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《电力拖动自控系统》考前综合复习资料(适用于2018年4月考试)

《电力拖动自控系统》综合复习资料

一、填空题

1、位置随动系统一般由五个部分组成,这五个部分分别是:位置传感器、电压比较放大器、、

和减速器与负载。

2、可逆V—M系统存在环流的问题,环流可以分为静态环流和动态环流两种,静态环流由可分为和两

种。

3、对于可逆调速系统来说,要实现有源逆变必须满足以下两项条件:和。

4、调速系统实际的转矩和功率究竟有多少,要由具体的负载决定。不同性质的负载要求也不一样,对矿井卷扬

机和载客电梯,当最大载重量相同时,无论速度大小,负载转矩都一样,属于“”的负载;机床主轴传动,调速时允许的最大切削功率一般不变,属于“”的负载。

5、转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程有三个特点,具体如下:、

和。

6、对调速系统转速控制的要求主要集中在三个方面,具体为、

和。其中和稳态性能指标相对应的是:和。

7、直流调速系统的主要形式是晶闸管-电动机调速系统,简称为系统。

8、常用的可逆PWM变换器的主电路的结构的结构型式有、型和等。

9、在随动系统动态校正中,常用的有、和。

10、在闭环调速系统中,常常会用到PD、PI和PID,依次代表、和三

种调节器。

二、选择题

1、在直流电动机调速方法中,调速性能最好的是()

A、减弱励磁磁通

B、调节电枢供电电压

C、改变电枢回路电阻

D、改变负载

2、与开环系统相比,闭环系统增加了反馈电路,反馈电路对干扰()不起作用。

A、电压扰动

B、负载扰动

C、反馈电路元件的本身影响

D、负载冲击

3、位置信号检测装置是构成位置闭环控制所必不可少的环节。下列位置检测装置中,不属于电磁感应的

是()

A、自整角机

B、光电码盘

C、旋转变压器

D、感应同步器

4、对闭环系统而言,控制精度依赖于给定和反馈检测精度,而反馈电路对干扰并不全起作用,主要对干

扰()起作用。

A、电压扰动

B、给定电源扰动

C、反馈电路元件的本身影响

D、测速电机误差

三、绘图题

1、试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

四、简答题

1、在转速、电流双闭环直流调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时,转速反馈

线突然断线,系统重新进入稳态后,电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为零?为什么?

2、双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点。

3、某双闭环调速系统,ASR、ACR均采用近似PI调节器,试问:

①调试中怎么才能做到U im*=6V时,I dm=20A;如欲使U nm*=10V时,n=1000r/min,应调什么参数?

②如发现下垂特性不够陡或工作段特性不够硬,应调什么参数?

4、转速闭环调速系统能够减小稳态速降的实质是什么?

5、某直流电动机带动一恒转矩负载(即转矩不变),测得始动电压U d0=4V,当电枢电压U A=50V时,其转速

n=1500r/min。若要求转速n=3000r/min,试问要加多大的电枢电压?

6、转速、电流双闭环调速系统中,电流调节器的作用。

7、电流波形连续和断续对开环V-M调速系统机械特性的影响较大,电流连续段特性较硬,改变控制角

可得到一簇彼此平行的直线;断续段则呈现非线性,理想空载转速高,特性软,内阻大。为了工作在电流连续区,须采取什么措施?

8、试比较开环系统机械特性和闭环系统机械特性的静特性。

9、试说明双极式H型PWM变换器的优点。

10、与开环系统相比,闭环系统可以减少速降的实质是什么?

11、当闭环系统的开环放大系数为10时,额定负载下的转速降为15r/min,如果开环放大系数提高为20,系统

的转速降为多少?在同样的静差率要求下,调速范围可以扩大多少倍?

12.直流电机常用的调速方法有那些?试写出各自的适用范围。

13.直流调速系统常用的可控直流电源有那些?试做详细说明。

14.双极式控制的桥式可逆PWM变换器有什么优点?

15.对于电动机来说,为什么加负载后,电动机的转速会降低?它的实质是什么?而在加入转速负反馈后,能减

小静态转速降落,其原因是什么?

