电力拖动复习题

电力拖动控制系统期末复习题

1、画出它励直流电动机供电原理图，推导出给定电压Ud0与电机转速之间的数学方程式。（

R + L Id Ud0 - E + _ Ud0?IdRn??n0op??nopCe2、 写出单闭环转速负反馈控制系统的转速方程式，并解释为什么闭环控制系统可以减少稳态速降？那个参数低很多？

由于闭环的原因，使系统的稳态转速降落比开环系统降低了（1+K）倍（1.5分），K值的增加可以是稳态转速降落降低很多。

3、用开环与闭环转速与电枢电压的方程式解释，在直流电动机调速系统中，为什么闭环系统的机械特性比开环的硬？

4、推导出它励直流电动机，给定电压Ud0与电机转速之间的数学方程式，并解释负载电流变化对转速的影响。它励直流电动机的调速原理？电路原理图？数学方程式？ 解：

*Ud0?IdRKpKsUnRIdn????n0op??nopCeCeCe

的变化可以使稳态速降降

n?*KpKsUnCe(1?K)?RId?n0cl??nclCe(1?K)R

+ UL Id + E - - 由上式看出：当负载变化时，负载电流Id将随着变化，Id增大使△nOP增大，n减小，Id减小使△nOP减小，n增大，△nOP为转速降落。

5、分别写出开环系统的调速范围、静差率和闭环系统的调速范围、静差率，写出两种系统调速范围、静差率之间

nNsD?cl开环时的调速范围 ?ncl(1?s)的关系。（5分）

nNs?nop(1?s)闭环时的调速范围 二者之间的关系 Dcl?(1?K)DopDop?开环调速范围和闭环调速范围的关系， Dcl?(1?K)Dop开环系统和闭环系统的静差率分别为：

二者的关系为： 6、用数学公式解释：

scl?sop1?K为什么在闭环控制系统中，为满足系统的稳态精度，要

求开环放大系数K值越大越好，而为了满足稳定性要求，根据劳斯稳定性判据，K值又不能太大？

由闭环系统的机械特性方程式可以看出：当K值越大时ncl就越小，所以K值越大，系统的稳态精度就越高。但由动态结构知，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是

W(s)?K(Tss?1)(TmTls2?Tms?1)n?*KpKsUnCe(1?K)?RId?n0cl??nclCe(1?K)式中 K = Kp Ks? / Ce

反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为

TmTlTs3Tm(Tl?Ts)2Tm?Tss?s?s?1?0 1?K1?K1?Ka0s3?a1s2?a2s?a3?0根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是

a0?0，a1?0，a2?0，a3?0，a1a2?a0a3?0

整理后得

所以K值不能大与某个值。否则系统不稳定。

7、在转速负反馈单闭环无静差调速系统中，突加负载后又进入稳定运行状态，画出各环节的电压变化趋势，并解释系统是如何实现转速调节的。 突加负载后引起电流增大：各环节的信号变化如下： Tm(Tl?Ts)?Ts2K?TlTsId??n??Un???Un?? Uc?? Ud0??n?（趋势图）

闭环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。

8、在转速负反馈单闭环调速系统中，分别采用比例控制、积分控制、比例积分控制，那些有静差？那些无静差？为什么要有静差？为什么能做到无静差？ 解：比例控制为有静差，积分控制、比例积分控制为无静差

在比例控制中ΔUn=U*n-Un,Uct=Kp×ΔUn，如果ΔUn=0，则调节器输出为0，无调节的作用。 积分控制、比例积分控制能做到无静差是因为含有积分器，积分器在ΔUn=0时，可以保持以

前的累积值，使调节器输出不会为0，只要U*n-Un不为0，则积分器就有输出，而当U*n-Un=0时，积分器的输出为以前的累加值，仍然有输出，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定，所以是无静差的。

