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直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答:

  直流电动机有哪几种调速方法?各有哪些特点? 答:直流电动机有三种调速方法: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 。 特点:对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说,以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速;减弱磁通虽然能够平滑调速,但调速范围不大,往往只是配合调压方案,在基速(额定转速)以上作小范围的弱磁升速。 晶闸管 — 电动机系统当电流 断续时机械特性的显著特点是什么? 答:电流断续时的电压、电流波形图(Ⅰ 10 P 、Ⅱ 12 P )(三相零式为例)。 断续时,0 du 波形本身与反电势 E 有关,因而就与转速 n 有关,而不是像电流连续时...

  直流电动机有哪几种调速方法?各有哪些特点? 答:直流电动机有三种调速方法: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 。 特点:对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说,以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速;减弱磁通虽然能够平滑调速,但调速范围不大,往往只是配合调压方案,在基速(额定转速)以上作小范围的弱磁升速。 晶闸管 电动机系统当电流 断续时机械特性的显著特点是什么? 答:电流断续时的电压、电流波形图(Ⅰ 10 P 、Ⅱ 12 P )(三相零式为例)。 断续时,0 du 波形本身与反电势 E 有关,因而就与转速 n 有关,而不是像电流连续时那样只由控制角  决定的常值。机械特性呈严重的非线性,有两个显著的特点: 第一个特点是当电流略有增加时,电动机的转速会下降很多,即机械特性变软。当晶闸管导通时,整流电压波形与相电压完全一致,是电源正弦电压的一部分。当电流断续后,晶闸管都不导通,负载端的电压波形就是反电势波形。电流波形是一串脉冲波,其间距为  120 ,脉冲电流的底部很窄。由于整流电流平均值dI 与电流波形包围的面积成正比,如果电流波形的底部很窄,为了产生一定的dI ,各相电流峰值必须加大,因为RE uidd ,而整流输出的瞬时电压du的大小由交流电源决定,不能改变。也就是说应使 E 下降很多即转速下降很多,才能产生一定的dI ,这就是电流断续时机械特性变软的原因。 第二个特点是理想空载转速0n 升高。因为理想空载时 0 dI ,所以2 max 02U u Ed  ,所以0n 升高。 简述直流 M PWM 变换器电路的基本结构。 答:直流 PWM 变换器基本结构如图所示,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。 C UsVDVTUgUdEUg0Ton Tt 直流 PWM 变换器基本结构 直流 M PWM 变换器输出电压的特征是什么? 答:频率一定、宽度可调的脉动直流电压。 为什么直流 M PWM 变换器- - 电动机系统比晶闸管整流器- - 电动机系统能够获得更好的的动态性能? 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。 ( )1sssKW sT s 其中直流 PWM 变换器的时间常数ST 由开关器件的控制脉冲周期决定( 1 fc );而晶闸管整流装置的时间常数ST 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 Hz 或 60Hz), m 为一周内整流电压的脉波数,通常不会超过 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。 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。电枢回路中可能还有电流,但所产生的电磁力矩比负载力矩小;或者电枢回路中没有电流,平均电压为零。 直流 M PWM 变换器主电路功率器件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:反并联二极管为功率器件提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在开关管关断时产生过电压,损坏有关器件。 直流 M 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。并且开关频率越高,造成的开关损耗越大。 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回馈给交流电网,而只能向滤波电容充电,造成电容两端电压升高,从而直流侧的电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。抑制泵升电压,应当合理的选择滤波电容的容量,或者采取泵升电压抑制电路。 何谓 H H 型 型 M PWM 变换器的双极式、单级式和受限单极式控制方式?在这几种控制方式下会不会出现电流断续现象?