電力傳動(dòng)與控制 習(xí)題及答案 第二章

2-1直流電機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？試從調(diào)節(jié)過程、調(diào)速特點(diǎn)、調(diào)速性能方面對這幾種調(diào)速方法進(jìn)行分析。答：直流電機(jī)調(diào)速方法有：降壓、電樞回路串電阻、弱磁三種降壓調(diào)速機(jī)械特性硬度不變（斜率不變），穩(wěn)定性較好，可以在低速范圍內(nèi)運(yùn)行，降壓調(diào)速可以得到較大的調(diào)速范圍，只要電源電壓連續(xù)可調(diào)，就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)速，即無級調(diào)速；關(guān)鍵在于：要有電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。電樞回路串電阻調(diào)速只能是基速（電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速）向下調(diào)；但也可以減小串入電阻值使轉(zhuǎn)速升高；轉(zhuǎn)速越低，損耗越大。該方法穩(wěn)定性能差，低速運(yùn)行時(shí)，負(fù)載在不太大的范圍內(nèi)變化，就會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)速變化，而空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍小，調(diào)速效果不明顯，但設(shè)備簡單，易于操作。弱磁調(diào)速一般用于升速，從基速向上調(diào)，在功率較小的勵(lì)磁電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制方便，能量損耗小，調(diào)速的平滑性較高，由于調(diào)速范圍不大，常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應(yīng)用，以擴(kuò)大調(diào)整范圍。2-2簡述可逆和不可逆PWM變換器在結(jié)構(gòu)和工作原理上各自具有的特點(diǎn)。雙極式和單極式可逆PWM變換器在結(jié)構(gòu)、工作原理上又有什么相同之處和不同之處呢？答：略2-3在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)停止不動(dòng)時(shí)，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：在采用雙極性可逆PWM變換器的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)停止不動(dòng)時(shí)，電樞兩端電壓是正負(fù)對稱的交變信號，這意味著雖然瞬時(shí)電壓不為零，但平均值可能為零。同樣地電樞電流也是正負(fù)對稱的交變信號，其平均值也可能為零，但瞬時(shí)電流不為零。對于不可逆直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí)，電樞兩端電壓通常為零，電流通常也為零，這里的電流為零是指平均值，瞬時(shí)電流可能由于電路中的電容、電感等元件的放電效應(yīng)而短暫存在。2-4在PWM-M系統(tǒng)中，直流電源等效為一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)是如何確定的？電樞電流是否還可能斷續(xù)？試進(jìn)行簡單討論。答：PWM輸出電壓Ud與控制電壓Uc的關(guān)系可概括為：當(dāng)控制電壓Uc改變時(shí)，平均輸出電壓Ud按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會(huì)有延遲，通常最大滯后時(shí)間認(rèn)為為一個(gè)載波周期T。對于帶制動(dòng)回路的PWM-M系統(tǒng)，無論電機(jī)是重載還是輕載狀態(tài)下，電流波形一般都是連續(xù)的。2-5調(diào)速范圍D、靜差率s和額定速降ΔnN三者之間存在什么內(nèi)在關(guān)系？答：略2-6直流電機(jī)的開環(huán)控制存在哪些問題？如何解決？答：略2-7轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：略。改變給定電壓能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比和測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化都將改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，因此將改變穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速。2-8在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：根據(jù)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)；而測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁發(fā)生變化時(shí)將改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)無調(diào)節(jié)作用。2-9在PWM-M系統(tǒng)中，當(dāng)直流電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)，其存儲(chǔ)的機(jī)械能是如何處理的，應(yīng)注意什么問題？如果要求將這些機(jī)械能饋回電網(wǎng)，可采取哪些措施？答：在PWM-M系統(tǒng)中，當(dāng)直流電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)，其存儲(chǔ)的機(jī)械能將轉(zhuǎn)換為電能回饋至直流側(cè)，但是由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，電能不能通過整流器送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容進(jìn)行充電，使得電容兩端電壓升高。應(yīng)注意過高的電容電壓可能會(huì)超過電力電子器件的耐壓限制值，因此電容的容量不能太小。如果要求將這些機(jī)械能饋回電網(wǎng)可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，將直流電逆變成交流電。2-10什么叫典型I型系統(tǒng)、典型Ⅱ型系統(tǒng)，它們有哪些基本特征？答：略。2-11采用理想起動(dòng)的目的是什么？答：理想起動(dòng)目的是能夠使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)保持最大的允許電流，從而產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠迅速以直線規(guī)律上升，從而大大縮短起動(dòng)時(shí)間，但也要注意減小對電網(wǎng)的沖擊。2-12在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)什么參數(shù)可以改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速？答：根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)可知，調(diào)節(jié)給定電壓、調(diào)節(jié)反饋系數(shù)都可以改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。2-13在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)該按照什么要求整定？電流調(diào)節(jié)器又有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)該如何整定？答：略2-14在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，如遇到下列情況會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（1）電流反饋極性接反；（2）轉(zhuǎn)速反饋極性接反；（3）起動(dòng)時(shí)ASR未能達(dá)到飽和；（4）額定負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)，電流反饋突然斷開。答：略2-15圖2-57為常見的液位控制系統(tǒng)原理圖，其工作目的是在任意時(shí)刻保持液面高度維持不變，試說明系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)控制框圖。答：該液位控制系統(tǒng)為典型的反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中被控量為水箱的液位高度。通過浮球的上下浮動(dòng)來反映液位的變化，當(dāng)液位上升或下降時(shí)，浮球會(huì)隨之浮動(dòng)，并帶動(dòng)電位器電刷位置發(fā)生變化，從而改變電機(jī)輸入電壓的變化，進(jìn)而改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，改變閥門開度，最終改變進(jìn)入水箱的流量。需注意，電位器電刷位于中間位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入電壓為零，電機(jī)保持靜止。2-16有一PWM-M轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)：電機(jī)參數(shù)PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω，整流裝置內(nèi)阻R=1.5Ω，整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s=10%。（1）計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落Δnop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)時(shí)的轉(zhuǎn)速降落Δncl；（2）試畫出采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖；（3）當(dāng)Un*=15V時(shí)，Id=IN，n=nN時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α應(yīng)是多少？（4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。（5）若開關(guān)頻率為8kHz，主電路電感L=10mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD2=1.2Nm2，試判斷該轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K是多少？解：（1）要求，根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)中，先求Ce則開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降為：根據(jù)要求：D=20，s≤10％，由公式得（2）略（3）、（4）已知，，根據(jù)公式則取K=20由已知：時(shí)，,，公式：得：根據(jù)公式得：（5）分析：要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)要求使得：，先求出三個(gè)時(shí)間常數(shù)其中：電磁時(shí)間常數(shù)為：機(jī)電時(shí)間常數(shù)為：要使得系統(tǒng)穩(wěn)定K必須小于268.99，根據(jù)（3）可知，K取20，則系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。2-17轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流電機(jī)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。已知α＝0.01V/r﹒min-1，β＝0.04V/A，Ce=0.416V/r﹒min-1，R=0.25Ω，負(fù)載電流IdL=140A，Un*=9V。試參計(jì)算出穩(wěn)態(tài)時(shí)Un、Ui、Ui*、ΔUn、ΔUi、Ud、Ea、Id、n各