机电运动控制系统离线作业必

1、浙 江 大 学 远 程 教 育 学 院机电运动控制系统课程作业（必做）姓名：严超学 号： 3年级：16秋电气学习中心：武义1. 直流电机有哪些调速方法 ？根据其速度公式说明之，并说明如何釆用电力电子手段实 现。答：根据直流电机速度公式，有（1）电枢电压Ua控制-调压调速（向下调速）：采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制（PWM供电等方式，其损耗小，控制性能好。（2）磁场$控制-弱磁（向上调速），采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。（3） 由于运行损耗大、效率低，一般不再采用串Ra调速。2. 画出双闭环晶闸管一直流电动机不可逆调速系统电原理图（非方

2、块图），须清楚表达两 个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关 系。答：双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有由速度调节器的输岀限幅值确定了电流环的给定值，进面确定了系统的最大电流的特点。3. 分析双闭环晶闸管一直流电动机不可逆调速系统：（1）如果要改变转速，应调节什么参数？为什么？（2）如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数？为什么？答：（1）改变转速时只能改变速度调节器的输入ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节哭的参数对稳态速度无调节

3、作用，仅会影响动态响应速度快慢。（2）要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输岀限幅值。因为速度调节器的输岀限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。4. 填空：双闭环晶闸管一直流电动机调速系统中，内环为电流 环，外环为 速度环，其连接关系是：速度调节器一的输岀作为电流调节器的输入，因此外环调节器的输岀限幅值应按调速系统允许最大电流来整定；内环调节器的输岀限幅值应按 可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角 来整定。两调 节器均为PI型调节器，调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有积分（记忆）功能：能实现快速动态调节是由于节器具有 饱和限幅功能。5. 在转速、电流

4、双闭环系统中，速度调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来调整？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何调整？答：速度调节器用于对电机转速进行控制，以保障：调速精度，做至静态无差；机械特性硬，满足负载 要求。速度调节器输岀限幅值应按速系统允许最大电流来调整，以确保系统运行安全（过电流保护）电流调节器实现对电流的控制，以保障：精确满足负载转矩大小要求（通过电流控制）；调速的快速动态特性（转矩的快速响应）。电流调节器的输岀限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压，其限幅值决定了触发角的移相范围，故应按 a min- a max来调整。6. 双闭环调速系统正常工作时，调节什么参数可以改变电动机转速

5、？如果速度闭环的转速反 馈线突然断掉，会发生什么现象？电动机还能否调速？答：（1）双闭环调速系统正常工作时，只有调节速度给定信号ug才可以改变电动机转速。而改变速度调节器的参数（如比例系数，积分时间常数）均无作用，改变负载大小也不能影响转速，因为是速度闭环系统，不论负载大小均速度无差。（2）转速反馈线突然断掉时，ufn=O，使 un=ug-ufn=ug很大，速度调节器饱各限幅输岀，调速系统以最大电流、最大转矩加速，直至电磁转矩与负载转矩、阻尼转矩相平衡，达到最高转速而恒定，故电动机不可调 速。7. 以双闭环直流调速系统两个闭环之间连接上的特点及各个闭环的功能为依据，详细解释下图所示 从静止起动

6、至给定转速ng并带负载（以负载电流lL表示）的过程，即说明 、（3）阶段转速n、电枢电流id的变化规律。答：（1）起动特征：id由门T ；.（限幅值）ST、LT全部饱各限幅，蜕化为限幅器，系统实为速度、电流双开环过程：电机静止，ufn=0 电流给定un为限幅值，对应电流指令 Idmax ；但电流未建立，ufi=0丄Tl输入 Ui=Un，LT饱和，输岀Uk限幅，推a = a min，至使- .（丨 因转子惯性，nng寸程: - - - .- - .- 宀|（3） Pl.-II-特征：;出上：山厂ST、LT均作PI调节，真下速度、电流双闭环工作。过程： 首先分析进入本阶段开始点的初值情况8. 在直