为什么? 答:如图所示: VT 1VT 4 VT 2VT 3MVD 1VD 2VD 3VD 4+U SUg1Ug2Ug3Ug4 1)H 型 PWM 变换器的双极式控制方式,是指全桥变换器斜对角的两只开关管同时开通和关断,且其导通时间小于开关周期的一半,变换器输出电压有正负极性变化。当负载较轻时,电流分别经过3 2VD M VD   和1 4VD M VD   续流,所以不会出现电流断续的现象。 2)单极式控制方式,是指 H 桥同一桥臂上两个开关管的驱动信号为正负交替的脉冲信号,所以它们交替导通,另一桥臂的两个开关管驱动信号因电动机旋转方向而不同,输出电压只有正(或负)和零交替。在轻载时,电流分别经过1 3VD M VT   和4 2VT M VD   续流,电流连续性也很好。 3)受限单极式控制方式是指 H 桥的一个桥臂的两只开关管为180 互补导通,另一个桥臂的两只开关管分别相对于其斜对角的开关管工作,其导通时间小于开关周期的一半,输出电压在正负之间变化。在负载较轻时,总有两个晶体管截止,出现电流断续现象。 何谓 H 型 PWM 变换器的双极式、单极式和受限单极式控制方式?在这几种控制方式下会不会出现电流断续现象,为什么? 答:桥式可逆 PWM 变换器如图(Ⅲ 14 P )。 双极式工作制是指加在电动机电枢两端的电压是正、负交替的。单极式是在一个阶段中 PWM 变换器输出某一极性的脉冲电压,在另一阶段中输出为零。受限单极式也是一个阶段中 PWM 变换器输出某一极性的脉冲电压,在另一阶段中输出虽然也为零,但不同的是同一桥臂中的两只开关器件只有一只可以导 通,另一只则始终是截止的,这样,避免了同一桥臂直通的可能性,提高了系统的工作可靠性。 双极式和单极式工作制时不会出现电流断续现象,这是因为4 1VT VT、 从导通变成截止后,电枢电流先通过3 2VD VD 、 续流,续流结束后,电动机反电势立即通过2VT 和4VD 建立反向电流。 受限单极式会出现电流断续现象。这是因为1VT 从导通变成截止后,电枢电流通过3 2VD VD 、 续流,但当续流结束后,由于2VT 是截止的,因此电动机反电动势无法通过2VT 和4VD 建立反向电流,这时就会产生电流断续现象。 双极式控制方式 4 个开关管的基极驱动电压分为两组。1VT 和4VT 同时导通和 关 断 , 其 驱 动 电 压4 1 b bU U  ,2VT 和3VT 同 时 动 作 , 其 驱 动 电 压1 3 2 b b bU U U    。 单极式控制方式,左边两个管子的驱动脉冲2 1 b bU U   ,具有和双极性一样的正负交替的脉冲波形,使1VT 和2VT 交替导通。右边两管3VT 和4VT 的驱动信号就不同了,当电机正转时,使3 bU 恒为负,4 bU 恒为正。希望电机反转时,则3 bU恒为正,而4 bU 恒为负。 受限单极式可逆变换器在电机正转时2 bU 恒为负,2VT 一直截止,在电机反转时,1 bU 恒为负,1VT 一直截止,其它驱动信号与单极式相同。 单极式和双极式脉宽调制主要有什么区别? 答:单极式脉宽调制首先由同极性的三角波载波信号与调制信号比较,产生单极性的 PWM 脉冲,然后将单极性的 PWM 脉冲信号与倒相信号相乘,得到正负半波对称的 PWM 脉冲信号。 双极式脉宽调制采用正负交变的双极性三角载波与调制波比较直接得到双极性的 PWM 脉冲,而不需要倒相电路。 M PWM 直流调速系统有什么特点? 答:PWM 直流调速系统主电路简单,需要的电力电子器件少;开关频率高,电流容易连续,谐波少,电动机损耗及发热都较小;低速性能好,稳速精度高, 调速范围宽;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。 试比较晶闸管- - 电动机(V V- -M M )可逆调速系统和 M PWM 可逆直流调速系统的制动过程,指出它们的相同点和不同点。 答:相同点:晶闸管-电动机(V-M)可逆调速系统和 PWM 可逆调速系统制动过程中,电枢电流未反相前,先从正向dLI 降低为零,在图中从 a 点过度到 b 点,然后从零反相上升到允许的制动电流dmI  ,在图中从 b 点过度到 c 点。在 c 点,电动机处于回馈制动状态。 不同点:晶闸管-电动机(V-M)可逆调速系统制动过程中利用正反两组晶闸管实现回馈制动;PWM 可逆直流调速系统制动过程中开关管与二极管交替工作实现可逆制动。 ) (e dT IdLI odmI ) (e dT I n n a b cde f 图 电动机反向轨迹 为什么加负载后,电动机的转速会降低?它的实质是什么? 答:当负载增加后,负载电流增大,电枢压降也增大,转速降低。转速降低的实质是电枢电压的下降。 edec sed dCR ICU KCR I Un  0 为什么晶闸管触发及整流装置环节可用一阶惯性环节 /( 1)s sK T S  来描述?sK和sT 的含义是什么? 答:可把晶闸管触发及整流装置看成是一个纯滞后环节,滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间(随机值)引起的。最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间,它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 max/2s sT T  非最小相位系统,太劳级数展开: 近似条件: 什么叫调速范围?