习题一
1-1试述工业企业供电系统的构成。
答：（1）总降压变电所：工厂供电的枢纽，用于将35KV～110KV电源电压降为6～10KV，再由配电装置分别将电能送至配电所、车间变电所或高压用电设备。由降压变压器，母线、开关设备、保护电器、测量电器等高低压配电装置组成。
（2）配电所：对大中型工厂，由于厂区大，负荷分散，常设置一个或多个配电所，用以中转电能，它只分配电能，但不改变电压。
（3）车间变电所：一个生产厂房或车间，根据情况可设置一个或多个车间变电所，将6～10KV电压降至380/220V电压，再送至各个低压用电设备。
（4）高压用电设备
（5）低压用电设备
1-2工业企业供电系统的常用额定电压等级及选取额定电压等级时应考虑的因素。
答：（1）330KV及以上（包括500KV、750KV）：用于大电力系统输电；
（2）220KV及以下：用于城乡高压、中压及低压配电；
（3）110KV、35KV：也用于大型工厂内部配电网；
（4）6～10KV：一般用于工厂内部，但从经济技术综合比较，最好采用10KV，除非拥有相当数量的6KV 设备；
（5）380V/220V：工厂低压配电电压。
1-3统一规定各种电气设备的额定电压有什么意义？发电机、变压器、用电设备以及电网额定电压有无差别？
差别的原因是什么？
答：规定设备的额定电压有利于设备按系列制造，是设备正常工作时具有最好技术经济指标的电压。
（1）发电机的额定电压：考虑线路在输送负荷电流时产生的电压损失，应比电网电压高5％。
（2）变压器的额定电压：一次绕组——如果变压器直接与发电机相连，则同发电机额定电压相同，即高于电网电压5％；如果不与发电机直接相连，而是接于线路时，应与电网电压相同。二次绕组——供电线路较长时，为弥补变压器满载时本身压降及线路压降，应比电网电压高10％；如果线路不长，只需补偿变压器满载压降，即高于电网电压5％。
（3）设备的额定电压：同电网电压相同。
1-4简述工厂供电系统电能质量的主要指标及其对用户的影响。
答：（1）电压质量：一般要求设备供电电压允许电压偏移不超过额定电压 5％。当电压偏移较大时，对用户设备的危害很大，如白炽灯的电压低于额定电压时，发光效率降低，使人的身体健康受影响，高于额定电压时则灯泡经常损坏。电动机电压降低时，转矩急剧减小，转速下降甚至停转，导致工厂产生废
品甚至出现重大事故。
（2）频率质量：我国用电标准频率为50Hz ，偏移不能超过±0.5％。频率降低时，所有用户的交流电动
机转速都降低，因而许多工厂产量和质量都将不同程度受到影响。
（3）可靠性：根据用电负荷性质及在政治经济上的要求，将负荷分为三级。对各级负荷，中断供电将造
成不同程度的危害。对一级负荷，将造成人身伤亡或重大的政治、经济损失；对二级负荷，将造成政治、经济上较大损失，或影响重要用电单位的正常工作；对三级负荷，将影响正常的生活和生产。
1-5 试述工厂供电设计的主要内容。
答：1）扩大初步设计阶段：（1）计算车间及全厂的计算负荷；（2）选择车间变电所位置及变压器容量、数量；
（3）选定供电电源、电压等级及供电方式；（4）选择总降压变电所（配电所）位置、变压器台数及容量；（5）确定总降压变电所（配电所）接线图和厂区内的高压配电方案；（6）选择高压电器设备及配电网载流导体截面，并进行动、热稳定校验；（7）选择继电保护及供电系统的自动化方式，进行参数整定；（8）进行防雷、接地设计；（9）确定提高功率因数的补偿措施；（10）选定高压变电所的控制及调度方式；（11）核算建材与总投资。
2）施工设计阶段：按照批准后的扩大初步设计，进行包括车间供电系统及照明等单项的施工图样绘制。 1-6 如图所示的电力系统，标出变压器一、二次侧及发电机的额定电压。
答：（1）发电机出口电压：KV KV U
NG
5.10~3.6)10~6(05.1==
（2）变压器T1：一次侧电压同发电机相同——KV U U NG I
T N 5.10~3.6.1.==；
二次侧电压等级380V ，通常不会接长距离线路——KV KV U
II
T N 4.038.005.1.1.=?=
（3）变压器T2：一次侧——KV U U NG I
T N 5.10~3.6.2.==；
二次侧接110kV ，通常为长距离线路——KV KV U
II
T N 1211101.1.2.=?=
（4）变压器T3：一次侧——KV U
I
T N 110.3.=；二次侧KV U II T N 5.38.2.=；
三次侧KV U
III
T N 11.2.=
习题二
2-1 什么是计算负荷，以不同时限确定的计算负荷如何换算？
答：计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的，预期不变的最大假想负荷。
用电设备的工作制可分为连续运行工作制、短时运行工作制、断续周期工作制。
为表征断续周期的特点，用整个工作周期里的工作时间与全周期之比，即负荷持续率(FC)表示。对这类用电设备，在参与负荷计算时，从发热的观点来看，需将铭牌功率按公式折算，11/FC FC
P P N
N
N =
2-2 目前常用求计算负荷的时限是多长时间？理由是什么？
答：为了求计算负荷，目前绘制负荷曲线采用的时间间隔t ?为30min 。其理由是——某一标准截面的导线，
经过（3～4）0τ的时间，该导线才会达到它的稳定温升，0τ为对应于该导线巨截面的发热时间常数，0τ一般在10min 左右，因此取t ?为30min 。
2-3 负荷曲线及其在求计算负荷中的作用。
答：所谓电力负荷曲线就是纵坐标为有功负荷P 或无功负荷Q ，横坐标为时间t ，每隔一定时间间隔t ?绘制的
负荷变化曲线。
以30min 为时间间隔，在最大负荷工作班测定的某一用电设备组的负荷曲线，其最大值定义为30P ，可用30P 求出的系数去计算新建或扩建工厂该用电设备组的计算负荷记为c P ，两者本是一个数值，只不过c P 来源于30P 的统计值而已。
2-4 简述求计算负荷的方法及其应用范围的评价。
答：1）计算负荷的估算法：在制定建厂规划或初步设计时，尚无具体设备参数和工艺加工流程，可采用估算
法。
（1）单位产品耗电量法：已知企业的生产量n 及每一单位产品耗电量w ，则企业年电能耗量wn W n =，
则最大有功负荷m n m T W P /=，m T 为最大负荷年利用小时数。
（2）车间生产面积负荷密度法：当已知车间生产面积负荷密度指标ρ（千瓦/平方米），则车间平均负
荷A P av ρ=。
2）计算负荷计算法：在技术设计阶段，当设备台数较多，容量差别不大时，可采用需要系数法；如果生产工艺稳定，则采用形状系数法较好；附加系数法考虑了设备不同容量，不同台数，以及投入工作随机性等因素对计算负荷结果产生的影响，因而不仅能够确定车间及全厂的计算负荷，也可以用来确定低压供电系统干线和支干线的计算负荷，但由于计算繁琐，以及精确计算在设计初期缺乏必要性等原因，该方法目前没有得到广泛的应用。
（1）需要系数法：将用电设备分组后，将有功、无功分别乘该组设备的需要系数后求和。
（2）形状系数法：将设备分组后，将有功、无功分别乘该组设备的利用系数，求和后再乘以形状系数。 （3）附加系数法：将用利用系数法求到的平均负荷用于计算用电设备组的加权利用系数，并求出等效
台数，从而查得附加系数，求出计算负荷。
（4）二项式法：先假定计算负荷符合二项式格式，再求其系数。
2-5 试述在求计算负荷时，哪些系统元件需要在其上计算损耗？计算方法如何？这种方法用于求实际功率及电
能损耗有无误差？
答：（1）供电线路：l R I P c WL 023=?，l X I Q c WL 02
3=?，由于企业供电系统线路一般不长，且多采用
电缆供电，阻抗较小，在进行技术经济比较时，常常可以忽略不计。 （2）变压器：2
....0????
