《电气传动与调速系统》综合习题

《电气传动与调速系统》综合习题一、填空题（共30空，每空1分，共30分）1.电气传动系统一般由、、和四部分组成。2.他励直流电动机的调速方法主要有、、三类，其中属于恒转矩调速的是，属于恒功率调速的是3.调速系统的静态性能指标主要有和，对于额定负载转速降恒定的下调速系统，两者的关系表达式为4.转速负反馈单闭环比例控制调速系统是（有/无）静差系统，其静差的根本原因是；采用PI调节器的调速系统是（有/无）静差系统，其实现无静差的核心是。5.双闭环直流调速系统的两个闭环分别是和，其中内环是，外环是；两个调节器通常采用调节6.双闭环直流调速系统的起动过程分为、、三个阶段，其中阶段两个调节器均不饱和。7.按转差功率的去向分类，异步电动机调速系统可分为、、三类，其中转差功率利用率最高的是。8.SPWM脉冲生成中，根据载波与调制波是否同步，可分为调制和调制，低频段输出谐波更小的是调9.矢量控制的核心思想是通过将定子电流分解为分量和分量，实现转矩与磁链的解耦控10.直接转矩控制直接在坐标系下控制电动机的和，采用滞环控制器实现快速调11.绕线式异步电动机串级调速的核心是在转子回路中引入，转差功率大部分被，因此效率较高。12.同步电动机调速系统按控制方式可分为和两类，无刷直流电动机属于13.通用变频器的主电路通常由、、三部分组14.电气传动系统的制动方式中，能将动能回馈电网的是制动，制动转矩最大的是制动。15.晶闸管-电动机调速系统中，电枢回路串平波电抗器的主要作用是填空题参考答案1.电动机；传动机构；生产机械；控制装置2.电枢回路串电阻调速；降低电枢电压调速；减弱励磁磁通调速；电枢串电阻调速、降压调速；弱磁调速3.调速范围；静差率；$D=\frac{n_{\text{max}}s}{\Deltan_N(1-s)}$4.有；比例调节器的输出依赖于输入偏差；无；积分环节的偏差积累作用，稳态时偏差为零5.转速环；电流环；电流环；转速环；PI6.电流上升阶段；恒流升速阶段；转速调节阶段；转速调节7.转差功率消耗型；转差功率馈送型；转差功率不变型；转差功率不变型8.同步；异步；异步9.坐标变换；励磁；转矩10.定子静止（α-β）；定子磁链；电磁转矩11.附加电动势；回馈电网12.他控式；自控式；自控式13.整流单元；直流储能单元；逆变单元14.回馈；反接15.减小电流脉动，保证电枢电流连续二、单项选择题（共20题，每题1分，共20分）1.他励直流电动机降低电枢电压调速时，机械特性硬度（）A.变硬B.变软C.不变D.不确定2.调速系统静差率的定义是（）A.额定负载转速降与额定转速之比B.额定负载转速降与理想空载转速之比C.理想空载转速与额定转速之差与额定转速之比D.转速变化量与给定转速之比3.转速负反馈单闭环比例控制调速系统中，下列扰动引起的转速误差无法通过闭环抑制的是（）A.电枢电阻变化B.电网电压波动C.负载变化D.转速反馈系数变化4.PI调节器实现无静差的核心原因是（）A.比例环节的放大作用B.积分环节的偏差积累作用C.反馈系数的调整作用D.主电路电阻的补偿作用5.双闭环直流调速系统中，电流环的主要作用是（）A.抗负载扰动B.稳定转速C.快速跟随电流给定、限制过电流D.提高静差率6.双闭环直流调速系统恒流升速阶段，调节器的工作状态是（）A.ASR饱和，ACR不饱和B.ASR不饱和，ACR饱和C.两者均饱和D.两者均不饱和7.下列异步电动机调速方法中，属于转差功率不变型的是（）A.定子调压调速B.转子串电阻调速C.变频调速D.串级调速8.异步电动机变极调速的特点是（）A.无级调速，适合笼型电机B.有级调速，适合绕线式电机C.无级调速，适合绕线式电机D.有级调速，适合笼型电机9.SPWM调制的载波比是指（）A.载波频率与调制波频率之比B.调制波频率与载波频率之比C.载波幅值与调制波幅值之比D.调制波幅值与载波幅值之比10.异步电动机基频以下恒压频比调速属于（）A.