皖西学院电力拖动历年考试试题

1. 直流调速系统用的可控直流电源有： 旋转变流机组（ G-M 系统） 、 静止可控整流器（ V-M 统） 、 直流斩波器 和脉宽调制变换器（ PWM） 。 2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是 饱和非线性控制 、 准时间最优控制 和 转速超调 。 3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有 恒磁通控制 、 恒功率控制 和 恒电流控制 三种。 4. 变频器从结构上看，可分为 交交变频 、 交直交变频 两类，从变频电源性质看，可分为 电流型 、 电 压型 两类。 5. 相异步电动机的数学模型包括： 电压方程 、 磁链方程 、 转矩方程 和 运动方程 。 6. 异步电动机动态数学模型是一个 高阶 、 非线性 、 强耦合 的多变量系统 。 7. 常见的调速系统中，在基速以下按 恒转矩 调速方式，在基速以上按 恒功率 调速方式。 8. 调速系统的稳态性能指标包括 调速范围 和 静差率 。 9. 反馈控制系统的作用是： 抵抗扰动 ， 服从给定 。 10. VVVF 控制是指逆变器输出 电压 和 频率 可变的控制 11、转速 、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用 串级 联接，其中转速反馈极性为 负反馈 、电流反馈极性为 负反馈 。 12、直流斩波器的几种常用的控制方法： T 不变，变 ton 脉冲宽度调制（ PWM） ； ton 不变，变 T 脉冲频率调制（ PFM） ； ton 和 T 都可调，改变占空比 混合型 。 13、转速、电流双闭环系统，采用 PI 调节器，稳态运行时，转速 n 取决于 给定电压 、 ASR 的输出量取决于 负载电流 。 14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制 电动机转速 来工作的。 15. V-M 系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是 设置平波电抗器 。 16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用 电流截止负反馈 。 17、在配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是 直流平均 环流，可用 串接环流电抗器 抑制。 18、采用 PI 调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历 不饱和 、 饱和 、 退饱和 三种状态。 1、调速范围和静差率的定义是什么？ 答 ：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫 做调速范围，用字母 D 表示 ,即： maxminnD n=当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN 与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s，即 0Nns nD=。 2、简述恒压频比控制方式 答 ：绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁 阻抗压降，而认为定子相电压 Us Eg，则得 1Usf =常 值这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就 比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 3、转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏 差电压和输出电压各是多少？为什么？ 答 ：当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压和输出电压都是零，转速调节器 ASR 的输出限幅电压 Uim 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器 ACR 的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压 Udm. 4、单闭环调速系统的基本特征 答 ：（ 1)具有比例放大器的单闭环调速系统是有静差的； （ 2）闭环系统具有较强的抗干扰性能反馈闭环系统具有很好的抗扰性能，对于作用在被负反馈所包围的前向通道上的一切扰动都能有效地抑制； （ 3）闭环 系统对给定信号和检测装置中的扰动无能为力。 5、在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？并说明理由。 答： 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。 6、晶闸管 -电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？ 答： 当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过 VF 流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置 VR，并使它工作在逆 变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。 7、解释待正组逆变和反组逆变，并说明这两种状态各出现在何种场合下。 答： 正组逆变电枢端电压为负，电枢电流为正，电动机逆向运转，回馈发电，机械特性在第四象限。 反组逆变电枢端电压为正，电枢电流为负，电动机正向运转，回馈发电，机械特性在第二象限。 8、有静差系统与无差系统的区别。 答： 根本区别在于结构上 (控制器中 )有无积分控制作用， PI 控制器可消除阶跃输入和阶跃扰动作用下的静差，称为无静差系统， P 控制器只能降低静差，却不能 消除静差，故称有静差系统。 9、简述泵升电压产生的原因及其抑制措施。 答 ：泵升电压产生的原因：采用二极管整流获得直流电源时，电机制动时不能回馈电能，只好对滤波电容充电，使电容两端电压升高，产生泵升电压。 泵升电压抑制措施：电容器吸收动能；镇流电阻消耗动能；并接逆变器。 