機電運動控制系統(tǒng)作業(yè)答案選做

1、機電運動控制系統(tǒng)(習題集) 選做作業(yè) 參考答案 1答: 與直流發(fā)電機-電動機組機械特性相比, 不同之處是: (1) 分電流連續(xù)與電流斷續(xù)二個區(qū)域; (2) 電流連續(xù)區(qū)因可控整流器內(nèi)阻大 (特別有換流重迭壓降引入的等效電阻) 而使機械特性軟； 電流斷續(xù)區(qū)則因電流不連續(xù)致使機械特性更軟而無法負載工作。 三相半波可控整流器供電直流電機機械特性如圖所示: 0? 時，整流器工作在整流狀態(tài)，電機工作在電動狀態(tài)； 0? 0? 時，整流器工作在逆變狀態(tài)，電機工作在制動狀態(tài)。 0? : 答2. 調(diào)速特性機械特性軟, , 由于可控整流器供電直流電機調(diào)速系統(tǒng)負載輕時電流斷續(xù) 差，無靜差度可言。 L，增大晶閘管導通角

2、以使電流連續(xù)。 解決辦法：串接平波電抗器 : 能確保輕載下最小電流 平波電抗器電感量計算原則是 I10)%(5?N?I? 時電流仍連續(xù)。 dmin20%I?N I越小，要求平波電抗器電感量越大。一般規(guī)律是 dmin 答：3，它從電u，整流電流I，反映到控制信號即U (1) 電網(wǎng)電壓波動：影響整流電壓 fidd 流環(huán)介入，故電流調(diào)節(jié)器起主要作用。，反映到控制信，n負載擾動：負載(2)T的變化將影響轉(zhuǎn)矩平衡關系，繼而影響轉(zhuǎn)速 rL ，它從速度環(huán)介入，故速度調(diào)節(jié)器起主要作用號即ufn 答：4. 或0 u PI(1) 根據(jù)調(diào)節(jié)器的特性，穩(wěn)態(tài)時能實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，使反饋等于給定，即： nu 調(diào)節(jié)器的輸入偏差

3、為零。0 ，兩個PI i ，如 u 0 時的輸出狀態(tài)值(u (2) 它們的輸出電壓應對應于第一次進入u 0 或nni，調(diào)節(jié)器有積分、記憶功能，對過去出現(xiàn)過的誤差信號有記PIT )。這是由于U，I，u，did 憶作用。u?u0?u? ，調(diào)節(jié)器輸入為零，但由于PI 時， 調(diào)節(jié)器的積分作用，對過去 當 fngn0?n0?u 的輸出值 出現(xiàn)過的誤差有記憶，則積分輸出不為零，維持第一次出現(xiàn)時 nnu?u （無差） ，進而維持 fng U n ?u?0nu n ?u?0n uK?np t 5答： UU、 會不經(jīng)直流電機而順串短路，因無 產(chǎn)生的整流電壓 兩橋反并聯(lián)且同時整流時, dd電阻限流，會形成巨大環(huán)流

4、。 限制環(huán)流的有效辦法(對策)是: (1) 要求直流電壓： ? 極性互頂：一橋整流、一橋逆變。 如圖所示 + UUEEdd - 橋I橋II?)()( IIIIII ?coscosE?EI? 即 ? 大小相等 ， UU?Idd? ?I這樣可以消除平均環(huán)流, 因為 ? ?I? 整流平均電壓 平均環(huán)流 ，消除了平均環(huán)流 UU?ddI? , 因為：但不能消除瞬吋環(huán)流瞬時電一橋逆變時整流平均電壓相等，但瞬時電壓波形不同，瞬時環(huán)流 一橋整流、 壓差將引起瞬時環(huán)流，控制上要求必須同時控制平均及瞬時環(huán)流。: 因此環(huán)流控制策略有 1）有環(huán)流系統(tǒng)（ 無平均環(huán)流，限制瞬時環(huán)流 原則： ? ? 做法：? ； ? 一橋

5、整流、一橋逆變， I? ?I，L、 電抗器L? ）限制瞬時環(huán)流（非平波電抗器L ）無環(huán)流系統(tǒng)（2 ，一橋封鎖（不工作）? 原則：一橋工作（整流或逆變） 邏輯無環(huán)流晶閘管直流電機可逆調(diào)速系統(tǒng) 采用邏輯電路保證兩橋切換的安全? :答6使換流, (300Hz)的晶閘管作開關元件可控整流器-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)釆用開關速度慢型直流調(diào)(PWM)S. 而脈寬調(diào)制3.33 6.66m死區(qū)(晶閘管不立即響應觸發(fā)信號的時間)平均為換流死kHz, Hz 幾百(GTR, IGBT, MOSFET速系統(tǒng)釆用自關斷器件等), 其開關頻率在幾k致使電機電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、速度響快上了幾百、上千倍, 幾百nS, 區(qū)時間降至幾十

