浙大远程机电运动控制系统作业答案(必做)

1、机电运动控制系统(习题集)必做作业参照答案直流电机有哪些调速方法?依据其速度公式说明之,并说明如何釆用电力电子手段实现。答:EUaRaIan,Ce依据直流电机速度公式Ce有电枢电压Ua控制调压调速（向下调速）采纳电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制(PWM)供电等方式,其消耗小，控制性能好。磁场控制弱磁（向上浮速）,采纳电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。因为运转消耗大、效率低,一般不再釆用串Ra调速。画出双闭环晶闸管直流电动机不行逆调速系统电原理图（非方块图），须清楚表达两个闭环的要点元件，写出各部分名称，注明相干信号量；指出两闭环连接上的特色及互相干

2、系。答:双闭环晶闸管直流电动机不行逆调速系统电原理图以下：两闭环连接上的关系是速度调理器的输出作为电流调理器的输入，这就使得该系统拥有由速度调理器的输出限幅值确立了电流环的给定值，从而确立了系统的最大电流的特色。分析双闭环晶闸管直流电动机不行逆调速系统：假如要改变转速，应调理什么参数？为何？如要控制系统的起动电流、保证系统运转安全，应调理什么参数？为何？答:改变转速时只好改变速度调理器的输入ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调理器的参数对稳态速度无调理作用，仅会影响动向响应速度快慢。要控制系统的起动电流、保证系统运转安全，应调理速度调理器的输出限幅值。因为速度调理器的输出限幅值确立了电流

3、环的给定值，从而确立了系统的最大电流。填空:双闭环晶闸管直流电动机调速系统中，内环为电流环，外环为速度环，其连接关系是：速度调理器的输出作为电流调理器的输入，因其他环调理器的输出限幅值应按调速系统同意最大电流来整定；内环调理器的输出限幅值应按可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角来整定。两调理器均为PI型调理器，调速系统可以做到静态无差是因为调理器拥有积分(记忆)功能；能实现快速动向调理是因为调理器拥有饱和限幅功能。在转速、电流双闭环系统中，速度调理器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来调整？电流调理器有哪些作用？其输出限幅值应如何调整？答：速度调理器用于对电机转速进行控制，以保障：调速精度，

4、做到静态无差；机械特征硬，满足负载要求。速度调理器输出限幅值应按调速系统同意最大电流来调整，以保证系统运转安全(过电流保护)电流调理器实现对电流的控制，以保障：精确满足负载转矩大小要求(经过电流控制)；调速的快速动向特征(转矩的快速响应)。电流调理器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压，其限幅值决定了触发角的移相范围，故应按minmax来调整。双闭环调速系统正常工作时，调理什么参数可以改变电动机转速？假如速度闭环的转速反响线忽然断掉，会发生什么现象？电动机还能否调速？答：(1)双闭环调速系统正常工作时，只有调理速度给定信号ug才可以改变电动机转速。而改变速度调理器的参数(如比率系数、积

5、分时间常数转速，因为是速度闭环系统，不论负载大小均速度无差。)均无作用，改变负载大小也不可以影响转速反响线忽然断掉时，ufn0，使unugufnug很大，速度调理器饱和限幅输出，调速系统以最大电流、最大转矩加速，直至电磁转矩与负载转矩、阻尼转矩相均衡，达到最高转速而恒定，故电动机不行调速。7.以双闭环直流调速系统两个闭环之间连接上的特色及各个闭环的功能为依照，详实解说以下图所示从静止起动至给定转速ng并带负载（以负载电流IL表示）的过程，即说明(1)、(2)、(3)阶段转速n、电枢电流id的变化规律。，至此启动过程结束。答:起动特色：id由0Idmax（限幅值）ST、LT所有饱和限幅，蜕变为限

6、幅器，系统实为速度、电流双开环过程电机静止，ufn0给定ug突加，unug很大，ST饱和，un输出限幅，无PI调理作用电流给定un为限幅值对应电流指令Idmax；但电流未建立，ufi0，LT输入uiun，LT饱和，输出uk限幅，推min，至使UdmaxIdmaxTmax加速n。因转子惯性，nng加速特色IdIdmax恒定（电流调理结果，非限幅）ST饱和限幅，LT作PI调理，实为电流单闭环系统。过程nngufnugunugufn很大ST仍饱和限幅，无调理作用。ST输出un为限幅值使LT以Idmax为指令值电流闭环不停调理整流触发角动向地保持IdI，dmax保持与给定无差“动向均衡”动向均衡过程：

