电力拖动运动控制系统考试必备文档格式.docx
《电力拖动运动控制系统考试必备文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力拖动运动控制系统考试必备文档格式.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.转速、电流反馈（双闭环）控制直流调速系统较之单闭环系统的优势。
起动要更快、抗扰性能要更好。
2.双闭环控制直流调速系统启动经历哪几个阶段？
每个阶段对应的调节器状态如何？
整个启动过程的特点是什么？
3个阶段：
电流上升，恒流升速，转速调节
电流上升：
ASR很快进入饱和ACR不饱和
恒流升速：
ASR饱和ACR不饱和
转速调节：
ASR退饱和ACR不饱和
特点：
非线性控制、转速一定要超调、准时间最优
1，可逆是什么意思？
转速除了能够正转，还能实现反转。
2，直流可逆系统一般有几类？
V-M可逆与PWM可逆。
3，什么是环流？
V-M系统中一般有什么环流？
不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。
动态环流和静态环流。
4，拟制直流平均环流的方法是什么？
拟制瞬态环流的方法是什么？
彻底消除环流的方法是什么？
α=β配合控制，加环流电抗器，加DLC控制器。
5，DLC一般由哪几部分组成？
动作的充分必要条件是什么？
电平控制，逻辑判断，延时，联锁保护。
电流给定信号Ui*改变极性和零电流检测器发出零电流信号。
分析：
1，PWM调速系统电机正反转的条件及波形分析。
占空比ρ和电压系数γ的关系γ=2ρ-1，当ρ>
1/2时，γ为正，电动机正转；
当ρ<
1/2时，γ为负，电动机反转；
当ρ=1/2时，γ=0，电动机停止。
在一个开关周期内，当0≤t＜ton时，UAB=US，电枢电流id沿回路1流通；
当ton≤t＜T时，驱动电压反号，id沿回路2经二极管蓄流，UAB=-US。
ton＞T/2，UAB的平均值为正，电动机正转；
反之则反转。
ton=T/2，平均电压为零，电动机停止。
2，PWM调速系统突然加载或减载的调节过程分析。
控制电压改变后，占空比改变，输出平均电压调节。
（一定要答）
1，异步电机的调速方式有哪些？
调压调速，变频调速，改极调速，改转差率调速。
P117
2，变频调速的原理是什么？
说明公式即可：
n=（1-s）n1n1=60f1/np
3，什么是电压，频率协调控制？
恒压频比协调控制方式，比值恒定，目的是为了维持磁通不变（如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；
如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
）
4，基频以下有哪些变频控制手段？
各类特点是什么？
三类：
恒压频比（Us/w1=C），恒Eg/W1控制，恒Er/W1控制
恒压频比（Us/w1=C）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，必须对定子压降实行补偿。
恒Eg/W1控制通常是对恒压频比控制实行电压补偿而实现的，可以在稳态时达到气隙磁通Φm=Constant，从而改善了低速性能。
但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。
恒Er/W1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φm恒定进行控制，即得Er/W1=Constant。
从而，在动态中也尽可能保持Φrm恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。
5，基于稳态模型的变频调速分别是哪两类？
转速开环调压系统，转速闭环转差系统（即转速开环，电压频率协调控制的变频调速系统，转速闭环，转差频率控制的变频调速系统）
1，变频调速时为什么一定要同时调压？
交流电机变频调速时，总是希望保持电机中每级磁通为额定值不变。
如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；
如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
2.SPWMCFPWMSVPWM的控制目的有何不同？
控制方式具体如何实施？
（重点！
！
SPWM希望输出电压等效于正弦信号，变频调速性能一般
CFPWM希望输出电流等效与正弦信号，变频调速性能比SCPWM有所改善
SVPWM希望在异步电机内部形成圆形磁场，控制方式直接，有更少的开关次数、更大的直流电压利用率、更大的调速制比和更易于数字化实现的有点。
SPWM控制方式：
按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
CFPWM控制方式：
在交流电机中，需要保证的应该是正弦波电流，如在异步电机绕组中只有通入三相平衡的正弦波电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉冲分量。
显然能够获得比对电压进行控制更好的性能。
CFPWM就是希望输出正弦电流波形。
CFPWM对电流实行闭环控制，采用带滞环的比较器实现。
SVPWM的数字实现步骤：
根据参考电压，判断合成电压矢量所处的扇区；
计算合成电压矢量所在扇区的两个相邻电压矢量的作用时间，并判断是否成立，若不成立则必须做饱和处理；
计算插入零矢量的时间；
按照电压矢量变化只改变一相开关状态的原则安排开关矢量的作用，产生SVPWM波形。
3谈谈交流变频变压调速与直流调压调速的优缺点：
1变频变压调速，由于变频，会改变电机负载的负载性质，所以调速时，变频必须变压，是本质决定，无法克服；
2调压调速，由于调压，不会改变电机负载的负载性质，所以调速时，只改变电压；
3由于交流变频变压调速，是两个非线性关系的频率与电压的调速，所以是一个有缺陷的调速，而且这种缺陷是本质的无法改变的；
4、由于直流电机是调压调速，不改变电机负载的性质，而且速度与电压线性相关，所以是一个完美的调速系统；
1—8转速单闭环调速系统有那些特点？
改变给定电压能否改变电动机的转速？
为什么？
如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？
如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？
答：
（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。
②反馈控制系统的作用是：
抵抗扰动，服从给定。
扰动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的精度。
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。
（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？
为什么？
答：
当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。
因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。
负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。
因为他们的变化最终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。
再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。
测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作
用，为什么？
（1）放大器的放大系数Kp；
（2）供电电网电压；
（3）电枢电阻Ra；
（4）电动机励磁电流；
电压反馈系数γ。
在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调
节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。
电动机励磁电流、电枢电阻Ra发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反馈环外。