10、什么叫环流 ? 并说明有环流可逆系统的适用场合。 答 ：只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。 适用于中小容量系统 , 有较高快速性能要求的系统。 11、在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰 动时，哪个调节器起主要调节作用？ 答 ：电网电压波动时， ACR 起主要调节作用 ;负载扰动时， ASR 起主要抗扰调节作用。 五、 计算题 1、 某直流调速系统的电动机额定转速为 nN=1430r/min ,额定速降 nN =115r/min，当要求静差率 s 30时，允许多大的调速范围？如果要求静差率 s 20，试求最低运行速度及调速范围。 解： 要求 s 30%时，调速范围为 若要求 s 20%时，最低空载转速为 最低运行转速为 调速范围为 2、某一调速系统，测得的最高转速特性为 nO max = 1500r / min ，最低转速特性为 nO min = 150r / min ，带额定负载时的速度降落 nN = 15r / min ，且在不同转速下额定速降 nN 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 ：思路一： 系统能够达到的调速范围为： m a x 0 m a xm i n 0 m i n1500 111 5 0 1 5NnnD n n n= = = =- D -系统允许的静差率： 1 1 1 51 0 0 % 1 0 0 % 1 0 %1 5 0 0 1 1 1 5NNNDns n D nD = ? ?+ D + ?思路二： 系统允许的静差率： 0 0 m i n151 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 %150NNnns DD= ? ? ?系统能够达到的调速范围为： 0 m a x 1 5 0 0 0 . 1 11( 1 ) ( 1 ) 1 5 ( 1 0 . 1 )NNNn s n sD n s n s = = = =D - D - ?3. 在转速、电流双闭环系统中，两个调节器 ASR、 ACR 均采用 PI 调节器。已知参数：电动机： Pnom=3.7kW ， Unom=220V ， Inom=20A ， nnom=1000r/min，电枢回路总电阻 R=1.5，设 Unm*= Uim*= Ucm=8V，电枢回路最大电流 Idm=40A，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）当 电动机在最高转速发生堵转时的 Ud0、 Ui、 Uc 值。 解： （ 1） = Uim*/Idm=8/40=0.2 = Unm */ nnom=8/1000=0.008 （ 2） Ud0=IdmR=40 1.5=60V Ui= Uim*=8V（ 极性相反 ） Uc= Ud0/Ks=60/40=1.5A 4. 已知某调速系统电动机数据为： PN=18KW ,UN=220V ,IN=94A ,nN=1000r/min ， Ra=0.15整流装置内阻 Rrec = 0.3触发整流环节的放大倍数 Ks=40.最大给定电压 Unm* =15V, 当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压 Uim =10V 计算： （ 1）转速反馈系数 a 。 （ 2）调节器放大系数 Kp 。 解： （ 1）转速负反馈系数 a 应该是 * 15 0 .0 1 51000nnNUUnna = = = =先计算电动机的电动势系数 2 2 0 9 4 0 . 1 5 0 . 2 0 5 9 m in /1000N N aeNU I RC V rn- -?= = = g 则开环系数额定速降为 9 4 ( 0 . 1 5 0 . 3 ) 2 0 5 . 4 / m in0 . 2 0 5 9NopeIRnrC ?= = =V 1 1 0 0 0 0 . 0 1 5 . 5 6 / m i n( 1 ) 2 0 ( 1 0 . 1 )Nc nsDS =?-?V闭环系统的开环放大系数应为 12 0 5 .41 1 3 5 .95 .5 6opcnK n= - = - =VV 运算放大器所需的放大倍数 3 5 . 9 1 2 . 3/ 0 . 0 1 5 4 0 / 0 . 2 0 5 9PSeKK KCa= = = 5、如图所示的系统，要求 5%，试设计调节器。 解 ：根据题意，该系统可以校正为典型型系统，也可以校正为典型型系统后加给定滤波器。 校正成典型型系统时，若取 h=5，则 T1=0.1， hT1=5 0.01=0.05， T1 hT2。因此可以把大惯性环节 1/（ 0.1s+1）近似处理为积分环节 1/（ 0.1s），故系统控制对象的传递函数为 采用 PI 调节器校正，则开环传递函数为 按 Mpmin 准则 故调节器参数 这时超调量 =37.6%，为了减小超调量，输入通道加一给定滤波器 取滤波时间常数 T0= =0.05，超调量 =2.8% 5%，满足要求。最后还要校验一下近似条件是否满足 、 即 ，满足近似条件。 电力 拖动 控制技术 :是以电动机为对象 ,以电力电子技术功率变换器为弱电控制强电的媒介 ,以自动控制理论为分析和设计基础 ,以电子线路或计算机为控制手段 ,掌握运动控制系统的控制规律及设计方法 . 根据直流电机转速方程 : 式中 n 转速（ r/min）； U 电枢电压（ V）； I 电枢电流（ A）； R 电枢回路总电阻 励磁磁通（ Wb）； Ke 由电机结构决定的电动势常数 可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （ 1）调节电枢供电电压 U； （ 2）减弱励磁磁通 ； （ 3）改变电枢回路电阻 R。 常用的可控直流电源有以下三种 : 旋转变流机组 用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 静止式可控整流器 用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器 用恒定直流电源或不 控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 G-M 系统 :由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节 G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。