7、随nECenUdEIdR原定(Ud)下Id将反响ufiuiunufi经LTPI调理后,ukIdIdmax并保持不变电机以恒定Idmax、Tmax加速，nPI调理至稳固特色转速稳固至nng，电流稳固至IdIL（对应TL）；ST、LT均作PI调理，真切速度、电流双闭环工作。过程第一分析进入本阶段开始点的初值状况A速度：上阶段末加速至nngufnugST输入un的积分（记忆）作用使ST输出un0仍暂作饱和输出电流指令为IdB电流：上阶段末IdIdmax，与指令同样ufiunuiPI型LT的积分（记忆）作用使LT输出uk0迫使IdIdmax的位置。0；但PI型STIdmax。0移至能产生故以IdIdm

8、ax进入(3)，会用TTmax驱动而加速过头，出现nng转速超调超调时nngunugufn0PI调理器反向积分ST退出饱和，进入PI调节un命令IdIdmaxLT输出ukUdIdT此中IdIL时，（超调）最大，以后n。nUnun0un0t因为电磁惯性，Id可能达IdILTTL电机进入制动nEIdUdE上升，重新回到nng（均衡）R经几次振荡，PI调理达均衡虽un0,ui0，但PI调理器积分记忆功能使uk0推至适合位置产生适合Ud、Id、T保证系统静态无差运转。在直流可逆调速系统中，主回路为何需要双桥反并联？答:在直流可逆系统中，要求电磁转矩拥有两种方向，以实现四象限运转T0Ia0T0反转正转转

9、矩电流制动电动为正为正TCtn0n0Ia反转正转转矩C电流电动制动为负为负T0T0Ia0单桥只好供给单一方向电枢电流产生单一方向电磁转矩;EUdIdMMIdUdE双桥反并联才能供给两个方向电枢电流，产生两个方向电磁转矩，构成可逆系统主电路。图示为直流电动机脉宽调制(PWM)调速系统主电路(H型桥)，各功率开关元件编号及电机反电势Ea方向如图。当采纳双极性脉宽调制时:画出VTlVT4基极控制信号ublu及电机端电压b4Ua波形；说明为何叫双极性？如何实现正、反转？何时速度为零？答:正半周（0tt1）电机电压U0（BA）A负半周（t1tT）电机电压U0（AB）A即一个周期内可获取两个方向电压极性，

10、称双极性。正/反转控制只需改变t1位置（占空比），方便:t1T/2,均匀值UA0电机正转t1T/2,均匀值UA0电机反转VTlVT4基极信号ublub4及电机端电压Ua波形图示为直流电动机脉宽调制(斩波)调速系统主电路(H型桥)，各功率开关元件编号及电机反电势Ea方向如图。当采纳双极性脉宽调制时,分析:不一样时刻的导通元件及导通原因;画出各阶段的电流路径及保持电流的源泉(电源电压、电枢反电势、自感电势等)电机运转状态(电动、能耗制动、再生制动、反接制动等)及其原由。答：工作过程（设UsEa）I（1）0tt1u0VT,VT通b1,414ub2,30VT2,VT3断USVD1VD3在(UsEa)0

11、作用下，形成电流路径VT1EaVT3Ia,Ea反向电机作电动运转MIaBAIIVD2VD4（2）t1tTVT2VT4ub1,40VT1、VT4断，切断电源Us；ub2,30应VT2、VT3通，但电枢电感自感电势Ldi/dt作用IUSVD1VD3a保持电流方向不可以突变VD2、VD3通续流VT2、VT3反偏，断形成电流IVT1EaVT3Iaa路径Ia与Ea反向电机仍作电动运转使Ldia/dt很快衰减为零，为Ia换向创立条件（设在t1t2T时刻断流）。（3）t2tTt2时刻路径断流VD2、VD3断VT2、VT3反偏消逝，通在（UsEa）作用下产生大值冲击电流UsEa形成电流路径IIIIaRIa,E

12、a同向电机作反接制动至下周期（Tt1）时刻（4）TtTt1ub2,30VT2、VT3断ub1,40应VT1、VT4通但在Ldia/dt续流及反电势Ea共同作用下电流方向不变VD1、VD4通形成电流路径Ia、Ea同向再生制动（能量回馈电源Us）直至（EaLdia/dt）Us，路径断流VT1、VT4得以导通，进入下一周期输出电压一周期内瞬时电压为双极性方波，均匀值UAt1Us(Tt1)Us(2t11)UsUsTTT负载电压系数UA2t11=-10+1UsTBMAIIVD2VD4VT2VT4IVIIIUSVD1VD3VT1EaVT3IaBMAVD2VD4VT2VT4IVIIIUSVD1VD3VT1E

13、aVT3IaBMAVD2VD4VT2VT4UAUsUAt1Tt-Us11异步电机有哪些调速方法？从转速公式长进行分类说明。这些调速方法又各采纳什么样的电力电子手段来实现？答:异步电机调速方法可按其速度公式n(1-s)ns来分类：(1)变同步速调速ns,60f1具体有:p变频调速。可采纳直-交变换的逆变器戓交-交变频器改变电机供电频率fl。变极调速。需同时改变定、转子极对数，故只适合鼠笼式异步电机。变滑差S调速。这是一种改变转子滑差功率耗费的调速方式。具体有：交流调压调速采纳双向晶闸管构成的交流固态调压器实现。转子串电阻调速，仅适合绕线式异步电机。串级调速，绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电