恒功率调速B.恒转矩调速C.恒磁通调速D.B和C11.矢量控制中，实现励磁电流与转矩电流解耦的坐标系是（）A.三相静止坐标系B.两相静止坐标系C.两相同步旋转坐标系D.极坐标系12.直接转矩控制的直接控制对象是（）A.定子电流幅值与相位B.转子磁链与转矩C.定子磁链与转矩D.转速与电流13.绕线式异步电动机串级调速的调速范围通常为（）A.100以上B.2~3C.1.1左右D.不受限制14.自控式同步电动机调速系统与异步变频调速系统相比，最大优势是（）A.无转差、效率高B.控制简单C.成本低D.调速范围宽15.二极管不控整流的变频器，能量流动方向是（）A.仅电网到直流侧B.仅直流侧到电网C.双向流动D.不确定16.晶闸管-电动机系统电流断续时，机械特性会（）A.变硬、理想空载转速升高B.变软、理想空载转速升高C.变硬、理想空载转速降低D.变软、理想空载转速降低17.下列制动方式中，制动转矩最大的是（）A.能耗制动B.反接制动C.回馈制动D.自由停车18.双闭环调速系统中，转速调节器的输出限幅值对应（）A.电动机额定电流B.电动机最大允许电流C.晶闸管最大输出电压D.电动机额定转速19.下列调速方法中效率最低的是（）A.变频调速B.串级调速C.转子串电阻调速D.永磁同步调速20.无刷直流电动机的反电动势波形通常设计为（）A.正弦波B.梯形波C.方波D.三角波单项选择题参考答案1.C2.B3.D4.B5.C6.A7.C8.D9.A10.D11.C12.C13.B14.A15.A16.B17.B18.B19.C20.B三、多项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.转速负反馈单闭环比例调速系统中，会引起稳态转速变化的参数有（）A.给定电压$U_n^*$B.转速反馈系数$\alpha$C.电枢电阻$R_a$D.电网电压2.双闭环直流调速系统中，转速调节器的作用包括（）A.实现转速无静差B.抗负载扰动C.限制最大电流D.快速跟随电流给定3.下列调速方法中，属于转差功率消耗型的有（）A.定子调压调速B.转子串电阻调速C.电磁转差离合器调速D.串级调速4.SPWM异步调制的特点有（）A.载波频率固定，调制波频率变化B.低频段输出谐波小、特性好C.高频段载波比小、波形对称性差D.开关频率不固定，不利于滤波5.矢量控制系统的必要组成部分包括（）A.转速调节器B.电流调节器C.坐标变换单元D.磁链观测器6.与矢量控制相比，直接转矩控制的优点有（）A.控制结构简单，坐标变换少B.转矩响应速度快C.对电机参数依赖性小D.低速转矩脉动小7.同步电动机的调速方法有（）A.变极调速B.变频调速C.电枢调压调速D.弱磁调速8.变频器的制动方式中，可实现能量回馈电网的有（）A.能耗制动B.直流制动C.有源逆变回馈制动D.共用直流母线制动9.下列属于调速系统抗扰性能指标的有（）A.上升时间B.超调量C.动态降落D.恢复时间10.关于串级调速的说法正确的有（）A.适用于绕线式异步电动机B.转差功率可回馈电网，效率高C.调速范围宽，适合高速场合D.可实现平滑无级调速多项选择题参考答案1.AB2.ABC3.ABC4.ABCD5.ABCD6.ABC7.AB8.CD9.CD10.ABD四、判断题（共15题，每题1分，共15分）1.转速负反馈比例控制调速系统是有静差系统，偏差是控制的基础。（）2.双闭环调速系统中，转速调节器饱和时，转速环相当于开环，系统表现为恒电流调节。（）3.异步电动机基频以下恒压频比控制的目的是保持主磁通恒定。（）4.矢量控制系统必须安装速度传感器才能正常工作。（）5.直接转矩控制的转矩响应速度比矢量控制快。（）6.他励直流电动机电枢串电阻调速时，理想空载转速不变，机械特性变软。（）7.SPWM调制度是调制波幅值与载波幅值之比，最大值为1。（）8.绕线式异步电动机串级调速的效率高于转子串电阻调速。（）9.