电力拖动与控制复习

1、电力拖动与控制复习题简述题1. 简述三相异步交流电动机的工作原理。三相相异步电动机的工作原理，是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用，产生电磁转矩，驱动电动机旋转。三相相异步电动机定子的三相对称绕组接三相电源电压；三相定子绕组的电压产生三相对称电流；三相对称电流产生旋转磁场，磁场方向沿着定子内园周方向旋转；在旋转磁场中，转子绕组的导体切割磁场，产生感应电势e2；如旋转磁场顺时针方向，转子导体相当于逆时针方向旋转，根据右手定则，转子绕组中产生的感应电压在N极下方向向外；感应电势e2在转子回路中产生转子电流i2；转子电流在旋转磁场的作用下，根据安培电磁力定律（左手定则），产生电磁力F；电磁力方向向

2、右（顺时针）；电磁力在转子轴上形成电磁转矩T，方向与旋转磁场的方向相同。2、试简述有源逆变电路的工作原理，逆变的条件是什么？有源逆变电路将直流电变换成交流电，并将交流送到电网的有源逆变过程。有源逆变的工作原理是直流电势的电能，通过逆变电路将其电能反馈到电网。逆变的条件是：直流电枢比逆变电路输出电枢大，即EUd，且逆变电路的控制角不小于90°，即90°。有源逆变特点是直流电变换成交流电，且将能量反馈给电网。3、为什么直流调速系统中加负载后转速会降低？闭环调速系统为什么可以减少转速降？调速系统中加负载后负载转矩增大转矩失去平衡，负载转矩大于电磁转矩，产生负加速度，电动机转速下降

3、。从电枢电压方程来讲，负载提高，则电枢电流随之增大，电阻上压降增大，从而使转速降增大，电动机转速降低。闭环系统在负载增大使转速下降后，通过转速负反馈形成转速偏差，且偏差增大从而提高控制电压，减小控制角，提高整流装置输出电压使电动机理想转速提高从而提高电动机转速。使转速降减小，这是闭环调速系统的自动调节作用。4、写出直流电动机的转矩方程和电枢电压方程，并说明。直流电动机转矩方程： ；Te为电动机电磁转矩，Tdl为系统的负载转矩，转矩方程是传动系统运动方程，TeTdl时系统加速，TeTdl时系统减速，TeTdl时，传动系统达到稳态。 直流电动机电枢方程：；电枢方程是由电动机电枢回路的电压关系得到。

4、它实时反映了电枢电压、电枢电流以及反电势（转速）的平衡关系。5、异步电动机有哪几种制动方式？各种制动方式有何特点？异步电动机有反馈制动、反接制动、和能耗制动三种方式。1、反馈制动特点：电磁转矩与转速方向相反，电机转速高于同步转速。电动机处于发电状态，电机从轴上吸收功率一部分转化为转子铜耗，大部分提高气隙传递给定子，在消耗了定子铜耗和铁耗后，将能量反馈给电网，又称发电制动。2、反接制动特点：电磁转矩与转速方向相反，反接制动有两种情况，一是电源反接制动，即异步电动机三相电源的相序突然改变。即电源反接，旋转磁场方向改变，电源反接制动，电流很大，通常需在定子中串接电阻；二是倒拉制动，出现在位能负载转矩

5、超过电磁转矩时，重物使电机转速反向，电磁转矩为制动转矩，倒拉制动为稳定的制动状态，转子轴上的输入功率转化为电功率，连同定子输入的电功率一起，消耗在转子电路中。能耗制动特点：能耗制动时需断开定子交流电源，接着在两项定子绕组中接低压直流电源。此时磁场固定，转子旋转产生的感应电压和电流将产生制动转矩，电动机制动，能耗制动时，其机械特性过原点，机械能消耗在转子电路的电阻中，能耗制动能准确停车，制动平稳，但制动效果较差，需调节定子直流电流或转子电阻。6、 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势EE1，如负载转矩TL常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电

6、势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？电动机稳态运行时电磁转矩T负载转矩TL，即TLTKtIa常数，磁通减小，电枢电流必将增大。又因在电动机中，EU-IaRa，由题意知，外加电压U和电枢中的电阻Ra不变，则Ia增大必引起电枢反电势E的减小。所以，减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势E要小于E1。7、 三相异步电动机带动一定的负载时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？答：电动机的转矩不变，电流增大，转速下降。8、晶闸管的导通条件是什么？导通后流过晶闸管的电流决定于什么？晶闸管由导通转变为阻断的条件是什么？阻断后它能承受的电压大小决定于什么？阻断后她所承受