???+?=?T N c
T
N Cu T T S S P P P ，2
...0???
? ???+?=?T N c T N T T S S Q Q Q 2-6 求计算负荷时，计算全厂功率因数的目的和方法如何？ 答：计算全厂功率因数可用于确定无功补偿容量。
单组设备功率因数为2
2
cos i
i i V W W +=
?，其中i W 为某组用电设备在最大负荷班内的有功电能消
耗量，i V 为某组用电设备在最大负荷班内的无功电能消耗量。
多组用电设备或全厂自然功率因数正切的均权平均值，在设计阶段可以按下式计算
++++=
2211222111tan tan tan N x N x N x N x P K P K P K P K ???
为简单起见，设计时也可以根据计算负荷求出功率因数2
2
cos C
C C Q P P +=
?
2-7 试用形状系数法及附加系数法求计算负荷：kW P 8021?=，kW P 5022?=，4.0=X K ，
8.0cos =?；kW P 4013?=，kW P 1564?=，6.0=X K ，8.0cos =?；14台电动机容量
由7～14kW 不等，总容量为170kW ，2.0=X K ，65.0cos =? 解：第一组： kW P P K
P X
av 104)502802(4.0)(211.=?+??=+=， kVar tg P Q av av 7875.01041.1.=?=?=?
第二组： kW P P K P X
av 78)156401(6.0)(432.=?+??=+=，
kVar tg P Q av av 5.5875.0782.2.=?=?=?
第三组： kW P K P X
av 341702.053.=?==，
kVar tg P Q av av 75.39169.1343.3.=?=?=?
总平均负荷kW P P P P av av av av 21634781043.2.1.=++=++=
kVar Q Q Q Q av av av av 25.17675.395.58783.2.1.=++=++=
计算负荷 kW P K P av z c 8.22621605.1=?==，
kVar Q K Q av z c 0625.18525.17605.1=?==
kVA Q P S c
c c 72.2920625
.1858.2262
22
2=+=+=
2-8 试求配电站馈电线路的计算负荷，该线路供电给以下变电所；
1号变电所：kW P N 17151=；kW P av 702=；var 300598k Q av -=，48=eq n 台 2号变电所：kW P N 8701=；kW P av 597=；var 360k Q av =，18=eq n 台 3号变电所：kW P N 12801=；kW P av 668=；var 668k Q av =，15=eq n 台 解：首先确定利用系数和等效台数
51.03865
19671280
870171566859770221212122
11
==
++++=
++++=
++++=
N N av av N N N X N X X
P P P P P P P K
P K
K
8.21280
870
1715
)12808701715()
(2
2
2
22
2
=++++=
=
∑∑i
i eq P
P n 台
查图2-5（16页）曲线，得到K f =1.7
kW P K P i av f C 9.334319677.1)668597702(7.1.=?=++?==∑ var 2.225413267.1)668360298(7.1.k Q
K
Q i
av f
C =?=++?==∑
kVA Q P S C
C C 8.40322
.22549.33432
22
2
=+=+=
2-9年产50000台拖拉机的工厂，在规划工厂用电时，最大负荷估算为多少？
答：采用单位产品耗电量法，查17页表2－5、2－6，拖拉机厂每生产一台拖拉机耗电5000～8000千瓦时，有
功最大负荷年利用小时数为4960小时。
h kW wn W n ?=?==400000000500008000， MW T W P m n m 6.804960/400000000
/===
2-10架空线km l 2.8=，6kV ，导线截面积95mm 2，供电给三班制工厂，年耗电量h kW W a ??=3
104980，
最大负荷电流A I 100m ax =、8.0cos =?，求导线上的电能损耗？
解：选铜绞线，查附录表17（315页），TJ-95单位长度电阻R 0=0.20Ω/km ，总电阻R= R 0×l =0.2×8.2=1.64Ω
年最大负荷利用小时数h 4792100
6310
498033
m ax
m ax =???=
=
=
=
C
N
a C
a a I U
W P W P W T
查图2-7，得到年最大负荷损耗时数=τ3500h ，
h kW h W R I W C a ??=??=???==?3
62
2108.235108.235479264.1100
33τ
2-11 计算400kV A ，10/0.4kV 变压器中的电能损耗及功率损耗，S L =295kV A ，T M.a =3500h ，8.0cos =?。 解：参考变压器SL-400/10的参数（附录表1），kW P T N Cu 7.6..=?，kW P T 75.1.0=?
根据年最大负荷利用小时数T M.a =3500h ，查图2-7（24页），得到年最大负荷损耗时数=τ2400h ，
=?a T W .gT T T P .0?+kW S S P T N C
T
N Cu 32
2
...107.1524004002957.6400075.1?=???? ???+?=???
? ???τ 其中变压器的年投入工作时数gT T 按照两班工作制取4000h 。
习题三
3-1 工厂供电系统设计的技术指标和经济指标是什么？
答：工厂供电系统设计的技术指标包括：可靠性；电能质量；运行、维护及修理的方便及灵活程度；自动化程
度；建筑设施的寿命；占地面积、新型设备的利用等。其中用于定量分析的主要指标包括电压损失百分比和功率因数。
工厂供电系统设计的经济指标：投资费和年运行费。 3-2 什么是标准回收期？它与用电设备本身的使用寿命有何不同？
答：标准回收期是根据国民经济发展，资金合理运用，由国家根据各部门的生产特点统一规定的回收期标准。
当两个方案，方案1一次性投资费用较低，而方案2年运行费用较低时，用回收期还衡量方案的优劣，回收期2
112F F Z Z T --=
。若回收期高于国家的标准回收期，则选用一次性投资费用较小的方法。否则，选用
年运行费用较小的方法。
3-3 在进行技术经济方案比较时采用的最小开支法如何考虑货币时间价值？
答：在考虑货币的时间价值的情况下，需将一次性投资及年费用按利率i %影响折算至第m 年，即
Z i i i Z K Z m m h 1
%)
1(%)1%(1
1
0-++=
=--，
)%)
1(%)
1(()(1
)
(1
210∑∑+=--=-++
+=+='=n
m t m t t
m
t t
m t h h h i F
i F K F F K F K F
而最小开支法，即是求两者的总费用优化m in 00=+=F Z z 3-4 工厂变电所位置设置的原则是什么？
答：（1）变电所尽可能在负荷中心；（2）进出线方便；（3）运输条件要好；（4）应远离产生剧烈震动的大型设
备或车间，以保证变电所安全运行；（5）应选择地下水位较低的场所，以防止电缆沟内出现积水；（6）选择在各种污染源的上风侧；（7）应与其它建筑物有一定的防火间距。 3-5 变压器台数选择应考虑哪些因素？什么是明备用？什么是暗备用？
答：变压器的容量和数量的选择时，应考虑：（1）用电负荷的分类及不能供电中断的程度；（2）电源可供进线
的条件；（3）工厂负荷的均衡性，为减少电能损耗，有时需要选择两台变压器；（4）工厂中有无大型冲击负荷，如大型高压电动机、大型电炉等；（5）运输及建筑物高度等。
变压器的明备用是指两台变压器均按100%的负荷选择，一台工作，另一台备用。
变压器的暗备用是指两台变压器都按最大负荷的70%选择，正常情况下两台变压器都参加工作。
3-6 什么是变电所的电气主接线？选择主接线时应注意哪些问题？
答：变电所的电气主接线图是指用于表示电能由电源分配至用户的主要电路，一般为单线。
