电力拖动整理

1、第1章 转速反馈控制的直流调速系统1、 调节电动机转速的方法1) 调节电枢供电电压U； 用的最多2)减弱励磁磁通；3)改变电枢回路电阻R；2、常用的可控直流电源1)旋转变流机组(G-M系统)2)静止式可控整流器(晶闸管-电动机调速系统 V-M系统)；3) 直流斩波器或脉宽调制变换器；3、 晶闸管整流器-电动机调速系统(V-M系统)工作原理（问题：怎样实现电压可调）调节控制电压Uc 移动触发装置GT输出脉冲的相位 改变可控整流器VT输出瞬时电压Ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。4、 抑制电流脉动的措施1)增加整流电路相数，或采用多重化技术；2)设置电感量足够大的平波电抗器；5、直流PWM变

2、换器-电动机系统A：与V-M系统相比，直流PWM调速系统的优越性1）主电路简单，需要的电力电子器件少；2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都小；3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；6）直流电源采用不控整流时，电网功率因素比相控整流器高；B、简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统工作原理 P17（问题：为什么输出电压可调）a）电路原理图b）电压和电流波形在一个开关周期T内： 当时，Ug为正，VT饱和导通

3、，电源电压Us通过VT加到直流电动机电枢两端；当时， Ug为负， VT关断，电枢电路中的电流通过续流二极管VD续流，直流电动机电枢电压近似等于零；直流电动机电枢两端的平均电压为 改变占空比，即可实现直流电动机的调压调速。6、 调速系统转速控制的要求1）调速：在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（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：频繁起动、制动的设备要求加速、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动、制动尽量平稳。7、 调速系统的稳态性能指标1） 调速范围D 最高

4、转速与最低转速之比：D=/； 和是电动机在额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速。2） 静差率s 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所对应的转速降落与理想空载转速之比：s=/； 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定性就越高； 静差率与机械特性硬度的区别： 硬度是指机械特性的斜率。一般变压调速系统在不同转速下的机械特性是相互平行的，但是静差率不一定相同，因为理想空载转速不一样。对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。在调速过

5、程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越大。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。8、 带转速负反馈的闭环直流调速系统工作原理（问题：带转速负反馈的闭环直流调速系统怎样工作）图（三）带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图被调量是转速n，给定量是给定电压，在电动机轴上安装测速发电机用以得到与被测转速成正比的反馈电压。与相比较之后，得到转速偏差电压，经过比例放大器A，产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc。在调速系统中，比例放大器又称作比例（P）调节器。从Uc开始一直到直流电动机，系统的结构与开环调速系统相同，而闭环控制系统和开环控制系统的主要差别就在于转速n经过测量元件反馈

6、到输入端参与控制。电力电子变换器：直流电动机：电压比较环节：比例调节器：测速反馈环节： Kp比例调节器的比例系数 转速反馈系数（V·min/r） :闭环系统的开环放大倍数 闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。9、 开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系（问题：开环与闭环的比较）1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬的多；2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围；10、反馈控制规律之比例控制的闭环直流调速系统是哪个基本特征1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统；2）

7、反馈控制系统的规律是：抵抗扰动，服从给定； （可以有效的抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，但对于给定作用的变化则唯命是从）3） 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度；对于自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，时必须保证的。11、 比例控制有静差，积分控制实现无静差12、 有静差系统与无静差系统的区别比例调节器（有静差）的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器（无静差）的输出则包含了输入偏差量的全部历史。13、 直流调速系统的稳态误差分析 0型系统对于阶跃给定输入稳态有差，被称作有差调速系统； I型系统对于阶跃给定输入稳态无差，被称作无差调速系统。14、数字测速的

8、优点 测速精度高、分辨能力强、受器件影响小；15、 M法测速适用于高速段，T法测速适用于低速段，M/T法适用于高速和低速段。16、 为了解决转速反馈闭环调速系统起动和堵转时 电流过大问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。17、 电流截止负反馈环节不是双闭环系统，是单闭环系统。18、 转速单闭环系统的特点?改变给定电压能否改变电动机的转速?为什么?如果给定电压不变,调速反馈电压的分压比是否能够改变转速?为什么?如果测速发电机的励磁发生了变化,系统有无克服这种扰动的能力?1）转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成），可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在

9、一定静差率下，能够提高调速范围；2）改变给定电压能够改变电动机转速。因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差，从而改变电力电子器件的输出电压，即改变电动机的电枢电压，改变了转速；3）调节转速反馈系数能改变给定电压能改变转速。4）若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化，当给定电压一定时。，则电压偏差发生变化，从而转速改变。故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力。19、某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：如果将开环放大倍数提高到

10、30，则速降为： 在同样的静差率要求下，D可以库尔大20、有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：=2.8kW，=220V，=15.6A=，=1500，=1.5，整流装置内阻=1， 电枢回路电抗器电阻=0.8， 触发整流环节的放大倍数=35。 (1)系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s值。 (2)当D=30，s=%10时，计算系统允许的稳态速降。 (3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D=30，s=%10，在=10V时，计算转速负反馈系数和放大器放大系数。解： 第三章 转速、电流反馈控制直流调速系统1、 速、电流反

11、馈控制直流调速系统电流环（内环）和转速环（外环）串级连接，而且均为负反馈。2、 双闭环直流调速系统启动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，转速调节器在此三个阶段中经历了快速进入饱和、饱和及退饱和三种情况。3、 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：1）饱和非线性控制2）转速超调3）准时间最优控制4、转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用A、转速调节器的作用1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差；2）对负载变化起抗扰作用；3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流B电流调节器的作用