6、nS , 即有了更好的動態(tài)特性。應時間大大縮短 : 7答: 即, 機械特性發(fā)生如圖改變, 根據(jù)電機學原理, 當異步電機端電壓變化時 2?U T?最大轉(zhuǎn)矩1m?R?2?S臨界轉(zhuǎn)差 ?m?xx?21 致使機, 但發(fā)生最大轉(zhuǎn)矩的位置S故隨端電壓不變下降時, 最大轉(zhuǎn)矩平方下降, mm1 , 實現(xiàn)了調(diào)壓調(diào)速。 ,速度n 降低S械特性變軟, 與負載特性的交點即運行點的滑差增大是用雙向晶閘管或兩只反并實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的電力電子技術(shù)裝置是交流固態(tài)調(diào)壓器, 聯(lián)的晶閘管構(gòu)成。 :答8可以簡單釆, 由于電機轉(zhuǎn)子側(cè)釆用了不控整流器使轉(zhuǎn)子頻率滑差功率P變成直流功率s從電機向電網(wǎng)方但釆用不控整流器只能使滑差功率來吸收U用有源

7、逆變器的直流電勢, Ps 故為亞同步串級調(diào)速系統(tǒng)。, 實現(xiàn)從同步速向下降低 n,即增大轉(zhuǎn)子P, 增大S, 向傳送s : 9. 答 即系統(tǒng)調(diào)速控制量為逆變超前角, ?I?3E2.34EUcos)變化?U(? 變化 變化 ?ffs2 2?sP?EI3IR?3?P?Mfs222 變。 n s 變變化 其調(diào)節(jié)規(guī)律是：?90?0?U(?E) 時, 串級調(diào)速系統(tǒng)運行于轉(zhuǎn)子短接的自然特性上 達最高 (a)當 ff; 速? 時 , 速度下降; (b) 當 ?nU(s?E?)?cos?PsP?Mfsf ?30? ，即達到了最低速 (c)為防止逆變顛覆，限定 min : 10. 答 特點： n隨運行頻率變化（1）

8、同步速 s 恒轉(zhuǎn)矩特性2（）不同頻率下，特性曲線硬度相同（平行線） （T轉(zhuǎn)速不太低的恒轉(zhuǎn)矩負載 控制下，其機械特性適合調(diào)速范圍不寬、 C?fU/m11 水泵。不夠）；特別適合負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負載，如風機/，以，以補償定子電阻壓降，可增大）適當提高端電壓 U T 低頻時（ 5Hzf? 1m1 適當提高帶負載能力 11. 答: 特點是: 恒最大轉(zhuǎn)矩運行最大轉(zhuǎn)矩 T 不變， 與無關。 1m 仍為恒轉(zhuǎn)矩特性（不同 下 n相同），但線性段范圍更寬。 1低頻時起動轉(zhuǎn)矩 T比額定頻率起動轉(zhuǎn)矩 T大。 QNQ ?)Ifcos(低頻起動時，? 產(chǎn)生起動?。┐笮∞D(zhuǎn)子電流有功分量（22211T 大；轉(zhuǎn)矩

9、Q?cosI)(f額定頻率起動時，? ）小轉(zhuǎn)子電流有功分量（產(chǎn)大 大222N11NT 生起動轉(zhuǎn)矩小。QN?C? 即（恒定）， 隙須運最要實現(xiàn)恒大轉(zhuǎn)矩行，必確保氣磁通Cf?E/m11U ，必須全頻范圍內(nèi)恰如其分地補償定子電阻壓降。 （恒定）。而外部控制量為1 : 答12 低頻時如將電壓作進一步補償，除補償?shù)舳ㄗ勇┳杩箟航低?，再補償?shù)艮D(zhuǎn)子漏阻抗壓. 控制E/f = C 降，最后保持轉(zhuǎn)子電勢E線性變化，實現(xiàn) r1r)fT?s(?下，為一族 機械特性下， 在確定頻率這樣 , 為一直線；不同頻率11 并激直流電機特性 平行線 13答: 這主要是變流器(變頻器)非正弦電源中含有豐富的諧波電壓(電流), 引

10、起轉(zhuǎn)子參數(shù)變化之故。 即對諧波而言, 諧波滑差 S = 1 ，轉(zhuǎn)子頻率 f= S f = f 變成了高頻，轉(zhuǎn)子集11k2 k膚效應嚴重, 致轉(zhuǎn)子電阻R增大；轉(zhuǎn)子電流擠向槽口，分布不均，槽漏抗減小；槽漏抗原2k是限制轉(zhuǎn)子電流的主要因素, 它的減小致使轉(zhuǎn)子中諧波電流I劇增, 結(jié)果是轉(zhuǎn)子諧波銅耗2k 2R遠大于基波銅耗, 轉(zhuǎn)子發(fā)熱劇烈, 成為變頻調(diào)速電機主要問題之一。P = (I) 2k2k2k 必須注意與調(diào)壓調(diào)速時異步電機轉(zhuǎn)子發(fā)熱是由基波損耗(滑差功率)引起, 而變流器(變頻器)非正弦供電電機轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱是諧波效應所致, 不是基波造成的結(jié)果。 14答: 變頻器非正弦供電時，諧波電流增加了損耗、降低

