电力拖动自动控制系统复习题
《电力拖动自动控制系统》复习题
一、简答题：
1、为什么直流电动机在电力拖动领域中得到了广泛的应用？
答：直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
2、在《电机拖动自动控制系统》课程体系内，为什么非常重视直流拖动控制系统部分？
答：直流拖动控制系统在理论和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来讲，又是交流拖动系统的基础。
3、直流电动机调速的基本方法有几种？
答：调节励磁电压、调节励磁磁通、改变电枢回路电阻
4、直流调速系统用的可控直流电源有哪些种类？
答：旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器和脉宽调制变换器
5、在直流调速系统内，晶闸管有何缺陷？
答：（1）晶闸管的单向导电性不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
（2）晶闸管对过电压过电流和过高的du/dt和di/dt都十分敏感，任意指标超过允许值都可能使原件快速损坏。
（3）系统在深度调速状态时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，产生较大谐波，引起电网电压畸变，使附近用电设备损坏。
（4）晶闸管依靠反向偏置电压关断，强迫关断电路中电容易失效，从而无法通过充放电提供反压，造成电路失控使晶闸管无法关断。
6、牵引传动系统的基本控制方式有几种类型？
答：(没找到)
7、V-M直流调速系统中，晶闸管整流桥的触发角在何范围时系统电功率处于何种状态？
答：触发角为0°-90°时，晶闸管整流桥处于整流状态，系统输出电功率。
触发角为90°-180°时，晶闸管整流桥处于逆变状态，系统吸收电功率。
8、V-M直流调速系统中，可能会出现电流断续现象，有何种危害，又有哪些抑制措施？
答：
危害：电流断续使得系统空载转速很高，机械特性变软；使电动机产生转矩断续，对生产机械不利。
抑制措施：增加整流电路相数、设置平波电抗器、采用反并联可逆线路，形成环流，使电流连续。
9、调速系统的稳态性能指标包括哪些？
答：调速范围、静差率
10、反馈控制系统的有何作用？
答：同开环控制系统相比，闭环反馈控制系统的机械特性硬度提供，转速平稳；静差率更小；调速范围更大。
11、为何需要可逆调速系统？
答：单组晶闸管装置供电的调速系统中，电动机都只是朝着一个方向旋转的，因此只能获得单象限运行，然而许多的生产机械却要求电动机正反转和快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。
12、直流电动机电枢反接可逆线路的形式有哪多种？并说明每种方式的适用场所。
答：接触器切换的可逆线路，适用于不经常正反转的生产机械。
晶闸管开关切换的可逆线路，适用于中小容量的可逆拖动系统。
两组晶闸管反并联的可逆线路，适用于频繁正反转的生产机械。
13、在直流电机可逆调速系统中，若采用两组晶闸管装置反并联方式供电，试分析工作原理。
答：
14、单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型负载提升和下放重物时，如何工作？
答：单组晶闸管装置带位势性负载，当控制角0°<α<90°时，平均输出电压为正值，且理想空载值Ud0>E,输出整流电流产生转矩提升重物，此时晶闸管装置工作在整流状态。当控制角90°<α<180°时，平均输出电压为负值，且理想空载值|-Ud0|<|-E|,-E为重物带动电机产生的反向感生电动势，从而产生电流和转矩，方向与提升重物时相同，从而平衡重力矩，此时晶闸管装置工作在逆变状态，将重物的势能转化为电能，回馈到电网中。
15、两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，是否有环流？并说明环流对系统有何危害？有何益处？
答：
反并联可逆线路的两组晶闸管之间通常存在环流。
危害：显著加重晶闸管和变压器的负担，消耗无用功率，环流过大时还会损坏晶闸管装置。
益处：可将环流用作流过晶闸管的基本负载电流，使电机空载或轻载时仍然输出电流连续，避免断续带来的非线性现象和对系统静、动态性能的影响。少量的环流还能保证电流无间断反向，加快反向的过渡过程。
16、在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，此类环流称为何种环流类型？有何消除方法。
答：
一定控制角下稳定工作时出现的环流为静态环流。
静态环流分为：直流平均环流和瞬时脉动环流。
消除方法：
直流平均环流：保证满足α≥β的条件，一般利用α=β工作配合制。
瞬时脉动环流：在环流回路中串入环流电抗器。
17、在V-M系统反并联可逆调速系统，两组桥的工作状态？
答：电机正向运行：正组整流；电机正向制动：反组逆变；
电机反向运行：反组整流；电机反向制动：正组逆变。
18、按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统可以分为哪两大类？
答：逻辑控制无环流可逆调速系统和错位控制的无环流可逆调速系统。
19、无环流逻辑控制器的输入与输出关系是什么？
答：输入信号：电流给定极性和转矩极性信号；输出信号：封锁正反组脉冲信号。
通过电平检测、逻辑判断、延时电路、和联锁保护装置组成的控制器将输入的模拟信号变为输出的数字信号。
21、在频繁起动的直流调速系统中，如何设计起动过程？
