皖西学院电力拖动历考试试题.pdf

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： max min n D 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 0 N n s n D = 。 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 1 Us f =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 s30时，允许 多大的调速范围？如果要求静差率 s20，试求最低运行速度及调速范围。 解：要求 s30%时，调速范围为 若要求 s20%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： max0max min0min 1500 11 150 15 N nn D nnn = - D- 系统允许的静差率： 11 15 100%100%10% 1500 11 15 N NN D n s nD n D =? +D+? 思路二： 系统允许的静差率： 00min 15 100%100%100%10% 150 NN nn s nn DD =? 系统能够达到的调速范围为： 0max 1500 0.1 11 (1)(1)15 (1 0.1) N NN n sns D nsns = 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=401.5=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 0.015 1000 nn N UU nn a = 先计算电动机的电动势系数 220 94 0.15 0.2059min/ 1000 NNa e N UI R CVr n -? =g 则开环系数额定速降为 94 (0.15 0.3) 205.4 /min 0.2059 N op e I R nr C ? =V 1 1000 0.01 5.56 /min (1)20 (1 0.1) N c n s nr DS =? -? V 闭环系统的开环放大系数应为 1 205.4 1135.9 5.56 op c n K n =-=-= V V 运算放大器所需的放大倍数 35.9 12.3 /0.015 40/0.2059 P Se K K 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=50.01=0.05，T1hT2。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： 1 360 Z P 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： 1 1 2 q pm Z 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 40Hz,六极同步电动机