（選擇）矢量控制的基本思想：分離磁通和轉矩（轉速）。第1章電力傳動控制系統的基本結構與組成根據電力傳動控制系統的基本結構，簡述電力傳動控制系統的基本原理和共性問題。答：①基本結構：一般由電源、變流器、電動機、控制器、傳感器和生產機械（負載）組成。②基本工作原理:根據輸入的控制指令，與傳感器采集的系統檢測信號，經過一定的處理給出相應的反饋控制信號，控制器按一定的控制算法或策略輸出相應的控制信號，控制變流器改變輸入到電動機的電源電壓、頻率等，使電動機改變轉速或位置，再由電動機驅動生產機械按照相應的控制要求運動，故又稱為運動控制系統。③共性問題：a.電動機的選擇。電力傳動系統能否經濟可靠地運行，正確選擇驅動生產機械運動的電動機至關重要。應根據生產工藝和設備對驅動的要求，選擇合適的電動機的種類及額定參數、絕緣等級等，然后通過分析電動機的發熱和冷卻、工作制、過載能力等進行電動機容量的校驗。b.變流技術研究。電動機的控制是通過改變其供電電源來實現的，交流電動機的調速需要改變其電源的電壓和頻率等，因此，變流技術是實現電力傳動系統的核心技術之一。c.系統的狀態檢測方法。狀態檢測是構成系統反饋的關鍵，根據反饋控制原理，需要實時檢測電力傳動控制系統的各種狀態，如電壓、電流、頻率、相位、磁鏈、轉矩、轉速或位置等。因此，研究系統狀態檢測和觀測方法是提高其控制性能的重要課題。d,控制策略和控制器的設計。根據生產工藝要求,研發或選擇適當的控制方法或策略是實現電力傳動自動控制系統的主要問題。★2.直流電動機有幾種調速方法，其機械特性有何差別？答：答：直流電動機轉速和其他參量之間的穩態關系為n=Ua二巴C①e由上式可知，有以下三種調節直流電動機轉速的方法：1）改變電樞回路電阻2）減弱勵磁磁通3）調節電樞供電電壓比較三種調速方法可知，改變電阻只能有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，實現一定范圍內的弱磁升速；調節電樞供電電壓的方式既能連續平滑調速，又有較大的調速范圍，且機械特性也很硬。因此，直流調速系統往往以變壓調速為主，僅在基速（額定轉速）以上作小范圍的弱磁升速。從異步電動機轉差功率P:的角度，可把交流調速系統分成哪幾類？并簡述其特點。sl答：可以把異步電動機的調速系統分成三類：1） 轉差功率消耗型。調速時全部轉差功率都轉換成熱能消耗掉，它是以增加轉差功率的消耗來換取轉速的降低（恒轉矩負載時），這類調速方法的效率最低，越向下調效率越低。2） 轉差功率饋送型。調速時轉差功率的一部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋電網或轉化成機械能予以利用，轉速越低時回收的功率越多，其效率比前者高。3） 轉差功率不變型。這類調速方法無論轉速高低，轉速降都保持不變，而且很小，因而轉差功率的消耗基本不變且很小，其效率最咼。目前通常采用籠型轉子異步電動機實現低于同步轉速的調速，調速方法可選擇定子變壓調速、定子變壓變頻調速等方案；當需要高于同步轉速運行或其他特殊應用場合時，則需采用繞線轉子異步電動機，通過定子和轉子實行雙饋調速。★7.調速范圍和靜差率的定義是什么？調速范圍與靜態速降和最小靜差率之間有什么關系？為什么說“脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”？答：①生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比，稱為調速范圍，用字母D來表示，即D-_n_當系統在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加D—maxnmin到額定值時所對應的轉速降落An與理想空載轉速n之比，稱為靜差率，用字母N05來表示，即5—斗xgo%—n0-nNxgo%靜差率是用來衡量調速系統在負載變化nnoo時轉速的穩定度的，它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差率就越小，轉速的穩定度就越高。n5調速范圍、靜態速降和最小靜差率之間的關系為：D—匸An（1-8）N②調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。在調速過程中，若額定速降相同，則轉速越低，靜差率就越大。如果低速時的靜差率能滿足設計要求，則高速時的靜差率就更滿足要求了。因此，調速系統的靜差率指標應以最低速時所能達到的數值為準。所以說，脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。8.試簡述PID控制器中，比例、積分和微分環節各自的作用，并分析其特性。（知道）答：①比例環節對偏差進行放大，產生與偏差成正比的控制信號，施加于被控對象，以減少偏差。②積分環節通過對偏差歷史的累積，產生控制信號以消除偏差，可實現系統的無差調節。k越大，積分作用越大，有利于減小誤差，但減慢系統響應。③微分環節能反映偏差I的變化率，具有加速系統響應，減小調節時間的作用。