電力拖動(dòng)系統(tǒng)

一、填空40分

二、判斷40分

三、問(wèn)答20分

四、設(shè)計(jì)10分

一、填空

（直流）

1.現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)已成為電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制

理論、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)等多門(mén)學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。

2、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、功率放大與變換裝置、控制器及相應(yīng)的傳感器等構(gòu)成。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

按被控物理量分：以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng)；以角位移或直線位移為被控量的

系統(tǒng)叫位置隨動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也叫伺服系統(tǒng)。

按驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型分：用直流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的為直流傳動(dòng)系統(tǒng)；用交流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)

機(jī)械的為交流傳動(dòng)系統(tǒng)。

按控制器的類(lèi)型分：以模擬電路構(gòu)成的控制器叫模擬控制系統(tǒng)；以數(shù)字電路構(gòu)成的控制

器叫數(shù)字控制系統(tǒng)。

3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；任何轉(zhuǎn)速卜.負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持恒定不變或基本恒定，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的負(fù)載稱

為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

a.這類(lèi)負(fù)載多數(shù)呈反抗性的，。這類(lèi)負(fù)載有金屬的壓延機(jī)構(gòu)，機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等。

b.還有一種位能性轉(zhuǎn)矩負(fù)載。起重類(lèi)型負(fù)載中的重物多屬這類(lèi)負(fù)載。

恒功率負(fù)我就是消耗的功率不變的負(fù)載，這樣的負(fù)載在自然界中不是經(jīng)常見(jiàn)到，好多是人為

制造的。比如車(chē)床的負(fù)載，檔轉(zhuǎn)的快時(shí)，往往是進(jìn)刀小的時(shí)候，這是阻力小：當(dāng)進(jìn)刀大時(shí),

轉(zhuǎn)速就慢下來(lái)了。比較這兩種情況，它們消耗的功率幾乎不變（轉(zhuǎn)速乘以轉(zhuǎn)矩），這就是恒

功率負(fù)載。恒功率往往是人為控制的，目的是為了充分利用機(jī)器的功率潛力，就好像老牛拉

車(chē)，下坡的時(shí)候快上坡的時(shí)候慢一樣。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載有位能性和反抗性兩種。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重力產(chǎn)生,

具有固定的大小和方向，反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的大小不變，方向則始終與轉(zhuǎn)速反向。

恒功率負(fù)載的特征是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而功率為常數(shù)。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載的轉(zhuǎn)

矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比。

4、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。

5、

比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定

靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此，需設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。

由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)

精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對(duì)快速性的

限制來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)穩(wěn)定的；用PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后一超前校正則兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面

提高.系統(tǒng)的控制性能，但具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)

態(tài)精度為主，對(duì)快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI調(diào)節(jié)器：在隨動(dòng)系統(tǒng)中，快速

性是主要要求，須用PD或PID調(diào)節(jié)器。

比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)

避短，互相補(bǔ)充。比例積分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。

6、0型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差，被稱做有靜差調(diào)速系統(tǒng)；1型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸

入穩(wěn)態(tài)無(wú)差，被稱做無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。

7、調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：調(diào)速范圍和靜差率；

動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo);

跟隨性能指標(biāo)：上升時(shí)間、超調(diào)量與峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間；

抗擾性能指標(biāo)：動(dòng)態(tài)降落、恢復(fù)時(shí)間。

8、比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定

靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。

9、Simulink模塊：Source組的Step模塊、MathOperations組的Sum模塊和Gain模塊、

Continuous組的TransferFen模塊和Integrator模塊、Sinks組的Scope模塊

10、

光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是檢測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的元件，旋轉(zhuǎn)編碼器和電動(dòng)機(jī)相連，當(dāng)也動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器可分為絕對(duì)式和增量式兩種。絕對(duì)式編

碼器在碼盤(pán)上刻上表示角度的循環(huán)碼（格雷碼），通過(guò)接收器將該數(shù)碼送入計(jì)算機(jī)，常用于

檢測(cè)轉(zhuǎn)角，若需得到轉(zhuǎn)速信號(hào)，必須對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分。增量式編碼器在碼盤(pán)上均勻地刻制?

