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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

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