電力拖動自動控制系統(tǒng)思考題答案.doc

第2章三、思考題2-1直流電動機有哪幾種調速方法？各有哪些特點？答：調壓調速，弱磁調速，轉子回路串電阻調速，變頻調速。特點略。2-2簡述直流PWM變換器電路的基本結構。答：直流PWM變換器基本結構如圖，包括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經過整流濾波后送往直流PWM變換器，通過改變直流PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來調節(jié)直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。2-3直流PWM變換器輸出電壓的特征是什么？答：脈動直流電壓。2=4為什么直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流PWM變換器的時間常數Ts等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc），而晶閘管整流裝置的時間常數Ts通常取其最大失控時間的一半（1/（2mf）。因fc通常為kHz級，而f通常為工頻（50或60Hz）為一周內），m整流電壓的脈波數，通常也不會超過20，故直流PWM變換器時間常數通常比晶閘管整流裝置時間常數更小，從而響應更快，動態(tài)性能更好。2-5在直流脈寬調速系統(tǒng)中，當電動機停止不動時，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：電樞兩端還有電壓，因為在直流脈寬調速系統(tǒng)中，電動機電樞兩端電壓僅取決于直流PWM變換器的輸出。電樞回路中還有電流，因為電樞電壓和電樞電阻的存在。2-6直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產生什么后果？答：為電動機提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會使電動機在電樞電壓瞬時值為零時產生過電壓。2-7直流PWM變換器的開關頻率是否越高越好？為什么？答：不是。因為若開關頻率非常高，當給直流電動機供電時，有可能導致電樞電流還未上升至負載電流時，就已經開始下降了，從而導致平均電流總小于負載電流，電機無法運轉。2-8泵升電壓是怎樣產生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？答：泵升電壓是當電動機工作于回饋制動狀態(tài)時，由于二極管整流器的單向導電性，使得電動機由動能轉變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網，而只能向濾波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過大將導致電力電子開關器件被擊穿。應合理選擇濾波電容的容量，或采用泵升電壓限制電路。2-9在晶閘管整流器-電動機開環(huán)調速系統(tǒng)中，為什么轉速隨負載增加而降低？答：負載增加意味著負載轉矩變大，電機減速，并且在減速過程中，反電動勢減小，于是電樞電流增大，從而使電磁轉矩增加，達到與負載轉矩平衡，電機不再減速，保持穩(wěn)定。故負載增加，穩(wěn)態(tài)時，電機轉速會較增加之前降低。2-10靜差率和調速范圍有何關系？靜差率和機械特性硬度是一回事嗎？舉個例子。答：D=nN s/nN（1-s）。靜差率是用來衡量調速系統(tǒng)在負載變化下轉速的穩(wěn)定度的，而機械特性硬度是用來衡量調速系統(tǒng)在負載變化下轉速的降落的。2-11調速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關系？為什么必須同時提才有意義？答：D=nN s/nN（1-s）因為若只考慮減小最小靜差率，則在一定靜態(tài)速降下，允許的調速范圍就小得不能滿足要求；而若只考慮增大調速范圍，則在一定靜態(tài)速降下，允許的最小轉差率又大得不能滿足要求。因此必須同時提才有意義。2-12轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)有哪些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉速？為什么？如果給定電壓不變，調節(jié)轉速反饋系數是否能夠改變轉速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？（已驗證）答：轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)增加了轉速反饋環(huán)節(jié)（由轉速檢測裝置和電壓放大器構成），可獲得比開環(huán)調速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而保證在一定靜差率下，能夠提高調速范圍。改變給定電壓能改變電動機轉速。因為改變給定電壓則改變實際轉速反饋電壓與給定電壓的偏差，從而改變電力電子變換器的輸出電壓，即改變電動機的電樞電壓，改變了轉速。調節(jié)轉速反饋系數而不改變給定電壓能改變轉速。因為改變轉速反饋系數則改變實際轉速反饋電壓，而給定電壓不變，則電壓偏差改變，從而電力電子變換器輸出電壓改變，即電動機電樞電壓改變，轉速改變。若測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化，則反饋電壓發(fā)生變化，當給定電壓一定時，則電壓偏差發(fā)生變化，從而轉速改變。故系統(tǒng)無克服測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化干擾的能力。2-13為什么用積分控制的調速系統(tǒng)是無靜差的？在轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，當積分調節(jié)器的輸入偏差電壓U=0時，調節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？答：因為積分調節(jié)器能在電壓偏差為零時仍有穩(wěn)定的控制電壓輸出，從而克服了”比例調節(jié)器必須要存在電壓偏差才有控制電壓輸出”這一比例控制的調速系統(tǒng)存在靜差的根本原因。當積分調節(jié)器的輸入偏差電壓為U=0時，調節(jié)器輸出電壓應為一個恒定的積分終值。