什么叫静差率?为什么是在额定负载条件下对它们定义?它们之间有什么关系? 答:生产机械要求电动机带额定负载提供的最高转速maxn 和最低转速minn 之比称为调速范围,用字母 D 表示,即 minmaxnnD  。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所对应的转速降落Nn  与理想空载转速之比,称为静差率 s ,即 0nnsN 。 调速范围和静差率必须同时提才有意义,它们之间满足关系: ) 1 ( s ns nDNN  静差率与调速范围有什么关系?静差率与机械特性硬度是一回事吗? 答:静差率与调速范围满足关系: smax1Tmf) ( 1s c s 0 dT t U K U   s TKs Us Us Wse) () () (sc0 ds       33s22s ss ss s! 31! 211ee ) (sss T s T s TK KK s Ws Ts Ts TKs Wsss1) (scT 31  ) 1 ( s ns nDNN  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,而硬度是机械特性的斜率,用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的,所以它们不是一回事。 调速范围与静态速降和最小静差率之间有什么关系?为什么必须同时提才有意义? 答:调速范围与静态速降和最小静差率之间满足的关系用公式表达: ) 1 ( s ns nDNN  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。 闭环调速系统能减小稳态转速降落的实质是什么? 答:闭环系统能够减少稳态转速降落的实质就在于它的自动调节作用,在于它能够随着负载的变化而相应调节整流装置的输出电压。 为什么采用积分调节器的调速系统是无静差的?在转速单闭环系统中,当积分调节器的输入偏差为零时( U=0 ),输出电压是多少?决定于哪些因素?试写出表达式。 答 : 采 用 积 分 调 节 器 , 控 制 电 压cU 是 转 速 偏 差 电 压nU  的 积 分 ,dt U Utn c  01。积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出,从而克服了比例调节器必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。 积分调节器的输入偏差为零时( 0  U ),输出电压是终值ctU ,取决于负载的大小和转速,即s d e s d cK R I n C K U U / ) ( /0   。 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发生了变化,系统有无克服这种干扰的能力? 答:1)转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节(由转速检测装置和电压放大 器构成),可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性,从而保证在一定静差率下,能够提高调速范围。2)改变给定电压能改变电动机转速。因为稳定时: n U Un n  *。3)调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速。4)若测速发电机励磁发生变化,则  发生变化,反馈电压发生变化,从而转速改变,故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力。 试述转速负反馈单闭环调速系统的基本性质。单闭环调速系统能减少稳态速降的原因是什么?改变给定电压或调整转速反馈系数能否改变电动机的稳态转速?为什么?转速负反馈调速系统中,当电动机电枢电阻、负载转矩、励磁电流、测速机磁场和供电电压变化时,都会引起转速的变化,试问系统对它们均有调节能力吗?为什么? 答:1)转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节(由转速检测装置和电压放大器构成),可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性,从而保证在一定静差率下,能够提高调速范围。单闭环调速系统设有反馈装置,能够自动调节,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的变化,因此能减少稳态速降。2)改变给定电压或调整转速反馈系数能改变电动机的稳态转速。因为稳定时: n U Un n  *。3)系统只对电动机电阻、负载转矩、励磁电流变化有调节能力,对测速机磁场和供电电压变化没有调节能力。因为反馈控制系统只能有效的抑制一切被包围在负反馈环内前向通道上的扰动作用,对给定信号则唯命是从。 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中,突减负载后又进入稳定运行状态,则放大器的输出电压ctU 、变流装置输出电压dU 、电动机转速 n n 较之负载变化前是增加、减少还是不变?如果转速反馈线断了,电动机还能否调速?在电动机运行中,若转速反馈线突然断了,会发生什么现象? 答:1)放大器的输出电压ctU 、变流装置输出电压dU 较之前都减少,电动机转速 n 增加。