机电运动控制系统离线作业必

1、浙江大学远程教育学院?机电运动限制系统?课程作业必做姓名：严超学号：3年级：16秋电气学习中央：武义1,直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之,并说明如何采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限制-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磁场小限制-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限制.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块图,须清楚表达两个闭环的关键元件,写出各局部名称,标注有

2、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出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） 如要限制系统的起动电流、保证系统运行平安,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,由于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作用,仅会影响动态响应速度快慢.2要限制系统的起动电流、保证系统运行平安,

3、应调节速度调节器的输出限幅值.由于速度调节器的输出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：速度调节器的输出作为电流调节器的输入,因此外环调节器的输出限幅值应按调速系统允许最大电流一来整定；内环调节器的输出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PL型调节器,调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有一积分记忆功能;能实现快速动态调节是由于节器具有饱和限幅一功能.5 .在转速、电流双闭环系统中,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

4、限幅值应如何调整答：速度调节器用于对电机转速进行限制,以保证：调速精度,做至静态无差；机械特性硬,满足负载要求.速度调节器输出限幅值应按速系统允许最大电流来调整,以保证系统运行安全过电流保护电流调节器实现对电流的限制,以保证：精确满足负载转矩大小要求通过电流限制；调速的快速动态特性转矩的快速响应.电流调节器的输出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amin-amax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如果速度闭环的转速反应线忽然断掉,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

5、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,由于是速度闭环系统,不管负载大小均速度无差.2转速反应线忽然断掉时,ufn=0,使un=ug-ufn=ug很大,速度调节器饱各限幅输出,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,到达最高转速而恒定,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,详细解释下列图所示从静止起动至给定转速ng并带负载以负载电流IL表示的过程,即说明、2、3阶段转速n、电枢电流id的变化规律.答：1起动门个口7特征：id由限幅值ST、LT

6、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,对应电流指声物产色宪流辜离而tufi=0,LTl输入ui=un,LT饱和,输出uk限幅,推a=amin,至使因转子惯性,nng过程很大ST仍饱和限幅r无调节作用ET辘川区为限幅值一使LT以丁,为指令侑一也流用坏不断调节整流触发（3） P冷隼至稳剥保维持确定无差一冏志平箕特征：转速稳定至n=ng,电流稳定至匕二屋对应；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

7、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例速系统主电路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：1画出VTVT4基极限制信号ublub4及电机端电压Ua波形；说明为何叫双极性如何实现正、反转何时速度为零答：正半周0=t0BA负半周ti=tT电机电压Ua0BA即一个周期内可获得两个方向电压极性,称双极性.正/反转限制只需改变ti位置占空比丫,方便：.平均值优电机正叫io.图示为直流电动机脉宽调制勺赤耻刑诙紊犷HO葡路,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导通原因； 画出各阶段的电流路

8、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-sns来分类：1变同步速调速ns=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fio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.采用双向晶闸管构成的交流固态调压器实现.转子用电阻调速,仅适合绕线式异步电机.审

9、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,转子用电阻绕线式异步电机,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

10、耗有关,而Ps=SPm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 .交一直一交变频调速系统：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fi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SPW逑变器中,改变U依靠调节正弦调制波幅值来实现,改变fi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

11、质：_a异步转矩性质b恒定转矩,但数值很小,其影响可忽略;产生机理是一气隙磁通中谐波磁通7檄励转子中感应出同次谐波电流响应相互作用产生的谐波转矩02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5、-7次谐波电流建立5、7次谐波磁场转子中感应出5、7次转子谐波电流.其中5次谐波转子电流磁势以531反转,基波旋转磁场以31正转,两者相对速度为6.1.7次谐波转子电流磁势以7.1正转,基波旋转磁场以31正转,两者相对速度为6弓1.均产

12、牛六位频谐波转矩.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,试从以下三方面比照说明其差异,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水平上.答：I18 .在采用!四阶徘聪我方波J送变器鞫源修匣W期殴频I调速系统中C分别阐述：改变曲机鞭拗临雕调恂以来实现改变幅航虺梓频浑便幽眠件吆柒襄螂电源内阻1理硼明.特性,f炳储I加改变甫尔转向现岫胸吆莱实现改变电机转向又是依靠逆变器晶削

13、管触发脉冲的分配来实现口20.似到l/p以阿港：脉更那么触“逆变器构成的交二直二交变频调速系统中,分别阐述:既砒师研而您加台济头那件不都变.拘桥开美元件单向册也忤袂改震电机运O濒南依熹遇第淼幺的琉啊流向euhl电机只能作电动回|.故无改变电机您确物是依靠什么来实现电流海胆：生的解开关4件单向导电性决定宜流电漉流向不能改变,但大电感滤波下首流母线电压极件允许改变,故有叫等限运行水平.k/kA-匕1丁2皿卜口11*尸|J1L_JAWHjrilJHIJLT冈国工 改变电机运行频率依常调节正弦调制波频率未实现工 曲变电机仍向足足依靠此变三相正弦调制波的相序来实现.也可认为是通过变化逆变答.I21 .P

14、WM变频器输出电压的幅值和频率是如何调节的分别就正弦脉宽调制SPWMf口磁链追踪限制SVPWM种不同方式作出说明.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率可实

15、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.24 .画出频率开环、电压源SPWM亚变器一异步电机变频调速系统原理图包括详细的主电路、限制电路,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亚变器一异步电机变频调速系统中：1两个限制通道各自如何工作的相互间如何协调的靠什么单元协调画出该单元的输入、输出关系曲线,并作合理说明；2如何形成SPW调制才5制如何变频、调压答：负分别表示正、反转,速也编定纳对值代表速度上下,为防止给定突变引起电流、转矩的冲击,果用给定积分器将阶跃给定变为斜坡给定为简化频率通道及电年通道的运算.可将速度给定的大小和极性分底,乘用绝对假电路提收速度给定的大小来迪什限制运克,用转向判别器提取转向标志;kT预转向限制口进入珈率通道的转速绝对值祥V/f变换器变成运行就率卡.号,作为正弦调制波的M率给定值,与:加形强波相交生成SPWM波调制信号.而正弦却制波的幅值大小那么由电压通道