16.常用的PID调节器的类型有那些?试写出各自的优缺点和适用范围。

17. ASR、ACR均为PI调节器的双闭环调速系统,在带额定负载运行时,转速反馈线突然断线,当系统重新进入

稳定运行时,电流调节器的输入信号ΔU i是否为零?

18.在转速、电流双闭环调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行,现因某种原因使电动机励

磁电压下降一半,系统工作情况将会如何变化?写出*i U 、C U 、0d U 、d I 、及n 在系统重新进入稳定后的表达式。

19、为什么用积分控制的调速系统是无静差的?在转速单闭环调速系统中,当积分调节器的输入偏差为零时,输出电压是多少?取决于哪些因素?

20、试比较闭环控制系统中串联校正方案中PD 、PI 、PID 三种方法。

21、什么样的波形称为PWM 波形?怎样产生这种波形?

22、闭环系统可以减少速降的实质是什么?结合负载增加的情况加以说明。

23、双闭环调速系统中引入电流环的原因。

24、环流的分类及抑制方法?

五、计算题

1、有一个V —M 调速系统,电机参数为:Pn=10KW ,Un=220V ,In=55A ,n n =1000r/min ,电枢电阻Ω=1.0a R 。若采用开环控制系统,只考虑电枢电阻引起的转速降。

(1)要使静差率S=0.1,求系统的调速范围D 。

(2)要使调速范围D=2,其允许的静差率S 为多少?

(3)若要求调速范围D=10,静差率S=0.05,则允许的转速降为多少?

2、有一个V —M 调速系统,电机参数为:P n =10KW ,U n =220V ,I n =55A ,n n =1000r/min ,电枢

电阻Ω=1.0a R 。若采用开环控制系统,只考虑电枢电阻引起的转速降。

(1)要使静差率S=0.1,求系统的调速范围D 。

(2)要使调速范围D=2,其允许的静差率S 为多少?

(3)若要求调速范围D=10,静差率S=0.05,则允许的转速降为多少?

3、有一个V —M 调速系统,电机参数为:P n =2.8kW ,U n =220V ,I n =15.6A ,n n =1500r/min ,电枢电阻R a =1.5Ω,电源内阻R n =1Ω,K s =37。

(1)开环工作时,试计算D=30时s 的值。

(2)当D=30、s=10%时,计算系统允许的稳态速降。

(3)如为转速负反馈有静差调速系统,要求D=30、s=10%,在Un*=10V 时,使电动机在额定点工作,计

算放大器放大系数Kp 和转速反馈系数α。

4、有一V -M 调速系统,电动机参数为P nom =2.5kw 、U nom =220V 、I nom =15A 、n nom =1500r /min 、R a =2Ω,

整流装置内阻R rec =1Ω,触发整流环节的放大系数K u =30,

要求调速范围D=20, 转差率s=10%。试:

(1)计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的稳态速降。

(2)采用转速负反馈组成闭环系统,试画出系统的稳态结构图。

(3)调整该系统,使V U n 20*=时转速n=1000r/min ,此时转速反馈系数应为多少?

(可认为*n

n U U ≈) (4)计算所需的放大器放大系数。

参考答案

一、填空题

1、电力电子变换器、伺服电机。

2、直流平均环流、瞬时脉动环流。

3、控制角大于90度和外电路必须有一直流电源且极性与原直流电压反向。

4、恒转矩、恒功率。

5、饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。

6、调速、稳速、加减速、调速、稳速。

7、V-M

8、M、T、H

9、串联校正、并联校正和复合控制

10、比例微分、比例积分和比例积分微分

二、选择题

1、B

2、C

3、B

4、A、

三、绘图题

1、试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

《电力拖动自控系统》考前综合复习资料(适用于2018年4月考试)