2)如果转速反馈线断了,电动机不可以调速。3)在电动机运行中,若转速反馈线突然断了,调速系统就不会再起作用,变流装置输出电压dU 达最大值。 积分调节器和比例调节器各有哪些优缺点?它们的输入输出关系有什么不同? 答:积分调节器在输入偏差量为零时,输出控制电压不为零,能够最终消除系统的静态误差,但是不能快速的跟随系统的动态响应;比例调节器可以迅速相应控制作用,但是存在稳态误差。积分调节器的输出控制电压是输入偏差量在一定时间内的积分,比例调节器的控制输出是放大的瞬时输入偏差量。 用 采用 I PI 调节器的转速负反馈调速系统,为什么能够较好地解决系统稳态精度和动态稳定性之间的矛盾 ? 答:PI 调节器综合了比例控制和积分控制的优点,同时克服了各自的缺点。比例部分能迅速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态误差。 采用 I PI 调节器的电压负反馈调速系统能实现转速无静差吗?为什么? 答:不能。因为采用 PI 调节器的电压负反馈调速系统只能实现电压无静差。 I PI 调节器的稳态特征是什么? 答:比例部分能迅速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态误差。 为什么比例积分调节器既能满足系统稳态精度的需求,又能保证系统的稳定性?在抗扰调节过程中,比例和积分两部分是怎样工作的? 答:积分调节器可以提高系统的调速精度,消除稳态偏差,实现无静差调节,但它的动态响应太慢,调节时间长。比例积分调节器则能兼有比例控制和积分控制的长处,既能满足系统稳态精度的要求,又能保证系统的稳定性,是解决系统稳态和动态矛盾的较好办法。其中比例部分的调节作用是缩短系统的动态调节过程,积分部分的调节作用则是最后消除稳态偏差。 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?说明理由。 答:仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零,系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 在转速负反馈单闭环有 静差调速系统中,当下列参数变化时系统是否有调节作用?为什么? (1 1 )放大器的放大系统pK 。 (2 2 )供电电网电压dU 。 (3 3 )电枢电阻aR 。 (4 4 )电动机励磁电流fI 。 (5 5 )转速反馈系数  。 答:(1)有。假设pK 减小,则控制电压减小,则电力电子变换器输出减小,则电动机转速下降;而电动机转速下降,则反馈电压减小,则偏差电压增大,则控制电压增大,则转速上升。(2)有。同理,假设dU 减小,则电动机转速下降;而电动机转速下降,则反馈电压减小,则偏差电压增大,则控制电压增大,则转速上升。在反馈环内前向通道上的所有变化(扰动),反馈环都有调节作用,即(3)和(4)的变化也均有调节作用。(5)没有。转速反馈系数增大,反馈电压增大,则偏差电压减小,则转速下降。 闭环调速系统有哪些基本特征?它能减少或消除转速稳态误差的实质是什么? 答:(1)闭环静特性比开环机械特性硬的多,闭环系统静差率比开环小得多,在保证一定静差率的要求下,能够提高调速范围,闭环系统比开环系统的抗干扰性能好。(2)它能减少或消除转速稳态误差的实质在于它的自动调节作用,它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压,补偿电枢回路电阻压降的变化。 反馈控制有哪些基本规律? 答:(1)比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统;积分控制的反馈控制系统是被调量无静差的控制系统;(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。 电流截止负 反馈是怎样起到限流保护作用的? 答:在电流截止负反馈环节中,电流反馈信号取自电枢回路中的小阻值电阻sR ,s d RI 正比于电流。设dcrI 为临界的截止电流,当电流大于dcrI 时,将电流负反馈信号加到放大器的输入端,起到保护作用;当电流小于dcrI 时,将电流反馈切断。 *nUnU pK cUsK0 dUdIEeC / 1nnUsRRcomUiU  带电流截止负反馈直流调速系统稳态结构图 带电流截止负反馈的速度闭环调速系统中,如果比较电压comU 改变,对系统的静特性有何影响?如果电流反馈电阻sR 发生变化,对系统的静特性又有什么影响? 答:(1)如果比较电压comU 变化,将使截止电流发生变化,运行段没影响。(2)如果电流反馈电阻sR 变化,将使截止电流发生相反的变化(s com dcrR U I /  ),运行段特性的硬度也要发生变化。 电压负反馈调速系统的转速降落为什么比转速负反馈调速系统大? 答:电压负反馈系统实质上是一个自动稳压系统。即使系统的开环放大倍数 K 足够大,也只能维持电动机电枢端电压dU 基本恒定不变,只能减小引起电枢电压变化干扰的影响,如整流装置内阻引起的电压降落、电网电压的波动等,而对电动机电枢电阻压降所造成的影响无法抑制。同时,也无法克服电压反馈环以外的扰动。 采用电流正反馈可以有效地补偿电压负反馈调速系统的稳态转速降落。但在应用中,总是采用欠补偿而不采用全补偿,这是为什么? 答:因为如果设计好全补偿之后,万一参数发生变化,偏到过补偿区域,不仅静特性要上翘,还会出现动态不稳定。 