9、在转速负反馈单闭环调速系统中，那些扰动系统有抑制作用，那些扰动系统无法抑制？为什么？画出转速负反馈单闭环调速系统结构图，并将各扰动标在图中。

解：反馈控制系统对被反馈环包围的前向通道上的扰动都有抑制功能（2分）。但是，如果在反馈通道上的测速反馈系数受到某种影响而发生变化，它非但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差

10、控制系统的伯特图如图所示。

1）请回答图中三个段对系统对系统性能的影响。 2）请回答图截止频率对对系统性能的影响。

L/dB 低频段 中频段 -20dB/dωc 低频段 ω/s-1

解：1）低频段的斜率陡、增益高，系统的稳态精度高

中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB线，系统的稳态性好

高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，系统的抗高频干扰的能力越强。 3）截止频率ωc越高，系统的快速性越好。

11、为什么要增加电流截止负反馈？画出带电流截止负反馈的单闭环调速系统的稳态结构图，并给出带电流截止负反馈稳态转速方程式。

解：直流电机在全电压起动时，如没有限流措施，会产生很大的冲击电流，采用转速负反馈后，系统在突加给定电压时，由于惯性，转速不能立即建立起来，此时反馈电压仍为0，偏差电压=给定电压，使电枢电压为最大值，电流过大。通过增加电流截止负反馈保证电流基本不变，使它不超过允许值，当正常时，电流控制不起作用。

当Id ≤ Idcr 时

n?*KpKsUnCe(1?K)?RIdCe(1?K)n ?当 Id ? Idcr时

*KpKs(Un?Ucom)Ce(1?K)Ce(1?K)12、某闭环调速系统的调速范围是1500～150r/min，要求系统的静差率S≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？

13、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？

14、为什么闭环控制系统可以减少稳态速降？那个参数的变化可以使稳态速降降低很多？ 15、在转速负反馈单闭环调速系统中，分别采用比例控制、积分控制、比例积分控制，那些有静差？那些无静差？为什么要有静差？为什么能做到无静差？ 可逆PWM变换器的工作原理？与晶闸管整流电源的区别？ 16、电流连续与断续的机械特性有何不同？

17、PWM—直流电机控制电路如图所示，解释实现电机双向控制时VT1-VT4如何变化的并画出VT1-VT4的波形。

18、直流脉宽输出电压方程与晶闸管整流装置的电压方程有何不同？直流脉宽电源有几种典型形式？直流脉宽电源是如何实现调压的？

19、画出双闭环环调速系统的动态结构图，在转速、电流双闭环调速系统中，ACR起什么作用？如果ASR和ACR采用PI调节器，如要改变电机的起动电流,应该调节什么参数？转速反馈系数增大，转速如何变化？ 解： +?(R?KpKsRs)IdWASR(s) WACR(s*Ui - ) Uc - UUi n + Ks - Tss+1 Ud0 Id -IdL n R 1/R 1/Ce Tms Tl s+1 + E ? ?

1）转速调节器的作用：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

2）根据PI调节器的工作原理，起动电流的大小由转速调节器的输出限幅值决定，调节ASR的限幅输出就可以调节起动电流或改变电流反馈系数。

*3）由公式： Un?Un??n 当给定不变，转速反馈系数增大，转速减小。

20、画出反并联可逆系统的基本组成电路图，简述有环流可逆系统的工作原理，用正组逆变、反组整流说明如采用α=β工作制时，控制触发角应如何变化？解释正组回馈制动时两组整流桥的工作状态和要求，并在图中标出两组整流装置的电压极性。 反并联可逆系统的基本组成电路如下图

VF - Id - ???VR M -Id + +

有环流可逆系统的工作原理是：采用配合控制的策略，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电，正组晶闸管装置工作在整流状态，反组VR则工作在逆变状态。电动机反转时，由反组晶闸管装置VR供电，反组晶闸管装置VR工作在整流状态，正组VF则工作在逆变状态。 由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有

cos? r = – cos? f或? r + ? f = 180

如采用α=β工作制，当任何一组的触发角在0

正组回馈制动：反组工作在整流状态。正组工作在逆变状态 90

5静差率和机械特性硬度是一回事。（ Ⅹ ）

6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。 （ Ⅹ ）

7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uk的大小并非仅取决于速度定 Ug* 的大小。 （√）

