《电力拖动自动控制系统》参考答案： 第一章 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器直流斩波器 2.答案：调速围静差率. 3.答案：恒转矩、恒功率 4.答案：脉冲宽度调制 二、判断题： 答案：1.×、2. √、 三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T L的关系。1.阻转矩负载特性； 2.位转矩负载特性； 3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例； 4.转矩随位置变化的负载特性。 2.答案：放大器的放大系数K p，供电电网电压，参数变化时系统有调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈环包围部分参数变化时有调节作用。 3.答案：U d减少，转速n不变、U d增加。 4.答案：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围。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速围就越小。 5.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。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。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 6.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。 四、计算题： 1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54 2.答案：42.5N?M， 3.41N?M 3.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78 4.答案：α=0。时n0=2119r/min, α=30。时n0=1824r/min，α=31.1。，cosФ=0.82，s=0.0395。 5.答案：D=4.44，s=0.048，Δn=5.3r/min。 6.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7 7.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9 8.答案：s=0.86，Δn cl=5.56r/min，K p=27.8，α=0.0067V?min/r。 9.答案：调速围D=10，允许静差率s=10%。 10.答案：允许的静态速降Δn cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。 第二章 一、填空题： 1.跟随抗扰环ACR 外环ASR 2.典型Ⅰ型典型Ⅱ型
第2章 三、思考题 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？ 答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？ 答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2=8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？ 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许） 允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2=12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不 变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？
（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器 放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈 系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）*(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) *(1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）()s n s n D N N -?=1/ 2）()7.31106.3/1001/=-=-??=cl op n n K
习 题 二 2.2 系统的调速围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n rpm D s ?==??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18 Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少?
解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.7 某闭环调速系统的调速围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）()s n s n D N N -?=1/ 1015002%/98%N n =??? 15002%/98%10 3.06/min N n r ?=??= 2.9 有一V-M 调速系统：电动机参数P N =2.2kW, U N =220V, I N =12.5A, n N =1500 r/min ，电枢电阻R a =1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置阻R rec =1.0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。要求系统满足调速围D=20，静差率S<=10%。 （1）计算开环系统的静态速降Δn op 和调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。 （2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。 （3）调整该系统参数，使当U n *=15V 时，I d =I N ，n=n N ，则转速负反馈系数 α应该是多少？ （4）计算放大器所需的放大倍数。 解：（1） ()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a e e n U I R C C V r =-??=-?== ()//12.5 3.3/0.134307.836/min N N e op N e n U I R C n I R C r ∑∑=-???=?=?= ()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ?=-=?=（） 所以，min /33.8r n cl =? （2）