为什么 电流正反馈 的 取样电阻iR 必须要在电压反馈环内? 答:因为电压负反馈的转速调节器属于主导调节器,能够自动调节负反馈环内 前向通道上的扰动,减小静差,而电流反馈只能依靠参数的配合针对某一扰动起辅助调节作用,并且会对某些参数起负面作用,将采样电阻放在电压反馈环内,可以有效抑制它的负面作用。 1、 、 为什么说电流正反馈是补偿控制?补偿控制和反馈控制有什么不同? 答:电流正反馈的实质是根据负载变化的大小,适当调节电动机端电压,以补偿负载变化引起的转速降落,这种作用叫补偿作用。 {电压(转速)负反馈属于被调量的负反馈作用,其控制特点就是“有静差”。放大倍数越大,则静差越小,但总还是“有”。电流正反馈在调速系统中的作用却不是这样的。从静特性方程看,它不是利用放大倍数( K  1 )去除 n  项以减小静差,而是用) 1 ( K CI K Ked s p去抵消原系统的速降。从这个特点上看,电流正反馈是补偿控制。} 补偿控制依赖于参数的配合,而反馈控制无论条件怎么变化都能可靠的减小静差。补偿控制只是针对一种扰动而言的,如电流正反馈只能补偿负载扰动,对于电网电压波动那样的扰动,它所起的反而是坏作用。而反馈控制对于一切包在负反馈环内的扰动都起抑制作用。 逆 试分析有制动电流通路的不可逆 M PWM 变换器- - 直流电动机系统进行制动时,两个 个 T VT 是如何工作的? 答:在制动阶段,1 TV 始终不导通。在2 TV 导通期间,能耗制动,2 TV 不导通期间,1 DV 续流,并回馈制动(图?)。 UdEMCUs1 gU2 gU2 TV1 TV1VD2VD 试作出以下条件的他励直流电动机的动态方框图。 (1 1 )以电枢电压0 d U为输入、负载转矩L T 为扰动、励磁电流为恒定; (2 2 )以励磁电流f I为输入、负载转矩L T为扰动、电枢电压0 d U为恒定(设( )ffI)。 解:(1) 11 s TRlsGD37512mC0 dUeTLTdIEneC 电枢电压0 d U为输入、负载转矩L T 为扰动、励磁电流恒定 (2) 11 s TRlsGD37512mCeTLTdIfKeKfI n 励磁电流f I为输入、负载转矩L T为扰动、电枢电压0 d U恒定 在恒流启动过程中, 电枢电流能否达到最大值dmI ?为什么? 答:不能够,dI 应略低于dmI 。 原因:ACR 一般需用 PI 调节器,电流环按典型Ⅰ型系统设计,当阶跃扰动作用在 ACR 之后时,能够实现稳态无静差,而对斜坡扰动则无法消除静差。在恒流升速阶段,电流闭环调节的扰动时电动机的反电动势,它正是一个线性渐增的斜坡扰动量,所以系统做不到无静差,而是dI 略低于dmI 。 ) (s W ASR*nU) (s W ACRCU*iU1  S TKSS11 s TRls TRm eC1iUnU  0 dU dLIdIEn图 3-5 双闭环直流调速系统的动态结构图 ttoo*nndmIdLI1t2t3t4tШ 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形 2、 、 双闭环调速系统在起动过程中是否一定会出现超调?为什么? 答:在起动过程的大部分时间内,转速调节器处于饱和限幅状态,转速环相当于开环,系统表现为恒值电流调节的单环系统。因而转速的动态响应一定有超调,只是在转速超调后,转速调节器退出饱和,才真正发挥线性调节的作用。要使 ASR 退出饱和,速度必须超调。 具有限幅输出的 PI 调节器在动态过程中输出是否能达到限幅值?与什么因素有关? 答:在系统动态过程中 PI 调节器能否达到饱和限幅值,与调节对象的时间常数和调节器的积分时间常数有关。如调节对象的时间常数较大,而积分时间常数较小,调节器输出在系统的动态过程中达到饱和限幅值的可能性就大,反之可能性就小。 由于机械原因,造成转轴堵死,试分析双闭环直流调速系统的工作状态。 答:电动机堵转则转速恒为零,在一定的给定下,偏差电压相当大,从而使ASR 迅速达到饱和,ACR 限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。又电动机转速由于转轴堵死无法提升,故 ASR 无法退饱和,因此系统处于 ASR 饱和状态,ACR 输出由电阻和最大电流所需的控制电压。 3 3- - 3 双闭环直流调速系统中,给定电压*nU 不变,增加转速负反馈系数  ,系统稳定后转速反馈电压nU 和实际转速 n n 是增加、减小还是不变? 答:转速反馈系数 增加瞬间,转速反馈电压 Un 增加,而给定电压 Un*不变,则转速偏差电压变负,ASR 输出电压 Ui*减小,控制电压 Uc 减小,转速 n 减小。当转速 n 减小时,转速反馈电压 Un 减小,直到转速偏差电压为零,故稳态时转速反馈电压 Un 不变,而实际转速 n 减小。 在转速、电流双闭环系统中,为什么转速调节器是外环,而电流调节器是内环?答:双闭环直流调速系统要求在起动过程中只有电流负反馈,在达到稳态转速后,又希望只有转速负反馈。为了使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,分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流,二者之间实行嵌套连接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统,外环是主控制环,决定系统的稳态性能。 