12、 1）作为内环的调节器，在转速外环的调解过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化； 2）对电网电压的波动起及时抗扰作用； 3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程； 4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动回复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。5、 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？

13、 答：  在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节的参数有：转速给定电压，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。   改变转速调节器的放大倍数Kn，只是加快过渡过程，但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。因此，不能通过改变转速调节器的放大倍数Kn，来改变转速   改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks，只是加快过渡过程，但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。因此，不能通过改变电力电子变换器

14、的放大倍数Ks，来改变转速 ；  改变转速反馈系数，能改变转速。转速反馈系数的影响不在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统没有调节和抑制能力。因此，可以通过改变转速反馈系数来改变转速，但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。   若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有：转速的给定、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数等，因为它们都在电流环之外。6、试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：  调速系统的静态性能； &#

15、160;动态限流性能；  启动的快速性  抗负载扰动的性能； 抗电源波动的性能 答：  调速系统的静态性能:  在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成为一个无静差的系统。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成为一个无静差的系统。 动态限流性能:  在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器采用PI调节器，将电流限制在Idm内。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，将电流限制在内。  

16、;启动的快速性:  在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器在最大电流附近进行PI调节，时间最短，提高了启动/制动的快速性。  带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，在启动/制动过程中，当电流大于截止电流时，电流调节器起作用，并不是在最大电流附近进行调节，启动/制动的快速性较差。  抗负载扰动的性能：  在转速、电流双闭环调速系统中，负载扰动在转速外环中，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。   带电流截止环节

17、的转速单闭环调速系统中，负载扰动立即引起电流变化，当电流大于截止电流Idcr时，电流调节器起作用，可以进行调节。  抗电源波动的性能  在转速、电流双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗电源波动的性能大有改善。在电流截止环节的转速单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。7、 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。已知电动机参数为：3.7KW，220V，=20A，=1000rm

18、in，电枢绕组总电阻Ra1. 5， =8V，电枢回路最大电流=40A, 电力电子变换器的放大倍数Ks=40,试求: 电流反馈系数和转速反馈系数a   当电动机在最高转速发生堵转时的、值。解：  稳态运行时，转速调节器不饱和，输入偏差为0，稳态运行时，电流调节器不饱和，输入偏差为0， 当电动机在最高转速发生堵转时, 电枢回路最大电流=40A,   电流调节器反馈电压最大=8V, 电流调节器输入偏差最大大，电流调节器饱和, 输出最大=8V, 

19、;电流开环.  经过电力电子变换器后的 电机转速很小;几乎为0, 转速反馈电压很小, 转速调节器输入偏差很大, 转速调节器饱和，转速开环,转速调节器输出8V.   8、在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。当ASR的输出达到=8V时，主电路电流达到最大电流80A，当负载电流由40A增加到70A，试问：   如何变化？   Uc如何变化？   Uc值由哪些条件决定？ 答: 

20、 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。当ASR的输出达到=8V时，ASR饱和不起作用; 主电路电流达到最大电流80A，电流调节器的给定电压=8V最大保持不变,   当负载电流由40A增加到70A，电流调节器反馈电压Ui增加, 电流调节器的输入偏差电压减小, 电流调节器的输出电压Uc减小.   Uc值由电流调节器的输入偏差电压(电流调节器的给定电压电流调节器反馈电压)、条电流调节器的比例放大系数、电流调节器积分时间常数以及电机的运行状态等条件决定。5、调节器的工程设计方法（P67）

21、第四章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统1、 如何改变直流电动机的旋转方向 1）改变电枢电压的极性； 注意：他们同时改变旋转方向不变2）改变励磁磁通的方向；2、调速系统的四象限原则3、 桥式可逆PWM变换器工作原理在一个开关周期内，1）当0t<ton时，,电枢电流沿回路1流通；2）当tont<T时，驱动电压反号，沿回路2经二极管续流，。 3）,的平均值为正，电动机正转；反之则反转。 4）,平均输出电压为零，电动机停止。 4、直流PWM功率变换器的能量回馈 当可逆系统进入制动状态时，直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧，由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送

22、回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高，称作泵升电压。 在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压，当PWM控制器检测到泵升电压高于规定值时，开关器件VTb导通，使制动过程中多余的动能以铜耗的形式消耗在放电电阻中。 如果在大容量的调速系统中希望实现电能回馈到交流电网，以取得更好的制动效果并且节能，可以在二极管整流器输出端并接逆变器，把多余的电能逆变后回馈电网。在突加交流电源时，大电容量滤波电容C相当于短路，会产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻。 合上电源后，经过延时或当直流电压达到一定值时，闭合接触器触

23、点K把电阻短路，以免在运行中造成附加损耗。5、 V-M可逆直流调速系统的控制在采用=配合控制以后，消除了直流平均环流，但这只是就电压的平均值而言的，由于整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压 ud0f > ud0r 的情况，从而仍能产生环流，这类因为瞬时的电压差而产生的环流被称为瞬时脉动环流。注意：只能消除直流平均环流，不能消除瞬时脉动环流 为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器。6、 逻辑控制的无环流可逆V-M系统（为什么无环流）有两个输入信号：1）采用Ui*作为逻辑控制环节的一个输入信号，称作“转矩极性鉴别信号”； 2）再发出“零电流检测”信号，才能发出正、反组切换的指令。第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统1、异步电动机的调速系统分类：1） 转差功率消耗型 定子降电压调速、绕线转子电动机转子串电阻调速2） 转差功率馈送型 绕线转子异