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1、浙江大学远程教育学院机电运动控制系统课程作业(必做)1. 直流电机有哪些调速方法？根据其速度公式说明之，并说明如何釆用电力电 子手段实现。答：n E Ua-引a根据直流电机速度公式-c e - - ,有(1) 电枢电压 Ua控制 一调压调速 (向下调速)采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制(PWM)供电等方式，其损耗小，控制性能好。(2) 磁场$控制一弱磁(向上调速)，采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流 器供电励磁控制。(3) 由于运行损耗大、效率低 ，一般不再釆用串 Ra调速。2. 画出双闭环晶闸管一直流电动机不可逆调速系统电原理图(非方块图)，须清 楚表达
2、两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连 接上的特点及相互关系。答：沖曲速度负反惯)两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有 由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流的特点。3. 分析双闭环晶闸管一直流电动机不可逆调速系统：(1) 如果要改变转速，应调节什么参数？为什么？(2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数？为什 么？答：(1) 改变转速时只能改变速度调节器的输入Ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节器的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。(2) 要控制系
3、统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。4. 填空：双闭环晶闸管一直流电动机调速系统中，内环为电流环，外环为 速度环，其连接关系是： 速度调节器 的输出作为 电流调节器 的输入，因此外环调节器的输出限 幅值应按 调速系统允许最大电流 _来整定；内环调节器的输出限幅值应按 可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角 来整定。两调节器均为 PI型调节器，调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有 积分（记忆）功能；能实现快速动态调节是由于节器具有饱和限幅 功能。5. 在转速、电流双闭环系统中，速度调节器有哪些作
4、用？其输出限幅值应按什 么要求来调整？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何调整？答：速度调节器用于对电机转速进行控制，以保障：调速精度，做到静态无差； 机械特性硬，满足负载要求。速度调节器输出限幅值应按调速系统允许最大电流来调整，以确保系统运行安全（过电流保护）电流调节器实现对电流的控制，以保障：精确满足负载转矩大小要求 （通过电流控制）: 调速的快速动态特性（转矩的快速响应）。电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压，其限幅值决定了触发角的移相范围，故应按onin anax来调整。6. 双闭环调速系统正常工作时，调节什么参数可以改变电动机转速？如果速度 闭环的转速反馈线突然
5、断掉，会发生什么现象？电动机还能否调速？答：（1）双闭环调速系统正常工作时，只有调节速度给定信号Ug才可以改变电动机转速。而改变速度调节器的参数（如比例系数、积分时间常数）均无作用，改变负载大小也不能影响转速， 因为是速度闭环系统，不论负载大小均速度无差。（2）转速反馈线突然断掉时，Ufn = 0，使 un = ug Ufn = Ug很大，速度调节器饱和限幅输出，调速系统以最大电流、最大转矩加速，直至电磁转矩与负载转矩、阻尼转矩相平衡，达到最高转速而恒定，故电动机不可调速。7. 以双闭环直流调速系统两个闭环之间连接上的特点及各个闭环的功能为依 据，详细解释下图所示 从静止起动至给定转速ng并带
6、负载（以负载电流Il表 示）的过程，即说明、（2）、（3）阶段转速n、电枢电流id的变化规律。答：（1）起动特征： id由0 I（限幅值）d u 7 1 dmax ST、LT全部饱和限幅，蜕化为限幅器，系统实为速度、电流双开环过程 电机静止，U fn =0给定Ug突加， Un二Ug很大，ST饱和，Un输出限幅，无PI调节作用 电流给定 Un为限幅值T对应电流指令ldmax ；但电流未建立，口赁=0, LT输入Uj二Un, LT 饱和，输出Jk限幅，推 min,至使 U dmax 1 dmaxTmax 加速n。 因转子惯性，n ： ng（2）加速特征 ld = ldmax恒定（电流调节结果，非限
