电力拖动考试复习资料

1、根据直流电机转速方程 式中n — 转速（r/min ） u — 电枢电压（V ）；I — 电枢电流（A ）；R — 电枢回路总电阻（Ω）； — 励磁磁通（Wb ）；Ke — 由电机结构决定的电动势常数。

由上式可以看出，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Φ；（3）改变电枢回路电阻R 。

2、常用的可控直流电源有以下三种⏹ 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。

3、转速控制的要求和调速指标（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳调速指标：调速范围、静差率称为调速系统的稳态性能指标⏹ 调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即 其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速⏹ 静差率：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时所对应的转速降落∆nN ，与理想空载转速n0 之比，称作静差率s ，即 或用百分数表示式中∆n N = n 0 - n N 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。

它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。

因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。

调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

设：电机额定转速n N 为最高转速，转速降落为∆n N ，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即 于是，最低转速为 Φ-=e K IRU n minmaxn n D =0N n n s ∆=%1000N ⨯∆=n n s N min N min 0N n n n n n s ∆+∆=∆=s n s n s n n N N N min )1(∆-=∆-∆=min N min max n n n n D ==而调速范围为将上面的式代入n min ，得一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。

闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”，以示区别。

4、开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系（1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多。

它们的关系是 （2闭环系统和开环系统的静差率分别为 和当n（3如果电动机的最高转速都是n max ；而对最低速静差率的要求相同，那么：开环时， 闭环时，得（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器上述三项优点若要有效，都取决于一点，即K 要足够大，因此必须设置放大器。

结论2：闭环调速系统可以获得比开环调速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，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

5、反馈控制规律（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量是有静差的因为闭环系统的稳态速降为只有K = ∞，才能使∆n c l = 0，而这是不可能的。

因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。

实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动, 服从给定抗干扰性能是反馈控制系统最突出的特征之一（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度6、电流检测与反馈（1）电枢回路串检测电阻；（2）电枢回路接直流互感器；（3）交流电路接交流互感器；（4）采用霍尔传感器。

7、动态校正的方法)1(N N s n s n D -∆∆=e d op C RI n =∆)1(e d c K C RI n l +=∆l l l n n s c 0c c ∆=op 0op op n n s ∆=)1(op N op s n s n D -∆=)1(c N c s n s n D l l -∆=)(e d c K I C RI n l +=∆⏹串联校正；⏹并联校正；⏹反馈校正在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。

串联校正比较简单，也容易实现。

8、PID调节器的功能⏹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。

一般的调速系统要求以动态稳定和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节器；在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD 或PID 调节器。

9、采用比例积分调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统。

10、转速、电流双闭环控制的直流调速系统（1）为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

二者之间实行嵌套（或称串级）联接电流环为内环，转速环为外环，两个调节器的输出都是带限幅作用的。

（2）在起动过程中转速调节器ASR经过了不饱和、饱和、退饱和三种情况，三种情况下都采用PI调节器双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）准时间最优控制。

因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。

11、转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

电流调节器的作用（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。

12、调节器的设计方法：经验法和工程设计方法13、控制系统的动态性能指标自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标,抗扰性能指标跟随性能指标 :在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。

常用的阶跃响应跟随性能指标有⏹t r—上升时间⏹σ—超调量,峰值时间——tp⏹t s—调节时间抗扰性能指标常用的抗扰性能指标有⏹∆C max—动态降落⏹t v—恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。

截止频率Wc越小，稳定性越高典型I型系统：⏹在阶跃输入下的I 型系统稳态时是无差的；⏹但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；⏹在加速度输入下稳态误差为∞。

因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。

典型I型系统和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别以外，在动态性能中，⏹典型I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，⏹典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。

这是设计时选择典型系统的重要依据。

电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。

⏹转速环与电流环的关系：外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控制系统的特点。

这样做，虽然不利于快速性，但每个控制环本身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。

14、微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化15、采用旋转编码器的数字测速方法有三种（1）M法测速（2）T法测速⏹（3）M/T法测速⏹M法测速在高速段分辨率强；⏹T法测速在低速段分辨率强；⏹因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短16、数字滤波的三种方法：算术平均值滤波、中值滤波、中值平均滤波17、改进的数字PI 算法• 积分分离算法• 分段PI 算法• 积分量化误差的消除•18、可逆V-M 系统中的环流问题（1）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：⏹ 直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。

⏹ 瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

2）动态环流——仅在可逆V-M 系统处于过渡过程中出现的环流故障保护中断服务子程序框图19、整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。

主要阶段分为： I.本组逆变阶段；II.它组制动阶段。

20、交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：⏹ 一般性能的节能调速⏹ 高性能的交流调速系统和伺服系统⏹ 特大容量、极高转速的交流调速可以把异步电机的调速系统分成三类。

转差功率消耗型调速系统 ，转差功率馈送型调速系统，转差功率不变型调速系统（2） 它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。

（3）由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为A 、B 、C ，转差率s 的变化范围不超过 0 ~ s m ，调速范围有限。

如果带风机类负载运行，则工作点为D 、E 、F ，调速范围可以大一些。

为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图5-5。

显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，、、这种电机又称作交流力矩电机。

()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+===2'r s 212'r s 1'r 2s p 'r 2'r 1p 1m m e /33l l L L s R R s R U n s R I n P T ωωωω（4）采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大（见图5-5），开环控制很难解决这个矛盾。

21、传统的降压起动方法有：● 星-三角（Y-Δ）起动● 定子串电阻或电抗起动● 自耦变压器（又称起动补偿器）降压起动22、变压变频调速的基本控制方式：可以改变电压和频率基频以下调速 常值即采用恒值电动势频率比的控制方式恒压频比的控制方式： 在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”23、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性恒压频比控制（U s /ω1 ）恒E g /ω1 控制恒E r /ω1 控制24、从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。