《电力拖动自动控制系统》参考答案.pdf

电力拖动自动控制系统参考答案： 第一章 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器 直流斩波器 2.答案：调速范围 静差率. 3.答案：恒转矩、恒功率 4.答案：脉冲宽度调制 二、判断题： 答案：1.、2. 、 三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩TL的关系。1.阻转 矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特 性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载 特性。 2.答案：放大器的放大系数Kp，供电电网电压，参数变化时系统有 调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈 环包围部分参数变化时有调节作用。 3.答案：Ud减少，转速n不变、Ud增加。 4.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一 定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。 5.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有 效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从 给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的 扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 6.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节 器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。 四、计算题： 1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允 许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54 2.答案：42.5NM，3.41NM 3.答案：T=62.92NM，n=920r/min，cos=0.78 4.答案：=0。时n0=2119r/min, =30。时n0=1824r/min， =31.1。，cos=0.82，s=0.0395。 5.答案：D=4.44，s=0.048，n=5.3r/min。 6.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7 7.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9 8.答案：s=0.86，ncl=5.56r/min，Kp=27.8， =0.0067Vmin/r。 9.答案：调速范围D=10，允许静差率s=10%。 10.答案：允许的静态速降ncl=3.06r/min，闭环系统的开环放大 系数K=31.7。 第二章 一、填空题： 1.跟随 抗扰 内环ACR 外环ASR 2.典型型 典型型 二、判断题： 答案： 1. 、2.、 三、问答题： 1.答案：1.确定时间常数；2.选择ACR结构；3.选择ACR参数；4.校 验近似条件； 2.答案： Ks 1/Ce U*n Uc Id E n Ud0 Un + + - ASR + U*i - R ACR - Ui UPE 稳态结构框图 3.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速 调节器参数，4.校验近似条件。 4.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵 转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。 5.答案：Un不变。 6.答案：平直段：ASR和ACR均工作在线形状态；下垂段：ACR工作 在线形状态，ASR工作在限幅状态。 7.答案：1.当Uim固定时，只需调节电流反馈系数即可实现 Idm=20A；当Unm已知时调节转速反馈系数可实现n=1000r/min。2. 发现下垂段特性不够陡时，可增大ACR的稳态放大系数；如工作段特性 不够硬时，可增大ASR的稳态放大系数。 8.答案：ASR未饱和，增大，Ui跟着增大，各环节输出量都保持 不变；ASR饱和，增大，则各量都将相应减小。 9.答案：Ui*从2V增加到3V；Uct略有增加；Uct值由转速n和负载电 流决定。 10.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时， ASR起主要抗绕调节作用。 12.答案： 13.答案：转速调节器的作用：1.是调速系统的主导调节器；2.对 负载变化起抗扰作用；3.输出限幅值决定电动机允许的最大电流。电流 调节器的作用：1.跟随作用；2.对电网电压波动及时抗扰作用；3.可保 证获得电动机允许的最大电流；4.限制电枢电流最大值。 14.答案：下图，整流状态，电动运行，提升重物， 90，Ud0 E，n 0，由电网向电动机提供能量。上图，逆变状态，回馈发电，放下 重物， 90，Ud0 E，n 0 ，由电动机向电网回馈能量。 15.答案：适合于起重机类型的负载。 n - n Id Te 整流状态 逆变状态 四、计算题： 1.答案：=0.25V/A，=0.01Vmin/r；Ud0=40V、Ui*=10V、 Ui=-10V、Uct=1V。 第四章 一、问答题： 1.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直 接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。 静态环流；动态环流。 危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功 率，环流太大时会导致晶闸管损坏。 