2025年电力拖动与控制系统电力拖动与控制系统试卷(练习题库)附答案

2025年电力拖动与控制系统电力拖动与控制系统试卷(练习题库)附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.电力拖动系统稳定运行的必要条件是（）。A.电动机机械特性与负载特性有交点B.交点处电动机机械特性斜率大于负载特性斜率C.交点处电动机机械特性斜率小于负载特性斜率D.电动机电磁转矩等于负载转矩2.某直流电动机额定转速为1500r/min，额定负载下转速降落Δn_N=100r/min，若要求静差率s≤5%，则系统允许的最低转速为（）。A.100r/minB.150r/minC.200r/minD.250r/min3.晶闸管-电动机（V-M）系统中，当触发角α增大时，整流输出电压平均值（）。A.增大B.减小C.不变D.先增后减4.直流PWM调速系统中，若开关频率为10kHz，导通时间t_on=20μs，则占空比δ为（）。A.0.2B.0.3C.0.4D.0.55.交流异步电动机变频调速时，为保持气隙磁通恒定，应采用（）控制方式。A.U/f=常数B.恒压频比C.恒功率D.恒电流6.转速、电流双闭环直流调速系统中，转速调节器（ASR）的输出作为（）。A.电流给定信号B.转速反馈信号C.触发角控制信号D.电压给定信号7.矢量控制的核心是将异步电动机的（）分解为转矩分量和励磁分量，实现类似直流电动机的解耦控制。A.定子电流B.转子电流C.定子电压D.转子磁链8.步进电动机的步距角θ与（）无关。A.转子齿数B.运行拍数C.通电方式D.电源频率9.无刷直流电动机与传统直流电动机的主要区别在于（）。A.无换向器B.无电刷C.采用电子换向D.定子结构不同10.某三相异步电动机采用SPWM变频调速，若载波频率为10kHz，调制波频率为50Hz，则每个基波周期内的脉冲数为（）。A.100B.200C.300D.400二、填空题（每空1分，共20分）1.电力拖动系统的运动方程式为______，其中T为电磁转矩，T_L为负载转矩，J为转动惯量，n为转速。2.调速系统的稳态性能指标主要包括______和______。3.直流电动机的调速方法有______、______和______。4.闭环调速系统能够减小稳态速降的本质是______。5.晶闸管整流电路中，单相全控桥的整流电压平均值公式为______（α为触发角）。6.转速、电流双闭环系统中，电流调节器（ACR）的作用是______和______。7.异步电动机变频调速时，基频以下采用______控制，基频以上采用______控制。8.直接转矩控制通过直接控制______和______来实现快速转矩响应。9.步进电动机的驱动电源由______和______组成。10.无刷直流电动机的位置检测装置通常采用______或______。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述开环调速系统与闭环调速系统的主要区别及闭环系统的优势。2.说明直流PWM调速系统中“单极性”和“双极性”调制的特点，并比较其适用场景。3.解释异步电动机矢量控制中“坐标变换”的意义，列举常用的坐标变换类型。4.分析转速、电流双闭环系统中，突加负载时的动态调节过程（从转速偏差出现到系统重新稳定）。5.简述SPWM调制的基本原理，说明载波比和调制度对输出电压波形的影响。四、分析计算题（共30分）1.（10分）某直流电动机参数：P_N=10kW，U_N=220V，I_N=53A，n_N=1500r/min，电枢电阻R_a=0.3Ω。系统采用开环调速，要求调速范围D=10，静差率s≤10%。（1）计算额定负载下的转速降落Δn_N；（2）验证开环系统是否满足静差率要求；（3）若采用闭环系统，要求静差率仍为10%，计算所需的开环放大倍数K。2.（10分）三相异步电动机参数：额定功率P_N=30kW，额定电压U_N=380V，额定频率f_N=50Hz，额定转速n_N=1470r/min，定子每相电阻R_s=0.1Ω，转子每相电阻R_r'=0.15Ω（已折算），定子漏感L_sσ=0.002H，转子漏感L_rσ'=0.0025H，互感L_m=0.1H。采用恒压频比控制，当频率f=25Hz时，（1）计算此时的同步转速n_1；（2）计算额定负载下的转差率s_N；（3）若保持气隙磁通Φ_m恒定，计算此时的定子电压U_s；（4）分析此时电动机的过载能力（与额定频率下的过载能力比较）。3.（10分）某转速、电流双闭环直流调速系统中，已知：转速反馈系数α=0.005V·min/r，电流反馈系数β=0.02V/A，转速调节器ASR采用PI调节器，其比例系数K_p=10，积分时间常数τ_i=0.2s。