信息工程学院

电力拖动与控制系统课程设计报告书

            题目:  电力拖动与自动控制实验设计

                专    业：电气工程及其自动化

班    级：   0311405       

学    号：  031140526      

  学生姓名：  田  仁  波     

指导教师：  钟  建  伟     

                         

                          20##年5月5日

信息工程学院课程设计任务书

目 录  

                                                                                    

1 转速反馈控制直流调速系统的仿真........................................................................ 3

1.1实验目的.............................................................................................................. 3

1.2转速反馈控制直流调速系统仿真........................................................................... 3

实验小结................................................................................................................... 6

2 转速、电流反馈控制直流调速系统仿真................................................................ 7

1.1实验目的及内容................................................................................................... 7

1.2双闭环直流调速系统两个调节器的作用................................................................ 7

1.3电流环仿真模型设计............................................................................................ 7

1.4转速环仿真模型设计............................................................................................ 8

1.5转速环的系统仿真................................................................................................ 8

实验小结................................................................................................................. 10

3 基于MATLAB的SIMULINK下的3/2变换.............................................................. 11

1.1根据步骤可得仿真图........................................................................................... 11

实验小结................................................................................................................. 13

4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验............................................................... 14

1.1实验目的............................................................................................................ 14

1.2实验原理............................................................................................................ 14

1.3实验内容............................................................................................................ 14

1.4实验仿真............................................................................................................ 15

1.5系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析........................................................... 16

实验小结................................................................................................................. 18

5参考文献................................................................................................................... 19

1 转速反馈控制直流调速系统的仿真

1.1实验目的

（1）了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使用方法。

（2）对转速反馈控制直流调速系统进行仿真和参数的调整。

1.2转速反馈控制直流调速系统仿真

根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：

图 1 仿真框图

（1）运行仿真模型结果如下：

图2   电枢电流随时间变化的规律

图3 电机转速随时间变化的规律

（2）调节参数 Kp=0.25   1/τ=3  系统转速的响应无超调但调节时间长

（3）调节参数Kp=0.8   1/τ=15  系统转速的响应的超调较大，但快速性较好

实验小结

    通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建立了解了相关模块的作用和参数设置。并可将其方法推广到其他类型控制系统的仿真中。

2转速、电流反馈控制直流调速系统仿真

1.1实验目的及内容

   了解使用调节器的工程设计方法，是设计方法规范化，大大减少工作计算量，但工程设计是在一定近似条件下得到的，用MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进行必要的修正和调整。

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。

1.2双闭环直流调速系统两个调节器的作用

1)转速调节器的作用

（1）使转速n跟随给定电压变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定允许的最大电流。

2)电流调节器的作用

（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。

（2）对电网电压波动起及时抗扰作用。

（3）起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动。

（4）当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。当故障消失时，系统能够自动恢复正常。

1.3电流环仿真模型设计

图2.1 电流环仿真模型

1.4转速环仿真模型设计

图2.2转速环仿真模型

1.5转速环的系统仿真

1）PI调节器按照计算出来的结果：。空载起动时波形为：

图2.3  转速环空载起动输出波形

2）满载运行时起动的波形：

图2.4  转速环满载高速起动输出波形

3）抗干扰性的测试：

图2.5  转速环的抗干扰输出波形

实验小结

     通过本次实验了解到了在工程设计下近似计算的优点和缺点，并了解了如何根据仿真结果对设计参数的修正和调整，同时，对SIMULINK的模块也更加熟悉了。

     

3 基于MATLAB的SIMULINK下的3/2变换

1.1根据步骤可得仿真图

                            图3.1  3/2变换仿真图

（1）仿真结果

      

实验小结

    通过本次次试验对于3/2变换有了基本的了解，通过x、y和z坐标到d、q坐标的变换可节省大量的计算，并是结构图简化，简明易读。

4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验

1.1实验目的

 （1）了解闭环不可逆直流调速系统的原理，其组成及各主要单元部件的原理。

 （2）掌握双闭环不可逆直流系统的调试步骤、方法及参数的整定。

 （3）研究调节器参数对系统动态性能的影响。

1.2实验原理

   由于加工和运行的要求，许多生产机械的电动机经常处于启动、制动、反转的过渡过程中，因此启动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用比例积分调节器的转速反馈单闭环调速系统，其性能还不能令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行结合调节的，可获得良好的动、静态性能（两个调节器均采用比例积分调节器）。由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理图如图5.17所示。