7、流可逆调速系统中，主回路为何需要双桥反并联？答：在直流可逆系统中，要求电磁转矩具有两种方向，以实现四象限运行9. 图示为直流电动机脉宽调制（PWM）调速系统主电路（H型桥），各功率开关元件编号及电机 反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时： 画出VTiVT4基极控制信号ub|ub4及电机端电压Ua波形； 说明为何叫双极性？如何实现正、反转？何时速度为零？:正半周（0=tO（B A）负半周（ti=tT）电机电压UAT/2,均Mt电机止转10.图示为直流电动机脉宽调制（斩波）调速系统H型桥主电路，各功率开关元件编号及电机 反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时，分析： 不同时刻的导通元件及

8、导通原因； 画出各阶段的电流路径及维持电流的源泉（电源电压、电枢反电势、自感电势 等）； 电机运行状态（电动、能耗制动、再生制动、反接制动等）及其原因11. 异步电机有哪些调速方法？从转速公式上进行分类说明。这些调速方法又各采用什么样的电力电子手段来实现？答：异步电机调速方法可按其速度公式 n=（1-s） ns来分类：（1）变同步速调速n s=60fi/p，具体有： 变频调速。可采用直-交变换的逆变器或交-交变频器改变电机供电频率fi。 变极调速：需同时改变定、转子极对数，故只适合鼠笼式异步电机。（2）变滑差S调速。这是一种改变转子滑差功率消耗的调速方式。具体有： 交流调压调速。采用双向晶闸管

9、构成的交流固态调压器实现。 转子串电阻调速，仅适合绕线式异步电机。 串级调速，绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电势吸收或补充滑差功率来实现速度的调节，采用不控整流器-有源逆变器装置。 双馈调速，绕线式异步电机转子中采用功率可双向流动变频装置，实现同步速上下的调速和四限象运行。12. 鼠笼式异步电机采用调压调速时，适合拖动什么样的负载？为什么？答：鼠笼式异步电机采用调压调速时， 适合于拖动风机、水泵类负载，这类负载的转矩与转 速平方成正比，功率与转速三次方成正比。调压调速的特性与这类负载特性很匹配，主要从转子发热能通过来考虑。用于调压调速的异步电机应是高转子电阻电机（高滑差电机，转子串电阻绕

10、线式异步电机），这是基于以下考虑：（1） 限制转子发热（滑差功率消耗型调速）：转子发热与滑差消耗有关，而Ps=S Pm与 S,即调速范围有关。而风机/水泵调速范围不宽（100-70%）,两者特性相配。（2）高转子电阻能软化异步电机的 T-S曲线，扩大调速范围。13. 交直交变频调速系统：（1） 六阶梯波逆变器中，改变U|依靠调节_ 可控整流器的移相触发角来实现, 改变f1依靠调节 逆变器晶闸管换流快慢（频率）来实现， 改变电机转向依靠改变_逆变器晶闸管触发脉冲的分配规律 来实现。（2） 在正弦脉宽调制型 SPWM逆变器中， 改变Ul依靠调节 正弦调制波幅值 来实现, 改变 f1 依靠调节逆变器

11、晶闸管换流快慢（频率） 来实现， 改变电机转向依靠改变 逆变器开关元件驱动脉冲的分配规律_ _ 来实现。14. 异步电机非正弦供电下，存在两种谐波转矩：1）恒定谐波转矩， 性质：_（a） 异步转矩性质 （b） 恒定转矩，但数值很小，其影响可忽略 ? 产生机理是 气隙磁通中谐波磁通（激励）转子中感应岀同次谐波电流（响应）相互作用产生的谐波转矩一。（2） 交变谐波转矩， 性质：_ （a） 脉振转矩（基波的六倍频），（b）非恒定转矩（不同极对数磁场作用产生），平均值为零,（c） 但低速（低频）时脉动幅值大，会造成口声、振动、影响大产生机理是_ 不同次数谐波磁场与基波磁场的相互作用结果。幅值最大低次（