利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流 作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶 闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影 响。 2.答案：有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点。设置几个 环流电抗器是个累赘。对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系 统，对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高。 3.答案： V-M系统的工作状态 正向运行 正向制动 反向运行 反向制动 电枢端电压极性 + + 电枢电流极性 + + 电机旋转方向 + + 电机运行状态 电动 回馈发电 电动 回馈发电 晶闸管工作的组别和状态 正组整流 反组逆变 反组整流 正组逆变 机械特性所在象限 一 二 三 四 4.答案：H型、T型和M型等结构型式。H型PWM变换器在控制方式上 分双极式、单极式和受限单极式。 5.答案：f000Hz 二、计算题： 1.答案：UVT=8841178V，Ip=43.1A可取50A。 2.答案：Id=38.47A；I1=31.39A。 第五章 一、填空题： 1.答案：软、大 2.答案：电阻、电动势 3.答案：消耗型、回馈型、不变型 二、判断题： 答案：1. 、2. 、3. 三、问答题： 1.答案：电力电子技术的发展，大规模集成电路和计算机控制的发 展，采用变换器的高性能的交流拖动系统得以实现。直流拖动被交流取 代，去除了直流电动机的不足。 2.答案：f1；sf1；sf1；n0；sn0；sn0；n0；不会。 3.答案：效率=0.87；转差率s=0.041；转速n=1439r/min。 4.答案：都适用 6.答案：节能调速；高性能交流调速系统；特大容量、极高转速交 流调速系统。 第六章 一、判断题： 答案： 1. 、2. 、3. 、 二、问答题： 1.答案：一般性能的节能调速和按工艺要求调速；高性能交流调速 系统和伺服系统；特大容量、极高转速交流调速系统。 2.答案：转差功率消耗型调速系统、转差功率馈送型调速系统、转 差功率不变型调速系统。 6.答案：电动势值较高时，恒压频比，低频时，补偿定子压降，通 过改变U/f函数发生器的特性来补偿。通用产品中称作“电压补 偿”或“转矩补偿”。 7.答案：请参见教材P160164异步电动机电压-频率协调控制时的 机械特性。 8.答案：电压源型采用大电容滤波，电流源型采用大电感滤波。 9.答案：参见教材P166167交-交变压变频器。也称作周波变换 器。缺点是输入功率因数较低，谐波电流大。输出频率不超过电网频率 1/2的低转速调速系统。 10.答案：参见教材P189-190转差频率控制的规律及转差频率控制 的变压变频调速系统。 11.答案：从总体控制结构上看，DTC系统与VC系统是一致的，都能 获得较高的静、动态性能。并参见教材P215DTC系统与VC系统不同的特 点。 12.答案：请参考教材P216表6-1直接转矩控制系统和矢量控制系统 的特点与性能的比较。 第七章 一、判断题： 答案： 1.、2. 二、问答题： 1.答案：串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速电 阻，但由于其转子回路接入了串级调速装置，实际上相当于在电动机转 子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它的影响在任何转速下都 存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比 固有特性要软得多。 2.答案：可以。请参见P221电机在次同步转速下做回馈制动运行。 3.答案：参见教材P220-221次同转速下做电动运行和回馈制动运 行。 4.答案：参见教材P221电机在超同步转速下作回馈制动运行时。 5.答案：请参考教材P220222加以总结。 6.答案：在转子回路串入一个可变频、可变幅的电压。方法是将转 子电压先整流成直流电压，然后再加入一个附加的直流电动势。通过控 制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。并请参见 教材P224起动、调速、停车三种情况的工作。 7.答案：机械特性变软，调速性能差。同步转速恒定，理想空载转 速能够平滑调节。 8.答案：总的原则是在起动时必须使逆变器先于电机接上电网，停 车时必须使逆变器比电机后脱离电网。请参见教材P238串级调速系统的 起动方式。 9.答案：控制角；极性控制0角；90。，090。 三、计算题： 1.答案：整流二极管：(294441)V，(13.217.6)A，选用ZP- 20/400整流二极管；逆变变压器：二次相电压有效值，69.1V，二次相 电流有效值，19.5A，容量为4.04kVA；晶闸管：(339508)V,(13.2 17.6)A,可选用KP-20/500晶闸管。 2.答案：整流二极管选用ZP-200/1200；晶闸管选用KP-200/1400； 逆变变压器容量WT=120kVA。 模拟试题一 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器 直流斩波器 2.答案：调速范围 静差率. 3.答案：离散化、数字化 4.答案：软、大 5.答案：脉冲宽度调制 6.答案：消耗型、回馈型、不变型 二、判断题： 答案：1.、2. 、3. 、4.、5. 、6. 、7. 、8. 、9.、10. 三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩TL的关系。1.阻转 矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特 性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载 特性。 2.答案：放大器的放大系数Kp，供电电网电压，参数变化时系统有 调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈 环包围部分参数变化时有调节作用。 