同步电动机的稳态转速与负载大小无关，始终等于同步转速。（）10.采用IGBT的电压型逆变器只能实现单向能量流动。（）11.调速范围和静差率是两个独立的性能指标，无直接关联。（）12.双闭环调速系统起动过程中，电枢电流始终保持最大值。（）13.异步电动机定子调压调速适合风机水泵类二次方转矩负载。（）14.无刷直流电动机属于异步电动机调速系统。（）15.电气传动系统中，电磁转矩与负载转矩的差值决定转速的变化率。（）判断题参考答案1.√2.√3.√4.×5.√6.√7.×8.√9.√10.×11.×12.×13.√14.×15.√五、简答题（共8题，每题5分，共40分）1.简述电气传动系统的基本组成及各部分功能。2.什么是调速系统的静差率？它与调速范围有什么关系？请推导关系表达式（假设额定负载转速降恒定）。3.转速负反馈单闭环比例调速系统中，给定电压、反馈系数、电枢电阻、电网电压、励磁电流、负载转矩变化时，哪些会影响稳态转速？为什么？4.为什么PI调节器构成的调速系统能实现无静差？简述积分控制的优缺点。5.双闭环直流调速系统中，转速调节器和电流调节器各有什么作用？6.按转差功率去向分类，异步电动机调速系统可分为哪几类？各有什么特点？7.简述矢量控制的基本思想和核心步骤。8.直接转矩控制与矢量控制的主要区别有哪些？简答题参考答案1.答：电气传动系统由四部分组成：①电动机：动力元件，将电能转换为机械能，拖动生产机械运动；②传动机构：电动机与生产机械间的动力传递装置，用于匹配转速和转矩，如减速器、皮带轮等；③生产机械：系统负载，完成特定生产工艺，具有恒转矩、恒功率、二次方转矩等负载特性；④控制装置：系统核心，通过调节电动机的电压、电流、频率等参数，实现转速、转矩、位置等控制，满足工艺要求。2.答：（1）静差率$s$：系统在某一理想空载转速$n_0$下，负载从理想空载增加到额定负载的转速降$\Deltan_N$与理想空载转速的比值，即$s=\frac{\Deltan_N}{n_0}*100\%$，反映转速的负载稳定性。（2）调速范围$D$：额定负载下，电动机最高转速$n_{\text{max}}$与最低转速$n_{\text{min}}$之比，即$D=\frac{n_{\text{max}}}{n_{\text{min}}}$。（3）关系推导：对于转速降恒定的调速系统（如直流降压调速、异步恒压频比调速），额定负载转速降$\Deltan_N$为定值。最低转速对应最低理想空载转速$n_{0\text{min}}$，此时静差率最大，因此系统静差率以最低速为准。由$s=\frac{\Deltan_N}{n_{0\text{min}}}$得$n_{0\text{min}}=\frac{\Deltan_N}{s}$，最低额定转速$n_{\text{min}}=n_{0\text{min}}-\Deltan_N=\Deltan_N\frac{1-s}{s}$，代入调速范围公式得$D=\frac{n_{\text{max}}s}{\Deltan_N(1-s)}$。结论：静差率要求越高（$s$越小），调速范围越小；若要扩大调速范围并保证静差率，必须减小额定转速降。3.答：（1）影响稳态转速的量：给定电压$U_n^*$、转速反馈系数$\alpha$。（2）原因：闭环系统只能抑制被包围在反馈环内的扰动，环外的给定通道、反馈通道扰动无法抑制。电枢电阻、电网电压、励磁电流、负载转矩均为前向通道的环内扰动，闭环可通过负反馈减小其对转速的影响；给定电压是系统输入，直接决定转速给定值，反馈系数变化直接改变反馈电压大小，两者均为环外扰动，会直接影响稳态转速。4.答：（1）PI调节器输出为$u(t)=K_pe(t)+\frac{K_p}{T_i}\int_0^te(\tau)d\tau$，其中$e(t)$为输入偏差。积分环节的输出与偏差的积分成正比，只要存在偏差（$e(t)\neq0$），积分作用就会持续积累，使调节器输出变化，进而调整转速，直到偏差为零（$e(t)=0$），积分作用停止，输出保持恒定，因此稳态下无静差。