它取決于輸入偏差量在積分時間內的積累，以及積分調節(jié)器的限幅值。2-14在無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響？為什么？答：仍然受影響。因為無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)只是實現了穩(wěn)態(tài)誤差為零，因此若給點電源發(fā)生偏移，或者測速發(fā)電機精度受到影響而使反饋電壓發(fā)生改變，系統(tǒng)仍會認為是給定轉速發(fā)生改變，從而改變轉速，以達到電壓偏差為零。2-15在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，當下列參數發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調節(jié)作用？為什么？（已驗證）（1）放大器的放大系數Kp。（2）供電電網電壓Ud。（3）電樞電阻Ra。（4）電動機勵磁電流If。（5）轉速反饋系數。答：（1）有。假設Kp減小，則控制電壓減小，則電力電子變換器輸出減小，則電動機轉速下降；而電動機轉速下降，則反饋電壓減小，則偏差電壓增大，則控制電壓增大，則轉速上升。（2）有。不解釋。（3）有。不解釋。（4）有。不解釋。（5）沒有。不解釋。2-16在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前是增加、減少還是不變？在無靜差調速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉速n和整流裝置的輸出電壓Ud是增加、減少還是不變？（已驗證）答：（1）Ud減小。因負載減小，轉速上升，反饋電壓增加，給定電壓一定，偏差電壓減小，控制電壓減小，故輸出電壓減小。（2）n不變，Ud增加。轉速負反饋調速系統(tǒng)轉速僅取決于給定電壓，故不變；略。2-17閉環(huán)調速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉速穩(wěn)態(tài)誤差的實質是什么？第3章三、思考題3-1在恒流起動過程中，電樞電流能否達到最大值Idm？為什么？答：不能。因為恒流升速過程中，電流閉環(huán)調節(jié)的擾動是電動機的反電動勢，是一個線性漸增的斜坡擾動量，而電流閉環(huán)采用的PI調節(jié)器對斜坡擾動無法消除靜差，故Id略低于Idm。3-2由于機械原因，造成轉軸堵死，分析雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。答：電動機堵轉則轉速恒為零，在一定的給定下，偏差電壓相當大，從而使ASR迅速達到飽和，又電動機轉速由于轉軸堵死無法提升，故ACR無法退飽和，因此系統(tǒng)處于ASR飽和狀態(tài)。3-3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，給定電壓Un*不變，增加轉速負反饋系數，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓Un和實際轉速n是增加、減小還是不變？答：轉速反饋系數增加，則轉速反饋電壓Un增加，給定電壓Un*，則轉速偏差電壓減小，則ASR給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小，則轉速n減小；轉速n減小，則轉速反饋電壓Un減小，直到轉速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時轉速反饋電壓Un不變，且實際轉速n減小。3-4雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)調試時，遇到下列情況會出現什么現象？（1） 電流反饋極性接反。（2） 轉速極性接反。答：（1）由于電流環(huán)的正反饋作用，電樞電流將持續(xù)上升，轉速上升飛快，電動機飛車。 （2）由于轉速環(huán)的正反饋作用，ACR無法退飽和，電動機轉速持續(xù)恒流上升。3-5某雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，ASR、均采用PI調節(jié)器，ACR調試中怎樣才能做到Uim*=6V時，Idm=20A；如欲使Un*=10V時，n=1000rpm，應調什么參數？答：（1）調節(jié)電流反饋系數=0.3；（2）調節(jié)轉速反饋系數=0.01。3-6在轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉速，應調節(jié)什么參數？改變轉速調節(jié)器的放大倍數Kn行不行？（=|）改變電力電子變換器的放大倍數Ks行不行？改變轉速反饋系數行不行？若要改變電動機的堵轉電流，應調節(jié)系統(tǒng)中的什么參數？答：通?？梢哉{節(jié)給定電壓。改變Kn和Ks都不行，因為轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)對前向通道內的階躍擾動均有能力克服。也可以改變，但目的通常是為了獲得更理想的機械特性。若要改變堵轉電流，應調節(jié)電流反饋系數。3-7轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：輸入偏差電壓皆是零。因為系統(tǒng)無靜差。則ASR輸出電壓Ui*=Ui=Id=IdL；ACR輸出電壓Uc=Ud0/Ks 見P62。3-8在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調節(jié)器改為比例調節(jié)器，或電流調節(jié)器改為比例調節(jié)器，對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？答：速度調節(jié)器對階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/（1+Kn），或電流調節(jié)器對階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/（1+Kc），而對斜坡擾動的靜差變得更大。3-9從下述五個方面來比較轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的轉速單閉環(huán)直