交直流电动机调速系统基本概念

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25、SPWM 控制方式 答：SPWM 即以正弦波作为调制信号对载波信号进行调制后，产生一组等幅而脉冲宽度正 比干正弦波的矩形脉冲。 将该组脉冲作为逆变器开关元件的控制信号， 从而在逆变器负载上 (多为异步电动机)得到与控制信号波形相同，等效于正弦波的驱动电压。 26、什么叫脉宽调制 答:利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽 度或周期达到变压变频的目的。 27、闭环空载转速 n0b 比开环空载转速 n0k 小多少?如何保证 n0b=n0k 答: n0b 是 n0k 的 1/（1+K） 。欲使 n0b=n0k 有两种办法： （1）若给定电源可变，则 。 （2）一般不能改变给定电源，则在控制器中引入 KP 为好。
R +
L
_
Ud0
Id
+
ud0 E id R L
did dt
E
_
R = Rrec + Ra + RL 6、在 V-M 系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发 热。 为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是： 设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术 7、V-M 系统机械特性的特点 当电流连续时，特性还比较硬； 断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。
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④M 电机：驱动电机。 ⑤TG 发电机：测速发电机检测驱动电机的转速。 ⑥电位器：将测速发电机输出电压降压，以适应给定电压幅值 U*n
16 闭环控制系统具有良好的抗扰能力和控制精度的原因 答：闭环控制系统是建立在负反馈基础上，按偏差进行控制。当系统中由于某种原因使 被控量偏离希望值而出规偏差时，必定产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏 差，使被控制量与希望值趋于一致，所以闭环控制系统具有良好的抗扰动能力和控制精 度。 17、闭环控制系统一般由哪几部分组成?有哪些作用量和被控制量? 答：闭环控制系统一般由给定元件、比较元件、放大校正元件、执行元件、被控对象、 检测反馈元件等组成。系统有给定量(输入量)、反馈量、控制量、扰动量、被控量(输出 量)。 18、试说明转速负反馈调速系统工作原理。 答：转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器 ASR、触发器 GT、晶闸管变流 器 V、测速发电机 TG 等组成； 当电动机负载 TL 增加时，电枢电流 Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降， 则转速反馈电压 Ufn 也相应下降,而转速给定电压 Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。转速调节 器 ASR 输出 Uc 增加，使控制角 α 减小,晶闸管整流装置输出电压 Ud 增加，于是电动机 转速便相应自动回升,其调节过程可简述为：
上述过程循环往复，宣至 ΔU=0 为止。 19、有静差系统与无差系统的区别 答：根本区别在于结构上(控制器中)有无积分控制作用，PI 控制器可消除阶跃输入和阶 跃扰动作用下的静差，称为无静差系统，P 控制器只能降低静差，却不能消除静差，故 称有静差系统。
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20、直流调速系统有哪些主要性能指标? 答：直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标两个部分。 静态主要性能指标有阔速范围 D、静差率 s、ΔnN。动态性能指标分成给定控制信号和扰 动信号作用下两类性能指标。给定控制信号作用下的动态性能指标有上升时间 tr，调节时间 ts (亦称过滤过程时间 )和超调量σ％。扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降Δ Nmax、恢复时间 tv。 21、 异步电动机变频调速系统中， 为什么在实现变频的同时必须使电压也相应地变化 （恒 压频比的控制方式） ？在低频段为什么要对电压进行提升补偿？在工频以上的范围变频 时，电压还应当变化吗？为什么？
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交流电源电压波动的扰动（使 Ks 变化） ； 电动机励磁的变化的扰动（造成 Ce 变化 ） ； 放大器输出电压漂移的扰动（使 Kp 变化） ； 温升引起主电路电阻增大的扰动（使 R 变化） ； 检测误差的扰动（使 变化） 31、转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有以下三个基本特征 1. 被调量有静差 2. 抵抗扰动, 服从给定 3. 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的 扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。 32、限流保护——电流截止负反馈 问题的提出: 起动的冲击电流；闭环调速系统突加给定起动的冲击电流；堵转电流 解决办法： 电枢串电阻起动；引入电流截止负反馈；加积分给定环节 在有静差单转速闭环系统中，可以用电流截止负反馈来抑制突加给定电压的电流冲击， 以保证系统有较大的比例系数来满足稳态性能指标。 33、电流负反馈作用机理 为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题， 系统中必须有自动限制电枢电 流的环节。 根据反馈控制原理， 要维持哪一个物理量基本不变， 就应该引入那个物理量的负反馈。 那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。 34、 P 调节器动态响应快但静态有误差，且为保证较小的静差需要较大的放大系数，这就 可能使得系统出现动态不稳定。I 调节器静态无差但动态响应慢也会使系统不稳定。PI 调节 器综合了 P 和 I 调节器的优点，可使得系统响应较快且无静差。 比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状； 而积分调节器的输出则包含了输入偏差 量的全部历史。 35、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。 36、转速、电流双闭环直流调速系统的组成 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、 电流双闭环调速系统。
交直流电动机调速系统基本概念