（2）积分控制的优点：提高稳态精度，实现阶跃给定和阶跃扰动的无静差调节；缺点：具有滞后性，会降低系统稳定性，延长调节时间，因此通常与比例作用结合构成PI调节器，兼顾稳态精度和动态性能。5.答：双闭环系统内环为电流环，外环为转速环，均采用PI调节器。（1）电流调节器作用：①电流跟随作用：使电枢电流快速跟随给定变化，动态响应快；②抗扰作用：抑制电网电压波动等电流环内扰动；③限流保护：通过转速调节器输出限幅，限制最大电枢电流，保证电机和变流装置安全，实现恒流起动。（2）转速调节器作用：①转速调节作用：使转速跟随给定变化，实现无静差调速；②抗扰作用：抑制负载变化等转速环内扰动，保证转速稳定；③主导作用：决定系统的稳态转速精度和动态跟随性能，是系统的主导调节器。6.答：按转差功率去向分为三类：（1）转差功率消耗型：转差功率全部消耗在转子回路中，通过增大转差损耗降低转速。特点：结构简单、成本低，但效率低、发热大，低速效率更低，属于耗能型调速。典型方法：定子调压调速、转子串电阻调速、电磁转差离合器调速。（2）转差功率馈送型：转差功率的一部分通过变流装置回馈电网，其余消耗在转子回路。特点：效率较高，转差功率得到利用，但需额外变流装置，成本较高，调速范围中等。典型方法：绕线式异步电动机串级调速。（3）转差功率不变型：转差功率基本不变，转速变化不引起转差功率增减。特点：效率最高、调速范围宽、精度高，但控制系统复杂、成本高。典型方法：变极调速（有级）、变频调速（无级）。7.答：（1）基本思想：仿照直流电动机的转矩控制原理，通过坐标变换将交流电动机的定子电流分解为励磁分量和转矩分量，实现两者解耦控制，获得与直流电动机相当的调速性能。（2）核心步骤：①坐标正变换：将三相静止坐标系下的定子电流$i_A、i_B、i_C$经3/2变换转换为两相静止$\alpha-\beta$坐标系下的$i_\alpha、i_\beta$，再经旋转变换转换为两相同步旋转$d-q$坐标系下的励磁分量$i_d$和转矩分量$i_q$（$d$轴与磁链方向重合）；②解耦控制：在$d-q$坐标系下分别独立控制$i_d$和$i_q$，等效为直流电机的励磁电流和电枢电流控制；③坐标反变换：将$d-q$坐标系下的电压给定经反旋转变换、2/3变换转换为三相电压给定，或直接生成SPWM/SVPWM脉冲控制逆变器。8.答：两者的主要区别如下：（1）控制坐标系不同：矢量控制在同步旋转$d-q$坐标系下控制，需复杂坐标变换；直接转矩控制在定子静止$\alpha-\beta$坐标系下控制，仅需3/2变换，结构简单。（2）控制对象不同：矢量控制通过控制电流的励磁、转矩分量间接控制转矩；直接转矩控制直接控制定子磁链和电磁转矩，采用滞环控制器。（3）响应速度不同：直接转矩控制直接对转矩闭环，响应速度快（毫秒级）；矢量控制通过电流环间接控制转矩，响应相对较慢。（4）参数依赖性不同：矢量控制依赖转子电阻、电感等多个电机参数，参数变化影响性能；直接转矩控制主要依赖定子电阻，参数依赖性小。（5）转矩脉动与低速性能不同：直接转矩控制转矩脉动大，低速性能差；矢量控制转矩脉动小，低速平稳，调速范围更宽。六、计算题（共3题，每题15分，共45分）1.已知某他励直流电动机额定参数：$P_N=10\\text{kW}$，$U_N=220\\text{V}$，$I_N=55\\text{A}$，$n_N=1000\\text{r/min}$，$R_a=0.5\\Omega$。采用晶闸管-电动机转速负反馈单闭环比例控制调速系统，主电路总电阻$R=1.0\\Omega$，晶闸管装置放大系数$K_s=30$。系统要求调速范围$D=10$，最低速静差率$s\leq5\%$，最高额定转速$n_{\text{max}}=1000\\text{r/min}$，额定转速时给定电压$U_n^*=15\\text{V}$（近似认为额定转速时反馈电压等于给定电压）。