选择主接线时应注意（1）根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性；（2）电气主接线具有一定的运行灵活性；（3）接线简单，运行方便；（4）在保证安全、可靠供电的基础上，力求经济；（5）结合工厂发展规划，留有扩建余地。
3-7 什么是工厂高压配电电路的基本接线方式？并就可靠性，经济性，灵活性等方面分析其优缺点。 答：厂区高压配电电路的基本接线方式包括放射式、树干式和环式。
放射式：优点包括（1）本线路上的故障不影响其他用户；（2）容易进行继电保护装置的整定，并易于实现自动化；（3）根据实际运行经验，即使在厂区内采用电缆的单回路放射式，可靠性也较高。但该方式每个车间变电所都要独立供电，高压开关设备也用的较多，且每台高压断路器都须装设一个高压开关柜，从而使投资增加。
树干式：优点是降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈出线路减少，结构简化。缺点是供电可靠性较低，当干线发生故障或检修时，接于干线的所有变电所都要停电，且在实现自动化方面适应性较差。
环式：是树干式的另一种型式，因此从投资和有色金属耗量都和树干式相近，而在可靠性上有所提高。但环式接线的应用受到厂区负荷中心位置已经电源情况的制约。
3-8 列表比较双电源单母线（不分段），分段单母线（用隔离开关及断路器分段），双母线（不分段）三种接线
方式在一路电源发生故障，一段母线发生故障，双母线检修时引出馈电线的停电范围及恢复供电时间长短。 答：
3-10 某厂总降压变电所，拟选用两台容量相同的变压器，已知最大负荷kVA S 5000m ax =，平均负荷
kVA S av 3300=，变压器满足正常运行时，工作于经济状态，又考虑一台变压器故障或检修情况下另
一台变压器的过负荷能力，试选择变压器的容量及其规格型号。
解：按照暗备用选择变压器，每台按照70%最大负荷选择，即kVA S S L 3500%70m ax =>
以高压侧35kV ，低压侧10kV ，选择变压器型号SL 7-4000/35，其容量S N =4000kV A 每台变压器承担50%负荷，即2500kV A ，其占额定容量的百分比为%5.62%1004000
2500=?，基本
满足经济性要求。
单台故障时。填充系数为75.066.05000
3300m ax
<==
=
S S av α，符合要求
事故情况下，急救过负荷为
%40%254000
4000
5000<=-，负荷要求
3-11 如图所示10kV 配电电路中，AB 段为架空线，BC 段为电缆，长度已标在图上，设当地最热月份气温为
40℃，土壤0.8m 深处为25℃。两台变压器均在额定状态下运行，且功率因数相同，试按发热条件来选择它们的截面。 解：
750kVA
以变压器容量估算线路BC 段电流：A I BC 3.4310
3750=?=
根据发热条件选择导线-铝芯纸绝缘电缆，选择截面25mm 2
忽略电缆的功率损耗，且功率因数相同，估算流过AB 的总负荷为1000+750=1750kV A 则A I BC 04.10110
31750=?=
据此选择铜绞线TJ-25，截面积为25mm 2
3-12 某车间380/220V 供电线路带有分布负荷和集中负荷，其分布情况如图所示，试按发热条件选择导线（BLV
型绝缘线）截面并校验电压损失，线路采用明敷，周围环境温度为30℃。
集中负荷 10kW
8
.0cos =?
解：kW P C 4010605.0=+?=，var 1.3875.01002.1605.0k Q C =?+??=
kVA Q P S C C C 24.551.3840
2
2
2
2=+=+=
A I C 93.8338
.0324.55=?=
据此选择导线BLV 套钢管三芯铝芯导线，截面积70mm 2 其单位长度阻抗为m m R /548.00Ω=，m m X /06.00
Ω=
分布负荷在线路上产生的电压损失近似为
()%101%0021l Q X l P R U
u C C N
+
=
?
()
01.1806.3010
06.0803010
548.038
.01013
3
2
=???+????=
--
集中负荷电压损失
%2u ?()
123.0305.710
06.0301010
548.038
.0101
3
3
2
=???+????=
--
总电压损失5133.1123.001.1%%%21<=+=?+?=?u u u 符合电压损失条件
习题四
4-1 解释和说明下列术语的物理含义：无穷大功率电源，短路电流的周期分量，非周期分量，全电流，冲击电
流，短路容量，标么值，平均电压，负序电抗，复合序网络，短路电流的力稳定校验，热稳定校验，假想时间，短路温升。 答：
（1）无穷大功率电源：所谓无穷大功率电源，是指当电力系统的电源距离短路点的电气距离较远时，由短路
引起的电源送出功率的变化△S 远小于电源所具有的功率S ，即△S<< S ，则该电源为无穷大功率电源。由于△P<
（2）短路电流的周期分量、非周期分量和全电流：短路电流的周期分量即稳态短路电流值，是短路进入稳定
后的电流值，也是短路电流瞬时值中的正弦分量，表达式为)sin(kl km kz t I i ?αω-+=。
非周期分量是为抵消电流的突变而产生于线路中的衰减直流分量，该分量按指数衰减，当短路进入稳态后，该分量消失，表达式为T
t kl km m kf e
I I i ----=))sin()sin((?α?α
周期分量和非周期分量共同组成短路全电流表达式。
（3）冲击电流：当短路满足短路前空载，短路电阻远小于电抗，并可忽略，且短路发生于某相电压瞬时值过
零时，短路电流的全电流将在短路后0.01秒时达到最大值，该最大值最大可达到大约2倍稳态短路电流，成为冲击电流。 （4）短路容量：k N k I U S 3=
定义为短路容量，
三相短路容量用于校验所选断路器的断流能力或断开容量。 （5）标么值：进行运算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标么值法，
标么值的概念是
值同单位）
该量的基准值（与实际位）
该量的实际值（任意单某量的标么值=
（6）平均电压：对于任意电压等级的线路，线路上存在电压降，首端和末端电压不同，为保证末端电压为额
定电压，首端电压会人为调整至高于额定电压，最高可高出10%裕量，则线路首端和末端的平均电压为
N
av U
U 05.1=，105%线路电压等级。
（7）负序电抗：当供电系统中某处发生三相不对称短路时，短路点的三相电压不对称，可利用对称分量法将
这组电压分解为三组各自对称的正序、负序和零序分量。网络也可根据叠加原理分分解为正序、负序和零序网络，负序网络中的电抗成为负序电抗。
（8）复合序网络：针对不同短路故障的特点，即边界条件，可将正序、负序和零序网络相互连接为一个网络，
成为复合序网。
（9）短路电流的力稳定校验：即校验设备不会发生任何永久变形而维持正常工作。
（10）短路电流的热稳定校验：所谓热稳定校验，就是以导体的允许温度m ax .N θ与短路温升达到的稳定温度k
θ相比，以满足k N θθ>m ax .条件为合格。
（11）假象时间：短路全电流由短路开始到被切除过程的发热量Q k ，可以等值为短路稳态电流持续运行某一时
间的发热量，该时间称为短路电流的假想时间。假想时间包括周期分量的假想时间和非周期分量的假想时间。
（12）短路温升：短路由开始到被切除的过程非常短，该过程中热量来不及扩散，可被认为是一个绝热过程，
即短路电流产生的热量全部转化为载流体的温升，称为短路温升。
4-2 试说明采用有名值和标么值计算短路电流各有什么特点？这两种方法适用于什么场合？
答：与有名值不同，用标么值表示的三相系统的各物理量关系同单相系统的关系一样；另外，各电压等级分别
按照自身基准值折算出的标么值相同，即在标么值下不需要进行阻抗的电压等级折算。因此标么值法适用
于存在多电压等级的高压系统，而有名值适用于1KV 一下的低压系统。 4-3 什么叫短路电流的力效应？为什么要用短路冲击电流来计算？
答：短路电流流过导体，将在相邻导体之间产生巨大的作用力，称为短路电流的力效应。三相线路中，处于中
间的一相受力最大，并和电流平方成正比，因此最大作用力则和冲击电流的平方成正比，需要用冲击电流来计算。
4-4 什么叫短路电流的热效应？为什么要用稳态短路电流∞I 和假想时间j t 来计算？
答：短路发生过程，巨大的短路电流将在导体中产生巨大的热量和温升，称为短路电流的热效应。从短路发生
时刻t 0到故障被切除时刻t ，发热量?
