运动控制系统第5版课后答案

幻灯片1

电力拖动自动控制系统

第 8 章

同步电动机变压变频调速系统

幻灯片2

内容提要

?

? 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 ? 他控变频同步电动机调速系统 ? 自控变频同步电动机调速系统

幻灯片3

8.1 同步电动机变压变频调速的特点 及其基本类型

? 本节提要 ? 概述

? 同步调速系统的类型 ? 同步调速系统的特点

幻灯片4 1. 概述

同步电动机历来是以转速与电源频率保持严格同步著称的。只要电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝对不变。

采用电力电子装置实现电压-频率协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行不能调速的面貌。起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步电动机广泛应用的障碍。 幻灯片5

? 同步电机的特点与问题

? 优点：

? （1）转速与电压频率严格同步； ? （2）功率因数高到1.0，甚至超前； ? 存在的问题： ? （1）起动困难；

? （2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；

幻灯片6

? 解决思路

? 问题的根源：

? 供电电源频率固定不变。

? 解决办法：

第2章

三、思考题

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

第2章

三、思考题

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

习题解答（供参考）

习题二

2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：?n?nnsD(1?s)?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm

系统允许的静态速降为2.04rpm。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为 n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下） nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11 2) 静差率 s??nNn0?15150?10%

2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？

解：

网络教育学院

2011级（秋）期末试卷

2012-2013学年第二学期 课程名称: 运动控制系统（A） 专业： 姓名: 学号: 学习中心: 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 题 分 一、简述下列问题（每题10分）

1．在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？

2．哪些因素造成逻辑无环流系统要比配合控制的有环流系统的切换过程长？

3．从电压频率协调控制而言，同步电动机与异步电动机的调速有何差异？

武汉理工大学网络教育学院试卷

4．伺服系统的给定误差和扰动误差与那些因素有关？

二、采用电压空间矢量PWM控制方法，若直流电压ud恒定，如何协调输

出电压与输出频率的关系？（15分）

三、分析比较按转子磁链定向和按定子磁链定向异步电动机动态数学模

型的特征，指出它们的相同和不同之处。（15分）

运动控制系统(A)卷

四、 论述同步电动机按气隙磁链定向和按转子磁链定向矢量控制系统

的工作原理，并与异步电动机矢量控制系统作比较。（1

运动控制系统习题答案 第一章

1. 运动控制划分为两大类：

(1) 位置变化问题 其特征是被控对象空间位置发生改变，我们称之为第一类运动控制问题。

(2) 周期式旋转速度变化问题 由于某一类物理量（如温度、压力、流量、转矩等）而迫使电机转速随负载的变化而变化，以满足温度、压力、流量、转矩等恒定的目的。我们把这类运动控制问题称为第二类运动控制问题。 2. 第一类运动控制问题

1）一维运动 一维运动形式分为两类：一是直线运动，二是旋转运动；此外，还可以是两类基本运动的复合。

2）二维运动 把两个一维直线运动平台互相垂直搭接在一起，就组成了一个二维运动平台。分为质点运动，复合运动，轮廓运动

3）三维运动 第一类为空间点对点的移动，可以是直线移动，也可以是旋转运动；第二类为复合移动，是在三个运动轴按照一定的复合比例所做的运动；第三类为空间轮廓线运动 3. 运动控制系统的轴 1) 运动轴 通常，我们把一个定义在直线段上移动的物体或者按照预定旋转方向旋转的物体定义为运动轴。轴一般分为两类：线性轴和旋转轴。 2) 线性轴