8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。 （ Ⅹ ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。 （Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。 （ Ⅹ ）

12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√）

16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。

17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ） 二 选择题

1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（ A）。 A ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动 B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动 D ACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动

2桥式可逆PWM变换器给直流电动机供电时采用双极性控制方式，其输出平均电压Ud等于（B）。

A Ud???C Ud?

3与机组相比，相控整流方式的优点是（A、B、C、D ），缺点是（ E、F ）。

A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小，噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（ ）。

A 调速范围D越小 B 额定转速ned越大 C 调速范围D越大 D 额定转速ned越大

5当理想空载转速n0相同时，闭环系统的静差率sb与开环下的sk之比为（ D ）。

ton??2t??1?Us B Ud??on?1?Us ?T??T?ton2tUs D Ud?onUs TTA 1 B 0 （K为开环放大倍数） C 1+K D 1/（1+K） 6速度单闭环系统中，不能抑制（ D ）的扰动。

A 调节器放大倍数 B 电网电压波动 C 负载 D 测速机励磁电流

7转速—电流双闭环不可逆系统正常稳定运转后，发现原定正向与机械要求的正方向相反，需改变电机运行方向。此时不应（ C ）。

A 调换磁场接线 B 调换电枢接线

C 同时调换磁埸和电枢接线 D 同时调换磁埸和测速发电机接线 8一个设计较好的双闭环调速系统在稳态工作时（ C ）。

A 两个调节器都饱和 B 两个调节器都不饱和 C ST饱和，LT不饱和 D ST不饱和，LT饱和 9α＝β配合控制有环流可逆调速系统的主回路中（D ）

A既有直流环流又有脉动环流 B有直流环流但无脉动环流 C既无直流环流又无脉动环流 D 无直流环流但有脉动环流

10普通逻辑无环流（既无推β又无准备）可逆调速系统中换向时待工作组投入工作时，电动机处于（ B ）状态。

Ａ 回馈制动 Ｂ 反接制动 Ｃ 能耗制动 Ｄ 自由停车

11双闭环直流调速系统电流环调试时，如果励磁电源合闸，电枢回路亦同时通电，给定 由ACR输入端加入且产生恒定的额定电流，则 （ ）。（假定电机不带机械负载）

Ａ 电机会稳定运转 Ｂ 电机不会运转 Ｃ 电机会加速到最高转速 Ｄ过流跳闸 12速度单闭环系统中，不能抑制（ ）的扰动。

A 调节器放大倍数 B 电网电压波动 C 负载 D 测速机励磁电流

13 α＝β配合控制有环流可逆调速系统的主回路采用反并联接线，除平波电抗器外，还需要（ ）个环流电抗器。

A 2 B 3 C 4 D 1

14 转速PID调节器的双闭环系统与转速PI调节器的双闭环系统相比，（C） A 抗负载干扰能力弱 B 动态速降增大

C 恢复时间延长 D 抗电网电压扰动能力增强 15 输入为零时输出也为零的调节器是

A P调节器 B I调节器 C PI调节器 D PID 调节器 16 下列电动机哪个环节是比例惯性环节 A

Id(s)Ud(s)U(s)E(s) B d C D

Id(s)?Ifz(s)Ud(s)?E(s)n(s)I(s)17 直流电动反并联晶闸管整流电源供电的可逆调速系统给定为零时，主要停车过程是

A本桥逆变，回馈制动 B 它桥整流，反接制动 C它桥逆变，回馈制动 D 自由停车

18直流电动一组晶闸管整流电源供电的不可逆调速系统给定为零时，主要停车过程是 A本桥逆变，回馈制动 B 它桥整流，反接制动 C它桥逆变，回馈制动 D 自由停车

4 脉宽调速系统中，开关频率越高，电流脉动越小，转速波动越小，动态开关损耗越大。 5 采用转速—电流双闭环系统能使电动机按允许的最大加速度起动，缩短起动时间。 7 典型I型系统的超调量比典型II型系统小，抗扰动性能比典型II型系统差。