=
t
t k k Rdt i Q 0
，该发热量可用稳态短路电流来等值计算，即
j k Rt I Q 2
∞=，j t 称为短路电流作用的假象时间，即以稳态短路电流∞I 产生该发热量所需的等值时间。 4-5 计算如图所示供电系统中k 1和k 2点发生三相短路时的短路电流、冲击电流、冲击电流有效值和短路容量，
以及在最小运行方式下k 2点的两相短路电流。
MVA
S k 650)
3(max .=MVA
S k 400)3(min .=5.10%=?k u 4
%3.0==L NL X kA
I
解：（1）首先选择标么值折算的基准值MVA S j
100=；
kV U
I
j 5.10.=，kA U S
I
I j j I
j 5.55.1031003..=?=
=
kV U
II
j 3.6.=，kA U
S I
II
j j II
j 16.93
.631003..=?==
（2）计算各元件电抗标么值
25
.0/154.01
512
.142525
.03164
.14101
.05
系统阻抗：154.0650
100m ax
.*
m ax .1==
=
k j
S S
x ，25.0400
100m in
.*
m in .1==
=k j
S S
x
线路l 1：512.145
.10100404.02
20*
2=??==jI
j U
S l
x x
变压器：525.020*******.10100%.*3
=?
=
?=
T
N j
k S S u x
电抗器：164.13
.61003
.036100
4
3100
%2
2*
4=???=
=
jII
j NL NL
L U
S
I U X x
线路l 2：101.03
.61005.008.02
20*5
=?
?==jII
j U
S l
x x
k 1点短路的总短路阻抗?????=++=++==++=++=∑∑287
.15525.0512.1425.0191
.15525.0512.14154.0*3*2*m in .1*m in .1*3*2*m ax .1*m ax .1x x x x x x x x
k 2点短路的总短路阻抗?????=++=++==++=++=∑∑∑∑552
.16101.0164.1287.15456
.16101.0164.1191.15*5*4*m in .1*m in .2*5*4*m ax .1*m ax .2x x x x x x x x
（3）短路电流标么值
0658.0191
.151)*
3(m ax .1==k I 0654.0287
.151)*
3(m in .1==k I 0608.0456
.161)*
3(m ax .2==
k I
0604.0552
.161)*
3(m in .2==
k I
（4）短路电流有名值
kA I I I jII k k 603.016.90658.0)*
3(m ax .1)
3(m ax .1=?=?= kA I I I jII k k 599.016.90654.0)*
3(m in .1)3(m in .1=?=?= kA I I I jII k k 5566.016.90608.0)*
3(m ax .2)
3(m ax .2=?=?=
kA I I I jII k k 5534.016.90604.0)*
3(m in .2)3(m in .2=?=?=
（5）冲击电流及短路容量
最大运行方式k 1点：?????=?=?=?==?===?==MVA I S S S S kA I I kA I i k j k j k k sh k sh 58.60658.0100911.0603.051.151.1538.1603.055.255.2)*3(m ax .1)*3(m ax .1)3(m ax .1)
3(m ax .1)
3(m ax .1)3(m ax .1)3(m ax .1
最小运行方式k 1点：?????=?=?=?==?===?==MVA
I S S S S kA I I kA I i k j k j k k sh k sh 54.60654.0100905.0599.051.151.1528.1599.055.255.2)*
3(m in .1)*3(m in .1)3(m in .1)
3(m in .1)
3(m in .1)3(m in .1)3(m in .1
最大运行方式k 2点：?????=?=?=?==?===?==MVA I S S S S kA I I kA I i k j k j k k sh k sh 08.60608.0100841.05566.051.151.1419.15566.055.255.2)*3(m ax .2)*3(m ax .2)3(m ax .2)
3(m ax .2)
3(m ax .2)3(m ax .2)3(m ax .2
最小运行方式k 2点：??
???=?=?=?==?===?==MVA I S S S S kA I I kA I i k j k j k k sh k sh 04.60604.01008356.05534.051.151.1411.15534.055.255.2)*3(m in .2)*3(m in .2)3(m in .2)
3(m in .2)
3(m in .2)3(m in .2)3(m in .2
（6）最小运行方式下k 2点两相短路电流：kA I I k k 479.05534.02
32
3)
3(m in .2)
2(m in .2=?=
=
4-6 计算如图所示供电系统中k 1和k 2点的)
3(k I 、)
3(sh i 、)
3(k S 及)
2(k I ，并求出k 1点的)
3(sh I 。
解：（1）取基准值MVA S
j
100=；kV U
I
j 37.=，kA U
S
I
I
j j I
j 56.137
31003..=?=
=
kV U
II
j 3.6.=，kA U
S I
II j j II
j 16.93.631003..=?=
=
kV U
III
j 4.0.=，kA U
S I
III
j j III
j 34.1444
.03100
3..=?=
=
S
k
)
3(=2
35/6.3kV 5
.5%=?k
u 6/0.4kV
88
.0cos ,691.0,460===?ηkV kW A
I kW 75,6502=
（2）计算各元件电抗标么值
5
.5
系统阻抗：286.0350
100*1
==
=
k j
S S
x
线路：584.037
100204.02
20*
2=??==jI
j U
S l
x x
变压器T 1、T 2：75.010
100100
5.7100
%.*4
*3
=?
=
?=
=T N j
k S S u x x
变压器T 3：5.51
100100
5.5100
%.*
5=?
=?=
T
N j
k S S u x
k 1点短路的总短路阻抗245.175.0//75.0584.0286.0//*
4*
3*
2*
1*
1=++=++=∑x x x x x k 2点短路的总短路阻抗745.65.5245.1*
5*
1*
2=+=+=∑∑x x x （3）k 1点短路电流
803.0245
.11)*
3(1
==
k I
kA I I I jII k k 357.716.9803.0)*
3(1)3(1=?=?= kVA I S S S S k j k j k 3.80803.0100)*
3(1
)*
3(1
)
3(1=?=?=?=
kA I I k k 37.6357.72
32
3)
3(1)
2(1=?=
=
kA I i
k sh 761.18357.755.255.2)3(1
)3(1
=?==
电动机倒送电流
η
????
??
=
cos 32
.09.021
.1
..)
3(1.M N M N M sh M sh U
P K i
kA A 492.04.49291
.088.063460
4.12
.09.02==????
??=
kA A I K i M N M
sh M sh 668.02.668754.12
.09
.022
.09.02..)
3(2.==???=???
=
kA i i i i M sh M sh sh sh
921.19668.0492.0761.18)
3(2.)
3(1.)3(1)
3(=++=++='
（4）k 2点短路电流
1483.0745
.61)*
3(2
==k I
kA I I I jIII k k 4.2134.1441483.0)*
3(2)3(2=?=?= kVA I S S S S k j k j k 83.141483.0100)*
3(2
)*
3(2
)
3(2=?=?=?=
kA I i k sh 386.394.2184.184.1)
3(1)
3(1=?==
kA I I k k 53.184.212
32
3)
3(2)
2(2=?=
=
4-7 在如图供电系统中，母线B 的电压不变，U B =6.3KV ，
设在k 点发生三相短路时，冲击电流不超过20KA 。问允许并联的电缆根数n 应为多少？各元件的参数已标注在图上。
解：每条支路包括电抗器和电缆两个元件
其中电抗器的电抗
Ω=??
=
=
693.02
.036100
43100
%NL
NL L L
I U X X
电缆的阻抗
Ω=?==4625.025.137.00l R R l Ω=?==10375.025.1083.00l X X l
单根支路的总阻抗为 Ω=++=
++=
921.0)
10375.0693.0(4625
.0)
(2
2
2
2l L l X X R Z
单根支路电流短路为kA Z
U I B
k 949.3921
.033.631=?=
=
冲击电流kA I i k sh 10949.355.255.2)
3(1)
3(1=?==
kA n i n sh 2010)
3(1<=?，则n 只能取1~2
4-8 （1）用有名值计算下图低压系统中k 点三相短路时的短路电流)
3(k I 、)
3(.∑sh i 。图中的电流互感器是三相安
装的，（2）总结归纳用有名值计算低压系统短路电流的步骤。 解：（1）变压器阻抗 Ω=?