试求：（1）电动机电动势系数$C_e\Phi_N$；（2）开环系统额定转速降$\Deltan_{\text{op}}$；（3）闭环系统应有的额定转速降$\Deltan_{\text{cl}}$；（4）转速反馈系数$\alpha$；（5）比例放大器放大系数$K_p$。2.某双闭环直流调速系统，ASR和ACR均为PI调节器，电动机额定参数：$P_N=5.5\\text{kW}$，$U_N=220\\text{V}$，$I_N=28\\text{A}$，$n_N=1500\\text{r/min}$，$R_a=0.8\\Omega$，主电路总电阻$R=1.5\\Omega$，晶闸管装置放大系数$K_s=25$。系统设计最大电枢电流$I_{\text{dm}}=56\\text{A}$（2倍额定电流），ASR输出限幅$U_{\text{im}}^*=10\\text{V}$，ACR输出限幅$U_{\text{cm}}=10\\text{V}$，额定转速给定$U_n^*=10\\text{V}$。试求：（1）电流反馈系数$\beta$；（2）转速反馈系数$\alpha$；（3）最高转速堵转时的$U_{d0}、U_i^*、U_i、U_c$；（4）额定负载稳定运行时的$n、U_n、\DeltaU_n、U_i^*、U_i、\DeltaU_i、U_c$。3.某三相笼型异步电动机额定参数：$P_N=7.5\\text{kW}$，$U_N=380\\text{V}$，$f_N=50\\text{Hz}$，$n_N=1440\\text{r/min}$，Y形连接，额定效率$\eta_N=87\%$。采用转速开环恒压频比变频调速系统，负载为恒转矩，忽略定子电阻及漏抗影响，认为额定转矩对应的转速降恒定。试求：（1）极对数$p$和额定转差率$s_N$；（2）额定输出转矩$T_N$；（3）运行频率$f=25\\text{Hz}$、带额定转矩时的转速$n$和转差率$s$；（4）若最低运行频率$f_{\text{min}}=2\\text{Hz}$，要求最低速额定负载静差率$s\leq10\%$，系统能否满足？若不能可采取什么措施？计算题参考答案第1题参考答案（1）电动势系数：由$U_N=C_e\Phi_Nn_N+I_NR_a$，得$$C_e\Phi_N=\frac{U_N-I_NR_a}{n_N}=\frac{220-55*0.5}{1000}=0.1925\\text{V·min/r}\tag{3分}$$（2）开环额定转速降：$$\Deltan_{\text{op}}=\frac{I_NR}{C_e\Phi_N}=\frac{55*1.0}{0.1925}\approx285.7\\text{r/min}\tag{3分}$$（3）闭环额定转速降：由$D=\frac{n_{\text{max}}s}{\Deltan_{\text{cl}}(1-s)}$，得$$\Deltan_{\text{cl}}=\frac{n_{\text{max}}s}{D(1-s)}=\frac{1000*0.05}{10*(1-0.05)}\approx5.26\\text{r/min}\tag{3分}$$（4）转速反馈系数：近似认为额定转速时$U_n=\alphan_N=U_n^*$，得$$\alpha=\frac{U_n^*}{n_N}=\frac{15}{1000}=0.015\\text{V·min/r}\tag{3分}$$（5）比例放大器放大系数：由$\Deltan_{\text{cl}}=\frac{\Deltan_{\text{op}}}{1+K}$，得开环放大系数$K=\frac{\Deltan_{\text{op}}}{\Deltan_{\text{cl}}}-1\approx\frac{285.7}{5.26}-1\approx53.3$。