1 有几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 2 调压调速是直流调速系统的主要方法， 而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直 流电源。 3、常用的可控直流电源有以下三种 旋转变流机组 相控整流器 直流脉宽调制变换器 4、V-M 系统的问题 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的 dV/dt 与 di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的 时间内损坏器件。 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害” 。
29、闭环调速系统的组成及其静特性 根据自动控制原理， 反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统， 只要被调量出 现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。 调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统应 该能够大大减少转速降落。 29、 、开环系统机械特性和闭环系统静特性比较 （1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多 （2）如果比较同一的开环和闭环系统，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）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 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。 30、调速系统的扰动源: 负载变化的扰动（使 Id 变化） ；
22、变频器调速系统一般分为哪几类? 答：(1)变频调速系统一般可分为交流—交流变频和交流—直流—交流变频两大类，一般 常用的都是交流—直流—交流变频器。 (2)按中间回路对无功能量处理方式的不同分为电压型和电流型两类； (3)按控制方式的不同分为 U／f 比例控制、转差频率控制及矢量控制等三类。 23、通用变颇器一般分为哪几类?在选用通用变频器时主要按哪些方面进行考虑? 答：通用变频器通常分为简易型、多功能型、高性能型等三类、在选择变频器时，一般 根据用途和需要进行选择，主要从变频器的类型、性能和功能、容量的大小及输出电流 大小等几方面来进行考虑。 24、异步电动机变频调速系统常用的主电路形式有哪几种？并画出它们的简图。 答：间接变频装置(交-直-交变频装置) 和直接变额装置(交—交—变频装置)。
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8、PWM 变换器的作用是：用 PWM 调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、 宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 9、双极式控制方式的不足之处是： 在工作过程中， 4 个开关器件可能都处于开关状态， 开关损耗大， 而且在切换时可能发生上、 下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。 10、PWM 系统的优越性 1) 主电路线路简单，需用的功率器件少； 1) 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 2) 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 3) 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 4) 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因 而装置效率较高； 5) 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 11、对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面 （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。 12、开环调速系统及其存在的问题 若可逆直流脉宽调速系统是开环调速系统， 调节控制电压就可以改变电动机的转速。 如 果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高， 这样的开环调速系统都能实现一定范围内的 无级调速，可以找到一些用途。 但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。在这些情况下，开环调 速系统往往不能满足要求。 13、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。 14、静差率 s 与空载转速 n0 的关系 答：静差率 s 与空载转速 n0 成反比，n0 下降，s 上升。所以检验静差率时应以最低速时
的静差率
为准。
15、反馈控制有静差调速成系统原理图,各部件的名称和作用。 答： ①比较器： 给定值与测速发电机的负反馈电压比较,得到转速偏差电压 ΔUn。 ②比例放大器 A：将转速偏差电压 ΔUn 放大，产生电力电子变换器 UPE 所需的控制电 压 Uc。 ③电力电子变换器 UPE：将输入的三相交流电源转换为可控的直流电压 Ud。
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37、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。 双闭环系统的特点是利用饱和非线性实现了“准时间最优”控制，但带来了转速超调。 38、转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用可以分别归纳如下： 1. 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。 2. 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。 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。 39、在需要宽调速范围的直流调速系统中，常采用电枢电压与弱磁的配合控制。即基速以下 调压调速， 电磁转矩的性质属于恒转矩。 而基速以上， 由于电机电压的限制， 只能弱磁调速， 这时，其电磁转矩的性质属于恒功率。这就是说，控制规律要按照控制对象的物理约束来合 理进行。 40、PWM 调制原理 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波 （Carrier wave） ，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave） ，当调制 波与载波相交时， 由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻， 从而获得在正弦调制波的 半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。