定數(shù)量的光柵，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤(pán)隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)光柵的作用持續(xù)不斷的開(kāi)放或封

閉光通路，在接收裝置的輸出端便得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可以計(jì)算轉(zhuǎn)

速。為了獲得轉(zhuǎn)速的方向，可增加一時(shí)發(fā)光與接收裝置，使兩對(duì)?發(fā)光與接收裝置錯(cuò)開(kāi)光柵節(jié)

距1/4,則兩項(xiàng)脈沖序列A和B的相位相差兀/2,正轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相，反轉(zhuǎn)時(shí)B相超前A

相。

11、

為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反

饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的

輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從I牙環(huán)結(jié)

構(gòu)上來(lái)看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反

饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。

12、在可逆運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)也抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流措施為采用均衡（環(huán)流）電抗器

13、

1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用

（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)

態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。

（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。

（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。

2.電流調(diào)節(jié)器的作用

（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給

定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。

（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。

（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。

（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦

故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。對(duì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行十分重要。

（交流）

由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式

丁二3n式心_______

‘四[（這+R）2（4+4）2]

可知，能夠改變的參數(shù)可分為3類(lèi)：

電動(dòng)機(jī)參數(shù)、電源電壓和電源頻率（或角頻

率）。

15、

1.常用的基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速和變壓變頻調(diào)速兩類(lèi)。

2.異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的等效電路和機(jī)械特性，兩者既

有聯(lián)系又有區(qū)別c穩(wěn)態(tài)等效電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性，

而機(jī)械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。

1b、以頻率馬期望的輸出也壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三

角波作為載波，當(dāng)調(diào)制波和載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從

而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱做正弦波脈寬調(diào)制SPWMo

PWM控制方式有單極性和雙極性。

17、異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。

?異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成。

?磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程

?電壓方程和運(yùn)動(dòng)方程為微分方程

18、

電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動(dòng)勢(shì)抵消，或者由于其作用方向與d軸垂直而對(duì)主磁

通影響甚微，所以直流電機(jī)的主磁通基本上唯?地由勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流決定，這是直流電

機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的根本原因。

如果能將交流電機(jī)的物理模型（見(jiàn)下圖）等效地變換成類(lèi)似直流電機(jī)的模式，分析和控制就

可以大大簡(jiǎn)化,坐標(biāo)變換上是按照這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則

是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一致。

19、

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制（VC）的基本思想是通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)

正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型，仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩和磁

2.電樞電阻Ra

(1)短接電機(jī)電樞

(2)不加勵(lì)磁、電機(jī)堵轉(zhuǎn)

(3)合上S1和S2,

＞調(diào)節(jié)給定，使輸出電壓到30%?70%的額定電樂(lè)

＞調(diào)節(jié)電阻，使樞電流80%―90%的額定電流

＞測(cè)定UJ和丫。

(4)斷開(kāi)S2上注匚

＞測(cè)定式和時(shí)。

(5)計(jì)算

＞平波電抗器電陽(yáng)母和整流裝置內(nèi)阻電：RL+RnMuZ-u/JAi/-1/)

＞電樞電阻Ra：Ra=R-(Rl+Rn)

3.平波電抗器電阻RL

(1)短接電抗器兩端

(2)不加勵(lì)磁、電機(jī)堵轉(zhuǎn)

(3)合上S1和S2,

調(diào)節(jié)給定，使輸出電壓到30%?70%的額定電壓

調(diào)節(jié)電阻，使樞電流80%―90%的額定電流

測(cè)定和?

⑷斷JFS2

測(cè)定U廣和1廣?

(5)計(jì)算

電樞電BiRa和整流裝置內(nèi)阻電：Ra+Bn=(U/'-U；?(l2〃T「)

平波電抗器電阻Ri=R-(Ra+Rn)

（二）電樞回路電感測(cè)量

交流伏安法測(cè)定

L=La+q+LB（電樞電感La、平波電抗器電感/、整流裝

置漏感內(nèi)阻LB忽略）”

L額定勵(lì)磁，電機(jī)不轉(zhuǎn)（直流機(jī)通交流電當(dāng)然不轉(zhuǎn)）

2.變片器高壓端接交流電源，低壓側(cè)接電樞

3.讀出電樞電壓以、電抗器電壓5和I。此處為交渣電

勵(lì)慰

電源

■ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

■A甲R(shí)為轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器

■ACMR為定子電流勵(lì)磁分量調(diào)節(jié)器

■ACTR為定子電流轉(zhuǎn)矩分量調(diào)節(jié)器

■FBS為轉(zhuǎn)速傳感器

、

1、記取一個(gè)采樣周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)算出轉(zhuǎn)速的方法稱為M法測(cè)速，

又稱頻率法測(cè)速，M法測(cè)速只適用于高速段。T法測(cè)速是測(cè)出旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)輸出脈沖

之間的間隔時(shí)間來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，又被稱為周期法測(cè)速，T法測(cè)速更適用于低速段。在M法