启动时，加入给定电压，速度调节和电流调节器即以饱和限幅值输出，使电动机以限的最大启动电流加速启动电流加速启动，值到电动机转速达到给定转速（=U）并在出现超调。此时，速度调节器和电流调节器退出饱和，使电动机最后稳定在略低于给定转速值的状态中运行。

    在系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可改变电动机的转速。电流调节器、速度调节器的输出限幅可达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路得控制电压U，利用电流调节器的输出限幅可达到限制的目的。

1.3实验内容

(1)  各控制单元调试。

(2)  测定电流反馈系数、转速负反馈系数。

(3)  测定开环机械特性及高、低转速时系统的闭环静态特性n=f(I)

(4)  测定闭环控制特性n=f(U).

(5)  观察、记录系统动态波形。

1.4实验仿真

   多环直流调速系统与开环、单环直流调速系统的主电路模型是一样的，主电路仍然是由交流电源、同步脉冲出发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。其差别反映在控制电路上，多环系统的控制电路更复杂。

   双闭环直流调速系统的原理框图如图5.17所示。图5.18是采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型。

图５．１８

   1）系统的建模和模型参数设置

（1）主电路的建模和参数设置

转速、电流双闭环直流调速系统主电路的建模和模型参数设置与单闭环直流调速系统的建模和模型参数设置绝大部分程序相同，只是通过仿真实验将平波电抗器的电感值修改为9e-3（）H.

（2）控制电路的建模和参数设置

转速、电流双闭环系统的控制电路包括给定环节、速度调节器ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环节、速度反馈环节等。其中限幅器、偏置电路、反相器的作用、建模和参数设置与第六章第二节实验相同。

给定环节的参数设置为120Rad/s，电流反馈系数设为0.1，转速负反馈系数为1.双闭环系统有两个比例积分调节器，分别为ACR和ASR。这两个调节器的参数设置为，对ACR， =2，=100，上下幅限值为[120，-120]；对于ASR， =1.2，=10，上下幅限值为[40，-40]。

（3）系统的仿真参数设置

通过仿真算法的比较实验，本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真“Start time”设为0，“Stop time”设为2.5其他与第五章第二节相同。

1.5系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析

当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图5。19所示是转速、电流双闭环直流调速系统的电流曲线和转速曲线。从仿真的结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。

图５．１９（ａ）转速／电流双闭环调速系统的电流曲线和转速曲线

５．１９（ｂ）电动机角频率与电枢电流关系曲线

下面分析一下仿真的结果。

启动过程的第一阶段是电流上升阶段，由于突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速控制环相当于开环状态，系统表现为恒定电流给定作用下的电流调速系统，电流调节器的给定电压于反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分的作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调之后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调解阶段，使速度保持恒定，实际结果也基本反映了这一点。

实验小结

  通过本实验的仿真，对双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验有了更好的了解，参数及波形的进一步认识，也对模型的进一步熟悉。波形的判别和功能也得到了确定。

5参考文献

[1]康华光，陈大钦. 电子技术基础—模拟部分（第五版）［M]. 北京：高等教育出版社2005

[2]皮文兵. 一种宽输入范围的模拟乘法器设计［J]. 电子设计应用.2007.13（1）：88-90

[3] 焦春生.新型绿色能效D类音频放大器设计应用[EB/OL].

[4] 张筑生. 微分半动力系统的不变集 [D]. 北京: 北京大学数学系数学研究所, 1983

 

第二篇：《电力拖动自动控制系统》参考答案

《电力拖动自动控制系统》参考答案：

第一章

一、填空题：

1.答案：静止可控整流器  直流斩波器

2.答案：调速范围  静差率.