?
?
???=???
? ???=m S U P R T N T
N T
N Cu T 03.4630400102
2
....
Ω=?
=
?=
m S U u Z T
N T
N k T 43.11630
400100
5.4100
%2
.2
.
4
%2.06===L
L kA kV km
km km /083.0/37.025.1Ω=Ω=
Ω=-=-=m R Z X T
T T 69.1003
.443.112
22
2
m
200k
88
.0cos 92.0380===?ηV
U
（2）母线，查附录表20（316页）
LMY-50×6 a =240mm ，mm a D av 30026.1≈=，
查得m m R /118.00Ω=，m m X /2.00Ω=，l =6m
Ω=?==m l R R 708.06118.00，Ω=?==m l X X 2.162.00
LMY-40×5 a =160mm ，mm a D av 20026.1≈=，
查得m m R /177.00Ω=，m m X
/189.00
Ω=，l =2.4m
Ω=?==m l R R 42484.2177.00，Ω=?==m l X X 4536.04.2189.00
（3）隔离开关QS
变压器额定电流 A U
S I T N T N T N 9094
.0363032
.2.2.=?=
=
据此电流估算隔离开关额定电流A I QS N 1000.= 查表4-1（91页），其接触电阻 Ω=m R QS 08.0 （4）自动空气开关QA
电动机额定电流A U
P I M
N M
N M N 75.14092
.088.0380375000
cos 3...=???=
?=
η
?
据此电流估算空气开关额定电流A I QA N 200.= 查表4-1（91页），其接触电阻Ω=m R kk 6.0 查表4-2（91页），电流线圈阻抗Ω=m R QA 36.0，Ω=m X
QA
28.0
（5）电流互感器 查表4-3（91页）其线圈阻抗Ω=m R TA 33.0，Ω=m X TA 3.0 （6）电缆 Ω=?==m l R R 2822.041.130，Ω=?==m l X X 6.152.0078.00 总阻抗Ω=+++++++=∑m R 5328.28828233.036.06.008.04248.0708.003.4
Ω=+++++=∑m X 5236.286.153.028.04536.02.169.10 Ω=+=+=
∑
∑∑m X R Z 94.2895236
.285328
.2882
2
2
2
短路电流kA Z U I av k
797.094
.2893400
3)
3(=?=
=∑
冲击电流kA I K i k
sh sh 126.1797.0122)3()
3(=??==
其中1115236
.285328.288≈+=+=--∑
∑π
π
e e K X R sh
电动机冲击电流
kA A I K i M N M sh M sh 0896.057.8975.140145.0245.02...==???=
?=
kA i i i M sh sh sh 216.10896.0126.1.)
3(.=+=+=∑
4-9 （1）按发热条件选择图中AB 段导线截面。线路额定电压U N =6KV ，周围环境温度400=θ℃。地下0.8m
深处温度25℃。（2）已知A 点前的断路器短路容量为100MVA ，且动作时间t =0.5s 。系统中X S /R S =15。试对所选的导线进行热稳定校验。所需图标在4-9节及4-10节中。（注：习题中图与文字不符，以此为准）
s
t R X S S 5.015/1==var
150200k Q kW
P C C ==85
.0cos 500==?kVA S C
解：（1）负荷计算及导线选择
C 点有功负荷及无功负荷为 kW S P C C C 42585.0500cos .=?==?
var 4.26362.0425tan ..k P Q C C C C =?==?
计算电流为 A U
S I N
C C 11.486
35003=?=
=
线路BC 的功率损耗 kW l R I P C l 5.27298.111.48332
02=???==?
var 42.5239.011.48332
02
k l X I Q C l =???==?
则由B 流向C 的功率为 kW P P P l C C BC C 5.4525.27425..=+=?+=
var 82.26842.54.263..k Q Q Q l C C BC C =+=?+=
则由B 点流出的总计算负荷为kW P P P C BC C B C 5.6522005.452..=+=+=
var 82.41815082.268..k Q Q Q C BC C B C =+=+=
kVA Q P S C C B C 35.77582
.4185.6522
22
2.=+=
+=
A U
S I N
B C C 6.746
335.7753.=?=
=
根据发热条件选择导线，选择铜绞线TJ-16（310页附录表3），截面积A=16mm 2，允许载流量105A 。其阻抗可查附录表17（315页），按照几何均距2m ，km R /2.10Ω=，km X
/435.00
Ω=。
（2）短路计算 系统电抗为Ω==
=
397.0100
3
.62
2
k
N
s S U
x
则由电源至B 点的阻抗为Ω=?=∑2.112.1.B R ，Ω=+?=∑832.0397.01435.0.B
X
Ω=+=
+=
∑∑∑46.1832
.02.12
22
.2
..B B B X R Z
kA Z U I B
av k
491.246
.133
.63.)
3(=?=
=
∑
（3）根据发热条件确定最小允许截面积 根据111页表4-6，铜导线的热稳定系数为C=171
短路电流假想时间s t t t t t t jf QF b jf jz j 75.005.02.05.0=++=++=+=
2
)3(m in 6.12171
75.02491mm C
t I
A j k
=?
==<16mm 2
该导线符合热稳定要求
4-10 在正常运行时为什么电流互感器的二次绕组不得开路，而电压互感器的二次绕组不得短路？试说明其物
理原因。
答： 电流互感器的结构类同一个双绕组变压器，互感器铁芯中的磁化方程为1
2.21.1N I N I N I TA TA μ =-，磁化电流为TA
TA I I I .2.1'-= μ。由于一次侧电流是馈电线路上的工作电流，它并不随其二次侧负载变化，因此当二次侧开路时，0.2=TA I ，磁化方程变为μI I TA
=.1，使通过铁芯的磁通增加很多倍，铁芯损耗过大，温升过高，可能烧坏绝缘。更为严重的是，铁芯严重饱和，使
dt
d φ前沿后沿变化陡峭，这将引起二
次侧开路处极高的感应电势，对运行人员和接入的仪表、继电器的绝缘都有极大的危险。所以，电流互感
器二次侧在运行中不能开路。
而电压互感器二次侧不能短路，是为了防止短路中出现巨大的短路电流，损坏设备，以及对人身和设备造成危害。
4-11 三相五芯柱式电压互感器其两个二次绕组能反映出供电系统中哪些电压？
答：该方式可测量线电压、相电压及接电度表和功率表，其二次辅助线圈接成开口三角形，用来测量电路对地
绝缘，即测量零序电压值。
4-12 （1）试计算第8题图中母线B 2发生三相短路时最大的短路电流)
3(k I 、)
3(.∑sh i 。设母线B 2为垂直放置，支
柱式绝缘子数大于4，求最大档距l max 。（2）若已知档距l =0.5m ，试校验该母线的力稳定。（3）若已知母线短路保护动作时间t b =0.5s ，开关动作时间t QF =0.15s ，试校验该母线的热稳定，400=θ℃。 解：母线短路电流
Ω=++=∑m R 818.408.0708.003.4 Ω=+=∑m X 89.112.169.10 Ω=+=+=
∑
∑∑m X R Z 83.1289.11818.42
2
2
2
短路电流kA Z U I av k
1883
.1234003)
3(=?=
=
∑
冲击电流kA I K i k
sh sh 583.321828.122)
3()
3(=??=
=
其中28.11189
.11818.4≈+=+=--∑
∑π
π
e e
K X R sh
（1）最大档距m f
w
l al 534.0534
.73510
3.010********
5)
3(m ax =????=
=
-σ
其中3
6
3
2
2
103.030065066m mm
h b w -?==?==
N a
a i f
sh 534.73510)
32583(310)(3
7
2
7
2
)
3()
3(=??=?=
--
（2）若m l 5.0=，
N N w
l f w
M 6
66
)
3(10)700~500(106.12210
3.010
5
.0534.73510?