12、5、7次）谐波电流建立5、7次谐波磁场 转子中感应岀 5、7次转子谐波电流。其中 5次谐波转子电流（磁势）以 53 1反转，基波 旋转磁场以 3 1正转，两者相对速度为 6 3 1。7次谐波转子电流 （磁势）以7 3 1正转，基波旋转磁场以 3 1正 转，两者相对速度为 6 3 1。均产生六位频谐波转矩。15. 变流器非正弦供电对电机运行性能有何影响？16. 在设计及选用变流器非正弦供电电机时，应作如何考虑？17. 变频调速系统中，逆变器有电压源逆变器（VSI）及电流源逆变器（CSI）之分，试从以 下三方面对比说明其差异，并详细说明其理由： 直流环节所用滤波元件及造成的电源内阻特性上；功率开关

13、元件导通型式及造成的输出电压、电流特性上;拖动多机及四象限运行能力上。答:18.答:19. 答：20. 直流坏节所用滤波池件及造咸的电源内阻特性上； 电压源型逆变器:采用人电了逆变器构成的交一直一交变频调速系统中，分别阐述： 压不體负载电流改变而稳左口 电流源塑逆变器；釆用大电感滤波，逆变器电源内阻呈现高内阻持性便输岀电 流稳定输出电压随负載电流益功率幵关元件导通型式及造成的输出电压、电流特性上：:有几种结形式？图示说明。 改变电机端电压依靠调节可控整流螟直_交变频器 改变电机运行频率依靠调节逆变器fS交匝直簸交变频器 改变电机转他脉宽调制）勒变器构成的交一直一交变频调速系统中，分别阐述: r

14、 l rai s T 1 r - r r1 i r -s l - - j n -拖动多机及啊象限运行能力上； 电压源世：大电容滤波.直流劭线电用极性不能改变.两桥开吴元件单向导电性决 是了直流电濂流向不能变，功率只能从电网流向电机，电机只能作电动运行故无 四彖限运行能力 电流源型：虽两挤开关元件单向导电性抉定直流电流流向不能改 变.但火电感滤波下宜流母线电压极性允许改变，故右四象限运行能力nw U.K 叉气古巾儿心 1J 严忙|1&耳隹申目丄匚区耕|中y偸艸呻，爪汰城岸改变电机转向又是依靠改变三相正弦调制波的相序來实现，也町认为是通过变化逆变21. PWM型变频器输出电压的幅值和频率是如何调节

15、的？分别就正弦脉宽调制（SPWM）和磁链追踪控制（SVPWM）两种不同方式作出说明。答：22. 脉宽调制（PWM）变频器与方波（六阶梯波）变频器相比有何优点？正弦脉宽调制（SPWM） 变频器如何获得正弦脉宽的输出电压？又如何实现输出频率和输出电压大小的调节。答：脉宽调制（pwm变频器与方波（六阶梯波）变频器相比优点是输出特性好，即输出基 波成分大、谐波成分小，特别是高频化，无低次谐波，因而易于滤波。正弦脉宽调制（SPWM变频器要获得正弦脉宽的输出电压可采用自然样法的调制技术， 即采用正弦调制波与等腰三解形载波相交、交点决定逆变器功率器件开关时刻的方式得到正 弦脉宽的输出电压。调节正弦调制波的频

16、率可实现逆变器输出频率的调节；调节正弦调制波的幅值可实现逆 变器输出电压大小的调节。23. 异步电机变频调速时，电机端电压应如何变化 ？图示说明之。答：24. 画出频率开环、电压源（SPWM）逆变器一异步电机变频调速系统原理图（包括详细的主电 路、控制电路），说明 主功率开关器件旁为何必须反并联续流二极管？答：频率开环、电压源（SPWM ）逆变器-异步电机变频调速系统原理如右图所示。由于异 步电机是一种需要感性无功功率的交流电机，电机电流落后于电压。为给落后的感性无功电流提供通路，必须在逆变器主功率开关器件旁反并联续流二极管。25. 频率开环、电压源（SPWM）逆变器一异步电机变频调速系统中：（1）两个控制