3.答案：恒转矩、恒功率

4.答案：脉冲宽度调制

二、判断题：

答案：1.×、2. √、

三、问答题：

1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T_L的关系。1.阻转矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载特性。

2.答案：放大器的放大系数K_p，供电电网电压，参数变化时系统有调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈环包围部分参数变化时有调节作用。

3.答案：U_d减少，转速n不变、U_d增加。

4.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。

5.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。

6.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。

四、计算题：

1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54

2.答案：42.5N?M，3.41N?M

3.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78

4.答案：α=0^。时n₀=2119r/min, α=30^。时n₀=1824r/min，α=31.1^。，cosФ=0.82，s=0.0395。

5.答案：D=4.44，s=0.048，Δn=5.3r/min。

6.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7

7.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9

8.答案：s=0.86，Δn_cl=5.56r/min，K_p=27.8，α=0.0067V?min/r。

9.答案：调速范围D=10，允许静差率s=10%。

10.答案：允许的静态速降Δn_cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。

第二章

一、填空题：

1.跟随  抗扰    内环ACR    外环ASR

2.典型Ⅰ型    典型Ⅱ型

二、判断题：

答案： 1. √、2.×、

三、问答题：

1.答案：1.确定时间常数；2.选择ACR结构；3.选择ACR参数；4.校验近似条件；

2.答案：

3.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速调节器参数，4.校验近似条件。

4.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。

5.答案：U_n不变。

6.答案：平直段：ASR和ACR均工作在线形状态；下垂段：ACR工作在线形状态，ASR工作在限幅状态。

7.答案：1.当U_i^﹡_m固定时，只需调节电流反馈系数β即可实现I_dm=20A；当U_n^﹡_m已知时调节转速反馈系数α可实现n=1000r/min。2. 发现下垂段特性不够陡时，可增大ACR的稳态放大系数；如工作段特性不够硬时，可增大ASR的稳态放大系数。

8.答案：ASR未饱和，增大β，U_i^﹡跟着增大，各环节输出量都保持不变；ASR饱和，增大β，则各量都将相应减小。

9.答案：U_i^*从2V增加到3V；U_ct略有增加；U_ct值由转速n和负载电流决定。

10.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR起主要抗绕调节作用。

12.答案：④  ③  ②  ①

13.答案：转速调节器的作用：1.是调速系统的主导调节器；2.对负载变化起抗扰作用；3.输出限幅值决定电动机允许的最大电流。电流调节器的作用：1.跟随作用；2.对电网电压波动及时抗扰作用；3.可保证获得电动机允许的最大电流；4.限制电枢电流最大值。

14.答案：下图，整流状态，电动运行，提升重物，a < 90°，U_d0 > E，n >0，由电网向电动机提供能量。上图，逆变状态，回馈发电，放下重物，a > 90°，U_d0 < E，n < 0 ，由电动机向电网回馈能量。

15.答案：适合于起重机类型的负载。

四、计算题：

1.答案：β=0.25V/A，α=0.01V·min/r；U_d0=40V、U_i^*=10V、U_i=-10V、U_ct=1V。

第四章

一、问答题：

1.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。

静态环流；动态环流。

危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。

利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。

2.答案：有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点。设置几个环流电抗器是个累赘。对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系统，对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高。

3.答案：

4.答案：H型、T型和M型等结构型式。H型PWM变换器在控制方式上分双极式、单极式和受限单极式。

5.答案：f≥000Hz

二、计算题：

1.答案：U_VT=884～1178V，I_p=43.1A可取50A。

2.答案：I_d=38.47A；I₁′=31.39A。

第五章

一、填空题：

1.答案：软、大

2.答案：电阻、电动势

3.答案：消耗型、回馈型、不变型

二、判断题：

答案：1. √、2. √、3. √

三、问答题：

1.答案：电力电子技术的发展，大规模集成电路和计算机控制的发展，采用变换器的高性能的交流拖动系统得以实现。直流拖动被交流取代，去除了直流电动机的不足。

2.答案：f₁；sf₁；sf₁；n₀；sn₀；sn₀；n₀；不会。

3.答案：效率η=0.87；转差率s=0.041；转速n=1439r/min。

4.答案：都适用

6.答案：节能调速；高性能交流调速系统；特大容量、极高转速交流调速系统。

第六章

一、判断题：

答案： 1. ×、2. √、3. √、

二、问答题：

1.答案：一般性能的节能调速和按工艺要求调速；高性能交流调速系统和伺服系统；特大容量、极高转速交流调速系统。

2.答案：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。

6.答案：电动势值较高时，恒压频比，低频时，补偿定子压降，通过改变U/f函数发生器的特性来补偿。通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。