当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。
因为电网电压是系统的给定反馈控制系统
完全服从给定。
当电压反馈系数γ发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的
误差。
1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？
试说明理由。
采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是无静差的。
电压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到1/（1+K），它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。
但基本控制原理与转速负反馈类似。
它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。
2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：
（1）调速系统的静态特性；
（2）动态限流性能；
3）起动的快速性；
（4）抗负载扰动的性能
n
（5）抗电源电压波动的性能。
（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速n是由给定电压U∗决定的。
∗
ASR的输出量U*i是由负载电流IdL决定的。
控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时取决于Un和IdL。
双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计算相似。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：
电流负反馈的作用相当于在主电
路中串入一个大电阻KpKsRs，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；
比较电压Ucom与给定电压Un*的作用一致，好象把理想空载转速提高了。
这样的两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。
（2）
（3）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：
饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。
（4）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器
ASR来产生抗负载扰动的作用。
在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。
4-1晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？
当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。
4-2试画出采用单组晶闸管装置供电的V-M系统在整流和逆变状态下的机械特性，并分析这种机械特性适合于何种性质的负载。
解；
机械特性图如下：
n提升
Te
Id
放下
-n
4-3解释待逆变、正组逆变和反组逆变，并说明这三种状态各出现在何种场合下。
待逆变正组逆变电枢端电压为负，电枢电流为正，电动机逆向运转，回馈发电，机械特性
在第四象限。
反组逆变电枢端电压为正，电枢电流为负，电动机正向运转，回馈发电，机械特性
在第二象限。
4-4分析配合控制的有环流可逆系统反向起动和制动的过程。
画出各参变量的动态波形，并说明在每个阶段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各处于什么状态。
解：
控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：
转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；
电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角αmin与最小逆变角βmin。
正组晶闸管VF，由GTF控制触发，正转时，VF整流；
反转时，VF逆变。
反组晶闸管VR，由GTR控制触发，反转时，VR整流；
正转时，VR逆变。
4-5试分析图4-13所示逻辑选触无环流可逆系统的工作原理，说明正向制动时各处电压极
性及能量关系。
解：
图4-13逻辑选触无环流可逆系统的原理框图如下
图中：
SAF，SAR分别是正、反组电子模拟开关。
采用数字控制时，电子开关的任务可以用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑选触系统。
此外，触发装置可采用由定时器进行移相控制的数字触发器，或采用集成触发电路。
4-6
试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。
位置随动系统与调速系统的主要区别在于，调速系统的给定量一经设定，即保持恒值，系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；
而位置随动系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，系统在保证稳定的基础上，更突出需要快速响应。
位置随动系统的反馈是位
5-1异步电动机从定子传入转子的电磁功率Pm中，有一部分是与转差成正比的转差功率Ps，根据对Ps处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？
并举例说明。
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统
效率高低的标志。
从这点出发，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：
这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，
降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
转差功率馈送型调速系统：
在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
转差功率不变型调速系统：
在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，
转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；
但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。
5-4何谓软起动器？
交流异步电动机采用软起动器有什么好处？
答；
带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来，起动时间也短于一级降压起动。
主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。
视起动时所带负载的大小，起动电流可在（0.5~4）ISN之间调整，以获得最佳的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。
负载略重或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。
软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。
6-1
简述恒压频比控制方式。
绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得
US=常值
f1
这是恒压频比的控制方式。
但是，在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。
这时，需要人为地把电压Us抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
6-2简述异步电动机在下面四种不同的电压—频率协调控制时的机械特性并进行比较；