7、幅） ST饱和限幅，LT作PI调节，实为电流单闭环系统。过程 n : ng ufn： ug；二un二ug -Ufn很大ST仍饱和限幅，无调节作用。 ST输出un为限幅值T使LT以ldmax为指令值T电流闭环不断调节整流触发角T动态地保持ld =ldmax，维持与给定无差 一一“动态平衡” 动态平衡过程：随nE = Cen打二Ud ERy-原定（Ud）下 ld 将一反馈 ufi u un二 ufi经LT PI调节后,ul l.并维持不变kd dmax 电机以恒定 丨dmax、Tmax加速，n（3）PI调节至稳定特征 转速稳定至n = ng，电流稳定至ld = IL （对应Tl ）; ST、LT均
8、作PI调节，真正速度、电流双闭环工作。 过程首先分析进入本阶段开始点的初值情况A速度：上阶段末加速至 n二ngufn二ug ST输入=u0 ;但PI型 ST的积分（记忆）作用使ST输出t 仍暂作饱和输出t电流指令为。UnU1 d = 1 dmaxB.电流：上阶段末Id = I dmax，与指令相同 r U f j = Un ： Ui = OrPI型LT的积分（记忆）作用使LT输出山=0 t迫使移至能产生 Id max的位置。 故以Id = I dmax 进入（3）,会用T =Tmax驱动而加速过头，出现nng 转速超调 超调时n .ngunug _ufn ： Or PI调节器反向积分 tst退
9、出饱和，进入 PI调节-；Un 命令dJmaxr LT输出山Udld *T其中Id IL时，n （超调）最大，以后 n。 由于电磁惯性，Id 0可能达Id ：IL； T :TL；电机进入制动u _ en = n n : El : Id =Ud回升， 重新回到g （平衡） 经几次振荡，pi调节达平衡 虽 u “ = 0,厶4 -0 ，但pi调节器积分记忆功 能使Uk =0 t推至适当位置 t产生合适 Ud、ld、Tt保证系统静态无差运行。8. 在直流可逆调速系统中，主回路为何需要双桥反并联？答：在直流可逆系统中，要求电磁转矩具有两种方向，以实现四象限运行1反转t T 0正转制动n V0FJi电动
10、反转1r正转电动T 0制动A T 0转矩 为正转矩 为负T =Ct Ia丄la 0电流为正电流为负la ：0T ：0单桥只能提供单一方向电枢电流T产生单一方向电磁转矩双桥反并联 才能提供两个方向电枢电流，产生两个方向电磁转矩，构成可逆系统主电路。9. 图示为直流电动机脉宽调制（PWM）调速系统主电路（H型桥），各功率开关元件 编号及电机反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时： 画出VTiVT4基极控制信号ub|ub4及电机端电压Ua波形； 说明为何叫双极性？如何实现正、反转？何时速度为零？答：正半周（0乞t : ti ）电机电压la 0 （ Bt A）负半周（匕- t :： T ）电机电压
11、La 0 （ AtB） 即一个周期内可获得两个方向电压极性，称双极性。正/反转控制只需改变 t1位置（占空比 丫）,方便:t1 T/2,平均值UA 0、电机正转t1 : T/2,平均值UA 电机反转(b)t,1 （3）T L T1厂1/VTlVT4基极信号ublub4及电机端电压 Ua波形10. 图示为直流电动机脉宽调制（斩波）调速系统H型桥主电路，各功率开关元件 编号及电机反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时，分析： 不同时刻的导通元件及导通原因； 画出各阶段的电流路径及维持电流的源泉（电源电压、电枢反电势、自感 电势等）；电机运行状态（电动、能耗制动、再生制动、反接制动等）及其原因。
12、工作过程（设（1）0 0t VT| ,VT4通 |Ub2,30 VT2VT3断在（Us- Ea）作用下，形成电流路径I t I a, Ea反向t电机作电动运行(2)帚乞 t : TUbi,4 cO f VT1、VT4 断，切断电源 Us ；Ub2,3 0 f 应 VT2、VT3 通，f 但电枢电感自感电势Ldia/dt作用维持电流方向不能突变 f VD2、VD3通f 续流f VT2、VT3反偏，断f形成电流Ia 路径n f ia与 Ea反向f电机仍作电动运行aaf使Ldia/dt很快衰减为零，为la换向创造条件(设在 匕：t2 : T时刻断流)。(3) t2 红:Tt2时刻路径n断流 f VD
13、2、VD3断f VT2、VT3反偏消失，通 f 在(Us Ea )作用下产生大值冲击电流 saUs Eala S形成电流路径III fRIla, Ea同向f电机作反接制动至下周期(T t1 )时刻(4) T t :T t1ub2,3 0tVT2、VT3断 1Ub14 A0t 应VT|、VT4通f但在Ldia /dt续流及反电势 Ea共同作用下电流方向不变 fVD1、VD4通f形成电流路径W fla、Ea同向f再生制动(能量回馈电源 Us ) f直至(Ea Ldia /dt )乞Us，路径w断流 f VT1、VT4得以导通，进入下一周期输出电压一周期内瞬时电压为双极性方波，平均值ti仃1)t|“Ua LUs1 Us =(2-1)Us 八UT tt负载电压系数卩=丄=2.-1= -1 0 +1Us t-UTUAt1tt11. 异步电机有哪些调速方法？从转速公式上进行分类说明。这些调速方法又各采用什么样的电力电子手段来实现？答：异步电机调速方法可按其速度公式n =(1-s) ns来分类：60 f,(1) 变同步速调速ns -,具体有：P 变频调速。可采用直-交变换的逆变器戓交-交变频器改变电机供电频率 片。 变极调速。需同时改变定、转子极对数，故只适合鼠笼式异步电机。(2) 变滑差S