7.答案：请参见教材P160～164异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性。

8.答案：电压源型采用大电容滤波，电流源型采用大电感滤波。

9.答案：参见教材P166～167交-交变压变频器。也称作周波变换器。缺点是输入功率因数较低，谐波电流大。输出频率不超过电网频率1/2的低转速调速系统。

10.答案：参见教材P189-190转差频率控制的规律及转差频率控制的变压变频调速系统。

11.答案：从总体控制结构上看，DTC系统与VC系统是一致的，都能获得较高的静、动态性能。并参见教材P215DTC系统与VC系统不同的特点。

12.答案：请参考教材P216表6-1直接转矩控制系统和矢量控制系统的特点与性能的比较。

第七章

一、判断题：

答案： 1.√、2.√

二、问答题：

1.答案：串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速电阻，但由于其转子回路接入了串级调速装置，实际上相当于在电动机转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比固有特性要软得多。

2.答案：可以。请参见P221电机在次同步转速下做回馈制动运行。

3.答案：参见教材P220-221次同转速下做电动运行和回馈制动运行。

4.答案：参见教材P221电机在超同步转速下作回馈制动运行时。

5.答案：请参考教材P220～222加以总结。

6.答案：在转子回路串入一个可变频、可变幅的电压。方法是将转子电压先整流成直流电压，然后再加入一个附加的直流电动势。通过控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。并请参见教材P224起动、调速、停车三种情况的工作。

7.答案：机械特性变软，调速性能差。同步转速恒定，理想空载转速能够平滑调节。

8.答案：总的原则是在起动时必须使逆变器先于电机接上电网，停车时必须使逆变器比电机后脱离电网。请参见教材P238串级调速系统的起动方式。

9.答案：控制角α；极性控制γ₀角；α＞90^。，γ₀＞90^。。

三、计算题：

1.答案：整流二极管：(294～441)V，(13.2～17.6)A，选用ZP-20/400整流二极管；逆变变压器：二次相电压有效值，69.1V，二次相电流有效值，19.5A，容量为4.04kV·A；晶闸管：(339～508)V,(13.2～17.6)A,可选用KP-20/500晶闸管。

2.答案：整流二极管选用ZP-200/1200；晶闸管选用KP-200/1400；逆变变压器容量W_T=120kV·A。

模拟试题一

一、填空题：

1.答案：静止可控整流器  直流斩波器

2.答案：调速范围  静差率.

3.答案：离散化、数字化

4.答案：软、大

5.答案：脉冲宽度调制

6.答案：消耗型、回馈型、不变型

二、判断题：

答案：1.×、2. √、3. √、4.×、5. √、6. √、7. √、8. √、9.√、10.√

三、问答题：

1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T_L的关系。1.阻转矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载特性。

2.答案：放大器的放大系数K_p，供电电网电压，参数变化时系统有调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈环包围部分参数变化时有调节作用。

3.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。

4.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。

5.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速调节器参数，4.校验近似条件。

6.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。

7.答案：ASR未饱和，增大β，U_i^﹡跟着增大，各环节输出量都保持不变；ASR饱和，增大β，则各量都将相应减小。

8.答案：U_i^*从2V增加到3V；U_ct略有增加；U_ct值由转速n和负载电流决定。

9.答案：适合于起重机类型的负载。

10.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。

静态环流；动态环流。

危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。

利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。

11.答案：f≥000Hz

12.答案：电力电子技术的发展，大规模集成电路和计算机控制的发展，采用变换器的高性能的交流拖动系统得以实现。直流拖动被交流取代，去除了直流电动机的不足。

13.答案：f₁；sf₁；sf₁；n₀；sn₀；sn₀；n₀；不会。

14.答案：一般性能的节能调速和按工艺要求调速；高性能交流调速系统和伺服系统；特大容量、极高转速交流调速系统。

15.答案：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。

16.答案：电动势值较高时，恒压频比，低频时，补偿定子压降，通过改变U/f函数发生器的特性来补偿。通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。