第1章 绪论 1、电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机和交流发电机 ②电动机（电能→其他能） 直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）和 无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机） 交流电动机：同步电动机 异步电动机：鼠笼式、绕线式、伺服电机 控制电机：旋转变压器 自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机（反应式、永磁式、混合式） 2、根据直流电机转速方程 n — 转速（r/min ）； U — 电枢电压（V ） I — 电枢电流（A ）； R — 电枢回路总电阻（ Ω ）； Φ — 励磁磁通（Wb ）；Ke — 由电机结构决定的电动势常数。 三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压 U ； （2）减弱励磁磁通 Φ；（3）改变电枢回路电阻 R 。 调压调速：调节电压供电电压进行调速，适应于：U ≤Unom ，基频以下，在一定范围内无级平滑调速。 弱磁调速：无级，适用于Φ≤Φnom ，一般只能配合调压调速方案，在基频以上(即电动机额定转速以上)作小范围的升速。 变电阻调速：有级调速。 问题3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点，并说明今后电力传动系统的发展的趋势。 * 直流电机调速系统 优点：调速范围广，易于实现平滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，可靠性高，动态性能良好。 缺点：有机械整流器和电刷，噪声大，维护困难；换向产生火花，使用环境受限；结构复杂，容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反） 优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉，使用环境广，运行可靠，便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点：调速性能比直流电机差。 * 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统，达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统. 第2章 闭环控制的直流调速系统 1、常用的可控直流电源有以下三种 ? 旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 ? 相控整流器——把交流电源直接转换成可控的直流电源。 ? 直流斩波器或脉宽调制变换器——先用不可控整流交流电变换成直流电，然后用PWM 脉宽调 制方式调节输出的直流电压。 2、由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速 的直流电动机 M 供电，调节G 的励磁电流 i f 即可改变其输出电压 U ，从而调节电动机的转速 n 。 Φ-=e C IR U n
1-8转速单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？为什么？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）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。为此，所需付出的代价是需增设电压放大器以及检测与反馈装置。 2）能。因为) 1() 1(* k C RI k C U k k n e d e n s p +- += ，由公式可以看出，当其它量均不变化时，n 随 着*n U 的变化而变化 3）能。因为转速和反馈电压比有关。 4）不，因为反馈控制系统只对反馈环所包围的前向通道上的扰动起抑制作用 ，而测速机励磁不是。 1-9在转速负反馈调节系统中，当电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、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，问系统对于上述各量有无调节能力？为什么？ 答：系统对于上述各量中电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、有调节能力。因为它们在闭环系统的前向通道中，对于测速发电机励磁各量发生变化，没有调 节能力。因为它不在闭环系统的前向通道中。 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）放大器的放大倍数Ｋｐ （２）供电电网电压 （３）电枢电阻Ｒａ （４）电动机励磁电流 （５）电压反馈系数a 答：3）电枢电阻，４）电动机励磁电流，（５）电压反馈系数a 无调节作用。因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈包围的前向通道上的扰动。 16.为什么用积分控制的调速系统是无静差的?在转速负反馈调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压0=?U 时,调节器的输出电压是多少?它取决于那些因素? 答： 使用积分控制时可以借助积分作用，使反馈电压n U 与给定电压* n U 相等，即使n U ?为零C U 一样 有输出，不再需要n U ?来维持C U ，由此即可使输出稳定于给定值使调速系统无静差。 当0=?n U 时调节器的输出为电压C U ，是对之前时刻的输入偏差的积累。 它取决于n U ?的过去变化，当n U ?为正C U 增加，当n U ?为负C U 下降，当n U ?为零时C U 不变。 17.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?试说明理由; 答： 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度同样受给定电源和测速发电机精度的影响。无静差转速单闭环调速系统只是消除了误差，使输出的转速基本稳定于给定的转速。但是，这种系统依然属于反馈控制系统，只能抑制被反馈环包围的前向通道上的扰动，对于其他环节上的精度影响无可奈何。
《电力拖动自动控制系统》试题 一、填空题（本题 30分，每空分） 1、在直流电机调压调速系统中，电动机的最高转速为n N ，调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系是。 2、闭环系统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定的要求下，能够提高调速范围，为此所付出的代价是，须增设装置和电压放大器。 3、综合了比例控制和积分控制两种规律的优点。比例部分能迅速响应，积分部分则最终消除。 4、转速、电流双闭环调速系统的静特性在时表现为转速无静差，这时，起主要调节作用。 5、工程设计方法的基本思路是，把调节器的设计方法分作两步：第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的；第二步，再选择调节器的参数，以满足。 6、有环流可逆直流调速系统的典型控制方式是，即工作制。 7、当一组晶闸管整流工作时，让另一组晶闸管处在，但两组触发脉冲的错开得比较远，彻底杜绝了瞬时的产生，这就是错位控制的无环流可逆系统。 8、脉宽调制器是一个装置，由电流调节器 ACR 输出的控制电压进行控制。 9、串级调速系统可以实现异步电机的调速，而且具有高效率的调速性能，但所付出的代价是，增设。 10、在 s 值很小的范围内，只要能够保持不变，异步电动机的转矩就近似与成正比，这就是转差频率控制系统的基本概念。 二、判断题（本题10分，每小题1分） 1、自动控制的直流调速系统，往往以调节电枢供电电压为主。（） 2、在V-M系统中，设置平波电抗器可以抑制电流脉动。（） 3、在电流断续时，V-M系统机械特性很软，理想空载转速翘得很高。（） 4、与晶闸管-电动机调速系统相比，直流脉宽调速系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都小。（）