3.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有 效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从 给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的 扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 4.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节 器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。 5.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速 调节器参数，4.校验近似条件。 6.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵 转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。 7.答案：ASR未饱和，增大，Ui跟着增大，各环节输出量都保持 不变；ASR饱和，增大，则各量都将相应减小。 8.答案：Ui*从2V增加到3V；Uct略有增加；Uct值由转速n和负载电流 决定。 9.答案：适合于起重机类型的负载。 n - n Id Te 整流状态 逆变状态 10.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而 直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。 静态环流；动态环流。 危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功 率，环流太大时会导致晶闸管损坏。 利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流 作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶 闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影 响。 11.答案：f000Hz 12.答案：电力电子技术的发展，大规模集成电路和计算机控制的 发展，采用变换器的高性能的交流拖动系统得以实现。直流拖动被交流 取代，去除了直流电动机的不足。 13.答案：f1；sf1；sf1；n0；sn0；sn0；n0；不会。 14.答案：一般性能的节能调速和按工艺要求调速；高性能交流调 速系统和伺服系统；特大容量、极高转速交流调速系统。 15.答案：转差功率消耗型调速系统、转差功率馈送型调速系统、 转差功率不变型调速系统。 16.答案：电动势值较高时，恒压频比，低频时，补偿定子压降， 通过改变U/f函数发生器的特性来补偿。通用产品中称作“电压补 偿”或“转矩补偿”。 17.答案：请参见教材P160164异步电动机电压-频率协调控制时 的机械特性。 18.答案：请参考教材P216表6-1直接转矩控制系统和矢量控制系统 的特点与性能的比较。 19.答案：串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速 电阻，但由于其转子回路接入了串级调速装置，实际上相当于在电动机 转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它的影响在任何转速下 都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性 比固有特性要软得多。 20.答案：控制角；极性控制0角；90。，090。 四、计算题： 1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许 的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54 2.答案：=0。时n0=2119r/min, =30。时n0=1824r/min， =31.1。，cos=0.82，s=0.0395。 3.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9 4.答案：允许的静态速降ncl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系 数K=31.7。 5.答案：=0.25V/A，=0.01Vmin/r；Ud0=40V、Ui*=10V、 Ui=-10V、Uct=1V。 6.答案：整流二极管选用ZP-200/1200；晶闸管选用KP-200/1400； 逆变变压器容量WT=120kVA。 模拟试题二 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器 直流斩波器 2.答案：调速范围 静差率. 3.答案：离散化、数字化 4.答案：软、大 5.答案：电阻、电动势 6.答案：恒转矩、恒功率 7.答案：脉冲宽度调制 8.答案：消耗型、回馈型、不变型 二、判断题： 答案：、1. 、2. 、3.、4. 、5. 、6. 、7. 、 8. 三、问答题： 1.答案：Ud减少，转速n不变、Ud增加。 2.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一 定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。 3.答案：1.确定时间常数；2.选择ACR结构；3.选择ACR参数；4.校 验近似条件；5.计算ACR的电阻电容值。 4.答案： Ks 1/Ce U*n Uc Id E n Ud0 Un + + - ASR + U*i - R ACR - Ui UPE 稳态结构框图 5.答案：Un不变。 6.答案：平直段：ASR和ACR均工作在线形状态；下垂段：ACR工作 在线形状态，ASR工作在限幅状态。 7.答案：1.当Uim固定时，只需调节电流反馈系数即可实现 Idm=20A；当Unm已知时调节转速反馈系数可实现n=1000r/min。2. 