又$K=\frac{K_pK_s\alpha}{C_e\Phi_N}$，因此$$K_p=\frac{KC_e\Phi_N}{K_s\alpha}=\frac{53.3*0.1925}{30*0.015}\approx22.8\tag{3分}$$可取$K_p=23$。第2题参考答案（1）电流反馈系数：稳态时最大电流对应ASR输出限幅，即$U_{\text{im}}^*=\betaI_{\text{dm}}$，得$$\beta=\frac{U_{\text{im}}^*}{I_{\text{dm}}}=\frac{10}{56}\approx0.1786\\text{V/A}\tag{2分}$$（2）转速反馈系数：额定转速时转速闭环无静差，$U_n=\alphan_N=U_n^*$，得$$\alpha=\frac{U_n^*}{n_N}=\frac{10}{1500}\approx0.00667\\text{V·min/r}\tag{2分}$$（3）最高转速堵转时：堵转时$n=0$，转速反馈$U_n=0$，ASR输入偏差大，饱和输出$U_i^*=U_{\text{im}}^*=10\\text{V}$。（2分）电流环无静差，故$U_i=U_i^*=10\\text{V}$，电枢电流$I_d=\frac{U_i}{\beta}=56\\text{A}=I_{\text{dm}}$。（2分）电动势系数$C_e\Phi_N=\frac{U_N-I_NR_a}{n_N}=\frac{220-28*0.8}{1500}\approx0.1317\\text{V·min/r}$，堵转时$U_{d0}=C_e\Phi_Nn+I_dR=0+56*1.5=84\\text{V}$，因此$$U_c=\frac{U_{d0}}{K_s}=\frac{84}{25}=3.36\\text{V}\tag{3分}$$（$U_c<U_{\text{cm}}$，ACR未饱和，符合工作要求）（4）额定负载稳定运行时：稳态转速$n=n_N=1500\\text{r/min}$。（1分）转速环无静差，故$U_n=U_n^*=10\\text{V}$，转速偏差$\DeltaU_n=U_n^*-U_n=0$。（2分）额定电流$I_d=I_N=28\\text{A}$，电流反馈$U_i=\betaI_N\approx0.1786*28=5\\text{V}$，电流环无静差，故$U_i^*=U_i=5\\text{V}$，电流偏差$\DeltaU_i=0$。（2分）整流输出电压$U_{d0}=C_e\Phi_Nn_N+I_NR=0.1317*1500+28*1.5\approx239.6\\text{V}$，因此$$U_c=\frac{U_{d0}}{K_s}=\frac{239.6}{25}\approx9.58\\text{V}\tag{1分}$$第3题参考答案（1）极对数与额定转差率：额定转速对应同步转速$n_{1N}=1500\\text{r/min}$，由$n_1=\frac{60f}{p}$得$$p=\frac{60f_N}{n_{1N}}=\frac{60*50}{1500}=2\tag{2分}$$额定转差率$$s_N=\frac{n_{1N}-n_N}{n_{1N}}=\frac{1500-1440}{1500}=0.04\tag{2分}$$（2）额定输出转矩：$$T_N=9550*\frac{P_N}{n_N}=9550*\frac{7.5}{1440}\approx49.74\\text{N·m}\tag{3分}$$（3）$f=25\\text{Hz}$时的转速与转差率：恒压频比下磁通恒定，恒转矩负载的转速降恒定，即$\Deltan_N=n_{1N}-n_N=60\\text{r/min}$。