试比较带电流截止负反馈的单闭环系统与转速、电流双闭 环系统的静特性,后者的优点在哪里? 答:(1) 在单闭环直流调速系统中,电流截止负反馈环节只能在超过临界电流值dcrI 后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想地控制电流的动态波形。 (2)转速、电流双闭环系统随着 ASR 的饱和和不饱和,整个系统处于完全不同的两种状态。 a、在负载电流小于dmI 时表现为转速无静差,转速负反馈起主要调节作用。 b、当负载电流达到dmI 时,转速调节器为饱和输出*imU ,电流调节器起主要 的调节作用,系统表现为电流无静差。 试从下述几方面来比较双闭环调速系统和带电流截止负反馈的单闭环调速系统。 (1 1 )静特性。 (2 2 )动态限流特性。 (3 3 )起动快速性。 (4 4 )抗负载扰动性能。 (5 5 )抗电源电压波动的性能。 答: (1) 静特性 a、带电流截止负反馈单闭环调速系统的静特性: 当dcr dI I  时,电流负反馈被截止,静特性与只有转速负反馈调速系统的静特性相同,) 1 ( ) 1 (*K CRIK CU K Kneden s p ; 当dcr dI I  时 , 引 入 了 电 流 负 反 馈 , 静 特 性 变 为) 1 () () 1 () () 1 () () 1 ( ) 1 (* *K CI R K K RK CU U K KK CRIU I RK CK KK CU K Kned s s pecom n s pedcom d ses pen s p  小结:电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻s s pR K K ,因而稳态速降极大,使特性急剧下降;比较电压comU 与给定电压*nU 的作用一致,好像把理想空载转速提高到) 1 () (*0K CU U K Knecom n s p 。 b、双闭环调速系统的静特性: 在转速调节器不饱和时,稳态时 ACR、ASR 的输入偏差电压都是零,因此0*n n U Un n     ,d i iI U U   * 在转速调节器饱和时,ASR 输出达到限幅值*imU ,转速外环呈开环状态,转速的变化对转速环不再产生影响,双闭环系统变成无静差的单电流闭环调速系统。稳态时dmimdIUI  *式中,最大电流dmI 是由设计者选定的。 (2) 动态限流特性 在带电流截止负反馈单闭环调速系统中,电流截止负反馈环节只能在超过临界电流值dcrI 后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击;双闭环调速系统依靠ACR 限制电枢电流的最大值。 (3)起动快速性 带电流截止负反馈单闭环调速系统起动时可以限制最大电流,稳速后又得取消,让电流随着负载的增减而变化。 双闭环调速系统在起动过渡过程中,可以保持电流为允许的最大值,使调速系统以最大的加速度运行。当到达稳态转速时,可以使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速进入稳态运行。 (4)抗负载扰动性能 双闭环调速系统中 ASR 可以对负载变化起抗扰作用。 (5)抗电源电压波动的性能 双闭环调速系统中 ACR 可以对电网电压波动起及时的抗扰作用 为什么在实际使用的双闭环调速系统的动态结构图中速度  、电流  反馈信号中加入低通滤波,在给定信号向前向通道中也要加入一个相同时间常数的惯性环节? 答:设置滤波环节的必要性是由于反馈信号检测中常含有谐波和其他扰动量,为了抑制各种扰动量对系统的影响,需加低通滤波。然而,在抑制扰动量的同时,滤波环节也延迟了反馈信号的作用,为了平衡这个延迟作用,在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节,其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便。 饱和非线性控制的特征是什么? 答:随着 ASR 的饱和与不饱和,整个双闭环调速系统处于完全不同的两种状态,在不同情况下表现为不同结构的线性系统,当 ASR 饱和时,ACR 起主要作用,保持电流为最大值,当 ASR 不饱和时,ASR 起主要作用,保持速度恒定。 为什么在双闭环调速系统中,由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统小得多? 答:在双闭环系统中,由于增设了电流内环,电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节,不必等它影响到转速以后才反馈回来,因而使抗扰性能得到改善。因此,在双闭环系统中,由电网电压波动引起的转速变化比单闭环系统小得多。 双闭环调速系统与单闭环调速系统相比,系统动态性能有哪些改进? 答:双闭环调速系统在起动过渡过程中,可以保持电流为允许的最大值,使调速系统以最大的加速度运行。当到达稳态转速时,可以使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速进入稳态运行;另外对由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统小得多。 转速、电流双闭环调速系统起动过程的 3 3 个阶段中,转速调节器是不是都在起调节作用?电流调节器呢? 