电力拖动考试复习资料

U-IRn=1、根据直流电机转速方程K中式中n—转速（r/min）u—电枢电压（V）；I—电枢电流（A）；R—电枢回路总电阻（Q）；—励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通中；（3）改变电枢回路电阻R。2、常用的可控直流电源有以下三种■旋转变流机组一用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。■静止式可控整流器一用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。■直流斩波器或脉宽调制变换器一用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。3、转速控制的要求和调速指标（1）调速一一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（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、制动的设备要求加、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，制动尽量平稳调速指标：调速范围、静差率称为调速系统的稳态性能指标■调速范围：示，即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，用字母D表示，即n—n十Dmaxn其中nmin和nmax一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速■静差率：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AnN，与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即An.—S=N或用百分数表示式AnAnN（5bn0-nNn0n显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。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。N-—N•"mm+^ND=^max即~"nnminnmin设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为AnN，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即An于是，最低转速为'即―*An*（1一s）Ann^=—n—An=n

而调速范围为将上面的式代入nmin，得D-AnN-—N•"mm+^ND=^max即~"nnminnmin4、开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系RIdC(1+K)（RIdC(1+K)在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为和An=云击An=它们的关系是人An0PCe”An=—°^c/1+K（2）如果比较同一的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。闭环系统和开环系统的静差率分别忍=A,_An和当n0op=n0cl时，c/n、=n°rS°c/0opS=—oP—（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速静差率的要求相同，那么：开环时，D=nND=nNs

闭0环时An得(1-s)opD=—nNS—clAn（1一s）（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器上述三项优点若要有效，都取决于一点，即K要足够大结论2：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。D=(1+K)Dclop因此必须设置放大器。5、反馈控制规律（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量是有静差的因为闭环系统的稳态速降为A=RI只有K=8,才能使侦0/=0，而这是不可能的。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定抗干扰性能是反馈控制系统最突出的特征之一（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度6、电流检测与反馈（1）电枢回路串检测电阻；（2）电枢回路接直流互感器；（3）交流电路接交流互感器；（4）采用霍尔传感器。7、动态校正的方法■串联校正；■并联校正；■反馈校正在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。8、PID调节器的功能■由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响；■由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；■用PID调节器实现的滞后一超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节器。9、采用比例积分调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统。10、转速、电流双闭环控制的直流调速系统（1）为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接电流环为内环，转速环为外环，两个调节器的输出都是带限幅作用的。（2）在起动过程中转速调节器ASR经过了不饱和、饱和、退饱和三种情况，三种情况下都采用PI调节器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。因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。11、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机允许的最大电流。电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，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的作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

12、调节器的设计方法：经验法和工程设计方法13、控制系统的动态性能指标自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标，抗扰性能指标跟随性能指标：在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性能指标有tr—上升时间q—超调量，峰值时间一一tpts—调节时间抗扰性能指标常用的抗扰性能指标有ACmax—动态降落tv—恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。截止频率Wc越小，稳定性越高典型I型系统：■在阶跃输入下的I型系统稳态时是无差的；■但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K值成反比；■在加速度输入下稳态误差为8。因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。典型I型系统和典型II型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，■典型I型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，■典型II型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。这是设计时选择典型系统的重要依据。电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环(内环)控制的一个重要功能。■转速环与电流环的关系外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。14、微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化15、采用旋转编码器的数字测速方法有三种14、微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化M法测速T法测速(3)M/T法测速M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强；■因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短等待系统

16、数字滤波的三种方法：算术平均值滤波、中值滤波、中值平均滤波17、改进的数字PI算法-积分分离算法-分段PI算法-积分量化误差的消除•18、可逆V-M系统中的环流问题（1）静态环流一两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：■直流平均环流一一由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。■瞬时脉动环流一两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。2）动态环流一在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流故障保护中断服务子程序框图19、整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为本组逆变阶段；它组制动阶段。20、交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：■一般性能的节能调速■高性能的交流调速系统和伺服系统■特大容量、极高转速的交流调速可以把异步电机的调速系统分成三类。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3nU2R/spsr'D,ARs+了Is7（2）今—s.23nU2R/spsr'D,ARs+了Is7—s.2(,)+W2Y,+L/（3）由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为如B、C，转差率s的变化范围不超过0~sm，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、兄调速范围可以大一些。为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图5-5。显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，、、这种电机又称作交流力矩电机。（4）采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大（见图5-5），开环控制很难解决这个矛盾。21、传统的降压起动方法有：•星-三角（Y-A）起动•定子串电阻或电抗起动•自耦变压器（又称起动补偿器）降压起动22、变压变频调速的基本控制方式：可以改变电压和频率基频以下调速E常值％一f即采用恒值电动势频率比的控制方式恒压频比的控制方式："二常值厂在基频以下，磁通恒定向转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，

