2013年9月份考试电气传动及控制第三次作业

2013年9月份考试电气传动及控制第三次作业
一、作图题（本大题共20分，共 2 小题，每小题 10 分）
1.
2.
二、简答题（本大题共80分，共 8 小题，每小题 10 分）
1. 常见的交流调速方法有：降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线电机串级调速或双馈电机调速、变极对数调速、变压变频调速，哪些属于转差功率不变型调速系统？
2. 采用PI调节器的双闭环直流调速系统起动过程中，为何会出现饱和非线性控制？
3. 常见的交流调速方法有：降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线电机串级调速或双馈电机调速、变极对数调速、变压变频调速，哪些属于转差功率消耗型调速系统？
4. 在正弦波供电时，不同规律实现电压－频率协调控制，不同类型的机械特性有何特点？
5. 笼型异步电机采用恒压频比控制时，为何要进行低频定子压降补偿？
6. 采用PI调节器的双闭环直流调速系统起动过程中，为何会出现转速超调？
7. 为什么说异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性系统？
8. 三相异步电机的电磁转矩公式如下式所示：
它是否适用于变压变频器供电的含有电流谐波的三相异步电机调速系统？
答案：
一、作图题（20分，共 2 题，每小题 10 分）
1.
参考答案：
解题方案：
根据传递函数计算出其零极点，然后根据零极点的分布来画出bode图
评分标准：
2.
参考答案：
解题方案：
由于调节器的作用，只要输出电压变化不等于零，由于积分的作用，调节器的输出电压会保持在一定数值，以维持电动机在给定转速下运行。

负载突变时，引起电动机转速变化，同时电压变化，通过控制器的作用是电压回到稳定值。

评分标准：
二、简答题（80分，共 8 题，每小题 10 分）
1.
参考答案：
变极对数调速是有级的，应用场合有限。

只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。

解题方案：
在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的变极对数调速、变压变频调速两种调速方法属于此类。

评分标准：
2.
参考答案：
当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR 不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。

解题方案：
评分标准：
3.
参考答案：
转差功率消耗型调速系统中，全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速和转子串电阻调速三种调速方法都属于这一类。

这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。

可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。

解题方案：
评分标准：
4.
参考答案：
（1）恒压频比（Us/1=Constant）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，最大电磁转矩随 1的降低而减小，低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。

（2）恒Eg/1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到
m=Constant，从而改善了低速性能，最大电磁转矩不随1的变化而变化，始
终保持恒定。

但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。

（3）恒Er/1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通m 恒定进行控制，即得： Er/1=Constant 而且，在动态中也尽可能保持m恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。

解题方案：
在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制有不同类型的机械特性。

评分标准：
5.
参考答案：
解题方案：
评分标准：
6.
参考答案：
由于ASR采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，ASR的输入偏差电压△Un为负值，才能使ASR退出饱和。

这样，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。

解题方案：
评分标准：
7.
参考答案：
在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。

这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。

三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系统。

总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性系统。

解题方案：
评分标准：
8.
参考答案：
上述公式是在线性磁路、磁动势在空间按正弦分布的假定条件下得出来的，但对定、转子电流对时间的波形未作任何假定，式中的i都是瞬时值。

因此，上
述电磁转矩公式完全适用于变压变频器供电的含有电流谐波的三相异步电机调速系统。

解题方案：
评分标准：。