7、的电压大小决定于什么？答：晶闸管的导通条件为阳极电压为正以及门极电压为正；晶闸管导通后流过晶闸管的电流由电路中电源电压和电路的阻抗决定；晶闸管由导通转变为阻断的条件是阳极电流小于维持电流或者阳极电压为非正电压；晶闸管阻断后能承受的电压由晶闸管的额定电压决定；它所承受的电压由电路中电源电压决定9、电流截止负反馈的作用是什么？转折点的临界电流如何选择？电流截止负反馈的作用是限制电枢电流。一般转折电流为电动机额定电流的1.35倍。10、简述直流电动机的工作原理？直流电动机是将电能转变为机械能的执行元件。电动机的工作原理是建立在电磁感应的基础上。直流电动机的定子接励磁电压将在电动机内部产生磁场。当电动

8、机电枢接电源电压时，由于电动机换向器和电刷的作用，磁场N极、S极下的绕组线圈有效边的电流方向恒定，有效边中的电流在磁场的作用下，产生电磁力，使电动机转子旋转，同时转子旋转时，转子在磁场中将感应出电动势（反电势）。电枢方程为：11、直流电动机有哪几种调速方式？各种调速方式有何优缺点？直流电动机一般有电枢调压调速、电枢串电阻调速、弱磁调速三种调速方式。电枢调压调速是通过改变电枢电压调节电动机的转速，一般在额定转速以下调速，该方式机械特性硬，恒转矩调速。电枢串电阻调速简单，特性软，轻载时调速作用小；弱磁调速改变电动机的励磁调速，一般在额定转速以上调速，恒功率调速，特性软，理想转速高。12、 晶闸管的

9、额定电流（通态平均电流）为100A，问该晶闸管能否超过100A使用？为什么？可以。根据晶闸管平均电流Id1.57ITa/kf。当波形系数kf1.57时，平均电流大于通态平均电流，即100A 13、 U1/f1协调控制与转差频率控制的最主要区别是什么？ VVVF协调控制，又称恒压频比调速，是一种保持交流电动机气隙磁通m不变的调速。三相异步电动机的定子电势有效值为：调节定子频率f1，调节电动机转速的同时，如果定子电势或定子电压不变时，则气隙磁通将会改变，气隙磁通的改变，将会使电动机的转矩均会降低，使电动机负载能力下降。因此，调频的同时将同时调节定子电压或电势，使压频比恒定，即,或,维持气隙磁通恒定

10、，从而保证电动机的负载能力。14、异步电动机有哪几种调速方式？各种调速方式有何优缺点？异步电动机一般有改变转差率调速、改变极对数调速、变频调速三种。改变转差率调速一般有调压调速和转子串电阻调速2种方式，调压调速一般是无级调速，调速范围不宽；转子串电阻调速简单可靠、有级调速；改变极对数调速结构简单、效率高、特性好且调速所需附加设备少，但价格高、体积大有级调速；变频调速特性好、无级调速、效率高、调速性能好，但控制复杂。15、为什么双闭环调速系统抗电网电压扰动的性能比单闭环调速系统好？电网电压扰动在双闭环调速系统的电流环内。电网电压的扰动由双环系统的电流环抑制，由于电流环响应速度快，扰动点较单闭环近

11、。单闭环的电网电压扰动只能在速度反映后进行抑制，而速度反映较慢，扰动点相对较远，因此，电网电压扰动在双环系统中由电流环抑制，其影响几乎不会反映到转速上。16、如何改变三相交流异步电动机的转速方向，为什么？对调任意两项定子电源电压的相序即可改变三相交流异步电动机转速方向。其原因是对调两项定子电压的相序就改变了异步电动机的旋转磁场的方向，从而改变了电动机的转速方向。17、试简述有源逆变电路的工作原理，逆变的条件是什么？有源逆变电路将直流电变换成交流电，并将交流送到电网的有源逆变过程。有源逆变的工作原理是直流电势的电能，通过逆变电路将其电能反馈到电网。逆变的条件是：直流电枢比逆变电路输出电枢大，即E