系统最大给定电压U_n^=10V，最大电流给定电压U_i^=8V。（1）计算系统允许的最大转速n_max；（2）计算系统允许的最大电流I_max；（3）若突加额定负载时，转速偏差Δn=100r/min，求此时ASR的输出电压U_i^（假设ASR未饱和）；（4）说明ASR积分环节在系统中的作用。答案一、单项选择题1.C2.B3.B4.A5.A6.A7.A8.D9.C10.B二、填空题1.T-T_L=J(2π/60)(dn/dt)2.调速范围；静差率3.电枢串电阻；降低电枢电压；减弱励磁磁通4.引入转速反馈，通过调节电枢电压补偿负载变化引起的转速降落5.U_d=0.9U_2cosα（单相全控桥，阻感负载）6.限制最大电流；加快电流响应7.恒压频比（U/f=常数）；恒功率（电压恒定，频率升高）8.定子磁链；电磁转矩9.环形分配器；功率放大器10.霍尔传感器；光电编码器三、简答题1.区别：开环系统无转速反馈，输出仅由给定决定；闭环系统通过转速反馈形成负反馈控制。优势：闭环系统可减小稳态速降，提高调速精度；抑制负载扰动、电源电压波动等干扰；扩大调速范围。2.单极性调制：PWM输出电压在一个周期内仅在正或负半周交替，开关管仅在一个极性下工作，适用于小功率或对谐波要求较低的场景。双极性调制：输出电压在正负半周交替变化，开关管需承受双向电压，适用于需要更平滑输出、减少低次谐波的中大功率场景。3.坐标变换意义：将三相静止坐标系下的交流量转换为两相旋转坐标系下的直流量，实现异步电动机励磁分量与转矩分量的解耦控制。常用变换类型：三相/两相静止变换（3s/2s变换）、两相静止/两相旋转变换（2s/2r变换，即帕克变换）。4.突加负载时，转速下降，转速反馈电压U_n减小，转速偏差ΔU_n=U_n^-U_n增大，ASR输出U_i^增大，电流给定增加，ACR输出U_c增大，晶闸管整流器输出电压U_d增大，电动机电枢电流I_a增大，电磁转矩T增大，直到T=T_L+ΔT（ΔT为动态转矩），转速开始回升；随着转速接近给定值，ΔU_n减小，U_i^减小，I_a回落至负载电流，系统重新稳定。5.SPWM原理：用三角波（载波）与正弦波（调制波）比较，提供宽度按正弦规律变化的脉冲序列，等效正弦波输出。载波比N=f_c/f_r（f_c为载波频率，f_r为调制波频率），N越大，输出波形越接近正弦波，谐波含量越低；调制度M=U_r/U_c（U_r为调制波幅值，U_c为载波幅值），M≤1时，输出电压基波幅值与M成正比，M>1时出现过调制，波形失真。四、分析计算题1.（1）Δn_N=(I_NR_a)/(C_e)，其中C_e=(U_N-I_NR_a)/n_N=(220-53×0.3)/1500=(220-15.9)/1500=204.1/1500≈0.1361V·min/rΔn_N=(53×0.3)/0.1361≈15.9/0.1361≈116.8r/min（2）开环系统最低转速n_min=n_N/(D)=1500/10=150r/min静差率s=Δn_N/(n_min+Δn_N)=116.8/(150+116.8)=116.8/266.8≈43.8%>10%，不满足。（3）闭环系统静差率s=Δn_N/(n_min(1+K)+Δn_N)≤10%代入n_min=150r/min，Δn_N=116.8r/min：0.1≥116.8/(150(1+K)+116.8)150(1+K)+116.8≥1168150(1+K)≥1051.21+K≥7.008K≥6.0082.（1）n_1=60f/p，额定转速n_N=1470r/min，同步转速n_1N=1500r/min（p=2），故f=25Hz时，n_1=60×25/2=750r/min（2）s_N=(n_1N-n_N)/n_1N=(1500-1470)/1500=0.02（3）恒压频比控制时，U_s/f=常数，额定频率下U_s≈U_N/√3=380/1.732≈219.4V，故f=25Hz时，U_s=219.4×(25/50)=109.7V（4）异步电动机过载能力λ=T_max/T_N，T_max=(3pU_s²)/(2ω_1[R_s+√(R_s²+(ω_1L_σ)^2)])，ω_1=2πf。基频以下U_s/f=常数，ω_1L_σ=2πf(L_sσ+L_rσ')=2πfL_σ，故ω_1L_σ与f成正比，R_s可忽略时，T_max≈(3pU_s²)/(2ω_1×ω_1L_σ)=(3p(U_s/f)^2)/(2×4π²L_σ)，因U_s/f=常数，故T_max基本不变，过载能力与额定频率下接近。3