11、了效率。但變化趨勢與變頻器型有關: 電壓源型逆變器供電時: 諧波電壓大小取決于變頻器輸出電壓波形，確定；諧波含量固定，與電機負載大小無關。故諧波電流大小及產(chǎn)生的諧波損耗p不隨負載變化而恒2定。這樣: 輕載時，小，大小固定的p影響大，多。 2 滿載時，大，大小固定的p影響小，少（2%） 2 電流源型逆變器供電時: 電流波形確定，即電流中各次諧波含量比例確定，而其大小隨負載變。這樣: 多； 滿載時，電機電流諧波增大，損耗增大，、cos 少。、cos 輕載時，電機電流諧波量小，損耗較小， 15答: 有兩種形態(tài)的諧波轉(zhuǎn)矩, 它們的成因及性質(zhì)(特點)是: (1) 恒定諧波轉(zhuǎn)矩, 其成因是: 氣隙磁通中諧

12、波磁通（激勵）轉(zhuǎn)子中感應出同次諧波電流（響應） 相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩 其性質(zhì)是: 異步轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩恒定（大小、方向確定）, 其值很?。?% T）影響可忽略。 N(2) 脈動轉(zhuǎn)矩, 其成因是: 不同次數(shù)諧波磁場(主要是幅值最大的5、7次)與基波磁場的相互作用產(chǎn)生. 其性質(zhì)是: 脈振轉(zhuǎn)矩, 平均值為零, 但低頻運行時單方向幅值很大, 六倍基波頻諧波轉(zhuǎn)矩。 16答: 電流源型逆變器釆用大電感濾波，直流母線電壓U而兩橋開關元件單, 極性允許改變d功率流向改變?nèi)扛淖冎绷髂妇€電壓極性，這是通流向不能變, 向?qū)щ娦詻Q定直流電流I d 如圖所示。, 過調(diào)節(jié)兩橋變流器觸發(fā)角大小來實現(xiàn) : 這樣可得如表所示的兩

13、橋控制規(guī)律 17答:）因電源內(nèi)阻小，拖動多臺電機工作時小值電源內(nèi)阻壓降不會VSI1）電壓源型逆變器（ 但因無制動功能，不能實用要求快速加、減速的場合。影響端電壓，適合多機群控; ）因電源內(nèi)阻大，多機運行將通過大內(nèi)阻壓降相互影響，只適CSI2）電流源型逆變器（ ; 合單機運行但有四象限運行能力，適合于有動態(tài)快速性要求的場合。 答: 18. (1) 異步調(diào)制：調(diào)制波頻率變化時，保持載波頻率恒定不變的協(xié)調(diào)控制方式。 特點： 控制方便； f載波頻率 應 Tk?N3 變頻運行時調(diào)制波頻率變，不能確保載波比 調(diào)制波頻率fR 致使半周期脈沖數(shù)變，甚至正、負半周中的脈沖數(shù)也不相同，分解出的基波相位也變，將造成

14、電機運行不穩(wěn)定。 高頻運行時N 小，半周期脈少，諧波多，輸出特性差。 (2) 同步調(diào)制：載波頻率與調(diào)制波頻率正比變化的協(xié)調(diào)控制方式。 特點： 任何頻率下，半周內(nèi)脈沖數(shù)相同，輸出電壓波形穩(wěn)定 低頻時由于必須低壓，造成脈沖稀疏，諧波成分大，輸出特性差。 （同步調(diào)制）的協(xié)調(diào)控制方 N(3) 分段同步調(diào)制：將運行頻率范圍分段，每段段內(nèi)不變 式。 特點： N大，以增加脈沖數(shù)，減少諧波。 低頻段 )，以充分利用直流母線電壓。(不再作PWM調(diào)制 基頻以上為方波 答：19）保持在設計、 cos 異步電機運行（恒速或變頻）時, 均希望其運行性能（力能指標 點上，其中關鍵是保證電機磁路工作點不變或按要求變。磁路工作點以每極磁通或磁密 恒磁通。否則描述，為保持良好運行性能，要求維持磁路工作點 不變Bm2 (B )p 磁路過飽和：mFe cos B m 出力不夠磁路欠飽和 4.44fwkE? 從電機內(nèi)、外部電量關系上：m111w1E1?f/ 要求 ，要維持E， 因此電機確定后，結(jié)構(gòu)參數(shù)確定（不變）則有 = C , lmlmf1故變頻時必須, E為電機內(nèi)部量，只能通過端電壓 U改變線性變化