运控简答

1. 直流电动机有哪几种调速方法，各有何特点？
（1）调节电枢供电电压U ，在一定范围内无级平滑调速的系统，以调节电枢供电电压的方式最好。

（2）减弱励磁磁通∮，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额定转速以上作小范围的弱磁升速。

（3）改变电枢回路电阻R ，改变电阻只能有级调速。

2. 试写出调速范围和静差率的定义式，并推出两者之间的关系。

调速范围min
max n n D =，式中min max n n 一般都指电动机在额定负载时的最高和最低转速； 静差率0
n n s N ∆=，式中N n ∆是指当系统在某一转速运行时负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，0n 是指理想空载转速； 由N N N n n n n n s ∆+∆=∆=min min 0和min min max n n n n D N ==可知)
1(s n s n D N N -∆=，对于同一个调速系统，N n ∆值一定，如果要求静差率s 值越小，系统能够允许的调速范围也越小。

3. 试给出开环和转速闭环的转速降的表达式，并证明为何闭环的调速范围大于开环？
在同样负载扰动下，开环系统转速降落e
d op C RI n =∆，闭环系统转速降落)1(K C RI n
e d cl +=∆，它们的关系是K
n n op cl +∆=∆1，即存在cl n ∆<op n ∆，当最高转速N n 相同，静差率s 一定时，有开环)1(s n s n D op N op -∆=，闭环)1(s n s n D cl N cl -∆=，因此cl D >op D ，即闭环调速范围大于开环。

4. 转速闭环无静差调速系统中，哪些干扰可以有效抑制，哪些不可有效抑制？为什么？ 可以有效抑制：交流电源电压的波动（），电动机励磁的变化（），放大器输出电压的漂移（），由温升引起主电路电阻R 的增大。

因为影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。

不可有效抑制：测速反馈系数α。

5. 试述电流截止负反馈的限流工作原理。

电流截止负反馈，即当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈。

当利用独立直流电源作比较电压时，电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻R s ，I d R c 正比于电流。

用独立的直流电源作为比较电压U com ，其大小可用电位器调
节。

在I d R c 与U com 之间串接一个二极管VD ，当I d R c> U com 时，二极管导通，电流负反馈信号U i 即可加到放大器上去；当I d R c ≤ U com 时，二极管截止， U i 消失。

6. 何为M 测速法，何为T 测速法，各有何优缺点？
M 测速法，即在一定的时间c T 内测取旋转编码器输出的脉冲个数1M ，用计算这段时间内转速。

M 测速法的分辨率与实际转速的大小无关，测量误差最大可能性是1个脉冲，测速误差率最大值%10011
max ⨯=M δ，与1M 成反比 ，转速越低，1M 越小，误差率越大。

T 测速法：即通过测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，又称为周期法测速。

T 法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，分辨能力越强。

测速误差率最大值%10011
2max ⨯-=M δ，低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲
个数2M 多，误差率小，因而测速精度高。

从分辨能力和误差率上都表明，T 法测速更适用于低速段。

7. 简述在双闭环直流调速系统的启动过程中电流环和速度环的作用原理。

电流环作用：（1）在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压Ui*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，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程，（4）当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。

转速环作用：（1）是调速系统的主导调节器，使转速n 很快地跟随给定电压Un*变化，稳态时可减小转速误差，（2）对负载变化起抗扰作用，（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

8. 在转速-电流双闭环直流调速系统中允许最大电流为Idm ，电流最大给定为
V*im,电机工作在额定负载下，电机突然失磁（φ=0），试分析系统若稳定之后，U 、Un 、Ui 、Ui*、Id 各为多少？
9. 在转速-电流双闭环直流调速系统中，若电流反馈突然断开，系统最终仍能维
持原来的转速稳定运行吗？为什么？若电流突然失磁（φ=0），电动机最终会稳定运行吗？为什么？
10. 试述恒压频比调速方法的原理，使用该方法时为何需要低频电压补偿？
当异步电动机在基频一下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。

由此可见，最好是保持每极磁通量m Φ为额定值mN Φ不变。

当频率1f 从额
定值N f 1向下调节时，必须同时降低g E ，使常值=Φ=mN NS S g
k N f E 44.41，即在基频一下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。

然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。

当电动势值较高时，可忽略电子电阻喝漏感压降，而认为定子相电压g U U S ≈，则得常值=1f E g
这就是恒压频比的控制方式。

低频时，S U 和g E 都较小，定子电阻和漏感压降所占的分量比较显著，不能在忽略。

这时可以认为地把定子电压S U 抬高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降，称作低频补偿。

11. 交流电动机有哪几种调速方法？各有何特点？
1、利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性较硬。

就是加上额定负载转速下降得少。

属于无级调速。

适用于大部分三相鼠笼异步电动机。

2、改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。

3、改变转差率调速。

（1）转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。

调速范围小，电阻要消耗功率，电机效率低。

一般用于起重机。

（2）改变电源电压调速，调速范围小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机一般不用。

用于单相电机调速，如风扇。

（3）串级调速，实质就是就是转子引入附加电动势，改变它大小来调速。

也只用于绕线电动机，但效率得到提高。

（4）电磁调速。

只用于滑差电机。

通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速，机构简单，但控制功率较小。

不宜长期低速运行。

4、液力耦合器调速
12. 电压空间矢量PWM 控制中，应如何用零矢量解决定子磁链幅值与旋转速度
由t u s s ∆=∆ψ可知，当零矢量s u =0作用时，定子磁链矢量的增量s ψ∆=0，表明定子磁链矢量s ψ停留不动。

如果让有效工作矢量的作用时间t t ∆<∆1，其余的时间10t t t ∆-∆=∆用零矢量来补，当3)(0111πωω=
∆+∆=∆t t t 时，在3π弧度内定子磁链矢量的增量为：3)1(101320)(π
ψ-∆=∆+∆=∆k j d s s e t U t t u k k=1,2,3,4,5,6 在1t ∆时间段内，
定子磁链矢量轨迹沿着有效工作电压矢量方向运行，在0t ∆时间段内，零矢量起作用，定子磁链矢量轨迹停留在原地，等待下一个有效工作矢量的到来，正六边形定子磁链的最大值为
1132|)(||)(||)(|t U t k u k k d s s s ∆=∆=∆=ψψ 在直流电压d U 不变的条件下，要保持
|
)(|k s ψ恒定，只要使1t ∆为常数即可。

电源角频率1ω越低，13ωπ=∆t 越大，零矢量作用时间10t t t ∆-∆=∆也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。

由此可知，零矢量的插入有效的解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。

13. 电压空间矢量PWM 控制中，如何用两个相邻的电压基本矢量合成任一电压输出量？
（P139）
由基本电压空间矢量u1和u2的线性
14. 从调节输入量的角度分析为何交流调速难于直流调速？
15. 简述异步电动机按转子磁链定向的矢量控制原理。

按转子磁链定向矢量控制的基本思想
（1） 通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。

（2）仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。

（3）由于变换的是矢量，所以这样的坐标变换也可称作矢量变换，相应的控制系统称为矢量控制（Vector Control 简称VC ）系统或按转子磁链定向控制（Flux Orientation Control 简称FOC ）系统。