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四、简答题

1、①nom im i i I U U U β-=?≠?*,0;②转速反馈断线,ASR 饱和,输出限幅值*im

U ;③系统再次稳定后,由于带额定负载,最终运行在nom I 上,所以电流调节器的输入偏差电压0≠?i U 。

2、①电流一定连续;②可使电动机在四象限中运行;③电机停止时有微振电流,能消除静摩擦死区;④低速平

稳性好,调速范围可达1:20000左右;⑤低速时,每个晶体管的驱动脉冲仍较宽,有利于保证晶体管可靠导通。

3、①当U im *固定时,只需调节电流反馈系数α即可实现;当U nm *已知时,调节转速反馈系数可实现。②发现下

垂特性不够陡时,可增大ACR 的稳态放大系数;如工作特性不够硬时,可增大ASR 的稳态放大系数。。

4、①自动调节作用;②随负载变化改变电枢电压以补偿回路电阻压降的变化。

5、根据直流电动机的机械特性可知,随着电动机两端电压的变化,其机械特性水平上下移动,始动电压为4V ,

确定了负载的起动转矩,对应着转速为零;转速n=1500r/min ,对应的电压为50V ,其间电压差为46V ,因而n=3000r/min 对应的电压为50+46=96V 。

6、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。④当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。一旦故障消失,系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

7、电流脉动会产生以下两个方面的问题:

(1)脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利。

(2)脉动电流造成较大的谐波分量,流入电源后对电网不利,同时也增加电机发热。

V-M 系统抑制电流脉动的主要措施:

(1)增加整流电路的相数。

(2)设置平波电抗器。

当V-M 系统主电路串接的电抗器有足够大的电感量,而且电动机的负载电流也足够大时,整流电流的波形便可能是连续的

8、 (1)闭环系统静特性比开环系统机械特性硬得多。

(2)如果比较同一n o 的开环和闭环系统,则闭环系统的静差率要小得多。

(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。

(4)闭环系统必须设置放大器。闭环系统可以获得比开环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,须增设检测元件、反馈装置和电压放大器。

9、(1)电流一定连续;(2)可使电动机在四象限中运行;(3)电机停止时有微振电流,能消除静摩擦死区;(4)

低速时,每个晶体管的驱动脉冲仍较宽,有利于保证晶体管可靠导通;(5)低速平稳性好,调速范围可达20000左右。

10、通过反馈调节电枢电压。

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11、开环放大系数为10时,min /15)

101()1(1r C RI K C RI n e d e d cl =+=+=? 开环放大系数为20时,)201()1(2+=+=

?e d e d cl C RI K C RI n 两式对比,可得到开环放大系数为20时的转速降落为

86.721

1112=??=?ncl cl n 在同样的静差率要求下,调速范围可以扩大x 倍:

91.1)101()201(12=++==op

op cl cl D D D D x 其中,D op 为系统开环时的调速范围。

12、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 ;

(3)改变电枢回路电阻 R 。

对于要求在一定范围内无级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(即电机额定转速)以上作小范围的弱磁升速。

因此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

13、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。

14、(1)电流一定连续;(2)可使电机在四象限运行;(3)电机停止时有微振电流,能消除静摩

擦死区;(4)低速平稳性好,系统的调速范围可达1:20000左右;(5)低速时,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于保证器件的可靠导通。

15、对电动机来说,转速降落是由电阻压降引起的,加负载意味着电流增大,转速降低。

引入转速负反馈可减小静态速降,其实质是闭环控制系统的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压。

16、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。

17、ΔU i 不为零。额定负载运行时,转速反馈反馈线突然断线,ASR 输出会进入饱和输出状态,电

流给定达到最大值,工作电流应该跟随其变化,但随着转速不断上升,反电动势E 上升,限制了电流继续上升,稳定运行后,流过电动机的工作电流应保持不变,故ΔU i 不为零。

18、电动机励磁电压下降一半,意味着磁通减小,系统先减速后调整。调整完成后*

i U 接近原来的两倍,C U 变大,0d U 变大,d I 变大,n 不变。

19、积分控制的输出则包含了输入偏差量的全部历史,只要存在过输入偏差,一定存在控制电压。当积分调节器

的输入偏差为零时,输出电压不一定为零,其值取决于输入偏差的历史值和负载的轻重。

20、由PD 调节器可构成的超前校正,提高稳定裕度和改善快速性能;由PI 调节器构成的滞后校正,可以保证系

统的稳态精度;用PID 调节器构成滞后-超前校正,兼具两者的优点。

21、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation),简称PWM ――脉冲周期T 不变,只改变主晶闸管的导通时间Ton ,

