电机拖动自动控制课后答案.doc

第三章习题与答案

1．双闭环调速系统在突加给定的起动过程中，转速调节器为什么能迅速达到限幅值，其限幅值是如何整定的？电流调节器是否应达到限幅值，其限幅值是如何整定的？
双闭环调速系统在突加给定时，由于电机的机械惯性，转速为零，使转速反馈电压为零，这时加在转速调节器输入端的偏差电压很大，而转速调节器的积分时间常数较小，所以转速调节器的输出能迅速达到限幅值，其限幅值按所要限制的最大电流值来整定，。电流调节器不应达到限幅值，否则将失去调节作用，其限幅值应大于最大的输出控制电压，。

2．双闭环调速系统对电网及负载扰动，其调节过程的特点是什么？
对电网电压的扰动无需等到电机转速发生变化，只要电枢回路电流发生变化时，由电流调节器调节即可，有效减小电机转速的变化。负载扰动要电机的转速发生变化后，由转速调节器来调节。

3－1开环系统额定静态速降是由什么因素决定的？
开环系统的静态速降为其中为电机所固有的常数，因此开环系统额定静态速降主要由电机的额定电流、电枢回路总电阻决定。

3．转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是什么？
转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是闭环系统的自动调节作用。在开环系统中，当负载电流增大时，电枢电流Id在电阻R上的压降也增大，转速就要降下来。现在引入了转速负反馈，转速稍有降落，反馈电压Un就感觉出来了。因给定电压Un*不变。因此加到触发器上的控制电压Uc=Kp(Un*-Un)便会自动增加了，它可使晶闸管整流电压Ud0增加，电动机转速便相应回升。由于电枢电压的增量ΔUd0，补偿ΔIdR压降，就使转速基本维持不变。

4．有一V－M调速系统，已知电动机的电势系数Ce＝1.27(v/rpm)，IN＝15A，nN＝150转／分，电枢回路总电阻R＝3Ω，晶闸管整流装置的放大倍数Ks＝30，要求调速范围D＝20，S＝10％，
（1）计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速降。（2）采用转速负反馈组成单闭环系统，如果最大给定电压为30V，则转速反馈系数应为多少？（3）计算所需的放大器的放大倍数。
解(1) 开环系统的静态速降 （转／分）
调速要求所允许的静态速降（转／分）
（2）

5．在带电流载止负反馈的转速负反馈调速系统中，如果稳压管的稳压值UW发生变化，或电流反馈系数β发生变化，各对系统的静特性有什么影响？
带电流载止负反馈的转速负反馈调速系统的静特性为：

当稳压管的稳压值发生变化时相当于给定电压发生变化，影响理想系统的空载转速。电流反馈系数β发生变化相当于电枢回路电阻发生变化，影响系统的静态速降。所以当稳压管的稳压值发生变化或电流反馈系数β发生变化，将影响系统静特性的斜率。

6．为什么积分控制的调速系统是无静差的？积分调节器的输入偏差电压时，输出电压是多少？决定于那些元素？系统的动态速降能否为零，为什么？
在积分控制的调速系统中，控制作用不仅依靠偏差本身而且依靠偏差的累计。只要输入偏差，积分控制就使得逐渐积累，因而转速就要变化。只有到时，不再变化，转速才稳定下来，因而是无静差的。
当输入偏差电压时，输出电压为一定值，它取决于偏差的大小、偏差为零的时刻、积分时间常数等。
系统的动态速降不能为零，如果动态速降也为零，那么系统的偏差电压始终为零，则为零，控制作用就失去了，系统无法工作。

7．双闭环调速系统在稳定运行时，速度调节器的输入、输出电压各为多少？电流调节器的输入、输出电压各为多少？
在转速、电流双闭环调速系统中，如果转速、电流两个调节器都采用PI调节器，稳定运行时，它们的输入电压都为零。
转速调节器的输出电压为：
电流调节器的输出电压为：

8．如果要改变双闭环系统的转速，可调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？如果要改变堵转电流（系统起动时的最大电流）应调节什么参数？
如果要改变转速可调节给定电压或转速反馈系数，改变转速调节器的放大倍数不行，改变转速反馈系数行。如果要改变堵电流应调节转速调节器的输出限幅值或电流反馈系数。

第四章习题与答案
1．异步电动机变频调速时，如果只从调速角度出发，仅改变是否可行？为什么？在实际应用中。同时还要调节，否则会出现什么问题？
由电学可知，异步电动机有如下关系式：式中，定子绕组匝数，定子绕组系数为常数。在电源频率一定时，定子绕组感应电动势与产生它的气隙合成磁通成正比。忽略定子阻抗压降时，定子电压与近似相待。由于（4－1）看出，若不变，与成反比。如果下降，则增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升。铁损增加，电动机效率降低，也使功率因数减小。如果上升，则减小，电磁转矩减小，电磁转矩减小，电动机的过载能力下降。可见调速时为维持恒磁通不变，在调节的同时还要协调地调节，才可以使异步电动机具有较好的性能。

2．异步电动机变频调速时，常用的控制方式有哪几种？它们的基本思想是什么？这种控制方式得到的机械特性如何？
常用的控制方式有三种：
（1）保持＝常数的控制方式
一般生产机械的负载多为恒转矩负载。对恒转负载，希望在调速过程中保持最大转矩不变，即电动机的过载能力不变。由电机学可知，最大转矩为