17.答案：请参见教材P160～164异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性。

18.答案：请参考教材P216表6-1直接转矩控制系统和矢量控制系统的特点与性能的比较。

19.答案：串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速电阻，但由于其转子回路接入了串级调速装置，实际上相当于在电动机转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比固有特性要软得多。

20.答案：控制角α；极性控制γ₀角；α＞90^。，γ₀＞90^。。

四、计算题：

1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54

2.答案：α=0^。时n₀=2119r/min, α=30^。时n₀=1824r/min，α=31.1^。，cosФ=0.82，s=0.0395。

3.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9

4.答案：允许的静态速降Δn_cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。

5.答案：β=0.25V/A，α=0.01V·min/r；U_d0=40V、U_i^*=10V、U_i=-10V、U_ct=1V。

6.答案：整流二极管选用ZP-200/1200；晶闸管选用KP-200/1400；逆变变压器容量W_T=120kV·A。

模拟试题二

一、填空题：

1.答案：静止可控整流器  直流斩波器

2.答案：调速范围  静差率.

3.答案：离散化、数字化

4.答案：软、大

5.答案：电阻、电动势

6.答案：恒转矩、恒功率

7.答案：脉冲宽度调制

8.答案：消耗型、回馈型、不变型

二、判断题：

答案：、1. ×、2. √、3.×、4. √、5. √、6. √、7. √、8.√

三、问答题：

1.答案：U_d减少，转速n不变、U_d增加。

2.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。

3.答案：1.确定时间常数；2.选择ACR结构；3.选择ACR参数；4.校验近似条件；5.计算ACR的电阻电容值。

4.答案：

5.答案：U_n不变。

6.答案：平直段：ASR和ACR均工作在线形状态；下垂段：ACR工作在线形状态，ASR工作在限幅状态。

7.答案：1.当U_i^﹡_m固定时，只需调节电流反馈系数β即可实现I_dm=20A；当U_n^﹡_m已知时调节转速反馈系数α可实现n=1000r/min。2. 发现下垂段特性不够陡时，可增大ACR的稳态放大系数；如工作段特性不够硬时，可增大ASR的稳态放大系数。

8.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR起主要抗绕调节作用。

9.答案：④  ③  ②  ①

10.答案：转速调节器的作用：1.是调速系统的主导调节器；2.对负载变化起抗扰作用；3.输出限幅值决定电动机允许的最大电流。电流调节器的作用：1.跟随作用；2.对电网电压波动及时抗扰作用；3.可保证获得电动机允许的最大电流；4.限制电枢电流最大值。

11.答案：有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点。设置几个环流电抗器是个累赘。对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系统，对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高。