測(cè)速中，隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低，計(jì)數(shù)值減少，測(cè)速裝置的分辨能力變差，測(cè)速誤差

增大。T法測(cè)速正好相反，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，計(jì)數(shù)值減小，測(cè)速裝置的分辨能力

越來(lái)越差。綜合這兩種測(cè)速方法的特點(diǎn)，產(chǎn)生了M/1測(cè)速法，它無(wú)論在高速還是在低速

時(shí)都具有較高的分辨能力和檢測(cè)精度。

2、

.異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性圖

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

變壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性圖

圖5-11異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性

3、不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是因?yàn)槠骄妷篣d始終大于零，電流雖然能夠

反向，而電壓和轉(zhuǎn)速仍不能反向。如果要求轉(zhuǎn)速反向，需要再增加VT和VD,構(gòu)成可逆

的PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。

可逆是指轉(zhuǎn)速可逆、電壓可逆。

不是電流、轉(zhuǎn)矩可逆，也不是能量可逆

4、

當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載㈣加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落

與理想空載轉(zhuǎn)速〃。之比稱做靜差率s：s=也

刀o

對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就

越差。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，值一定，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求s值

越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速,mox和最低轉(zhuǎn)速〃總之比稱為調(diào)速范圍，用字

母。表示，即：

調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)

的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指

在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。

5、

為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電

樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量

的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過(guò)允許值。系統(tǒng)

中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。引入電流負(fù)反饋，可以使它不超過(guò)允許值。但這種作用

只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常的穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)又得取消。當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的

電流負(fù)反饋，叫做電流截止負(fù)反饋（不同于電流負(fù)反饋）。

6、

■在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)

節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)府性能要差一些。

雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不

必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋I可來(lái)，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)

電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。

7、

1.調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方怙的原則是：（1）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；

（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；（4）能考慮飽和非線

性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；（5）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的

反饋控制系統(tǒng)；

2.工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的步驟

3.原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。步驟是：先從電流環(huán)開(kāi)始,對(duì)其進(jìn)行必要的變換和近似處理，

然后根據(jù)電流環(huán)的控制要求確定把它校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng)，再按照控制對(duì)象確定

電流調(diào)節(jié)器的類(lèi)型，最后按動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)

完成后，把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再用同樣的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。

8、

1.雙閉環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)采樣周期怎么定：外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多

環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，這樣做雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)

系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。

■轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系：

外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，

雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。

9、

1.按照交流異步電動(dòng)機(jī)原理，從定子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子的電磁功率分成兩部分，一部分是拖

動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱做機(jī)械功率，另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)

差率成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，能量是被消耗掉還是得到

利用，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系

統(tǒng)分成三類(lèi)：轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)差功率不變

型調(diào)速系統(tǒng)；

10、

1.恒定子磁通、恒氣隙磁通、恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要更

雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能，但機(jī)械特性還

是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電

動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。

1-----------------A.-------------------------------

p助率消腱一交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

市用，欠同步串線調(diào)速系統(tǒng)

按變化

PPsi力率醺型一顆調(diào)速普

情況^分

對(duì)M同步串線調(diào)速系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)

Psi力率不變型一朝調(diào)速SPWM

交

流

如

掾恒EgJ控制

調(diào)恒Er④11甜

劃

分

速

制

統(tǒng)

士面十第（他空同步電動(dòng)機(jī)潮崛系統(tǒng)

電蜘機(jī)調(diào)速

劃分

自控同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

在低頻時(shí)Us和蜃都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需

要人為地把電壓u$抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。

通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。

11、

1.電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同時(shí)還受到功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的

制約。當(dāng)環(huán)寬2h選得較大時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；

如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開(kāi)關(guān)頻率卻增大了。實(shí)際使用中，應(yīng)在器件開(kāi)關(guān)

頻率允許的前提下，盡可能選擇小的環(huán)寬。

12、

1.轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想就是在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)差角

頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。

13、

1.環(huán)流是什么、怎么回事、有用沒(méi)用、平均環(huán)流和瞬時(shí)環(huán)流如何消除：兩組晶閘管整

流裝置同時(shí)工作時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流,

稱作環(huán)流。一般地說(shuō)，環(huán)流對(duì)系統(tǒng)無(wú)益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功

率，環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此必須予以抑制或消除。如果讓正組VF和

反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負(fù)相連，必然產(chǎn)生較大的直流平

均環(huán)流。應(yīng)該在正組處于整流狀態(tài)、心血為正時(shí)，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)，使41r