■第3章直流傳動控制系統（70%）晶閘管-電動機系統（V-M系統）存在哪些問題？答：①系統機械特性的變異問題（電流斷續）；②能量回饋問題（晶閘管的單向導電性）。引入轉速負反饋后，為何能改善系統性能？試分析比較開環和閉環系統，在哪些方面可以改善系統性能？答:?開環調速系統雖能實現一定范圍內的無級調速,但是其額定速降很大，往往不能滿足生產工藝要求。為了克服開環系統的不足，根據自動控制原理，反饋控制的閉環系統是按被調量的偏差進行控制的系統，只要被調量出現偏差，它就會自動產生糾正偏差的作用。由于轉速降落正是由負載引起的轉速偏差，顯然，閉環調速系統應該能夠大大減少轉速降落。為此引入轉速反饋，組成轉速反饋控制的閉環直流調速系統。?比較開環系統的機械特性和閉環系統的靜特性，可以看出轉速反饋閉環控制的優越性：①閉環系統靜特性可以比開環系統機械特性硬得多。②閉環系統的靜差率要比開環系統小得多。③如果所要求的靜差率一定，則閉環系統可以大大提高調速范圍。★3.轉速單閉環調速系統有哪些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉速？為什么？如果給定由壓不變，調節測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉速？為什么？如果測速發電機的勵磁發生了變化，系統有無克服這種干擾的能力？答：①轉速單閉環調速系統可以獲得比開環調速系統硬得多的穩態特性,從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，需增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。②改變給定電壓能夠改變電動機的轉速,因為反饋控制系統的作用是：抵抗擾動，服從給定。③如果給定電壓不變，調節測速反饋電壓的分壓比能夠改變轉速,因為改變反饋電壓的分壓比，就相當于改變了反饋系數K，而U*沁U—Kn。nnnn

④如果測速發電機的勵磁發生了變化,系統沒有克服這種干擾的能力，因為該變化不是被反饋所包圍的擾動，閉環系統對此沒有抑制能力，如下圖所示。I變化檢測誤差檢測誤差在轉速負反饋調速系統中，當電網電壓、負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測速發電機勵磁各量發生變化時，都會引起轉速的變化，問系統對上述各量有無調節能力？whv答：①反饋控制系統的規律是：一方面能夠有效地抑制一切被包圍在負反饋內前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。②如上圖所示，在轉速負反饋調速系統中，系統對電網電壓、負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻各量發生變化時所引起的轉速變化有調節能力，而對測速發電機勵磁的變化沒有調節作用。6.為什么用積分控制的調速系統是無靜差的？在轉速單閉環調速系統中，當I調節器的輸入偏差電壓AU二0時，調節器的輸出電壓是多少？它取決于哪些因素？n答：①用積分控制的調速系統不只靠偏差而且靠偏差的積累來控制,只要輸入偏差電壓AU豐0，積分控制就使得『AUdt逐漸積累，因而轉速就要變化；只有到nnAU=0時，『AUdt不再變化，轉速才穩定下來，因而是無靜差的。②當輸入偏TOC\o"1-5"\h\zn n差電壓AU=0時，積分調節器的輸出電壓U是一個定值，這個電壓的大小取決nc\o"CurrentDocument"于穩態轉速n（即給定電壓U*和轉速負反饋系數K）、負載電流I、主回路電n n d阻R、觸發整流環節的放大倍數K等，如下式所示：sKn+1R=—e d—KU*n二 nKn+1R=—e d—KU*n二 nn\o"CurrentDocument"U=—e d—cK7為何要在直流調速轉速負反饋系統中引入電流負反饋？在轉速、電流雙閉環直流調速統中，ASR和ACR各起什么作用？答:⑴為了得到近似的恒流過程。（2）ASR的作用：①ASR是調速系統的主導調節器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓U*的變化，穩態時可減小轉速誤差，如果采用PI調節器，則可實n現無靜差。②對負載變化起抗擾作用。③其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。ACR的作用：①作為內環的調節器，在轉速外環的調節過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓U*變化。②對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。③在轉速動態過程中，保證i獲得電機允許的最大電流，從而加快動態過程。④當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。這個作用對系統的可靠運行來說是十分重要的。