交直流调速系统大作业部分习题答案提纲

1、写出直流电动机的转速表达式，说明它有哪3种调速方式？每种调速方式的优、缺点是什么？

答：转速表达式ΦK R I U ΦK E

n e d d e -==

；

有三种调速的方法，即调节电枢电压0d U ；减弱励磁磁通Φ；改变电枢回路电阻R 。 （1）调0d U 可平滑地调节转速n ，机械特性将上下平移。但电压只能向小于额定电压的方向变化。

（2）弱磁调速是在额定转速以上调速，其调速范围不可能太大。但所需功率小。 （3）改变电枢电阻调速简单，但是损耗较大，只能进行有级调速。

2、画出直流电动机理想启动时的转速、电流与时间的关系曲线。采用理想启动的目的是什么？如何实现？

，

（∞）

(a)

(b)

i n I 图1-30 调速系统启动过程的电流和转速波形

理想启动是使启动电流一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动，转速迅速以

直线规律上升，以缩短启动时间。

工程上常采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用。

3、分别画出单闭环转速负反馈调速系统和单闭环电压负反馈调速系统的静态结构图；标出静态结构图中各个环节的信号；再分别说明两种系统在电网电压降低后如何进行恒压调节？从而说明哪种系统对电网电压的扰动具有更强的抗扰能力？

答：（1）单闭环转速负反馈调速 静态结构图和信号标注

图1-11 转速负反馈单环调速系统稳态结构图

恒压调节过程：

↑↑→↑→-=∆↓→↓→↓→↓→↓→0*

0)(d ct n n n n d d U U U U U U n I U 电网电压（2）单

闭环电压负反馈调速 静态结构图和信号标注

1-20 电压负反馈调速系统稳态结

(a)

U

K 1C

U

U

(b)

+

-

恒压调节过程：

↑↑→↑→-↑=∆↓→↓→↓→d0ct u *

n n u 0)(U U U U U U U d 电网电压

（3）单闭环电压负反馈调速系统对电网电压的扰动具有更强的抗扰能力

4、交流异步电机变频调速有3种基本控制方式，在额定频率以下的变频调速控制方式是哪2种？在额定频率以上的变频调速控制方式是哪种？（6分）

答：额定频率以下：恒压频比控制。一种恒气隙电势/频率控制，一种带定子阻抗压降补偿的恒定子电压/频率控制。 额定频率以上，恒功率控制。

5、基频以下异步电机电压-频率协调控制有哪三种方法？

答:

1.） 恒压频比控制（ U s /ω1 ）

2. ）恒 E g /ω1 控制。

3. ）恒 E r /ω1 控制。

6、从直流电动机的电磁转矩表达式说明：要改变其转向，可以采用什么方法？为此，直流可逆调速系统可以分为哪两类？

答：电磁转矩表达式d M e I K T φ=，要改变转向则要使φ或d I 可逆。为此，有电枢可逆和磁场可逆两种方案。

7、在单闭环转速负反馈调速系统中引入“电流截止负反馈环节”的作用是什么？其中“截止”的含义是什么？转速、电流双闭环调速系统是否也需要引入电流截止负反馈？为什么？

答：单闭环转速负反馈调速系统不能限制过电流，引入电流截止负反馈可以对电机过载起到保护作用。；“截止”指的是电流不过载时，去掉电流负反馈。；转速、电流双闭环调速系统不需要引入电流截止负反馈。；因为转速调节器的输出限幅值限制了最大电流给定值，再通过电流环的电流调节作用，即可实现限流。

8、试画出异步电机转子磁链定向矢量控制原理结构框图，对照框图简述矢量控制原理。

(1)、按转子磁链定向：d 轴沿着转子总磁链矢量的方向，并称之为 M （Magnetization ）轴，q 轴逆时针转90°，即垂直于转子总磁链矢量，称之为 T （Torque ）轴。

在此坐标系下的异步电机数学模型得到简化，定子电流的励磁分量与转矩分量得以解耦。 （2）设计两个调节器：ASR 、A ψR 。ASR 的输出信号除以ψr ，当控制器的坐标反变换与电机中的坐标变换对消，且变频器的滞后作用可以忽略时，此处的（÷ ψr ）便可与电机模型中的（⨯ ψr ）对消，两个子系统就完全解耦。带除法环节的矢量控制系统可以看成是两个独立的线性子系统，可以采用经典控制理论的单变量线性系统综合方法或相应的工程设计方法来设计两个调节器A ψR 和ASR 。

9、交流电机矢量控制中用到的坐标变换基本思想及原则是什么？

答：以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流 i A 、 i B 、i C ，通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 i α、i β ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 i m 和 i t 。经过3/2变换和同步旋转变换，将三相交流电机等效成一台由 i m 和 i t 输入，由 ω 输出的直流电机。 矢量变换的基本原则：保持变换前后磁势不变或功率不变。

1、不作近似处理，分别将具有开环传递函数（1）的单位反馈系统校正成具有三阶最佳参数的典型II 型系统，将具有开环传递函数（2）的单位反馈系统校正成具有二阶最佳参数的典型I 型系统，写出串联调节器的类型和传递函数，并求出调节器的参数。

（1）)

101.0(5.0100+s s ； （2）)102.0)(125.0(80

++s s ；

答：（1）调节器为PI 结构：3.0p =K 、05.0=τ ；（6分） （2）调节器为PI 结构：64/5p =K ；s 25.0=τ。（6分）

2、有一系统，已知，要求将系统校正

成典型I 型系统，试选择调节器类型并计算调节器参数。（8分）

答：调节器为PI 结构：25.1p =K ；s 25.0=τ

3、有一V-M 系统，已知：P nom =2.8kW ，U nom =220V ，I nom =15.6A ，n nom =1500r/min ，

R a =1.5Ω，R n =1Ω，K s =37。

（1） 当D =30、s =10%时，计算系统允许的稳态速降。

（2） 如为转速负反馈有静差系统，要求D =30，s =10%，在V 10*

=n

U 时，使电机在额定点工作，计算放大器放大系数K p 和转速反馈系数α。

答：

（1）

22015.6 1.5

0.131(.min/)1500

d d a

e U I R C v r n --⨯=

== 15.6 2.5297.71(/min)0.13115000.1

5.56(/min)

(1)300.9

d op

e cl I R n r C n s n r D s ⨯∆===⋅⨯∆=

==-⨯

（2）8.27=p K ；0067.0=αV.min/r

()()()1005.0125.020++=s s s W obj