=
=
-σ
符合动稳定度的要求 （3）为满足短路时的热稳定度条件
2
2
m in 3005061737.087
18000mm mm
t C
I A j k =?<=?=
=
符合要求
其中s t t t t fz QF b j 7.005.015.05.0=++=++= 热稳定系数可在111页表4-6中查得。
4-13 求下图所示系统中k 点发生三相短路时流过自动开关QA2的短路电流，并对电流互感器进行稳定度校验。
∞
=)kW
P u T N Cu k 7.64
%4
.0/10/400..==-m
l 5.81=l TA1
87
.0cos =?ZLL-3×l 3
解：各元件的阻抗
（1）变压器 Ω=?
?
?
???=???
? ???=m S U P R T
N T N T
N Cu T 7.64004007.62
2
....
Ω=?
=
?=
m S U u Z T
N T
N k T 16400
400100
4100
%2
.2.
Ω=-=-=m R Z X T
T T 53.147
.6162
2
2
2
（2）母线 mm D av 30025026.1≈?=，查附录表20得
m m R /142.00Ω=，m m X /2.00Ω=，l =1.5+8.5=10m
Ω=?==m l R R 42.110142.00，Ω=?==m l X X 2102.00
（3）隔离开关QS
变压器额定电流 A U
S I T N T N T N 35.5774
.0340032
.2.2.=?=
=
据此电流估算隔离开关QS 1、QS 2额定电流A I QS N 600.= 查表4-1（91页），其接触电阻 Ω==m R R QS QS 25.021 电动机额定电流A U
P I M
N M
N M N 9.9492
.087.0380350000
cos 3...=???=
?=
η
?
据此电流估算隔离开关QS 3额定电流A I QS N 100.= 查表4-1（91页），其接触电阻 Ω=m R QS 75.03 （4）自动空气开关QA
空气开关额定电流A I QA N 6001.=
查表4-1（91页），其接触电阻Ω=m R kk 25.01 查表4-2（91页），电流线圈阻抗Ω=m R QA 12.01，Ω=m X QA 094.01
空气开关额定电流A I QA N 1002.=
查表4-1（91页），其接触电阻Ω=m R kk 75.02 查表4-2（91页），电流线圈阻抗Ω=m R QA 3.11，Ω=m X QA 86.01
（5）电流互感器 查表4-3（91页）
TA 1线圈阻抗Ω=m R TA 04.01，Ω=m X TA 3.01，初选LQG0.5-600/5 TA 2线圈阻抗Ω=m R TA 7.12，Ω=m X TA 7.21，初选LQC-1-100/5
总阻抗Ω=+?++++++=∑m R 79.1175.0225.0)3.175.0()12.025.0(42.17.6
Ω=+++=∑m X 484.1786.0094.0253.14 Ω=+=+=
∑
∑∑m X R Z 09.21484
.1779
.112
2
2
2
短路电流kA Z U I av k
95.1009
.213400
3)
3(=?=
=∑
冲击电流kA I K i k
sh sh 34.1795.1012.122)3()
3(=??==
其中12.111484
.1779.11≈+=+=--∑
∑π
π
e e
K X R sh
当考虑电流互感器阻抗时
2
2
)
2()
2()2(TA TA av
k
X X R R U I +++=
∑∑
kA 766.8)
7.23.048.172()7.104.079.112(400
2
2
=++?+++?=
冲击电流kA I K i k
sh sh
92.13766.8123.122)3()
2(=??==
其中123.1117
.23.048.1727.104.079.112≈+=+=++?++?--∑
∑π
π
e e
K X R sh
对电流互感器的动、热稳定度进行校验
TA 1：LQG0.5，其动稳定倍数为100，1s 热稳定倍数为50，
即动稳定电流为100×600=60kA ，1s 热稳定电流为50×600=30kA
kA kA i sh 6092.13)
2(<=，符合动稳定要求
1307.0766
.82
2
12?
其中s t j 7.005.015.05.01=++=
TA 2：LQC-1，其动稳定倍数为25，1s 热稳定倍数为90，
即动稳定电流为25×600=15kA ，1s 热稳定电流为90×600=54kA
kA kA i sh 1592.13)
2(<=，符合动稳定要求
1542.0766
.82
2
12?
其中s t j 2.005.015.001=++=
习题五
5-1 供电系统继电保护的作用是什么？对保护装置有哪些要求？
答：继电保护装置即各种不同类型的继电器，以一定的方式连结与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，
作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。继电保护装置应满足以下的要求：（1）选择性；（2）灵敏性；（3）可靠性；（4）速动性。
5-2 继电保护的操作电源有几种，基本结构如何，有什么优缺点？操作机构的用途是什么，怎样分类？ 答：工厂供电系统中所采用的操作电源有三种：由蓄电池供电的直流电源；整流电源和交流电源。
（1）蓄电池供电的直流电源：优点是蓄电池的电压与被保护的网络电压无关，即独立性较好。缺点是需修建有特殊要求的蓄电池室，购置充电设备及蓄电池组，辅助设备多，投资大，运行复杂，维护工作量大，且直流系统接地故障多，可靠性低，因此，在工厂供电系统中已为整流电源所代替。
（2）整流电源包括电容补偿式整流和复式整流。电容补偿式整流主要结构包括整流装置和补偿电容，当外电路故障时，电压降低，可利用电容储能使断路器跳闸，当故障切除，交、直流电压都恢复，电容又会充电。复式整流装置由电压源和电流源两部分组成，分别由电压互感器和电流互感器供电，当故障时，电压降低，可由电流源提供能量使断路器跳闸。复式整流电源装置有两个电源供电，特别是有能反映故障电流的电流供电器供电，这样就能保证正常及事故情况下直流系统都能可靠供电。与电容补偿式相比，复式整流装置能输出较大的功率，电压能保持稳定。
（3）交流操作电源比整流电源更简单，不需设置直流回路，可采用直接动作式继电器，工作可靠，二次接线简单，便于维护。交流操作电源可以从所用变压器或仪用互感器取得。
5-3 什么是电流互感器的10%误差曲线？它有什么用途？电流互感器有几种接线方式？每种接线方式的用途及接线系数是怎么确定的？
答：当电流互感器二次负荷Z2较大，则允许的一次电流相对于电流互感器额定电流的电流倍数I1/I1.TA就较小。
所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器的电流误差最大不超过10%时，一次侧电流对其额定电流的倍数k=I1/I1.TA与二次侧负荷阻抗Z2的关系曲线。通常是按电流互感器接入位置的最大三相短路电流来确定其k=I k（3）/I1.TA值，从相应型号互感器的10%误差曲线中找出横坐标上允许的阻抗欧姆数，使接入二次侧的总阻抗不超过此Z2值，则互感器的电流误差保证在10%以内。
电流互感器的接线方式包括全星形接线方式、非全星形接线方式和差接法。
全星形接线方式：利用三个电流互感器串接三个电流继电器，接线系数为1。主要用于高压大电流接地系统，以及大型变压器、电动机的差动保护、相间保护和单相接地保护。
非全星形接线方式：取两相串入电流互感器，并分别串接电流继电器，接线系数为1。应用于中性点不接地系统的变压器、电动机及线路的相见间保护。
差接法：取两相串入电流互感器，并将两相的二次侧电流一正一反接入同一电流继电器。接线系数依故障类型而不同，当未装设电流互感器和装设互感器的相间发生两相短路时，接线系数为1；当装设电流互感器的两相之间发生短路，接线系数为2；当发生三相短路时，接线系数为3。适用于10kV以下中性点不接地系统中，用于变压器、电动机及线路的相间保护。
5-4 分别说明定时限继电器和反时限继电器的结构、力矩及动作特性？定时限过电流保护装置和反时限过电流装置的组成、动作原理、整定方法的步骤？如何保证装置的选择性？
答：
5-5 试证明非全星形接法的速断保护，其灵敏度与该装置安装处的短路容量成正比，与保护区段末端的短路容量成反比。
答：
5-6 说明方向保护装置和距离保护装置的构成、动作原理及用途。
答：
5-7 试作图分析变压器差动保护的基本动作原理。分析其不平衡电流产生的原因及处理对策。
答：
5-8 对备用电源自动投入装置和自动重合闸装置有哪些基本要求？怎样通过接线来实现这些要求？自动重合闸与继电保护的配合方式有几种？并简述其动作程序及优缺点。
答：
5-9 雷电击中独立避雷针时，为什么会对附近设施产生“反击”，在设计避雷针时如何防止？
答：
5-10 简述避雷装置伏秒特性的含义？避雷装置与被保护电气设备的伏秒特性应如何配合，才能起到保护作用？
答：
5-11 在对由线路侵入冲击波的防护时，为什么避雷器必须尽量靠近变压器设置？
答：
5-12 什么叫保护接地？什么叫保护接零？为什么在TN-C系统中要采用重复接地？
答：
5-13 简述接触电压，跨步电压的概念。
答：
5-14 简述漏电保护器的工作原理。
答：5-15
-
2020年电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版
1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k 于速度定 U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。 （Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）
13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ） 19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 二选择题 1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（ A）。 A ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动 B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动 D ACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动 3与机组相比，相控整流方式的优点是（A、B、C、D ），缺点是（ E、F ）。 A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小，噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（C ）。 A 调速范围D越小 B 额定转速?Skip Record If...?越大
. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统答案 上海大学陈伯时主编 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—电动机系统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，开关损耗也不大，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。 PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。 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：制动时，由于U g1 的脉冲变窄而导致i d反向时，U g2 变正，于是VT2 导通， VT2 导通，VT1 关断。 1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，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 n max 和最低转速 n max n min 之比叫做调速范围， 用字母D 表示，即：D = n min 负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落?n N与理想空载转速n0min 之比，称 n 为系统的静差率S,即：s=?N n0min 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为： n s D =N ?n N(1?s) 由于在一定的n N下，D 越大，n min越小?n N又一定，则S 变大。所以，如果不考虑D，则S 的调节也就会容易， 1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为n0min=150 r / min ，带额定负载的速度降落 n0max=1500r / min ，最低转速特性 为 ?n N= 15r / min ，且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大？解 D=n max n = n0ma x ? ?n N ??n = ? 1500 15 ? = 11 min n n0min N
思考题答案 1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？ 答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。 1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：a PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性。 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），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直流PWM变换器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。 1.4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。 1.5 答：不会
