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1、机电运动控制系统(习题集) 必做作业 参考答案1. 答: 根据直流电机速度公式 , 有 (1) 电枢电压 Ua 控制 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 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. 答:双闭环晶闸管直流电动机不可逆调速系统电原理图如下：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
2、了系统的最大电流的特点。3. 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. 答: 双闭环晶闸管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
3、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调节器具有 饱和限幅功能。5. 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 min max 来调整。 6. 答： (1) 双闭环调速系
4、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 unug 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. 答: (1) 起动l 特征： id 由 （限幅值） 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l 过程 电机静止， 给定 突加， 很大，ST饱和， 输出限幅，无PI调节
5、作用 电流给定 为限幅值对应电流指令 ；但电流未建立， ， LT输入 ，LT饱和，输出 限幅，推 ，至使 。 因转子惯性，(2) 加速l 特征 恒定（电流调节结果，非限幅） ST饱和限幅，LT作PI调节，实为电流单闭环系统。l 过程 很大ST仍饱和限幅，无调节作用。 ST输出 为限幅值使LT以 为指令值电流闭环不断调节整流触发角 动态地保持 ，维持与给定无差“动态平衡” 动态平衡过程：随 并维持不变 电机以恒定 加 速，(3) PI调节至稳定l 特征 转速稳定至 ，电流稳定至 （对应 ）； ST、LT均作PI调节，真正速度、电流双闭环工作。l 过程 首先分析进入本阶段开始点的初值情况 A速度：
6、上阶段末加速至 输入 ；但PI型ST的积分（记忆）作用使ST输出 仍暂作饱和输出电流指令为 。 B电流：上阶段末 ，与指令相同 PI型LT的积分（记忆）作用使LT输出 迫使 移至能产生 的位置。 故以 进入(3)，会用 驱动而加速过头，出现 转速超调超调时 调节器反向积分ST退出饱和，进入PI调节 命令 输出其中 时， （超调）最大，以后 。 由于电磁惯性， 可能达 电机进入制动 回升， 重新回到（平衡） 经几次振荡，PI调节达平衡 虽 ，但PI调节器积分记忆功能使 推 至适当位置 产生合适 Ud 、Id 、T保证系统静态无差运行。8. 答: 在直流可逆系统中，要求电磁转矩具有两种方向，以实现
7、四象限运行单桥只能提供单一方向电枢电流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. 答:正半周（ ）电机电压UA 0（BA） 负半周（ ）电机电压UA 0（AB） 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 ），方便:VTl VT4 基极信号ubl ub4及电机端电压Ua波形10. 答：工作过程（设 ）（1） 在 作用下，形成电流路径 反向电机作电动运行（2） VT1、VT4断，切断电源 ； 应VT2、VT3通， 但电枢电感自感电势 作用维持电流方向不能突变VD2、VD3通续流VT2、VT
8、3反偏，断形成电流 路径 与 反向电机仍作电动运行使 很快衰减为零，为 换向创造条件（设在 时刻断流）。（3） 时刻路径断流VD2、VD3断VT2、VT3反偏消失，通在（ ）作用下产生大值冲击电流 形成电流路径III 同向电机作反接制动至下周期（ ）时刻（4） 但在 续流及反电势 共同作用下电流方向不变VD1、VD4通形成电流路径 同向再生制动（能量回馈电源 ）直至（ ） ，路径断流VT1、VT4得以导通，进入下一周期l 输出电压 一周期内瞬时电压为双极性方波，平均值负载电压系数11答:异步电机调速方法可按其速度公式 来分类： (1) 变同步速调速 , 具体有: 变频调速。可采用直-交变换的逆
9、变器戓交-交变频器改变电机供电频率fl。 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调速。这是一种改变转子滑差功率消耗的调速方式。具体有： 交流调压调速 采用双向晶闸管构成的交流固态调压器实现。 转子串电阻调速，仅适合绕线式异步电机。 串级调速，绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电势吸收或补充滑差功率来实现速度的调节，采用不控整流器一有源逆变器装置。 双馈调速，绕线式异步电机转子中采用功率可双向流动变频装置，实现同步速上、下的调速和四限象运行。12答: 鼠笼式异步电机采用调压调速时，适合于拖动风机、水泵类负载，这类负载的转矩与转速平方成正比，功率与转速三次
10、方成正比。调压调速的特性与这类负载特性很匹配，主要从转子发热能通过来考虑。 用于调压调速的异步电机应是高转子电阻电机（高滑差电机，转子串电阻绕线式异步电机）, 这是基于以下考虑: (1) 限制转子发热（滑差功率消耗型调速）：转子发热与滑差消耗有关，而 Ps = S PM 与 S, 即 调速范围有关。而风机/水泵调速范围不宽（100 70% ），两者特性相配 (2) 高转子电阻能软化异步电机的T-S曲线，扩大调速范围13答: 交直交变频调速系统：（1）六阶梯波逆变器中， 改变Ul 依靠调节可控整流器的移相触发角来实现， 改变f1依靠调节逆变器晶闸管换流快慢(频率) 来实现， 改变电机转向依靠改变
11、 逆变器晶闸管触发脉冲的分配规律来实现。（2）在正弦脉宽调制型SPWM逆变器中， 改变Ul 依靠调节正弦调制波幅值来实现，改变f1依靠调节正弦调制波频率来实现，改变电机转向依靠改变逆变器开关元件驱动脉冲的分配规律 来实现。14答：变流器非正弦供电对电机运行性能的影响有: (1) 磁路工作点: 使六阶梯波电压源供电电机气隙磁密比正弦波供电时大10%, 磁路将饱和，使力能指标，cos 设计非正弦电压源供电电机时，其磁路设计和空载试验须提高电压10%，以计及谐波磁场的饱和效应 (2)电流中的谐波将使槽电流增大（1.1倍），槽磁势增大，漏磁路饱和，使定子漏抗减小（1520）% (3)转子参数:谐波滑差 Sk = 1 ，转子频率 f2 = Sk f1 = f1 为高频，转子集肤效应严重。转子电阻增大；转子电流挤向槽口，分布不均，槽漏抗减小