这样的调速系统简称 G-M 系统 晶闸管 -电动机调速系统 （ 简称 V-M 系统 ，又称静止的 Ward-Leonard 系统），图中 VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud ， 从而实现平滑调速。 V-M 系统与 G-M 系统相比较： 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 10 4 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。 抑制电流脉动的措施 : 设置平波电抗器； 增加整流电路相数 ,或采用多重化技术。 调速系统的转速控制要求 : （ 1）调速 在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速； （ 2）稳速 以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量； （ 3）加、减速 频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳 针对前两项定义两个调速指标 :调速范围 和 静差率 合称调速系统的 稳态性能指标 调速范围： 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示 静差率： 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN ，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s 理想空载转速一定时 ,静差率和机械特性的硬度有关 ,特性越硬 ,静差率越小 ,转速的稳定度越高 . 调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准 . 1. 用 电动机 拖动生产机械工作称为电力拖动； 2. 制作电机的电工钢片都很薄，减少钢片的厚度目的是为了减少 涡流损耗 ； 3. 电枢 绕组 是直流电机产生电磁转矩和感应电动势、实现机电能量转换的枢纽； 4. 直流电动机的主要优点是 起动性能 和 调速性能 好； 5. 直流电机由 定子 和 转子 两部分组成； 6. 通常把电枢磁动势对空载气隙磁通密度分布的影响称为 电枢反应 ； 7. 电枢绕组的感应电动势为 E=ce￥ n，直流电机的电枢电动势 Ea 与每极 磁通 和 转速 的乘积成正比；当电枢上加额定电压、气隙每极磁通为额定磁通、电枢回路不串电阻时的机械特性成为他励直流电动机的 固有 机械特性 8. 人为地改变电动机的参数，如改变电压 U、改变励磁电流 If、电枢回路串电阻所得到的机械特性称为 人为 机械特性 9. 变压器的基本参数一般不在铭牌中标明，但可以通过 _空载实验 _和 _短路实验 _来测定变压器的参数， 10. 变压器运行时总是存在着损耗，主要损耗是 _铁损耗 _和 _铜损耗 _ 11. 变压器绕组中感应电动势的有效值与磁通幅值成正比，与磁通交变频率及绕组匝数成 _正比 _ 12. 变压器一次绕组接电源，二次绕组不接负载的运行方式称为 空载运行 ，二次绕组接负载的运行方式称为 负载运行 13. 变压器由 _铁心 _、 _绕组 _和 油箱 组成； 14. 变压器的折算中，当二次绕组向一次绕组折算时，电压、电动势的折算值等于原值乘以 _变比 K_，电阻、电抗、阻抗的折算值等于原值乘以 K 平方 ；电流的折算值为原 值的 1/K； 15. 所谓标幺值就是物理量的 实际值 与其 基值 之比 16. 交流电动机可分为 异步电动机 和 同步电动机 两大类 17. 三相异步电动机转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流并产 生电磁转矩，按照其结构形式分为 笼型转子绕组 和 绕线转子绕组 两种 18. 异步电动机定子绕组中，相邻两槽之间的电角度称为 槽距角 ，表达公式为：1360ZP 19. 某三相异步电动机的额定转速 nN=970r/min，该电动机的额定转差率为 0.03 ,磁极对数为 3 20. 异步电动机定子绕组中，每相绕组在每个磁极下占据的槽数称为 每极每相槽数 ，其表达公式： 112q pmZ m1为相数 21. 三相异步电动机定子电压和频率均为额定值，定子回路直接短路吗，定子不另串电阻电抗，这样得到的机械特性称为 固有机械特性 ，而人为改变电动机的某个参数得到的机械特性，称为 人为机械特性 22. 在直流电机绕组中，后一元件的端接部分紧叠在前一元件的端接部分上，这种绕组成称为 叠绕组 。 23. 直流电机的电磁转矩 T 与每极 磁通 和 电枢电流 的乘积成正比 24. 直流电机的电枢电动势 Ea 与每极 磁通 和 转速 n 的乘积成正比 25. 直流伺服电机按控制方式又可以分为 电枢控制 和 磁场控制 。 26. 交流伺服电机转速控制的方法：幅值控制、相位控制、幅值 相位控制。 27. 系统如果在受到外界干扰作用下，系统虽然偏离了原来的平衡状态，但能达到新的平衡状态，或者在外界干扰作用消失后，系统又重新回到原来的平衡状态，这样的系统成为 _能稳定运行的系统 _ 28. 他励直流电动机的起动为了限制过大的起动电流，一般采用 电枢回路串电阻 和 降压 起动两种方法。 29. 他励直流电动机的制动方法有 能耗制动 、 反接制动 和 回馈制动 。 30. 当电源电压和频率为常数，且负载保持不变时，改变 同 步电动机励磁电流，就能改变同步电动机的 功率因数 ，这是同步电动机独特的优点 31. 伺服电机能将输入的 控制电压信号 变换为转轴的角位移或角速度输出，在系统中作为执行元件。 32. 步进电机能将 输入的电脉冲信号 转换成 轴的角位移 或 前进一步 ，故而也称为脉冲电动机。 33. 测速发电机其输出的 电压 与转速成正比； 34. 一台三相六极，转子次数 Zr=80 的反应式步进电机，单拍运行的步距角为 _1.5 _ 35. 三相异步电动机三种基本调试方法分别是 改变电源频率 、 改变定子绕组磁极对数 、 改变转差率调速 。 36. 同步电动机电枢电流 I 与励磁电流 If 之间的关系曲线呈 V 形，故而成为 V 形曲线 37. 如果电源频率可调，当频率为