答：（没找到）
22、晶闸管-电动机调速系统固有的技术缺陷是什么？
答：
（1）存在电流的谐波分量，在深度调速时转矩脉动大，限制调速范围。
（2）深度调速时功率因数低。
（3）系统中的平波电抗器限制了系统的快速性。
23、简述PWM调速系统的优越性。
答：
（1）线路简单，功率原件少。
（2）开关频率高，电流连续性好，谐波少，功率因数高。
（3）低速性能好，稳态精度高，调速范围宽。
（4）系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强。
（5）系统损耗发热小，装置效率高。
24、PWM变换器的基本作用是什么？
答：PWM变换器就是采用脉冲宽度调制的一种直流斩波器，在中小型功率系统中取代常规晶闸管控制电路以达到快速的调速控制，并起到显著节能的效果。
25、简述脉宽调制变换器PWM变换器的分类？
答：PWM变换器分为不可逆PWM变换器和可逆PWM变换器。
不可逆PWM变换器分为不可制动式和可制动式。
可逆PWM变换器分为双极式、单极式和受限单极式。
26、论述简单型不可逆PWM变换器工作原理。画图说明。
答：晶体管VT 由脉宽可调的脉冲电压Ug 驱动。一个开关周期内，当0≤t ＜ton 时，Ug 为正，VT 饱和导通，电源电压加到电动机电枢两端。当ton ≤t ＜T 时，Ug 为负，VT 截止，电枢失去电源，经二极管VD 续流。通过调节Ug 的占空比即可调速。
27、论述有制动功能的不可逆PWM 变换器工作原理。画图说明。
答：
启动运行时，VT1和VT2的驱动电压大小相等方向相反。一个开关周期内，当0≤t ＜ton 时，Ug1为正，VT1饱和导通，Ug2为负，VT2截止。此时，电源电压加到电枢两端，电流id 沿图中回路1流通。当ton ≤t ＜T 时，Ug1和Ug2都变换极性，VT1截止，但VT2不导通，id 沿回路2续流，给VT2施加反压彻底关断。即VT1和VD2交替导通而VT2始终不通。
制动运行时，VT2、VD1轮流导通，而VT1始终不通。 28、桥式可逆PWM 变换器的控制方式如何分类？ 答：通过改变驱动脉冲信号的形式控制不同的晶体管导通进行分类。
可分为双极式、单极式、受限单极式。
29、双极式H 型可逆PWM 变换器的输出平均电压的表达式为何？
并说明占空比的调节范围与运行工况的关系？
答：d 21on on on s s s s t T t t U U U U U T T T ρ-??=-=-= ??? 其中 21on t T ρ=- 占空比ρ的范围为-1≤ρ≤1。
当0≤ρ≤1时，电动机正转；
当-1≤ρ≤0时，电动机反转；
当ρ=0时，电动机为带有高频微震的停转。
30、简述双极式型PWM 变换器的优缺点？
答：（1）电流连续
（2）电动机可在四象限中运行
（3）微震电流能消除静摩擦死区
（4）晶体管脉冲较宽导通可靠
（5）低速平稳性好，调速范围大
31、论述电能回馈与泵升电压的限制措施。画图说明。
答：
电能回馈：晶闸管整流桥工作在整流状态时向负载输出电能；工作在逆变状态时，负载将机械能转化为电能向电网回馈。
泵升电压的限制措施：采用由分流电阻Rb和开关管VTb组成的泵升电压限制电路。当滤波电容C的端电压超过规定的泵升电压允许数值时，VTb导通，接入分流电路，把回馈电能的一部分消耗在分流电阻中。
二、回答题
1、调速范围和静差率的定义是什么？
2、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？为什么？
答：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、试述转速反馈闭环调速系统的三个基本特征。
答：
（1）具有比例放大器的反馈控制系统其被调量总是有静差的。
（2）抵抗扰动与服从给定。
（3）系统的精度依赖于给定电源和反馈检测的精度。
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。
答：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？
答：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？ 答：
正组逆变电枢端电压为负，电流为正，电动机逆向运转，回馈电能，工作在第四象限。 反组逆变电枢端电压为正，电流为负，电动机正向运转，回馈发电，工作在第二象限。
8、有静差系统与无差系统的区别。
答：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、什么叫环流? 并说明有环流可逆系统的适用场合。
答：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。
10、试述双闭环直流调速系统起动过程的三个阶段和三个特点，以及动态性能。 答：
(1)三个阶段：第 1 阶段为电流上升阶段，第 2 阶段为恒流升速阶段，第 3 阶段为转速调节阶段。
(2)三个特点：饱和非线性控制，准时间最优控制，转速超调。
(3)动态性能：动态跟随性能；动态抗扰性能。
三、填空题
1、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用 串级 联接，其中转速反馈极性为 负反馈 、电流反馈极性为 负反馈 。
2、直流斩波器的几种常用的控制方法：①T 不变，变on t —— 脉冲宽度调制（PWM ） ；②on t 不变，变 T —— 脉冲频率调制（PFM ） ；③on t 和T 都可调—— 改变占空比的混合型调制 。