（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；
（2）基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械特性；
（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；
（4）恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性；
恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性：
当s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性是一段直线，s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te=f（s）是对称于原点的一段双曲线。
基频以下电压—频率协调控制时异步电动机的机械特性：
恒压频比控制的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。
而且频率越低时最大转矩值越小，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，
须对定子压降实行补偿。
恒Eg/ω1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm=Constant，从而改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。
恒Er/ω1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φrm恒定进行控制，而且，在动态中也尽可能保持Φrm恒定是矢量控制系
统的目标，
基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性：
当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。
基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
恒流正弦波供电时异步电动机的机械特性：
恒流机械特性的线性段比较平，而最大转矩处形状很尖。
恒流机械特性的最大转矩值与频率无关，恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，最大转矩与电流的平方成正比。
6-6如何改变由晶闸管组成的交—交变压变频器的输出电压和频率？
这种变频器适用于什
么场合？
正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压u0，u0的幅值决定于
各组可控整流装置的控制角α，u0的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。
如果控
制角一直不变，则输出平均电压是方波，
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。
6-9转速闭环转差频率控制的变频调速系统能够仿照直流电动机双闭环系统进行控制，但是其动静态性能却不能完全达到直流双闭环系统的水平，这是为什么？
它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以下几个方面：
（1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所
谓的“保持磁通Φm恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。
在动态中Φm如何变化还没
有深入研究，但肯定不会恒定，这不得不影响系统的实际动态性能。
（2）Us=f（ω1,Is）函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而
在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。
（3）在频率控制环节中，取ω1=ωs+ω，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频
率控制的优点。
然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，
因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。
6-10
在转差频率控制的变频调速系统中，当转差频率的测量值大于或小于实际值时，将
给系统工作造成怎样的影响？
在调速过程中，实际频率ω1随着实际转速ω同步地上升或下降，有如水涨而船高，
因此加、减速平滑而且稳定。
如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成
误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。
1、调速范围和静差率的定义是什么？
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：
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ΔnN与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即
2、简述恒压频比控制方式
绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得
这是恒压频比的控制方式。
3、转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？
当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压和输出电压都是零，转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定了电流给定电压的最大值；
电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm.
4、单闭环调速系统的基本特征
（1）具有比例放大器的单闭环调速系统是有静差的；
（2）闭环系统具有较强的抗干扰性能反馈闭环系统具有很好的抗扰性能，对于作用在被负反馈所包围的前向通道上的一切扰动都能有效地抑制；
（3）闭环系统对给定信号和检测装置中的扰动无能为力。
5、在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？
并说明理由。
系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。
6、晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？
当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。
7、解释待正组逆变和反组逆变，并说明这两种状态各出现在何种场合下。
正组逆变电枢端电压为负，电枢电流为正，电动机逆向运转，回馈发电，机械特性在第四象限。
反组逆变电枢端电压为正，电枢电流为负，电动机正向运转，回馈发电，机械特性在第二象限。
8、有静差系统与无差系统的区别。
根本区别在于结构上（控制器中）有无积分控制作用，PI控制器可消除阶跃输入和阶跃扰动作用下的静差，称为无静差系统，P控制器只能降低静差，却不能消除静差，故称有静差系统。
9、简述泵升电压产生的原因及其抑制措施。
泵升电压产生的原因：
采用二极管整流获得直流电源时，电机制动时不能回馈电能，只好对滤波电容充电，使电容两端电压升高，产生泵升电压。
泵升电压抑制措施：
电容器吸收动能；
镇流电阻消耗动能；
并接逆变器。
10、什么叫环流?
并说明有环流可逆系统的适用场合。
只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。
适用于中小容量系统,有较高快速性能要求的系统。
11、在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？
电网电压波动时，ACR起主要调节作用;
负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用。
升级会员 