判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T 法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ）
10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√）18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ）
19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 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B A．PID B．PI C．P D．PD 2．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,静差率A 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不变型的调速系统是D A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速
电力拖动自动控制系统复习（14电气工程本） 一．题型 填空（20）、选择（10）、简答（30）、计算（40） 二．各章节内容提要 （一）绪论——基本概念 1.运动控制系统的组成（电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应的传感器）【P1】【填空】 2.直流电机的数学模型简单，转矩易于控制。交流电机具有结构简单等优点，但其动态数学模 型具有非线性多变量强耦合的性质。【P3】【填空】 3.转矩控制是运动控制的根本问题，磁链控制与转矩控制同样重要。【P5】【填空】 4.典型的生产机械负载转矩特性主要包含恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机与泵类负载 特性。【P5】【填空】 （二）第2章 1．基本概念 （1）直流调速转速公式、方法。【P7】【填空】 公式：方法：1）调节电枢供电电压U； 2）减弱励磁磁通； 3）改变电枢回路电阻R （2）可控直流电源（G-M系统、V-M系统、PWM变换器）【P9】【填空】 （3）增设平波电抗器来抑制电流脉动，总电感量的计算。【P12】【选择题】 三相桥式 三相半波 单相桥式 （4）失控时间的选择【p15】【选择题】 整流电路形式最大失控时间 单相半波20 10 单相桥式（全波）10 5 三相半波 6.67 3.33 三相桥式 3.33 1.67 ★★★★（5）PWM调速系统的优越性表现【p16】【简答题】 ○1主电路简单，需要的电力电子器件少；
○2开关频率高，电路容易连续，谐波少，电动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； ○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电力电子器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，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 （6）不可逆PWM系统中，γ与ρ的关系。【P17】 γ=ρ （7）泵升电压【P20】【填空题】 对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高 （8）调速系统的稳态性能指标S与D及相互之间的关系。【P21-22】【填空题】 ○1——额定负载时的最高和最低转速 => ○2最低速 => 空载转速 ○3例： ★★★★（9）开环系统与闭环系统比较（4点结论）【P29-30】【简答题】 ○1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。 ○2闭环系统的静差率要比开环系统小得多。 ○3当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。 ○4要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 ★★★★（10）闭环系统能减少稳态转速降的实质问题是什么？结合图形分析【P31】【简答题】闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。 （11）反馈控制规律（3点）【P31】【简答题】 ○1比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统 ○2反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定 ○3系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度
运动控制系统 课后习题答案 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 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 =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=Ω。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 rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机
第2章 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）的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围，则在一定静态速降下，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？如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁
一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 2.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（ C ） 4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D） 7.不是跟随性能指标是（D ） 8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（C ） 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ） 12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ） 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ） 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ） 15.不是直接转矩控制的特点为（A ） 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（ D ） 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ） 18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ） 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。（D ） 20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ） 21.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 22.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（C ） 24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ） 27.不是跟随性能指标是（ D ） 28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（ C ） 31.不适合使用矢量控制方式是（ B ） 32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。
运动控制直流部分复习题 一、填空： 1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。 2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。 3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节， 时间常数称为。 4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为 外环。 5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。 6 直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _的扰动则无能为力。 8．转速、电流双闭环调速系统中，调节_ _的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。 9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。 二、选择题 1.下列说法正确的是（） A 积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。 B 比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。 C 比例调节器可以实现无静差。 D 采用积分调节器动态相应快。 2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随转速给定电压变化。 3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随给定电压变化。 4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。
A B C D 5. 采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。 A ⅠPI B ⅡPI C ⅠP D ⅡP 6. G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。 A 直流发电机； B 静止整流器； C 脉宽调制电源； D 以上情况均可能。 三、分析与简答 1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？ 2. 双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？ 3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？ 4. 假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行 调节，请结合稳态结构图加以说明。 5. 转速、电流双闭环直流调速系统设计后，ASR限幅对应倍额定电流，但是在空 载额定励磁稳速运行时突加额定转矩负载，转速不能回到给定转速，请分析原因？ 6. 在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带 额定负载运行时，转速反馈线突然断线，试分析系统进入稳态后调节器、转速、电枢电流的情况。 7. 写出直流电动机反馈闭环调速系统的临界放大系数表达式，并请说明表达式中各个参数含义。 8. 请写出双闭环调速系统起动过程的三个特点。 9. 请简述H型双极式PWM变换器的缺点。 四、设计题 1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机220V、136A、1460r/min，C e=r，允许过载倍数λ=。 晶闸管装置放大系数40。 电枢回路总电阻Ω。 时间常数T l=，T m=。 电流反馈系数β=A（≈10V/），转速反馈系数α=r（≈10V/n N）。 将电流环校正成典型Ⅰ型系统，取KT=；将转速环校正成典型Ⅱ型系统，取h=5。电流环滤波时间常数；转速环滤波时间常数。 请选择并设计各调节器参数。 2、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：P N =，U N =220V， I N=28A，n N=1490 r/min，电枢回路电阻R=Ω,允许电流过载倍数λ=，电 磁时间常数T L=，机电时间常数T m=，主电路采用三相桥式整流电路，触 发整流环节的放大倍数Ks=35，整流电装置内阻R res=Ω，平均失控时间常
交直流调速系统期末考试(运动控制系统)
一．判断题（正确的打√，错误的打×，答案填在题号的前面） 1. （dui ）交 - 直 - 交电压型变频器采用电容滤波，输出交流电压波形是规则矩形波。 2. （错）变频调速效率高，调速范围大，但转速不能平滑调节，是有级调速。 3. （对）有静差调速系统是依靠偏差进行调节的，而无静差调速系统则是依靠偏差对作用时间的积累进行调节的 4. （错）电动机的机械特性愈硬，则静差度愈大，转速的相对稳定性就愈高。 5. （dui ）转速负反馈调速系统能够有效抑制一切被包围在负反馈环内的扰动作用。 6. （ dui）SPWM 即正弦脉宽调制波形，是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。 7. （cuo ）在一些交流供电的场合，可以采用斩波器来实现交流电动机的调压调速。 8. （错）转速负反馈单闭环无静差调速系统采用比例调节器。 9. （dui ） PWM 型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。 10. （对）矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量，一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。 __________________________________________________