转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”23、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性恒压频比控制（Us徊1）恒Eg/®1控制恒Er/©1控制24、从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。这类交-交变频器的其他缺点是：输入功率因数较低，谐波电流含量大，频谱复杂，因此须配置谐波滤波和无功补偿设备。其最高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2,一般主要用于轧机主传动、球磨机、水泥回转窑等大容量、低转速的调速系统，供电给低速电机直接传动时，可以省去庞大的齿轮减速箱。25、正弦波脉宽调制（SPWM）技术【调制方式：同步、异步和分段控制】以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrierwave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（ModulationwaveSPWM控制方式有单极性控制双极性控制方式26、控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念27、所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。异步电机双馈调速的五种工况：■电机在次同步转速下作电动运行■电机在反转时作倒拉制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行

28、同步电动机的转子旋转速度就是与旋转磁场同步的转速，转差Ws恒等于0,没有转差功率，其变压变频调速自然属于转差功率不变的调速系统，没有其他类型。计算题1一4M-调逸系一统■朝』得的最高转姓特性为=ZOO"'mill-量低转速特性为也皿=1网广曲1，带额定筑栽时的速度降落山加=15舟min,且在不同转速下额定速降M牛不变，试何系统能墙达到的调速范闱有第_V系统允许的静差章是多少？解系统能墟达到的响速范围为D=¥l=顷°=][、150-15系统元许的静差率j-D®；肩如编-一虫送一%+DA%.1500+11x151-5某闭环调速氯统的调速范国是1500-150r.'[Ui]K要求系统的静差率i-<2%,那么系统允许的静态速降是多少？如果J「环裁统的静缶速降是lOOindu,则闭虾系统的JF环戒大倍故应有多大7所以.ns150x0.02==3.06"『nunJ1-002Art因为Ah,-一竺所以d1+K所以JK=^1=—-1=31.73.061—10有-V—M调速系统。电动机参数为：Pn=2W,C；v=220Jz,IN=12.5A,=1500r/nun,电枢电阻R=L2Q,整流装置内阻^=1.5Q.触发整流环节的放大倍数配=35。耍求系统满足调速范围D=20,静差率s<10%o计算开环系统的静态速降、喝和调速要求所允许的闭环静态速降&妇。采用转速负反愤组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。调整该系统参数，使当U；=\5V时，匕=右.，n=n”则转速负反愤系数。应该是多少？计算放大器所需的放大倍数。解:(1)先计算电动机的电动势系数厂贝一/危。220-12.5x1.2・,c=———==0.1367/-min.r1500则开环系数额定速降为IXR12.5x(l.IXR12.5x(l.2+1.5).二一==246.9Enun△n°p(，e额定负载时的稳态速降应为的S1500x0.1,-.=———<=8.33/7nunC1ZXl-s)20x(1-0.1)0.1367An(2)系统的静态结构框图如下所示转速负反馈系统的原理图（3）当U；=\5V时.mn=nN,则转速负反馈系数a应该是151500=151500=0.01（4）闭环系统的开环放大系数应为246,98.33-1246,98.33-1=28.64运算放大器所需的放大倍数28.64十志。.。心皿728.64十志。.。心皿7二11.192-7在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。仕知参

数：电动机：均=3.7用',。\=220匕孔=20/1.%=10007・/1】111】，电枢回路总电阻R=1.5。，设=U；m=Uom=8r,电枢回路最大电流IJm=40.4,电力电子变换器的放大系数AT5=40.试求：（1）电流反馈系数和转速反馈系数。：（2）当电动机在最高速发生堵转时的U”、U；.乙」心值。解：（1〉稳态时因为心=导所以/?=』=旦=0.2//力I伽40。二国l二二o.oosr,min/rgI。。。(2)电动机在最高速发生堵转时u=DUdQ-(?/+7J2?-40xU-60/U；=-Ut=/31d=SVU}=8K壶丝1砂&40211有一个系统.其控制对象的传递函数为财$)=^7=」°广要求设计一个rs4-1O.OIj+110无静差系统，在阶既输入卜系统楚调r按线性系统考虑工试对该系统进行动态校注:，决定调节器结构，并选择其蓼数■:102-12有-个闭环系统，其控制对象的传递函数为%”)二吗二——"——’要求曲M万十D5(0-025+1)校正为典型II型系统，在阶跃输入卜系统超调量。艮$0%(投线性系统.考虑h试决定调节器绡构.并选择其参数-3-1直流电机额定转速勺,=375"血11,电枢电流鼬定值为］杪=节。优.允许过毓倍数>1=15.计算机内部定点数占•个字的位置一H6位h试:确定敬字控制系统的转速反觥存储系数和电流反愦存储系数.诺当考虑余筮。正定点数K度为］个字，:此位〕，但最高位颈用作符号位.只有15位M费示总值，放最大存惜值D皿电枢电流最