12、Ud，且逆变电路的控制角不小于90°，即90°。有源逆变特点是直流电变换成交流电，且将能量反馈给电网。18、用什么方法可以改变直流发电机电枢电势的方向?改变励磁电流的方向（改变励磁绕组或励磁电压的极性）；改变原动机的旋转方向。19、直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管短路会产生什么后果？直流PWM变换器中反并联二极管是续流二极管，其作用是提供续流电流回路。当电机回馈制动、电感能量回馈（回路2和回路4）时，主电路中续流二极管提供能量回馈的回路。如果续流二极管断路，将使续流回路断路，电路中需要回馈的能量将产生较高的电流变化率从而产生很高的过电压，损坏器件。电

13、机计算题一、一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN2.2kW，UNUf110V， nN1500r/min，N0.8，Ra0.4，Rf0.4。试求： 1、电动机的额定电流IaN；2、电动机的额定励磁电流IfN；3、额定转矩TN；4 、额定电流时的反电势；5 、直接启动时的启动电流；6、如果要使启动电流不超过额定电流的2倍，求启动电阻为多少？此时转矩又为多少？解：1、电动机的额定电流IaN： 2、电动机的额定励磁电流: 3、额定转矩TN： 4、额定电流时的反电势 5、直接启动时的启动电流 6、设附加电阻为Rad，则 二、一台直流他励电动机，其额定数据如下：PN2.2kW，UN220V，IN12.

14、4A，Ra1.7，nN1500r/min，如果这台电动机在额定转矩下运行，试求： 1、电动机的电枢电压降至180V时，电动机的转速是多少？2、励磁电流If0.8IfN (即磁通0.8N)时，电动机的转速是多少？3、电枢回路串入附加电阻Rad2，电动机的转速是多少？解：直流电动机机械特性：，即可求出上述几种条件下的转速n，题中三种条件下的转矩T是相同的，在忽略了损耗的情况下， 1、此时U180V，Ra1.7 而 故 2、此时UUN220V，Ra1.7 故 3、此时UUN220V 电枢回路总电阻 RRa+ Rad1.7+23.7（） 而 故 三、有一台三相异步电动机，其额定转速nN1470r/mi

15、n，电源电压的频率f1=50Hz，设在额定负载下运行，试求：1定子旋转磁场对定子的转速；2定子旋转磁场对转子的转速；3转子旋转磁场对转子的转速；4转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。解：1、由于电动机的额定转速nN1470rpm ，定子频率f150Hz则极对数p2 ，旋转磁场转速n050×60÷21500rpm 定子旋转磁场对定子的转速为：n11500rpm 2、定子旋转磁场的转速对转子的转速n21500-147030 rpm 3、转子旋转磁场对转子的转速n31500-147030 rpm 4、转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速n41500-15000 rpm 四、有一台2对极

16、三相异步电动机，电源电压的频率为50Hz，额定负载时电动机的转差率s0.02，求电动机的同步转速n0、转子转速n及转子电流频率。解：交流电动机的极对数为：p2 电动机的同步转速： 电动机的转子转速：n（1s）n0 （10.02）×1500 1470（r/min） 电动机的转子电流频率：f2（1s）f1 （10.02）×50 49（Hz） 电力电子计算题一、一个单相桥式可控整流电路，电阻性负载。若整流电路输出直流电压Ud60V，输出电流Id30A，U2220V。试求： 1. 试计算晶闸管的控制角？2. 试计算晶闸管的导通角？晶闸管的平均电流IdT？解：1.由 2. 3. 二、

17、某三相半波可逆电路，直流侧为阻感反电势负载。已知电阻R2，L极大，反电势E200V为一直流发电机的电势，其输出功率P5kW，U2220V。试求： 1. 逆变电路的输出电压Ud；2. 逆变电路的逆变角；3. 晶闸管的电流有效值IT。解：1. 逆变电路的直流电流为： 又 2. 由 3. 三、三相桥式全控整流电路对电阻、电感、反电势负载供电。R1，L值极大，E100V，U2100V。当60°时，求：1、 该整流电路输出电压的平均值Ud；2、 整流电路输出电流的平均值Id；3、晶闸管的平均电流IdT。解：1. 2. 3. 四、三相全控桥变流器，接反电势、电阻、电感负载。U2=220V，R=1