8下图为单闭环转速控制系统。

(1)图中V是 ；

(2)图中Ld是 ，它的作用是 ；

(3)图中采用的是 调节器，它的主要作用是 ； (4)此系统主电路由 相交流电供电； (5)此系统具有 负反馈环节； (6)改变转速，应调节___________电位器；

(7)整定额定转速1500转/分，对应8V，应调节___________电位器； (8)系统的输出量(或被控制量)是___________。 解：

(1)图中V是 晶闸管整流器；

(2)图中Ld是平波电抗器 ，它的作用是 抑制电流脉动和保证最小续流电流 ；

(3)图中采用的是PI即比例积分调节器，它的主要作用是 保证动静态性能满足系统要求； (4)此系统主电路由 三 相交流电供电； (5)此系统具有 转速（速度） 负反馈环节； (6)改变转速，应调节___RP1__电位器；

(7)整定额定转速1500转/分，对应8V，应调节_RP2_电位器；

(8)系统的输出量(或被控制量)是_转速_。

1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数：电动机：电枢回路总电阻R?1.5?，设Unm?Uim?10V，UN?220V，nN?1000r/min，PN?3.7KW，IN?20A，电枢回路最大电流为Idm?30A，电力电子变换器的放大系数Ks?40。 试求：

（1） 电流反馈系数?和转速反馈系数?；

**（2） 突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR的

输出电压Uc、变流装置输

出电压Ud，电动机转速n，较之负载变化前是增加、减少，还是不变？为什么？

*（3） 如果速度给定Un不变时，要改变系统的转

速，可调节什么参数？

（4） 若要改变系统起动电流应调节什

*么参数？此时，设Un为正电压信号，在右图ASR中应调节中哪个电位器？

（5） 当电动机在最高转速发生堵转时 的Ud,Ui*,Ui,Uc值；

**UnUnm10?????0.01V/rpmnnm1000解：(1)

??U10??0.33V/AIdm30*im

评分标准：各2.5分，公式对数值结果错扣1分，量纲错扣0.5分，公式错不给分。 (2)

TL??IdL*Cen?ILRCeUn?IdLR??Uc????Ud?KsUc?KsKs

*Un?c,n?c(3) 因为

*Un?Un??n,n?*Un?,所以调节?可以改变转速n。

*??Idm，所以改变ASR限(4)因为Ui*?Ui??Id，起动时转速调节器ASR饱和，输出限幅值Uim*幅值可以改变起动电流Idm，Un为正时，起动时ASR输出为负，所以应调节RP5来改变起动电

流。不能改变电流反馈系数，因为它还影响电流环的动特性。 (5)

*Un?Un??n*Un?10V,Un?0V,|Ui*|?|Ui|?10V,Ud?IdmR?30?1.5?45V,Uc?UdCen?IdRIdlR30?1.5????1.13VKsKsKs40

2双闭环调速系统中如反馈断线会出现什么情况，正反馈会出什么情况？

答：反馈断线后，Un?0，ASR 饱和，输出为限幅值，转速环开环，相当于堵转，电流给定为ASR的输出最大值，电流闭环，按最大电流值恒流加速，转速上升，但由于转速反馈断线，触发移相控制电压增大到极限，触发角最小移至?min，转速达到最高值。

n?Ud?IdlR?Ud0cos?min?IdlR?，同样，正反馈时，也是一样。 ?CeCe

其它为所有所做过的作业

注意：一定要自己独立的把所有复习题做一遍！！！

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