子变换器 UPE本身 的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。 第 Ⅲ 阶段转速调节阶段（t2 以后）
当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i 和 Id 很快下降。但是，只要Id 仍大于负载电流IdL ，转速就继续上升。直到Id = IdL时，转矩Te= TL ，则dn/dt = 0，转速n才到达峰值（t = t3时）。此后，由于电机的转速，仍然高于给定值，则ASR的输入仍然为负，则ASR的输出继续降低，电流环跟随，则电流也相应降低。因为电机减速运行，电流产生的力矩小于负载力矩，因此电机电流Id < IdL，电动机开始在负载的阻力下减速，当转速降至给定值时，电流降至最低点，因此时负载力矩大于电磁力矩，转速继续降低，则速度控制器输入变正，电流增大，转速升高，直至给定值，电流Id = IdL直到稳定，如果调节器参数整定得不够好，也会有一些振荡过程。
15、 自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的（跟随）性能指标和对干扰输入信号的（抗扰）性能指标，实际控制系统对于各种动态指标的要求各有不
同，一般来说，调速系统的动态指标以（抗扰）性能为主，而随动系统的动态指标则以（跟随）性能为主。 16、 常用的阶跃响应跟随性能指标有（上升时间）、（超调量）、（调节时间）。 上升时间表示动态响应的（快速性）
超调量反映系统的相对（稳定性），超调量越（小），稳定性越（好）调节时间既反映了系统的（快速性），也包含着它的（稳定性） 17、 常用的抗扰性能指标为（动态降落）和（恢复时间）
18、 根据以下两图,试对直流单闭环调速系统和双闭环调速系统进行动态抗扰性能分析
一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。
1. 抗负载扰动 ；由双闭环调速系统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。
2. 抗电网电压扰动；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。 因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。
19、 双闭环调速系统，电动机参数：UN=220V, IN=20A, nN=1000r/min, 电枢回路总电阻为R=1Ω，设U*nm =U*im=U*cm=10V，电枢回路最大电流Idm=40A，,触发环节的放大系数为Ks=40,ASR和ACR均采用PI调节器。求：
1） 速度反馈系数为α；2、电流反馈系数为β；3、电动机在最高转速发生堵转时的Udo ; 4、电动机在最高转速发生堵转时的电流调节器的输出Uct。 解：1) α=U*nm/ nN=10/1000=0.01 V/（r/min）2) β= U*im/ Idm =10/40=0.25 V/A
3)
Udo=Idm R=40·1=40 V 4) Uct= Udo/ Ks=40/40=1 V
20、用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，主电路是晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：
电动机：额定数据为10kW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻 Ra = 0.5Ω；
晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压 U2l = 230V，电压放大系数 Ks = 44； V-M系统电枢回路总电阻：R = 1.0Ω； 测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；
直流稳压电源：±15V。 若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数（暂不考虑电动机的起动问题）。 解 （1）为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为 由闭环、开环来决定Kp系数 求闭环
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?ncl?nNsnNs1000?0.05 ?r/min?5.26r/minDcl??n(1?s)D(1?s)10?(1?0.05)cl （2）求闭环系统应有的开环放大系数先计算电动机的电动势系数： 求开环
Ce?UN?INRa220?55?0.5?V?min/r?0.1925V?min/r
nN1000n?U?IRCe则开环系统额定速降为
?nop?INR55?1.0U?IR?= 285.7r/min n? Ce0.1925Ce 闭环系统的开环放大系数应为
?nop285.7?n? K??1??1?54.3?1?53.3cl1?K?ncl5.26?nop
（3）计算转速反馈环节的反馈系数和参数
转速反馈系数?包含测速发电机的电动势系数Cetg和 其输出电位器的分压系数?2，即 ? = ?2 Cetg
根据测速发电机的额定数据，
K?Kp?Ks/Ce
E?Cetgn
Cetg?Un110= 0.0579V·min/r Cetg?nN1900
现假定测速发电机与主电动机直接联接，则在电动机最高转速1000r/min时，转速反馈电压为
15??2Cetg?1000??2?0.0579?1000V??2?0.26
最高给定电压 最高转速
于是，转速反馈系数的计算结果是
min/r = 0.015054V·min/r ???2Cetg?0.26?0.0579V·
Un??2CetgnN
电位器(电阻)的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线性度没有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的
20%，则
RRP2?CetgnN0.2INtg?0.0579?1000=1379? U?Ke?n
0.2?0.2121、典型II型系统由于过度过程衰减震荡的性质，调节时间ts随h的变化不是单调的，(h=5)时的调节时间最短。
22、什么叫可逆的调速系统？ 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统
23、什么叫作脉冲宽度调制(Pulse Width Modu1ation,PWM)？
现代变频器中用得最多的控制技术是脉冲宽度调制(Pulse Width Modu1ation,PWM),其基本思想是:控制逆变器中电力电子器件的开通或关断,输出电压为幅值相
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