18、，L值极大，LB=1mH。当E=400V、=600时，求：1、 变流器输出电压Ud；2、 变流器输出电流Id；3、 换相重叠角；解：1、2、Ud1 -2.34 U2cos -2.34×220×cos60°-257.4(V) Id(Ud1E) / (RmXB/2) （-257.4-（-400）/(16×2×50×1×103/2) 109.7(A) Ud -2.34 U2cosmXB Id / 2 2.34 U2cosmfLB Id-257.4-0.3×109.7 -290.3（V）3 、cos（120°）c

19、os120°XB Id /2 U2lsin（/6） cos120°2×50×1×103×109.7/2×220×sin（/6） -0.5-0.128 -0.628 +128.9° 8.9° 五、某单相桥式半控整流电路，带电感性负载并有续流二极管，负载电阻RL5、大电感L，电源电压U2220V，晶闸管控制角60°。试求： 1、 输出电压Ud；2、 输出平均电流Id，晶闸管电流平均值IdVS，整流管电流平均值IdVS；3、 选择晶闸管的额定值（5分）。解：1、整流电路的输出电压为： 2、输

20、出平均电流 晶闸管和整流管导通角：180°-180°-60°120° 续流二极管导通角： DR360°-2360°-240°120° 晶闸管和整流管电流平均值： 3、晶闸管的有效值： 电流的波形系数 晶闸管通态平均电流 考虑安全系数，电流额定：IN（1.52）×1116.522A，取20A 晶闸管最大反向电压 其额定电压UDRMURRM（23）Um（23）×311（622933）（V），取700V 选用3CT20/700晶闸管六、三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R2，L，U2100V，XB0.

21、1，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并画出ud、iVD和i2的波形。解： 1、整流电路输出电压平均值 （1分) （1分) 输出电流平均值 （1分)2、换相重叠角：当m6，00时 3、波形控制系统综合题一、某单闭环直流调速系统。试求：1. 画出此单闭环调速系统的静态结构图；2. 如采用开环系统，系统的静特性如图所示。问系统的静差率为多少？ 3. 若系统开环速降nop=100rpm，系统开环放大倍数K=19，求闭环速降ncl=？1 系统的静特性0nIdn图2 系统的静特性Idn004. 如闭环调速系统的静特性如图2中实线所示，此时该系统在结构上将如何改变？UctMBRU

22、gEUf U= 解：1. 2. n1500-145050（rpm） 3. 4.从调整后的系统静特性来看，系统应为无静差系统，因此，调速系统的调节器应为PI调节器，所以，应该在调节器的反馈支路上串接电容，构成PI调节器。二、如图3所示为一直流脉宽调制放大器的电路图和基极控制信号。1.问该直流脉宽调制放大器属于什么型式？ 2. 据图4所示，说明在时间0t1,t1-ton,tton-t2,t2-T，电流流通的路径，并指出在这种情况下，电动机所处的状态。3. 若占空比0.5，求此时放大器的输出电压Ud、输出电流Id。MUb1Ub2Ub3Ub4Ub1Ub2Ub3Ub4oooottttVT1VT2VT3V

23、T4VD1VD2VD3VD4图3 直流脉宽调制放大器及三极管基极控制信号Ud ，idoUsUd idTton t1t2图4 输出电压、电流波形t解：1. 双极式直流脉宽调制放大器。 2.0t1期间，电流路径为， MUb1Ub2Ub3Ub4VT1VT2VT3VT4VD1VD2VD3VD4直流脉宽调制放大器的电流路径电动机反馈制动状态； t1ton期间，电流路径为，电动机电动状态； tont2期间，电流路径为， 电动机电动状态； t2T期间，电流路径为，电动机反接制动状态。 3. 0.5时，Ud 0， Id 0 ASR*ACRMTGUn GT*Ui Uct Un Ui L 三、试画出直流双闭环调速控制系统的结构图，说明该系统的结构特点。并简述系统的启动过程解： 直流双闭环调速控制系统的结构图转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流；恒流升速阶段中，电机在最大电流下，转速由零上升到给定速度；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，调节电流、速度达到稳态。（4分）四、图1所示为单闭环调速系统的结构图。调节器为P调节器。UctUctMTGUn*EUn R0R1 图1 单闭环调速系统结构图0