（2分）$f=25\\text{Hz}$时同步转速$n_1=\frac{60f}{p}=\frac{60*25}{2}=750\\text{r/min}$，额定转矩下转速$$n=n_1-\Deltan_N=750-60=690\\text{r/min}\tag{2分}$$转差率$$s=\frac{n_1-n}{n_1}=\frac{60}{750}=0.08\tag{2分}$$（4）最低频率静差率校验：$f_{\text{min}}=2\\text{Hz}$时同步转速$n_{1\text{min}}=\frac{60*2}{2}=60\\text{r/min}$，额定转矩转速降仍为$60\\text{r/min}$，此时静差率$$s=\frac{\Deltan_N}{n_{1\text{min}}}=\frac{60}{60}=100\%\gg10\%$$系统无法满足要求。（2分）可采取的措施：①采用定子电压低频补偿（转矩提升），低频时适当提高定子电压，补偿定子电阻压降，保持磁通恒定，减小转速降；②采用转速闭环控制，通过负反馈抑制转速降落，提高低速特性硬度；③采用矢量控制或直接转矩控制等高性能方案，改善低速性能。（2分）七、综合设计题（共2题，每题20分，共40分）1.某龙门刨床工作台要求拖动系统满足：调速范围$D=20$，最低速静差率$s\leq0.5\%$，最高转速对应电动机$1000\\text{r/min}$，最大切削力对应额定转矩，过载倍数2倍，要求起动平稳、起动电流限制在2倍额定电流以内，制动快速，具备过流、过压保护。试完成：（1）选择合适的调速方案并说明理由；（2）画出系统原理框图（文字描述即可）；（3）说明主要环节的作用；（4）简述系统起动过程；（5）说明制动方案及原理。2.某皮带输送机要求调速范围$D=10$，静差率$s\leq1\%$，恒转矩负载，环境粉尘大、维护量小、效率高。试完成：（1）选择合适的调速方案并说明理由；（2）画出系统原理框图（文字描述即可）；（3）说明主要控制原理；（4）与直流调速方案相比的优势。综合设计题参考答案第1题参考答案（1）调速方案选择：采用转速、电流双闭环控制的晶闸管-直流电动机调速系统（或PWM直流调速系统）。（3分）选择理由：①直流电动机调速性能优良，调速范围宽、静差率小，可满足$D=20$、$s\leq0.5\%$的要求；②双闭环控制兼顾转速和电流性能，既能保证转速稳态精度和抗扰性，又能实现最大电流起动，加快起动过程，同时限制过电流，保护设备；③可方便实现制动、过流、过压等保护，适配龙门刨床的冲击负载工况；④技术成熟，可靠性高，维护方便。（4分，答出3点即可）（2）原理框图：给定电压$U_n^*$→转速调节器（ASR）→电流给定$U_i^*$→电流调节器（ACR）→触发/驱动电路→变流装置→直流电动机→生产机械转速反馈（测速发电机/编码器）接回ASR输入端，电流反馈（霍尔传感器/电流互感器）接回ACR输入端，形成双闭环结构，两个调节器均带输出限幅。（3分）（3）主要环节作用：①转速调节器（ASR）：外环PI调节器，实现转速无静差调节，抑制负载扰动，输出限幅决定最大允许电流；②电流调节器（ACR）：内环PI调节器，实现电流快速跟随，抑制电网电压扰动，保证起动电流恒定，实现过流保护；③变流装置：将交流电转换为电压可调的直流电，为电动机供电，实现调压调速；④转速检测环节：检测电动机转速，转换为反馈电压，构成转速负反馈；⑤电流检测环节：检测电枢电流，转换为反馈电压，构成电流负反馈；⑥保护单元：实现过流、过压、欠压、过热等保护，保障系统安全。（4分，答出4个即可）（4）起动过程：①电流上升阶段：给定电压$U_n^*$跃升，转速反馈为0，转速偏差大，ASR立即饱和，输出最大电流给定$U_{\text{im}}^*$；电流反馈为0，电流偏差大，ACR输出迅速上升，电枢电流快速上升到最大值$I_{\text{dm}}$。（2分）②恒流升速阶段：电枢电流保持最大值，电动机以最大转矩加速，转速线性上升；此阶段ASR始终