二．填空题 1. 根据公式，交流异步电动机有三种调速方法： ① _调压 __ 调速、②__ 串电阻 __ 调速、③ ___变励 磁磁通 _ 调速。 3. IGBT 全称为 __绝缘栅双极晶闸管__ ，GTO 全称为 _门极可关断晶体管__ ， GTR 全称为 _电力晶体管 ______________ 。 4. 异步电动机的变频调速装置，其功能是将电网的恒压恒频交流电变换成变压变频的交流电，对交流电动机供电，实现交流无级调速。 三、选择题 1、变频调速中的变频电源是（C ）之间的接口。 （A）市电电源（B）交流电机（C）市电电源与交流电机 （D）市电电源与交流电源 2、调速系统的调速范围和静差率这两个指标（ B ）。（A）互不相关（B）相互制约（C）相互补充（D）相互平等 3、电压型逆变器的直流端（ D ）。 （A）串联大感器（B）串联大电容 __________________________________________________
1 忽略定子电阻的影响,讨论定子电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的关系。当三相电压AO u 、BO u 、CO u 为正弦对称时，写出电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的表达式，画出各自的运动轨迹。 解: 用合成空间矢量表示的定子电压方程式: dt d i R u s s s s ψ+= 忽略定子电阻的影响， dt d u s s ψ≈ dt u s s ?≈?ψ 即电压空间矢最的积分为定子磁链的增量。 当三相电压为正弦对称时，定子磁链旋转矢量 )(1 ?ωψψ+=t j s s e : 电压空间矢量)2(11?π ωψω++≈t j s s e u 图 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹 图 电压矢量圆轨迹 2两电平PWM 逆变器主回路的输出电压矢量是有有限的，若期望输出电压矢量s u 的幅值小于d U 3 2，空间角度θ任意，如何用有限的PWM 逆变器输出电压矢量来逼近期望的? 解:两电平pWM 逆变器有六个基本空间电压矢量，这六个基本空间电压矢量将电压空间矢
量分成六个扇区，根据空间角度θ确定所在的扇区，然后用扇区所在的两个基本空间电压矢量分别作用一段时间等效合成期望的输出电压矢量。 3 按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为 ????? ???????=23-23121-21-13223C 现有三相正弦对称电流)sin(t I i m A ω=，)32sin(πω+ =t I i m B ，)3 2sin(πω+=t I i m C ，求变换后两相静止坐标系中的电流αs i 和βs i ，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。 解:两相静止坐标系中的电流 ??????????? ?-=????????????---=??????????????????????---=??????C B A C B C B A C B A s s i i i i i i i i i i i i i 2323000233223230212132232302121132βα 其中,0=++C B A i i i
习题解答（供参考） 2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的？ 解：减小控制电压，使U g1 得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d，电机流过反向电流，电机进入制动状态。0 t< t on 时，通过二极管VD1续流，在t on t 2.4 直流电动机为P N =74kW, U N =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？？ 0.1478 当s=20%时 D n N s 1430 0.2 3.1 n(1 s) 115 (1 0.2) 当s=30%时 D n N s 1430 0.3 5.33 n(1 s) 115 (1 0.3) 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 P N 60kW,U N 220V , I N 305 A, n N 1000r min ，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S N 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) n N I N R 305 0.18 C e 0.2 274.5rpm (2) s N n N 274.5 n 1000 274.5 21.5% 考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法 异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题） 直流调速系统 一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖 动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实 现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√） 速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 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， 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 148513511 D 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 rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 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 ?=?=?= 18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ，额定速降 ?n N = 115r/min ，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？ 解： 35701153 014301%30。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N 1380 1152 014301%20。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N %6444460115 101430115 1010。。时，静差率：希望==?+?=??+??= =N N N n D n n D S D 19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ，要求静差率S =2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？ 解： ｒ／ｍｉｎ 。）（则：；根据给定条件：041298102 1000110100 1000 =??=-?=?== S D S n n D N N 20．某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max =1500r/min ，最低转速为 n 0min =150r/min ，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不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？ 解： % 101015 1114851511%1010150 15 1115 15015 1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?= =--=?-?-= 。）（或：；。根据静差率的定义，； 根据给定条件，N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D 21．直流电动机： min /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R 系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S =20%，求系统的调速范围有多大？如果 要求静差率S =30%，则系统的调速范围又有多大？ 解： 目录 ㈠直流调速系统（复习）P4 ㈡交流调速系统（回顾）P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82 一、复习：直流调速系统 问题1-1：电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机 3 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） 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 旋转变压器 控制电机自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机（反应式、永磁式、混合式） 问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大（D 大 S 小）时.只能 用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况： 一般要求：恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。 问题1-3：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. 问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？ 直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器 直流电动机属于一种特殊的同步电动机。 根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调 调压调速：调节电压供电电压进行调速.适应于：U≤U nom.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 4 一．判断题（正确的打√，错误的打×，答案填在题号的前面） 1. （dui ）交 - 直 - 交电压型变频器采用电容滤波，输出交流电压波形是规则矩形波。 2. （错）变频调速效率高，调速范围大，但转速不能平滑调节，是有级调速。 3. （对）有静差调速系统是依靠偏差进行调节的，而无静差调速系统则是依靠偏差对作用时间的积累进行调节的 4. （错）电动机的机械特性愈硬，则静差度愈大，转速的相对稳定性就愈高。 5. （dui ）转速负反馈调速系统能够有效抑制一切被包围在负反馈环内的扰动作用。 6. （ dui）SPWM 即正弦脉宽调制波形，是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。 7. （cuo ）在一些交流供电的场合，可以采用斩波器来实现交流电动机的调压调速。 8. （错）转速负反馈单闭环无静差调速系统采用比例调节器。 9. （dui ） PWM 型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。 10. （对）矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量，一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。 二．填空题 1. 根据公式，交流异步电动机有三种调速方法： ① _调压 __ 调速、②__ 串电阻 __ 调速、③ ___变励磁磁通 _ 调速。 3. IGBT 全称为 __绝缘栅双极晶闸管__ ，GTO 全称为 _门极可关断晶体管__ ， GTR 全称为 _电力晶体管______________ 。 4. 异步电动机的变频调速装置，其功能是将电网的恒压恒频交流电变换成变压变频的交流电，对交流电动机供电，实现交流无级调速。 三、选择题 1、变频调速中的变频电源是（C ）之间的接口。 （A）市电电源（B）交流电机（C）市电电源与交流电机 （D）市电电源与交流电源 2、调速系统的调速范围和静差率这两个指标（ B ）。 （A）互不相关（B）相互制约（C）相互补充（D）相互平等 3、电压型逆变器的直流端（ D ）。 （A）串联大感器（B）串联大电容 （C）并联大感器（D）并联大电容 4、变频器主电路中逆变器的任务是把（ B ）。 （A）交流电变成直流电（B）直流电变成交流电 （C）交流电变成交流电（D）直流电变成直流电 5、在转速负反馈系统中，闭环系统的转速降减为开环转速降的（ D ）倍。 （A）1+K（B）1+2K（C）1/（1+2K）（D）1/（1+K） 6、无静差调速系统中，积分环节的作用使输出量（ D ）上升，直到输入信号消失。 （A）曲线（B）抛物线（C）双曲线（D）直线电力拖动自动控制系统--运动控制系统 第四版 复习题 考试题目
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交直流调速系统期末考试(运动控制系统)
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