电力拖动考试复习资料

1、根据直流电机转速方程

式中 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 ）； — 励磁磁通（Wb ）；Ke — 由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，有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 。

2、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。

? 静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 ? 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利

用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

3、转速控制的要求和调速指标

（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳

调速指标：调速范围、静差率称为调速系统的稳态性能指标

? 调速范围：

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，即其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速

? 静差率：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 ?nN ，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ，即或用百分数表示式中 ?n N = n 0 - n N 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。

因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

设：电机额定转速n N 为最高转速，转速降落为?n N ，则按照上面分析的结果，该

系统的静差率应该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为 Φ-=

e K IR

U n min

max n n D =0N

n n s ?=%1000

N ??=n n s N min N min 0N n n n n n s ?+?=?=s n s n s n n N N N min )1(?-=?-?=min N min max n n n n D ==

而调速范围为将上面的式代入n min，得

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。闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”，以示区别。

4、开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系

（1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多。

和

它们的关系是

（2

闭环系统和开环系统的静差率分别为

和当n0op =n0c l

（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。

如果电动机的最高转速都是n max；而对最低速静差率的要求相同，那么：开环时，

闭环时，得

（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器

上述三项优点若要有效，都取决于一点，即K 要足够大，因此必须设置放大器。结论2：

闭环调速系统可以获得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，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

5、反馈控制规律

（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量是有静差的

因为闭环系统的稳态速降为

只有K = ∞，才能使?n c l = 0，而这是不可能的。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的

（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动, 服从给定

抗干扰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精度

6、电流检测与反馈

（1）电枢回路串检测电阻；

（2）电枢回路接直流互感器；

)

op C

)

c K

l n

op n

)

op s

)

c s

)

(

c K

（3）交流电路接交流互感器；

（4）采用霍尔传感器。

7、动态校正的方法

?串联校正；

?并联校正；

?反馈校正

在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。

8、PID调节器的功能

?由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够

的快速性，但稳态精度可能受到影响；

?由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制

来换取系统稳定的；

?用PID调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统

的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。

一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD 或PID 调节器。

9、采用比例积分调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统。

10、转速、电流双闭环控制的直流调速系统

（1）为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接

电流环为内环，转速环为外环，两个调节器的输出都是带限幅作用的。

（2）在起动过程中转速调节器ASR经过了不饱和、饱和、退饱和三种情况，三种情况下都采用PI调节器

双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：

（1）饱和非线性控制；

（2）转速超调；

（3）准时间最优控制。

因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。

11、转速调节器的作用

（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

电流调节器的作用

（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随

其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

12、调节器的设计方法：经验法和工程设计方法

13、控制系统的动态性能指标

自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标,抗扰性能指标

跟随性能指标 :在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性能指标有

?t r—上升时间

?σ—超调量,峰值时间——tp

?t s—调节时间

抗扰性能指标

常用的抗扰性能指标有

??C max—动态降落

?t v—恢复时间

一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。

截止频率Wc越小，稳定性越高

典型I型系统：

?在阶跃输入下的I 型系统稳态时是无差的；

?但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；

?在加速度输入下稳态误差为∞。

因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。

典型I型系统和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，

?典型I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰

性能稍差，

?典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。

这是设计时选择典型系统的重要依据。

电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这

是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。

?转速环与电流环的关系：

外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多

环控制系统的特点。这样做，虽然不利于快速性，但每个控制

环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。

14、微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化

15、采用旋转编码器的数字测速方法有三种

（1）M法测速

（2）T法测速

? （3）M/T 法测速

? M 法测速在高速段分辨率强；

? T 法测速在低速段分辨率强；

? 因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短

16、数字滤波的三种方法：算术平均值滤波、中值滤波、中值平均滤波

17、改进的数字PI 算法

? 积分分离算法

? 分段PI 算法

? 积分量化误差的消除

18、可逆V-M 系统中的环流问题

（1）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：

? 直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流

称作直流平均环流。

? 瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压

波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

2）动态环流——仅在可逆V-M 系统处于过渡过程中出现的环流

故障保护中断

服务子程序框图

19、整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为： I. 本组逆变阶段；

II.它组制动阶段。

20、交流拖动控制系统的应用领域

主要有三个方面：

? 一般性能的节能调速

? 高性能的交流调速系统和伺服系统

? 特大容量、极高转速的交流调速

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，转差功率馈送型调速系统，转差功率不变型调速系统

（2）它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。

（3）

由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为

A 、

B 、

C ，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ s m ，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为

D 、

E 、

F ，调速范围可以大一些。 ()

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为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图5-5。显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，、、这种电机又称作交流力矩电机。

（4）采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大（见图5-5），开环控制很难解决这个矛盾。

21、传统的降压起动方法有：

● 星-三角（Y-Δ）起动

● 定子串电阻或电抗起动

● 自耦变压器（又称起动补偿器）降压起动

22、变压变频调速的基本控制方式：可以改变电压和频率

基频以下调速常值

即采用恒值电动势频率比的控制方式

恒压频比的控制方式：在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，

转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”

23、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性

恒压频比控制（ U s /ω1 ）

恒 E g /ω1 控制

恒 E r /ω1 控制

24、从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。

这类交-交变频器的其他缺点是：输入功率因数较低，谐波电流含量大，频谱复杂，因此须配置谐波滤波和无功补偿设备。其最高输出频率不超过电网频率的 1/3 ~ 1/2，一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。

25、正弦波脉宽调制(SPWM)技术———【调制方式：同步、异步和分段控制】以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave ），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave

SPWM 控制方式：有单极性控制双极性控制方式

26、控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念

27、所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。

异步电机双馈调速的五种工况：

=1g f E 常值=1

f U s

?电机在次同步转速下作电动运行

?电机在反转时作倒拉制动运行

?电机在超同步转速下作回馈制动运行

?电机在超同步转速下作电动运行

?电机在次同步转速下作回馈制动运行

28、同步电动机的转子旋转速度就是与旋转磁场同步的转速，转差Ws恒等于0，没有转差功率，其变压变频调速自然属于转差功率不变的调速系统，没有其他类型。

计算题

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。