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1、下图所示的变频器结构是中小功率中应用最多的，说明其优点。
图示变频器的主电路由整流电路、逆变电路、滤波电路及制动单元（制动电阻）组成。
在电动机处于电动状态时，逆变电路将直流母线的直流电逆变为频率和电压可调的交流电供给电动机。
而在电动机处于降速或制动的发电状态时，逆变电路又能起到整流的作用，将能量从负载反馈到直流母线，消耗在制动电阻上（变频调速的能耗制动），这样可以控制电机减速，而不会使直流母线电压过高，又不影响电网。
另外，此变频器电路结构简单，效率高，提高了系统的调速范围又具有较好的动态和稳态性能，且成本相对较低，维护方便，性价比较高。
2.异步电动机变频调速时，能否在整个调速范围内，保持电压恒定，只调整供电频率？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定？因为定子电压不变而供电频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。
在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减小，电动机将出力不足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和，励磁电流将过大，电动机会遭到破坏。
因此保持电压恒定只调整频率是不可行的，需要电压频率协调控制。
在基频以下时，应在调整频率的同时调整电压，保持压频比不变，以保持磁通近似恒定，即采用恒压频比控制；而在基频以上时，受电机绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，故只能保持在额定电压不变。
3.结合转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统的组成，简述转差频率控制的基本原理（基本思想和控制过程）；与U/f控制相比，有哪些优点。
在气隙磁通恒定，转差频率小于临界转差频率时，控制转差频率可以控制异步电机的转矩，这是转差频率控制的基本思想。
转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统是双闭环系统，在该控制系统中需要检测出电动机的实际速度，以组成负反馈外环和正反馈内环。
在速度外环，速度设定值与实际值之差作为速度调节器的输入，速度调节器的输出为转差频率，相当于转矩的给定。
电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统是一种通过电动机及其控制设备来实现机械设备运动的自动化控制系统。
它广泛应用于各个工业领域，如船舶、电厂、交通运输等。
电力拖动自动控制系统能够对电动机进行电压、电流和频率的调节，实现对被控制设备的精确控制。
通过采用先进的控制算法和传感器反馈，可以实现高效的运动控制、准确的位置控制和稳定的速度控制。
本文将从以下几个方面详细介绍电力拖动自动控制系统的组成、工作原理以及应用。
组成电力拖动自动控制系统由以下几个主要组成部分构成：1.电动机：电动机作为电力拖动自动控制系统的核心部件，负责将电能转化为机械能，驱动被控制设备运动。
2.控制器：控制器是电力拖动自动控制系统的大脑，负责对电动机进行控制和调节。
它接收传感器反馈的信号，并根据预设的控制算法进行运算，实现对电动机的精确控制。
3.传感器：传感器用于获取被控制设备的状态信息，如位置、速度、温度等。
传感器的反馈信号用于控制器进行实时调节，确保被控制设备的运动精确控制。
4.执行器：执行器负责将控制器输出的控制信号转化为实际的电压、电流或频率输出，通过控制电动机来实现对被控制设备的运动。
工作原理电力拖动自动控制系统的工作原理可以简述如下：首先，传感器捕捉被控制设备的状态信息，并将其转化为模拟信号或数字信号。
这些信号经过放大、滤波等处理后，传送给控制器。
控制器接收传感器信号后，根据预设的控制算法进行运算，并输出控制信号。
这些控制信号经过执行器的转化，最终作用于电动机。
电动机根据控制信号的输入，改变其电压、电流或频率，实现对被控制设备的运动。
电动机的运动状态被传感器继续监测，反馈给控制器进行调节。
通过不断的传感器监测和控制器调节，电力拖动自动控制系统能够实现对被控制设备的高精度控制和稳定运行。
应用电力拖动自动控制系统广泛应用于各个工业领域，其中一些常见的应用包括：1.船舶：电力拖动自动控制系统在船舶中起着关键作用，可以实现对推进器、舵机和起重设备等的精确控制，提高船舶的安全性和操纵性。
第二章作业思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
一、选择题1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是A ．PIDB ．PIC ．PD ．PD2．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率A ．越小B ．越大C ．不变D ．不确定3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是A ．降电压调速B ．串级调速C ．变极调速D ．变压变频调速根据能量转换的角度看，把调速系统分为三类第一类：转差功率消耗型，包括将电压调速，转差离合器调速，转子串电阻调速第二类：转差功率馈送型，包括串级调速，双馈电动机调速第三类：转差功率不变型，包括变极调速，变频变压调速4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是A ．比例控制B ．积分控制C ．微分控制D ．比例微分控制积分控制可以使系统在无警察的情况下保持恒速运行，实现无静差调速5．控制系统能够正常运行的首要条件是A ．抗扰性B ．稳定性C ．快速性D ．准确性控制系统正常工作，稳定性是首要条件。
6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越低,则系统的稳定精度A ．越高B ．越低C ．不变D ．不确定截止频率与相角裕度对应，截止频率越高，系统响应变快，但稳定性变差。
7．常用的数字滤波方法不包括A ．算术平均值滤波B ．中值滤波C ．中值平均滤波D ．几何平均值滤波8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是A ．ACRB ．A VRC ．ASRD ．ATR9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括A ．转速调节阶段B ．电流上升阶段C ．恒流升速阶段D ．电流下降阶段10．三相全波整流电路的平均整流电压为A ．20.9cos U αB ．21.17cos U αC ．22.34cos U αD ．21.35cos U α11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是A ．饱和非线性控制B ．转速超调C ．准时间最优控制D ．饱和线性控制12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是A ．降电压调速B ．变极对数调速C ．变压变频调速D ．转子串电阻调速13．SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的A ．正弦波B ．方波C ．等腰三角波D ．锯齿波14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是A ．高阶B ．低阶C ．非线性D ．强耦合15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是A ．故障保护B ．PWM 生成C ．电流调节D ．转速调节16．比例微分的英文缩写是A ．PIB ．PDC ．VRD ．PID17．调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准A ．平均速度B ．最高速C ．最低速D ．任意速度18．下列异步电动机调速方法属于转差功率馈送型的调速系统是A ．降电压调速B ．串级调速C ．变极调速D ．变压变频调速19．