3、转速、电流双闭环系统，采用PI 调节器，稳态运行时，转速n 取决于 给定电压 、ASR 的输出量取决于 负载电流 。
4. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制 电动机转速 来工作的。
5. V-M 系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是 设置平波电抗器 。
6、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用 电流截止负反馈 。
7、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。
8、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。
四、选择题
1. 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（ A ）
A、零；
B、大于零的定值
C、小于零的定值；
D、保持原先的值不变
2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（ D ）
A、消除稳态误差；
B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应
C、既消除稳态误差又加快动态响应；
D、加快动态响应
3．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
4．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 ) A．越小B．越大C．不变 D．不确定
5．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 ( D )
A．降电压调速 B．串级调速C．变极调速 D．变压变频调速
6．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是( A )
A. ASR饱和、ACR不饱和
B. ACR饱和、ASR不饱和
C. ASR和ACR都饱和
D. ACR和ASR都不饱和
7、无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出（ D ）。
A、为0
B、正向逐渐增大
C、负向逐渐增大
D、保持恒定终值不变
8、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（ C ）。
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
9、控制系统能够正常运行的首要条件是（ B ）。
A、抗扰性
B、稳定性
C、快速性
D、准确性
10、在电机调速控制系统中，系统无法抑制（ B ）的扰动。
A、电网电压
B、电机励磁电压变化
C、给定电源变化
D、运算放大器参数变化
11、双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压ct U的大小取决于（ C ）。
A、dl I
B、n
C、n和dl I
D、α和β
五、判断题
1、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。（√）
2、改变电流相序可以改变三相旋转磁通势的转向。（√）
3、当闭环系统开环放大系数大于系统的临界放大系数时，系统将稳定。（×）
4、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。 （ √ ）
5、在电机调速控制系统中，系统无法抑制电机励磁电压变化的扰动。 （ √ ）
6、控制系统能够正常运行的首要条件是准确性。 （ × ）
7、开环系统的静特性可以比闭环系统硬得多。 （ × ）
8、微机数字调速系统中，采样频率应不小于信号最高频率的2倍。 （ √ ）
9、无静差调速系统中，调节器一般采用PI 调节器调节器。 （ √ ）
六、计算题
1、 某直流调速系统的电动机额定转速为N n =1430r/min ,额定速降N n =115r/min ，当要求静差率s ≤30％时，允许多大的调速范围？如果要求静差率s ≤20％，试求最低运行速度及调速范围。
2、某一调速系统，测得的最高转速特性为max O n = 1500r / min ，最低转速特性为min O n = 150r / min ，带额定负载时的速度降落N n ?= 15r / min ，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？
3. 在转速、电流双闭环系统中，两个调节器ASR 、ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：nom P =3.7kW ， nom U =220V ，nom I =20A ，nom n =1000r/min ，电枢回路总电阻R=1.5
Ω，设cm im nm
U U U ==**=8V ，电枢回路最大电流dm I =40A ，电力电子变换器的放大系数Ks=40.试求：
（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α；
（2）当电动机在最高转速发生堵转时的dO U 、i U 、c U 值。
祝大家最后一门考试顺利，不要补考。
新年快乐！