答:(1)在电流上升阶段,ASR 很快进入并保持饱和,ACR 一般不饱和;(2)在恒流升速阶段,ASR 始终饱和,ACR 不饱和,ACR 起主要调节作用;(3)在转速调节阶段,ASR 退饱和,ACR 不饱和,ASR 起主要调节作用。 双闭环调速系统拖动恒转矩负载在额定情况下运行,如调节转速反馈系数  使其逐渐减小时,系统各环节的输出 量将如何变化? 答:当调节  逐渐减小时,转速环要力图维持nU 不变,使d cU U 、 和 n 均上升,以保持 nU n  。但当  减小到某一值1 时,cU 上升到max cU ,dU 达到max dU ,这时电动机转速达到eN dCR I Unmaxmax。如再减小  ,因m a x dU 不能再增加,maxn保持不变,maxn  则开始减小,使 ASR 饱和,即 im iU U 。因此,在max1nU nm   时,减小  则nUn ,dU 和cU 均上升,以保持nU 不变;当max1nU nm    时,减小  ,因 ACR ASR 、 均饱和,这时 im iU U ,max c cU U  ,max d dU U  ,maxn n 均保持不变,系统处于开环工作状态。 在转速、电流双闭环调速系统的动态结构图中,为什么常可略去电动机的电动势反馈回路? 答:因为电动机的电动势和电机的转速成正比,相对于电流环而言是一个缓变的干扰信号,可以视为常数,在设计电流环时,可以暂不考虑反电动势变化的动态作用。另外 E 的影响总是使转速的实际超调量减小。 为什么转速、电流双闭环调速系统的静特性具有很好的挖土机特性? 答:在设定的电流范围内,电机具有很硬的机械特性,但当电机电流达到最大电流时,负载增加,电流环保持电机最大电流不变,电机转速迅速下降,获得陡峭的下垂特性,从而其静特性具有很好的挖土机特性。 双闭环直流调速系统调试时,遇到下列情况会出现什么现象? (1 1 )电流反馈极性接反。 (2 2 )转速极性接反。 答:(1)电流反馈极性接反:起动过电流,ACR 一直饱和,输出电压达最大值; (2)转速反馈极性接反:ASR 不能退饱和,ACR 饱和,dl dI I  ,*n n  。 双闭环调速系统调试时,遇到下列情况会出现什么现象? ①电流反馈极性接反。 ②转速反馈极性接反。 ③起动时 ASR 未达饱和。 ④起动时 ACR 达到饱和。 答:①电流反馈极性接反时,突加给定起动将造成全电压起动,使主回路电流 达到不允许的极大值而有可能损坏设备,是绝不允许的。 ②转速反馈极性接反时,将使电机达到最高速而不能进行控制。 ③起动时 ASR 未达饱和,将不能达到最大起动电流以维持恒流起动,使起动过程变慢。 ④ ACR 达到饱和将使起动时电流出现超调,或者对电流失去调节作用,不能恒流起动。 某双闭环调速系统, ASR 、R ACR 均采用 I PI 调节 器,调试中怎样才能做到*6imU V 时, 20dmI A  ;如欲使*10nU V  时, 1000 /min n r  ,应调什么参数? 答:(1)调节电流反馈系数 3 . 0   ;(2)调节转速反馈系数 01 . 0   。 在转速、电流双闭环直流调速系统中,若要改变电动机的转速,应调节什么参数?改变转速调节器的放 大倍数nK 行不行?改变电力电子变换器的放大倍数sK 行不行?改变转速反馈系数  行不行?若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的什么参数? 答:(1)调节给定电压或转速反馈系数  ;(2)改变 nK 和 sK 都不行,因为转速电流双闭环直流调速系统对前向通道上的阶跃扰动均有能力克服; (3)改变 可以改变电动机的转速,但由于  处于反馈通道上,改变它不能得到反馈控制系统的抑制反而会造成被调量的误差;(4) 若要改变堵转电流,应调节电流反馈系数  或 ASR 的限幅值。 转速、电流双闭环直流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:(1)当两个调节器都不饱和时,输入偏差电压皆是零;ASR 的输出电压dL d i iI I U U     *,即 ASR 的输出量*iU 是由负载电流dLI 决定的;ACR 输出电压 sdL n esd esdcKR I U CKR I n CKUU *0,即控制电压cU 的大小同时取决于dI n和 ,或者说同时取决于dL nI U 和*。 (2)因为转速电流双闭环直流调速系统稳态时无静差。 在转用 速、电流双闭环调速系统中,转速调节器与电流调节器为什么采用 I PI 调节器?它们的输出限幅如何整定? 答:(1)为了获得良好的动、静态性能,转速和电流两个调节器一般都采用 PI调节器;(2)ASR 的输出限幅电压*imU 决定于电流给定电压的最大值,ACR 的输出限幅电压cmU 限制于电力电子变换器的最大输出电压dmU 。 如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是 I PI 调节器,而改为 P P 调节器,对系统的稳 态特性将会产生什么影响? 答:P 调节器时其输出量总是正比于输入量,故 PI 调节器改为 P 调节器后系统一定存在转速静差,启动过程中也不能保持电流为最大值,不能实现最佳启动。 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,转速调节器与电流调节器输入偏差各为多大? 答:当两个调节器都不饱和时,输入偏差电压皆是零。 转速、电流双闭环调速系统的转速调节器在哪些情况下会出现饱和?