发现下垂段特性不够陡时，可增大ACR的稳态放大系数；如工作段特性 不够硬时，可增大ASR的稳态放大系数。 8.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR 起主要抗绕调节作用。 9.答案： 10.答案：转速调节器的作用：1.是调速系统的主导调节器；2.对 负载变化起抗扰作用；3.输出限幅值决定电动机允许的最大电流。电流 调节器的作用：1.跟随作用；2.对电网电压波动及时抗扰作用；3.可保 证获得电动机允许的最大电流；4.限制电枢电流最大值。 11.答案：有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点。设置几 个环流电抗器是个累赘。对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系 统，对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高。 12.答案：H型、T型和M型等结构型式。H型PWM变换器在控制方式上 分双极式、单极式和受限单极式。 13.答案：效率=0.87；转差率s=0.041；转速n=1439r/min。 14.答案：都适用 15.答案：电压源型采用大电容滤波，电流源型采用大电感滤波。 16.答案：参见教材P166167交-交变压变频器。也称作周波变换 器。缺点是输入功率因数较低，谐波电流大。输出频率不超过电网频率 1/2的低转速调速系统。 17.答案：参见教材P189-190转差频率控制的规律及转差频率控制 的变压变频调速系统。 18.答案：从总体控制结构上看，DTC系统与VC系统是一致的，都能 获得较高的静、动态性能。并参见教材P215DTC系统与VC系统不同的特 点。 19.答案：可以。请参见P221电机在次同步转速下做回馈制动运 行。 20.答案：参见教材P220-221次同转速下做电动运行和回馈制动运 行。 21.答案：参见教材P221电机在超同步转速下作回馈制动运行时。 22.答案：请参考教材P220222加以总结。 四、计算题： 1.答案：42.5NM，3.41NM 2.答案：T=62.92NM，n=920r/min，cos=0.78 3.答案：D=4.44，s=0.048，n=5.3r/min。 4.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7 5.答案：s=0.86，ncl=5.56r/min，Kp=27.8， =0.0067Vmin/r。 6.答案：调速范围D=10，允许静差率s=10%。 7.答案：UVT=8841178V，Ip=43.1A可取50A。 8.答案：Id=38.47A；I1=31.39A。 9.答案：整流二极管：(294441)V，(13.217.6)A，选用ZP- 20/400整流二极管；逆变变压器：二次相电压有效值，69.1V，二次相 电流有效值，19.5A，容量为4.04kVA；晶闸管：(339508)V,(13.2 17.6)A,可选用KP-20/500晶闸管。 模拟试题三 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器 直流斩波器 2.答案：调速范围 静差率. 3.答案：离散化、数字化 4.答案：软、大 5.答案：电阻、电动势 6.答案：恒转矩、恒功率 7.答案：脉冲宽度调制 8.答案：消耗型、回馈型、不变型 二、判断题： 答案：1.、2. 、3. 、4.、5. 、6. 、7. 、8. 、9. 、10. 、11.、12. 三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩TL的关系。1.阻转 矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特 性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载 特性。 2.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一 定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。 3.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有 效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从 给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的 扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 4.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速 调节器参数，4.校验近似条件。 5.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵 转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。 6.答案：Un不变。 7.答案：Ui*从2V增加到3V；Uct略有增加；Uct值由转速n和负载电流 决定。 8.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR 起主要抗绕调节作用。 10.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而 直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。 静态环流；动态环流。 危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功 率，环流太大时会导致晶闸管损坏。 利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流 作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶 闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的