8.試從下述五個方面來比較轉速、電流雙閉環調速系統和帶電流截止環節的轉速單閉環調速系統：（1）調速系統的靜態特性：（2）動態限流性能：（3）起動的快速性：（4）抗負載擾動的性能：（5）抗電源電壓波動的性能。答：（1）調速系統的靜態特性：雙環系統穩態運行時無靜差，當電流達到限流值時，呈恒流的下墜特性；單環系統如果也用PI調節器，也可以做到穩態無靜差，但電流截止后靜特性較軟。（2）動態限流性能：雙環系統的動態限流性能接近于方波恒流，而單環系統的動態限流性能要差得多。（3）起動的快速性：突加較大的給定電壓時，雙環系統的起動過程要比單環系統快得多。（4）抗負載擾動的性能：雙環系統和單環系統抵抗負載擾動的性能差不多，其調節作用的快慢視具體參數而定。（5）抗電源電壓波動的性能：雙環系統的內環能及時抑制電源電壓波動的影響，調節速度快，而單環系統較慢。10.對于需要高于直流電動機額定轉速運行的場合，如何釆用電壓與磁場配合控制？試分析兩種控制方式的轉矩和功率特性。答：①由于直流電動機允許的弱磁調速范圍有限，一般電動機不超過2：1，專用的“調速電動機”也不過是3：1或4：1。另一方面，變壓調速雖然調速范圍較廣，但也不宜在基速以上調速。因此，當負載要求的調速范圍更大時，需要釆用變壓和弱磁配合控制策略：1） 在基速以下保持磁通為額定值不變，只調節電樞電壓：2） 在基速以上則把電壓保持為額定值，減弱磁通升速。釆用配合控制策略的系統特性如圖3-20所示，其中：橫坐標為轉速，以額定轉速n為分界線，分為基速以下和基速以上兩個區域：縱坐標同時表示電壓NU、磁通①、轉矩T和功率P。在基速以下，磁通①二①，隨著電壓增大，轉deN速升高，但轉矩不變，功率卻與電壓一樣變化；在基速以上，電壓U=U保持dN不變，隨著磁通①減小，轉速進一步增大，但轉矩卻隨磁通一起減小，而功率保持不變。（T二C①I,P二T4）eTae★11.釆用兩組晶閘管裝置反并聯供電的V-M系統，試分析在四象限運行中，兩組整流器工作在整流和逆變狀態的輸出電壓極性、電流，功率流向，及電動機的運行狀態及其機械特性。圖3-30無環流可逆調速系統的動態過程V-M系統的工作狀態正向運行正向制動反向運行反向制動電樞端電壓極性++ 電樞電流極性+——+電機旋轉方向++——電機運行狀態電動回饋發電電動回饋發電晶閘管工作的組別和狀態正組整流反組逆變反組整流正組逆變機械特性所在象限—一二三四12.試分析邏輯控制無環流可逆系統正向和反向起動和制動的過程。畫出各參變量的動態波形，并說明在每個階段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各處于什么狀態。答：邏輯控制無環流可逆系統的正向動態過程可分為三個主要階段:1）起動階段。如果可逆調速系統采用轉速、電流雙閉環控制方法，其起動過稈與不可逆調速系統的起動過程相同（圖3-18），ASR飽和，由ACR起主要作用，在允許最大電流限制下使轉速基本上按線性變化的“準時間最優控制”動態過程的響應曲線如圖3-30中的階段I所示。2）正向運行階段。ASR退飽和后，進行轉速無差調節，系統進入穩態，其響應曲線如圖3-30的階段II。3）正向制動階段，在這一階段首先通過VF的逆變使電流下降過零，并封鎖脈沖使其關閉；然后開通VR,使其建立電流并達到最大電流I，此時電動機進入dm制動階段，通過反接制動和回饋制動使轉速迅速下降。如果是停車，則電動機停止運行，其動態過程如圖3-30的階段III。如果還需反向運行，則電動機在轉速過零后，繼續反向起動，其過程與正向起動相同，響應曲線如圖3-30的階段W。由于兩組晶閘管在切換過程中需要延時，以保證可靠換流，這就造成了電流換向死區，如圖3-30所示。第4章交流傳動控制系統（變壓，變頻，調速）30％何謂交流異步電動機的動態等效電路和穩態等效電路？兩者之間有何不同？答：動態等效電路僅僅忽略了空間諧波，并沒有忽略時間諧波，因此動態等效電路中的電壓、電流及磁鏈可以是任意波形。而穩態等效電路還忽略了時間諧波。異步電動機的變壓調速需要何種交流電源？有哪些交流調壓方法？答：①需要三相交流電源。②自耦變壓器或帶直流勵磁繞組的飽和電抗器（過去），晶閘管交流調壓器（現代）。★4.從異步電動機等效電路分析變壓變頻調速有哪幾種控制模式？其各自的機械特性有何不同？答：三相異步電動機定子每相電動勢的有效值E與定子頻率f和每極氣隙磁通gs①的積成正比，即有Eg=4.44fSNskN①m只要控制好E和f，便可達到控制磁m gs通①的目的。對此需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況：m（1） 基頻以下的恒磁誦調速1） 恒壓頻比控制模式定子相電壓U二E，即有U/①=常值，其機械特性如圖4-17所示。由于電磁轉矩與定sgss子電壓的平方正比，隨著電壓和頻率的降低，電動機的輸出轉矩有較大的減少，因此在低頻時需要加定子電壓補償。但是即便如此，恒壓頻比控制模式在低頻時帶負載的能力仍然有限，使其調速范圍受到限制并影響系統性能。2） 恒定子電動勢頻比控制模式有E/o=常值，其機械特性如