电流调节器在启动过程中能否饱和?为什么? 答:(1)转速调节器在以下几种情况会出现饱和:起动过程的恒流升速阶段,电动机过载或者堵转时;(2)在起动过程中 ACR 不应饱和。原因:ACR 一般需用 PI 调节器,电流环按典型Ⅰ型系统设计,当阶跃扰动作用在 ACR 之后时,能够实现稳态无静差,而对斜坡扰动则无法消除静差。在恒流升速阶段,电流闭环调节的扰动时电动机的反电动势,它正是一个线性渐增的斜坡扰动量,所以系统做不到无静差,而是dI 略低于dmI 。为了保证电流环的这种调节作用,在起动过程中 ACR 不应饱和。 转速、电流双闭环调速系统中,改变哪些参数才能调整堵转电流的大小?堵转电流为何受限制? 答:改变 ASR 的限幅值和电流反馈系数可以调节堵转电流的大小,限制堵转电流是因为电机本身的过载能力。 双闭环调速系统中,R ASR 与 与 R ACR 均采用 I PI 调节器,在带额定负载运行时转速反时 馈线突然断线,当系统重新进入稳定运行时 R ACR 的输入偏差信号iU 是否为零?为什么? 答:不是零。原因:当系统额定运行时转速反馈线断线,则系统变为只有电流环的单闭环调速系统,最终 ACR 饱和,系统可稳定运行,但转速*n n  ,故 ACR的输入偏差信号iU  不能为零。 双闭环调速系统拖动恒转矩负载在额定情况下运行,如调节转速反馈系数  使其逐渐减小时,系统中各环节的输出量将如何变化?如果使  逐渐增大呢?说明原因。 答:当  逐渐减小时,*iU 不变,cU 、0 dU 、 n 增大;当  逐渐增大时,*iU 不变, n 、cU 、0 dU 减小。原因:因为  处于反馈通道中,故反馈控制系统不能抑制  变化带来的影响,所以 n 一直在随着  变化中。 根据速度调节器 ASR 、电流调节器 R ACR 的作用,回答下面问题(设 ASR 、R ACR 均采用 I PI 调节器): (1 1 )双闭环系统在稳定运行中,如果电流反馈信号线断开,系统仍能正常工作吗? (2 2 )双闭环系统在额定负载下稳定运行时,若电动机突然失磁,最终电动机会飞车吗? 答:(1)系统不能正常工作。原因:ACR 始终处在正限幅或负限幅的状态。 (2)不会。原因:直流电动机磁极失磁会导致转速升高,但 ASR 可以起调节作用,限制速度上升,故电动机不会产生飞车现象。 在转速、电流双闭环调速系统中, ASR 、R ACR 都采用 I PI 调节器。试回答下述问题: (1 1 )两个调节器 R ASR 和 和 R ACR 各起什么作用?它们的输出限幅值应如何整定? (2 2 )如果速度给定*nU 不变时,为了在设计中改变输出转速,可以改变控制器的什么参数?若要改变系统的起动电流应在设计中改变什么参数?改变堵转电流应改变什么参数? (3 3 )在系统中出现的电源电压sU 波动和负载转矩lT 变化时,哪 个调节器 起主要调节作用? (4 4 )说明设计使 R ASR 的输出具有饱和状态的用意。 答:(1)a、ASR 的作用:转速调节器是调速系统的主要调节器,它使转速 n 很快地跟随给定电压*nU 变化,采用 PI 调节器可实现无静差;对负载变化起抗扰作用;其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。b、ACR 的作用:作为内环的调机器,在转速外环的调节过程中,它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压*nU变化;对电网电压的波动起及时抗扰的作用;在转速动态过程中,保护获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程;在电动机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。c、ASR 的输出限幅电压*imU 决定于电流给定电压的最大值,ACR 的输出限幅电压cmU 限制于电力电子变换器的最大输出电压dmU 。 (2)改变转速反馈系数  ,改变电流反馈系数  。 (3)ACR 对电源电压sU 波动起及时抗扰的作用;ASR 对负载变化起抗扰作用。 (4)ASR 的输出电压很快达到限幅值*imU 饱和时,强迫电枢电流dI 快速上升直到dm dI I  ,保持电流(电磁转矩)为允许的最大值,使调速系统以最大的加(减)速度运行。 在晶闸管 电动机调速系统中为何要使用双闭环系统,在调整 ASR 和 ACR 的时间常数时应考虑哪些问题? 答:使用双闭环系统的原因: ①从动态特性来看,可以把系统的电磁时间常数lT 和机电时间常数mT 分开来处理,从而缩短起、制动过渡过程的时间; ②从静态特性来看,可以获得理想的挖掘机特性; ③从动态抗扰性来看,能更好地抑制电网电压波动对转速的影响。 调整 ASR 和 ACR 时间常数时应考虑: ①取m nT   ,使 ASR 在起动过程中较快地达到限幅,利用其饱和非线性,实现电动机在dmI 条件下恒流加速; ②取i iT   ,避免 ACR 在起动过程中达到限幅,使电流环成为电流随动系统。 直流调速系统中,闭环数是不是越多越好,环的个数受何限制? 答:在自动控制系统中设置内环,有助于改善系统中被包围部分的动态性能,因此,被包围部分最少是一阶环节,如果是零阶环节就没有意义了。由此可见,环的个数,最多与系统的阶数相等而不能超过。实际应用中,考虑到检测手段和系统结构上的合理与简化,通常环数少于阶数,包围几个时间常数较大的环节即可。

时间:2020-04-16 23:47