A C 1 异步电机的矢量控制理论 本章首先阐述异步电动机的三相坐标系下的数学模型，然后根据坐标变换理论，得到了它在两相静止坐标系下和两相同步坐标系下的数学方程，在此基础之上介绍了异步电机的矢量控制原理【14】。 1.1 异步电机的数学模型 由于异步电机矢量控制调速系统的控制方式比较复杂，要确定最佳的方式，必须对系统动静态特性进行充分的研究。异步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为了便于研究，一般进行如下假设: （1)三相定子绕组和转子绕组在空间均分布，即在空间互差120o 所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦分布，并忽略空间谐波; (2)各相绕组的自感和互感都是线性的，即忽略磁路饱和的影响; (3)不考虑频率和温度变化对电阻的影响; (4)忽略铁耗的影响。 无论三相异步电动机转子绕组为绕线型还是笼型，均将它等效为绕线转子，并将转子参数换算到定子侧，换算后的每相绕组匝数都相等。这样异步电机数模型等效电路如图1.1所示。
A A A s A s A B B B s B s B C C C s C s C d u i R i R p dt d u i R i R p dt d u i R i R p dt ψψψψψψ?=+=+?? ? =+=+?? ? =+=+?? 图1.1 异步电机的物理模型 图1.1中，定子三相对称绕组轴线A 、B, C 在空间上固定并且互差120o ，转子对称绕组的轴线a 、b 、 c 随转子一起旋转。我们把定子A 相绕组的轴线作为空间参考坐标轴，转子a 轴和定子A 轴间的角度θ作为空间角位移变量。规定各绕组相电压、电流及磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这样，我们可以得到异步电机在三相静止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 1.1.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 1、三相定子绕组的电压平衡方程为
《电力拖动自动控制系统》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving 2、课程类别：专业方向课程 3、课程学时：总学时64，实验学时8 4、学分：4 5、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程 6、适用专业：电气工程及其自动化 二、课程的目的与任务 课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。 课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。 三、课程的基本要求 本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。 四、教学内容、要求及学时分配 (一)理论教学：56学时 第一章闭环控制的直流调速系统 10学时 主要内容：本章内容是直流调速自动控制系统的基础，必须认真掌握以下内容。
东华大学研究生课程论文封面 教师填写： 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的课程论文，是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：洪豪 注：本表格作为课程论文的首页递交，请用水笔或钢笔填写。
1 异步电机的矢量控制理论 本章首先阐述异步电动机的三相坐标系下的数学模型，然后根据坐标变换理论，得到了它在两相静止坐标系下和两相同步坐标系下的数学方程，在此基础之上介绍了异步电机的矢量控制原理【14】。 1.1 异步电机的数学模型 由于异步电机矢量控制调速系统的控制方式比较复杂，要确定最佳的方式，必须对系统动静态特性进行充分的研究。异步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为了便于研究，一般进行如下假设: （1)三相定子绕组和转子绕组在空间均分布，即在空间互差120o所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦分布，并忽略空间谐波; (2)各相绕组的自感和互感都是线性的，即忽略磁路饱和的影响; (3)不考虑频率和温度变化对电阻的影响; (4)忽略铁耗的影响。 无论三相异步电动机转子绕组为绕线型还是笼型，均将它等效为绕线转子，并将转子参数换算到定子侧，换算后的每相绕组匝数都相等。这样异步电机数模型等效电路如图1.1所示。 图1.1 异步电机的物理模型 图1.1中，定子三相对称绕组轴线A、B, C在空间上固定并且互差120o，转子对称绕组的轴线a、b、 c随转子一起旋转。我们把定子A相绕组的轴线作为空间参考坐标轴，转子a轴和定子A轴间的角度θ作为空间角位移变量。规定各绕组相电压、电流及磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这样，我们可以得到异步电机在三相静止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 1.1.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 1、三相定子绕组的电压平衡方程为 (1-1) 式中以微分算子P代替微分符号 相应地，三相转子绕组折算到定子侧的电压方程 (1-2) 式中： ,,,,, A B C a b c u u u u u u 为定子和转子相电压的瞬时值；,,,,, A B C a b c i i i i i i 为定子和转子相电流的瞬时值； ,,,,, A B C a b c ψψψψψψ 为定子和转子相磁链的瞬时值；
电力拖动自动控制系统 交卷时间：2016-01-01 18:57:12 一、判断题 1. (5分) 闭环系统的静特性比开环系统机械特性硬的多。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 2. (5分) 在正常运行时，转速调节器是不会达到饱和状态（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 3. (5分) 逻辑控制无环流可逆调速系统由于没有环流，不用设置环流电抗器。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 4. (5分) 异步电动机变压变频调速时转差功率不变。（） ? ?