12.答案：H型、T型和M型等结构型式。H型PWM变换器在控制方式上分双极式、单极式和受限单极式。

13.答案：效率η=0.87；转差率s=0.041；转速n=1439r/min。

14.答案：都适用

15.答案：电压源型采用大电容滤波，电流源型采用大电感滤波。

16.答案：参见教材P166～167交-交变压变频器。也称作周波变换器。缺点是输入功率因数较低，谐波电流大。输出频率不超过电网频率1/2的低转速调速系统。

17.答案：参见教材P189-190转差频率控制的规律及转差频率控制的变压变频调速系统。

18.答案：从总体控制结构上看，DTC系统与VC系统是一致的，都能获得较高的静、动态性能。并参见教材P215DTC系统与VC系统不同的特点。

19.答案：可以。请参见P221电机在次同步转速下做回馈制动运行。

20.答案：参见教材P220-221次同转速下做电动运行和回馈制动运行。

21.答案：参见教材P221电机在超同步转速下作回馈制动运行时。

22.答案：请参考教材P220～222加以总结。

四、计算题：

1.答案：42.5N?M，3.41N?M

2.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78

3.答案：D=4.44，s=0.048，Δn=5.3r/min。

4.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7

5.答案：s=0.86，Δn_cl=5.56r/min，K_p=27.8，α=0.0067V?min/r。

6.答案：调速范围D=10，允许静差率s=10%。

7.答案：U_VT=884～1178V，I_p=43.1A可取50A。

8.答案：I_d=38.47A；I₁′=31.39A。

9.答案：整流二极管：(294～441)V，(13.2～17.6)A，选用ZP-20/400整流二极管；逆变变压器：二次相电压有效值，69.1V，二次相电流有效值，19.5A，容量为4.04kV·A；晶闸管：(339～508)V,(13.2～17.6)A,可选用KP-20/500晶闸管。

模拟试题三

一、填空题：

1.答案：静止可控整流器  直流斩波器

2.答案：调速范围  静差率.

3.答案：离散化、数字化

4.答案：软、大

5.答案：电阻、电动势

6.答案：恒转矩、恒功率

7.答案：脉冲宽度调制

8.答案：消耗型、回馈型、不变型

二、判断题：

答案：1.×、2. √、3. √、4.×、5. √、6. ×、7. √、8. √、9. √、10. √、11.√、12.√

三、问答题：

1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T_L的关系。1.阻转矩负载特性；2.位转矩负载特性；3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例；4.转矩随位置变化的负载特性。

2.答案：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。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与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速范围就越小。

3.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。

4.答案：1.确定时间常数，2.选择转速调节器结构，3. 选择转速调节器参数，4.校验近似条件。

5.答案：要改变转速，可调节给定电压或转速反馈系数；要改变堵转电流，应调节转速调节器的限幅值或改变电流反馈系数。

6.答案：U_n不变。

7.答案：U_i^*从2V增加到3V；U_ct略有增加；U_ct值由转速n和负载电流决定。

8.答案：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR起主要抗绕调节作用。

10.答案：两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，即环流。

静态环流；动态环流。

危害：环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。

利用：合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。

11.答案：有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点。设置几个环流电抗器是个累赘。对于大容量的系统，常采用无环流控制可逆系统，对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高。

12.答案：一般性能的节能调速和按工艺要求调速；高性能交流调速系统和伺服系统；特大容量、极高转速交流调速系统。

13.答案：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。

14.答案：参见教材P166～167交-交变压变频器。也称作周波变换器。缺点是输入功率因数较低，谐波电流大。输出频率不超过电网频率1/2的低转速调速系统。

15.答案：参见教材P189-190转差频率控制的规律及转差频率控制的变压变频调速系统。

16.答案：从总体控制结构上看，DTC系统与VC系统是一致的，都能获得较高的静、动态性能。并参见教材P215DTC系统与VC系统不同的特点。

17.答案：请参考教材P216表6-1直接转矩控制系统和矢量控制系统的特点与性能的比较。

18.答案：串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速电阻，但由于其转子回路接入了串级调速装置，实际上相当于在电动机转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比固有特性要软得多。

四、计算题：

1.答案：42.5N?M，3.41N?M

2.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78

3.答案：α=0^。时n₀=2119r/min, α=30^。时n₀=1824r/min，α=31.1^。，cosФ=0.82，s=0.0395。

4.答案：调速范围D=10，允许静差率s=10%。

5.答案：允许的静态速降Δn_cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。

6.答案：β=0.25V/A，α=0.01V·min/r；U_d0=40V、U_i^*=10V、U_i=-10V、U_ct=1V。

7.答案：整流二极管：(294～441)V，(13.2～17.6)A，选用ZP-20/400整流二极管；逆变变压器：二次相电压有效值，69.1V，二次相电流有效值，19.5A，容量为4.04kV·A；晶闸管：(339～508)V,(13.2～17.6)A,可选用KP-20/500晶闸管。