為負(fù)，且幅值與圓f相等，使逆變電壓及「把整流電壓及「頂住，則直流平均環(huán)流為

零。在采川。二￡配合控制以后，消除了直流平均環(huán)流，但這只是就電壓的平均

值而言的，由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓uQ〃曲的情

況，從而仍能產(chǎn)生環(huán)流，這類(lèi)因?yàn)樗矔r(shí)的電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流被稱為瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。

為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡

電抗器。環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時(shí)環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的

5曠10%來(lái)設(shè)計(jì)。在三相橋式反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋又有兩條并聯(lián)的環(huán)流

通道，總共要設(shè)置四個(gè)環(huán)流電抗器，另外還需要一個(gè)平波電抗器。

三、

1、

.數(shù)字PI調(diào)節(jié)器增量式和位置式的算法公式

■PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)列出如下:

耳為")=——

TS(2-56)

■輸出函數(shù)和輸入誤差函數(shù)關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式為

〃(。=J&r)+工J夕9=K/(r)+KJe(t)dt

式中頻為比例系數(shù)，&為積分系數(shù)。

■轉(zhuǎn)換為差分方程，其第左拍輸出為

xz(Zr)=Kpc(k)+=Kpo(k)+u：(k)9。)

=Kp儀k)-KmaMc)+葭Kk—l)式中北皿為采樣周期c

■增量式算法只需要當(dāng)前的和尸拍的偏差即

可計(jì)算輸出值。

△〃⑻=u(k)-u(k-Y)=KP\e(k)-e(k-1)]+KjTsame(k)(2-92)

〃(左)=u(k-1)4-\u(k)

=u(k-r)^Kp[e(k)-e(k-1)]+峪口*)(2-93)

i.數(shù)字PI調(diào)節(jié)器有位置式和增量式兩種算法，增量式PI調(diào)節(jié)器算法只需輸出限幅,

位置式算法必須同時(shí)設(shè)積分限幅和輸出限幅，缺一不可。若沒(méi)有積分限幅，積分項(xiàng)

可能很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。

2、按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器：電流環(huán)選用典型1型

系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)選用典型11型系統(tǒng)。

作用：

交流電機(jī)主要分為異步電機(jī)（即感應(yīng)電

機(jī)）和同步電機(jī)兩大類(lèi)，每類(lèi)電機(jī)又有不

同類(lèi)型的調(diào)速系統(tǒng)。

■轉(zhuǎn)差率=（同步轉(zhuǎn)速-異步轉(zhuǎn)速）/同步轉(zhuǎn)速

■同步轉(zhuǎn)速=60*電源頻率/極對(duì)數(shù)

■異步轉(zhuǎn)速就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

■n=60f（1-s）/p,（式中n、f、s、p分

別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁

3，極對(duì)數(shù)）；

同步轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

?同步轉(zhuǎn)速6=用

供電電源頻率/電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)〃0

轉(zhuǎn)差頻率

■交流異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間

的差值。

■定子上的電頻率轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子上的時(shí)候，中

間有多少被消耗掉了。（n=60f/p）

fr+fm=fe

■fr--轉(zhuǎn)差頻率

■fm--轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率

■fe--電頻率，or定子上通過(guò)的電流頻率

轉(zhuǎn)差率

■交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率與同步轉(zhuǎn)速之比叫“轉(zhuǎn)差率”：

S=(nl-n)/nl式中：nl為同步轉(zhuǎn)速，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

■起動(dòng)瞬間，n=Ozs=l

■理想空載運(yùn)行時(shí)：n=nlzs=O

■作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s的范圍在0---1之間。

■轉(zhuǎn)差率一般很小，如s=0.03o

■制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即nl與n反

向，s>l

■發(fā)電運(yùn)行時(shí)，n高于同步轉(zhuǎn)速nl,svO.

為什么存在轉(zhuǎn)差

1、轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持一定的速度差

,才可能切割磁力線。

2、切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁

轉(zhuǎn)矩的必要條件。

3、只有存在轉(zhuǎn)差，電機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)。

5

2.SPWM控制方式

■如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波

只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到

的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫

做單極性控制方式。

■如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在

正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在

正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。

（2）雙極性PWM控制方式

6.直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制的基本思想

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制（VC）的基本思想是通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)

正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型，仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩和磁

鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（DTC）的基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的

正負(fù)符號(hào)，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子

磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁錐的控制。

直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題

矢量控制（VC）的特點(diǎn)：（1）按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解

耦，需要電流閉環(huán)控制；（2）轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對(duì)象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用磁鏈閉

環(huán)控制，也可以采用開(kāi)環(huán)控制；（3）采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)

控制可有效地限制起、制動(dòng)電流；存在的問(wèn)題：（1）轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算精度