若忽略定子电阻，并考虑到则，所以在从额定频率（称为基频）向下调节时，协调控制，使与的比值保持不变，即可保证调整过程中，电动机的最大转矩不变。称为压频比恒定的控制方式。
在频率较高时，定子电阻相对于短路电抗来说，可以忽略（因为，在调节同时，调节并保持＝常数，即可使不变。但是在频率较低时，相对来说，不可忽略。此时既使仍保持压频比恒定，Φm也要减小，从而使最大转矩减小。电动机低速运行时，过载能力随转速n的降低而降低。因此这种控制方式的变频调速只适用于风机类负载，或是能轻载起动，而又要求调速范围较小的场合。
（2）保持＝常数的控制方式
对于要求调速范围大的恒转矩负载，希望在整个调速范围内。保持最大转矩不变，即Φm不变，可以采用E1/f1＝常数的控制方式，也称为恒磁通控制方式。
由于异步电动机的感应电动势E1不好测量和控制，所以在实际应用中，是采取补偿的办法。随着f1的降低，适当提高U1，以补偿r1上的压降，等效地满足E1/f1＝常数，以达到维持最大转矩不变的目的，考虑到低频空载时，由于电阻压降减小，应减少补偿量，否则将使电动机磁通Φm增大，导致磁路过饱和而带来的问题，具体如何做需根据生产工艺要求而定。
（3）恒功率控制方式
电动机在额定转速以上运行时，定子频率将大于额定频率，如按以上控制方式，定子电压则要相应地高于额定电压，这是不允许的。因此在基频以上应采取恒功率控制方式。这与直流电动机在额定转速以上，采用恒压弱磁相似。此时，由于定子电压限制在允许范围内，而频率升高，致使气隙磁通减小，转矩减小，但因为转速上升了，所以属恒功率性质。
只要满足U1／＝常数的条件，即可恒功率调速。实际在基频以上调速时，是保持U1为额定值不变，而只升高频率，所以为近似恒功率调速。一般在基频以下采用Ｕ1/f1＝常数或E1/f1＝常数的控制方式；基频以上采用恒功率控制方式。
（4）机械特性
由n1＝60f1/p知，改变电源频率f1，就有不同的n1，从而得到不同的机械特性。再得知最大转矩的变化规律和机械特性运行段的斜率，即可大致画出变频调速的机械特性。
（a）最大转矩　当f1从基频向下调，而数值较高时，r1可忽略，Tmax∞U1/f1，按压频比恒定的控制方式调速，最大转矩基本保持不变。当f1数值较低时，r1不可忽略，由式(4-2)可见，最大转矩将减小。这是因为在r1上产生的压降使得定子电动势E1进一步降低　气隙磁通Φm减小，所以，既使保持Ｕ1/f1＝常数，也不能保持Φm不变，致使最大转矩Tmax减小。f1下降越多，r1的影响越大，Tmax减小越多，为了提高低速时电动机的过载能力，必须适当地提高Ｕ1采用E1/f1＝常数的控制方式。当从基频向上调时，Ｕ1保持额定值不变，f1增加，Φm减小，Tmax随之减小。
（b）运行段的斜率　由电机学知，临界转差率Sm为：
在f1较高时忽略r1并用代入式中，得：
又因为转速n=n1(1－s)则对应最大转矩时＝常数可见∆nm与频率f1无关。因此，无论在基频以下还是基频以上调速时，机械特性都是平行上下移动的。到频率f1很低时，r1不可以忽略，∆nm减小，机械特性更硬些。根据以上分析，可以定性画出机械特性。

3．交－直－交电压型变频调速系统，要求逆变器输出线电压基波有效值为380V，对1800导通型和1200导通型逆变器，其直流侧电压Ｕd分别为多少伏？
1800导通型逆变器中ＵAB＝0．817U，线电压基波效值为380V时U＝465V
1200导通型逆变器中ＵAB＝0．707U，线电压基波效值为380V时U＝537V

4．在转速开环变频调速系统中，为什么要设置瞬间态校正环节？
设置瞬间态校正环节是为了在瞬间（动态）过程中，使系统仍基本保持某种控制规律，在此系统中是为保持E1/f1＝常数。由于电压控制回路为闭环，而频率控制回路为开环，在有负载扰动、电网电压波动等因素时，容易使系统工作不稳定。例如，在负载扰动下，电流内环响应较快，引起电压波动，由电压闭环进行自动调节。但是，只要给定电压不变，频率就始终不变。虽然在负载扰动下，输出电压Ｕ1将反复变化，而输出频率并不随着电压变化，使得在动态时不能保持E1/f1＝常数，磁场将产生过励和欠励不断交替的情况，使得电动机转矩波动，以至电动机转速产生波动，造成系统工作不稳定。为了避免上述情况的产生，而加入瞬间校正调节器，进行瞬态的补偿调节。
瞬态校正器采用微分校正电路，以获得超前校正作用。它的输入信号有两种取法：一是取电流调节器的输出信号；二是取电压器输入的电压给定与电压反馈的差值。这两种方法均可得到近似的补偿。系统进入稳态后，该环节就不起作用了。

5．转差频率控制变频调速系统中，当转速检测误差较大时，会发生什么情况？
转速的检测误差使系统特性偏离理想情况　系统的控制作用由转差角频率ωs决定，而ωs难于直接测量，一般是检测ω。如果用测速发电机检测ω，误差一般为额定转速的1％~3％，由于ωs比ω小得多，ω不大的误差就会引起ωs很大的误差。由于函数发生器是根据ASR的给定，输出对应于ωs的定子电流I1的给定值，因此使实际的ωs与I1并不满足理论上所得的关系，致使Φm不为设定值。在动态中，就不能保持Tmax不变，系统的快速性受到影响。反之，则使I0增大，铁损增加，电动机发热严重。由此可见，在转差频率控制的变频调速系统中，对测速精度的要求更高。
为了解决这一问题，可以采用数字检测。不可以采用电子线路，通过其他电量来间接求出电动机实际转差角频率。