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越高,则系统的稳定精度A ．越高B ．越低C ．不变D ．不确定20．采用旋转编码器的数字测速方法不包括A ．M 法B ．T 法C ．M/T 法D ．F 法21．转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是A ．ACRB ．A VRC ．ASRD ．ATR22．下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是A ．只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的B ．反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动C ．反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定D ．系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度23．笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，下列哪种方式控制性能最好A ．恒1s U ω控制B ．恒1r E ω控制C ．恒1g E ω控制D ．恒1sE ω控制24．SPWM 技术中，载波是频率比期望波高得多的A ．正弦波B ．方波C ．等腰三角波D ．锯齿波25．下列不属于交流异步电动机动态数学模型特点的是A ．高阶B ．线性C ．非线性D ．强耦合26．在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，工作程序正确的是A ．显示故障原因并报警——分析判断故障——封锁PWM 输出——系统复位B ．显示故障原因并报警——封锁PWM 输出——分析判断故障——系统复位C ．封锁PWM 输出——分析判断故障——显示故障原因并报警——系统复位D ．分析判断故障——显示故障原因并报警——封锁PWM 输出——系统复位27．正弦波脉宽调制的英文缩写是A ．PIDB ．PWMC ．SPWMD ．PD28．转速负反馈调速系统的静特性方程中K 的表达式为A ．s e K K C α=B ．p s e K K KC =C ．p s K K K α=D ．p s eK K K C α= 29．采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于A ．无静差调速系统B ．有静差调速系统C ．双闭环调速系统D ．交流调速系统30．异步电动机数学模型的组成不包括A ．电压方程B ．磁链方程C ．转矩方程D ．外部扰动二、填空题1．常用的可控直流电源有晶闸管整流器、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。
《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2调速系统的调速范围是1000~100r/min ，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？解：系统允许的稳态速降)min (04.2)02.01(10002.0)1(min r s sn n N =−×=−=∆2-5某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。
已知直流电动机kW P N 60=，V U N 220=，A I N 305=，min 1000r n N =，主电路总电阻Ω=18.0R ，r V C e min 2.0•=，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）额定负载下的转速降落N n ∆为多少，才能满足%5,20≤=s D 的要求。
解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落)min (5.2742.018.0305r C R I n e N N =×==∆（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率%5.21215.05.27410005.274=≈+=∆+∆=N N N N n n n s （3）额定负载下满足%5,20≤=s D 要求的转速降落)min (63.2)05.01(2005.01000)1(r s D s n n N N ≈−××=−=∆2-6有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压,8.8*V U u =比例调节放大系数,2=p K 晶闸管装置放大系数,15=s K 反馈系数7.0=γ。
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时的多少倍？（3）若把反馈系数减至5.30=γ，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？解：（1）输出电压)V (128.87.015211521*=×××+×=+=u s p sp d U K K K K U γ；（2）若把反馈线断开，)V (2648.8152*=××==u s p d U K K U ；开环时的输出电压是闭环时的2212264=倍。
习题解答（共享）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 sn 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）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 =∆==2.4 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 =-=-⨯=378(0.0230.022)0.1478115N n I R C er p m ∆==⨯+=[(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =∆-=⨯⨯-=[(1)]14300.3[115(10.3)]5.33N D n S ns =∆-=⨯⨯-=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=0.18Ω,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。
第二章双闭环直流调速系统2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。
若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。
2-2（1（2（1（2（3（42-3是多少？答：=βId=Ui，Uc=U d02-4如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。
2-5在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为0，为什么？答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，偏差△Ui不为0。
2-6在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。
2-7Unm*试求：（1（2解：（1α=Unm*（22-8Uim=8V（1）Ui（2）Uc解：（1电流为电流为（2）Uc增加。
2-9在双闭环直流调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因电动机励磁下降一半，系统工作情况将会如何变化？（λ=1.5）答：设突发状况之前的磁通为?1，令此时的磁通为?2，之前的电磁力矩为Te1，此刻的电磁力矩为Te2，负载转矩恒为T l，电机励磁下降一半，则?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜T l，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜T l，n会一直下降到0。