亦即改变脉冲的宽度。

脉宽调制器是一个电压――脉冲变换装置,由电流调节器ACR 输出的控制电压Uc 进行控制,为PWM 装置提供所需的脉冲信号,其脉冲宽度与Uc 成正比。

常用的脉宽调制器有以下几种:(1)用锯齿波作调制信号的脉宽调制器;(2)用三角波作调制信号的脉宽调制器;(3)用多谐振荡器和单稳态触发器组成的脉宽调制器;(4)数字式脉宽调制器。

22、闭环调速系统的稳定转速的实质:通过反馈调节电枢电压。

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23、采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果对系统

的动态性能要求较高,例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等,单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。要达到目的必须引入电流闭环

24、环流分为稳态环流与动态环流两类。而稳态环流又可分为直流平均环流与瞬时脉动环流两种。采网α=β工

作制配合控制可以消除直流平均环流,但不能抑制瞬时脉动环流。为抑制脉动环流,必须在环流回路中串入环流电抗器。

五、计算题

1、解:

r V n R I U C n a n n e ??=?-=-=min 2145.01000

1.055220 min /6.252145.01.055r C R I n e a n n =?==

? ⑴ 34.4)

1.01(6.251.01000)1(=-?=-?=s n s n D n n ⑵ 049.06.25210006.252)1(=?+?=??+??=?-?=

n n n n n n D n n D s s n s n D

⑶ 26.5)

05.01(1005.01000)1(=-?=-=

?s D s n n n

2、解: r V n R I U C n a n n e ??=?-=-=min 2145.01000

1.055220 min /6.252145.01.055r C R I n e a n n =?==

? ⑴ 34.4)

1.01(6.251.01000)1(=-?=-?=s n s n D n n ⑵ 049.06

.25210006.252)1(=?+?=??+??=?-?=n n n n n n D n n D s s n s n D ⑶ 26.5)05.01(1005.01000)1(=-?=-=

?s D s n n n 3、解:

131.01500

5.1

6.15220=?-=-=n a n n n R I U Ce

7.297131

.05.26.15)(=?=+=?e n a n op C R R I n ⑴ 86.07.2973015007.29730)1(=?+?=??+??=?-?=

nop n nop

nop nop n D n n D s s n s

n D ⑵ min /56.5)1.01(301.01500)1(r s D s n n n cl =-?=-=

? ⑶ r V min/0067.01500

10?==α 开环放大系数为5.521=-??=cl op

n n K

另 9.27370067.0131.05.52=??==

?=

s e p e s p K KC K C K K K αα 4、解: 计算电动机的C e

由nom e a nom nom n C R I U +=可得

r min/V 127.01500

215220n R I U C nom a nom nom e ?=?-=-= 开环系统的稳态压降为

min /r 33.354127

.0)12(15C )R R (I C R I n e rec a nom e nom op =+?=+==? 满足调速要求所允许的稳态压降为

min /r 33.8)

1.01(201.01500)s 1(D s n n n nom nom cl =-??=-=?=? 采用转速负反馈系统的稳态结构如图所示。

《电力拖动自控系统》考前综合复习资料(适用于2018年4月考试)

当V 20U *

n =时n=1000r/min ,则转速反馈系数为

r min/V 02.0r min/V 1000

20n U n U *n n ?=?=≈=α 闭环系统的开环放大系数为

54.41133

.833.3541n n C /K K K cl op

e s p =-=-??=α= 则所需的放大器放大系数为

79.802

.030127.054.41K KC K s e p =??=α= 改用电压反馈后,电动机电枢电阻Ra 造成的稳态速降已经是 min /r 33.8min /r 236min /r 127

.0215C R I e a nom >=?= 可见,不可能达到题中提出的调速要求。

采用电压负反馈调速系统的稳态特性方程为

nom e

a nom e rec e *

n

s p I C R I )K 1(C R )K 1(C U K K n -+-+=

式中 γ=s p K K K

其中电压反馈系数γ为

1364.0220

30U U U U nom *n nom n ==≈=γ 所以 97.351364.03079.8K =??=