得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 5. (5分) 直接矢量控制系统是一种磁链开环的矢量控制系统。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 6. (5分) 转速闭环有静差调速系统的控制规律是依靠被调量的偏差进行控制的，即静差存在是调速系统工作的必要条件。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 7. (5分) 对于有环流控制系统的可逆晶闸管-电动机系统，在一般情况下允许让两组晶闸管同时处于整流状态。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 8. (5分) 在直流电动机调速系统中，动态速降越小，系统的稳定性就越好。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对
解析 9. (5分) 在直接转矩控制中，转矩的大小通过改变定子磁链运动轨迹的平均速度来控制。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 10. (5分) 通过坐标变换虽使异步电动机数学模型简化，但其非线性、多变量、强耦合的性质未改变。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 11. (5分) 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为零。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 12. (5分) 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 13.
电力拖动自动自动系统——运动控制系 统 上海大学陈博时 第三版 习题答案
第一章：闭环控制的直流调速系统 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使U g1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞U d，很快使电流i d反向，VD2截止，在t on≤t＜T时，U g2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+t on(即下一周期的0≤t＜T on)时，VT2关断，-i d沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮流导
通，而VT 1始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1关断后i d 经VD 2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2两端电压也降为零，VT 2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”? 答：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： min max n n D = 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Δn N 与理想空载转速n 0之比，称作静差率s ，即 0n n s N ?=。 调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系是： )1(min min s n s n D N N -?= 按上述关系可得出：D 越小，s 越小，D 越大，s 越大；D 与s 相互制约，所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。 1-4 某一调速系统，测得的最高转速特性为min /1500 max 0r n =，最低转速特性为min /150m in 0r n =，带额定负载时的速度降落min /15r n N =?，且在不同转速下额定速降N n ?不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：思路一： 系统能够达到的调速范围为： 11151501500min 0max 0min max =-=?-==N n n n n n D
电力拖动自动控制系统实验指导书 实验一晶闸管直流调速系统环节特性的测定实验 一、实验目的 掌握晶闸管直流调速系统环节特性的测定方法 二、实验内容 1、测定晶闸管触发电路及整流装置特性Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）； 2、测定测速发电机特性U TG＝f（n）； 四、实验原理及接线图 实验接线原理图 1、测定出晶闸管整流电路输出电压Ud、移相控制电压Uct，便可得到晶闸管触发及整流特性 Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）； 2、测定出测速发电机的输出U TG，电动机的转速n，即可得到测速发电机特性U TG＝f（n）； 3、由Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks＝f(Ug)，求Ks可
用公式Ks ＝ Ug Ud ??求得。五、实验方法与步骤 将电动机加额定励磁，使其空载运行，逐渐增加控制电压Ug(Uct)，分别读取对应的Ug 、U TG 、Ud 、n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud ＝f （Ug ）及U TG ＝f （n ），由Ud ＝f （Ug ）或Ud ＝f （Uct ）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks ＝f(Ug)，求Ks 可用公式Ks ＝ Ug Ud ??求得。六、数据记录与处理 将数据记录于下表，并绘出Ud ＝f （Ug ）、U TG ＝f （n ）、Ks ＝f(Ug)三条曲线； 七、注意事项 1、给定单元的RP1从最小值处调起，每次停机前将RP1调回到最小值； 2、由于电动机电枢回路、励磁回路未串接电阻，不要接短路； 3、因U TG 、Ug(Uct)的数值较小，用万用表的直流电压10V 或50V 档测量。 4、由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 八、思考题 比较三条曲线，各曲线有什么特点，为什么？ 实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的测试 一、实验目的 熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求，学会按要求调试各单元 二、实验内容 1、速度调节器的调试； 2、电流调节器的调试； 3、“零电平检测”及“转矩极性鉴别”单元的调试； 4 、反号器的调试； 5、逻辑控制单元的调试； 三、实验所需挂件及附件
一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。 2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。 3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。 4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当
频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒 Eg/f1=C控制。（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。）8.恒压频比控制（Us/f1控制）：绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，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/f1=恒值，这种方式叫做恒压频比控制。9.环流：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生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。10.软启动：现代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。11.a=b配合控制：为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于逆变状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与其相等，用你变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零，即为a=b配合控制。