线性轴的定义为：只有初始位置和结束位置，而且轴的当前实际位置一定是在其初始位与结束位之间。

3) 旋转轴

一个周期式的旋转轴做圆周运

电力拖动自动控制系统-阮毅

第2章

2-1

2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。

PWM IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM PWM 变换器中 IGBT

直流 PWM 变换

2-3 直流 PWM

2=4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M

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 1/fc Ts 通

常取其最大1/2mf fc 通常为 kHz f 通50 或

60Hz为一周内m 20 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时

2=5

还有电

PWM

2-6 直流 PWM

压。

2-7 直流 PWM

升

2-8

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

压限制电路。

2-9 在晶闸管整流器-

枢电流增

2-10

D=nN/△n s/1-s

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

D=nN/△n s/1-s速降下

许

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

果给

发生了变

开环调速系统硬得多的稳

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

华科,电气,电力拖动

实验及第三、四、五章作业

实验联系人： 马超：13163387806;韦忠朝课堂 陈昕：15072486089 夏胜芬课堂 第三章作业：3-5,3-6,3-8,3-9 第四章作业：4-5,4-6,4-8,4-9 第五章作业：5-6,5-8,5-9,5-10,5-13

华科,电气,电力拖动

第5章 异步电动机调压调速系统5.1 交流调速系统概述5.1.1 交流调速的发展概况交流调速系统：由交流电动机拖动、电机转速为控制目标的电力拖动自动控制系 统 直流电动机优点：调速性能好 直流电动机缺点：体积大、容量小、制造成本高、有机械换向装置，维护困难 交流电动机优点 ：结构简单可靠，维护少，无机械换向火花，制造成本低 20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的 飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。 20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。 20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运 行的要求上，以至在系统制造成本上都可以与直

一、 单项选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确序号填在题中的括号内。每小题１分，共２５分。） １． 在电机调速控制系统中，对于（ ）的扰动，系统是无能为力的。 Ａ、运算放大器的参数的变化 Ｂ、电机励磁电压的变化 Ｃ、转速反馈参数的变化 Ｄ、电网电压的变化

２．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、零

Ｂ、大于零的定值 Ｃ、小于零的定值 Ｄ、保持原先的值不变

３． 在单闭环调速成系统中，为了实施限流保护，可以引进（ ）环节。 Ａ、电流截止正反馈 Ｂ、电流截止负反馈 Ｃ、电压截止正反馈 Ｄ、电压截止负反馈

４． 无静差调速系统的ＰＩ调节器中Ｐ部份的作用是（ ） Ａ、消除稳态误差 Ｂ、加快动态响应

Ｃ、既消除稳态误差又加快动态响应 Ｄ、不能消除稳态误差也不能加快动态响应

５． 电流正反馈可以作为调速系统的补偿控制，在实际系统中应用的是电流正反馈的（ ）

Ａ、欠补偿 Ｂ、全补偿 Ｃ、过补偿 Ｄ、临界补偿

６． 双闭环调速系统在稳定时，控制电压Ｕct的大小取决于（ ）。 Ａ、转速n Ｂ、负载电流Idl

Ｃ、转速n和负载电流Idl Ｄ、电流反馈系数β

７． 转速电流双闭环调

江 西 理 工 大 学 考 试 试 卷

试卷编号：1011020463A

班级 自动化08 学号

姓名

一、单项选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确序号填在题中的

括号内。每小题2分，共20分。）

1.与开环控制相比较，闭环控制的特征是

（ ）

A.系统有执行元件 B.系统有反馈环节 C.系统有放大元件 D.系统有控制器

6.对自动调速系统来说，主要的扰动量是

（ ）

A.电网电压的波动 B.给定量发生变化 C.元件参数随温度变化 D.负载阻力转矩的变化

7．转差频率控制变频调速系统的基本思想

是控制（ ）。

Ａ、电机的气隙磁通 Ｂ、电机的调速精度 Ｃ、电机的动态转矩 Ｄ、电机的定子电流

2．带有比例积分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、保持原先的值不变 Ｂ、大于零的定值 Ｃ、小于零的定值 Ｄ、零

8．α=β配合控制有环流可逆调速系统中

存在的是（ ）环流。

A、 直流 B、 脉动 C、 平均 D、 动态

3. 系统开环传递函数为

此系统为（ ）阶

系统。

A.一 B. 三 C. 二 D.四

9． 双闭环调速系统在稳定时，控制电压

Ｕct的大小