14、势汲取或增补滑差功率来实现速度的调理，采纳不控整流器一有源逆变器装置。双馈调速，绕线式异步电机转子中采纳功率可双向流动变频装置，实现同步速上、下的调速和四限象运转。12鼠笼式异步电机采纳调压调速时，适合拖动什么样的负载？为何？答:鼠笼式异步电机采纳调压调速时，适合于拖动风机、水泵类负载，这种负载的转矩与转速平方成正比，功率与转速三次方成正比。调压调速的特征与这种负载特征很般配，主要从转子发热能经过来考虑。用于调压调速的异步电机应是高转子电阻电机（高滑差电机，转子串电阻绕线式异步电机）,这是基于以下考虑:(1)限制转子发热（滑差功率耗费型调速）：转子发热与滑差耗费相干，而Ps=SPM与S,即调速

15、范围相干。而风机/水泵调速范围不宽（10070%），二者特征相当高转子电阻能融化异步电机的T-S曲线，扩大调速范围13交直交变频调速系统：（1）六阶梯波逆变器中，改变Ul依靠调理可控整流器的移相触发角来实现，改变f1依靠调理逆变器晶闸管换流快慢(频率)来实现，改变电机转向依靠改变逆变器晶闸管触发脉冲的分配规律来实现。（2）在正弦脉宽调制型SPWM逆变器中，改变Ul依靠调理正弦调制波幅值来实现，改变f1依靠调理正弦调制波频率来实现，改变电机转向依靠改变逆变器开关元件驱动脉冲的分配规律来实现。14变流器非正弦供电对电机运转性能有何影响？答：变流器非正弦供电对电机运转性能的影响有:(1)磁路工作点:

16、使六阶梯波电压源供电电机气隙磁密比正弦波供电时大和，使力能指标，cos设计非正弦电压源供电电机时，其磁路设计和空载试验须提升电压10%,磁路将饱10%，以计及谐波磁场的饱和效应电流中的谐波将使槽电流增大（1.1倍），槽磁势增大，漏磁路饱和，使定子漏抗减小（1520）%(3)转子参数:谐波滑差Sk=1，转子频率f2=Skf1=f1为高频，转子集肤效应严重。转子电阻增大；转子电流挤向槽口，分布不均，槽漏抗减小。功率因数:电流谐波增大电流有效值提升磁路饱和程度增添励磁电流cos降低消耗与效率:变频器非正弦供电时，谐波电流增添了消耗、降低了效率。但变化趋向与变频器型相干:电压源型逆变器供电时,谐波电流

17、大小及产生的谐波消耗p不随负载2变化而恒定,造成:轻载时，多；满载时，少（2%）电流源型逆变器供电时,电流中各次谐波含量比率确立，大小随负载变时，消耗增大，、cos多；,造成:满载轻载时，消耗较小，、cos少。谐波转矩恒定谐波转矩气隙磁通中谐波磁通与在转子中感觉出同次谐波电流互相作用产生的异步性质谐波转矩,其值恒定但很小（1%TN）,影响可忽视。脉动转矩不一样次数谐波磁场(主若是幅值最大的5、7次)与基波磁场的互相作用产生出六倍频谐波转矩.其性质为脉振转矩,均匀值为零。电应力非正弦电压波形上电压变化梯度大,绕组进线第一匝电容小、容抗大，将承受40%的过电压（电位梯度），使绝缘因电晕而老化、击穿

18、。(8)轴电流:零序电压U0作用在零序回路上,形成流过轴、轴承的轴电流.变频器供电时，此中谐波电压频率高，容性零序阻抗小，轴电流大。流过轴承，破坏油膜稳固生成，形成干磨擦，烧毁电机，成为变频电机常烧轴承的原由.在设计及采纳变流器非正弦供电电机时,应作如何考虑？答:在设计及采纳变流器非正弦供电电机时,应试虑的对策是：电压源型变流器供电时,因变频器输出电压谐波含量确立，要设计或采纳漏抗大电机来限制谐波电流的产生恶果。电流源型变流器供电时,因变频器输出电流谐波含量确立，要设计或采纳漏抗小电机来限制谐波电压的产生及恶果。异步电机非正弦供电下，存在两种谐波转矩：(1)恒定谐波转矩，性质：(a)异步转矩性

19、质。(b)恒定转矩，但数值很小，其影响可忽视产活力理是气隙磁通中谐波磁通（激励）转子中感觉出同次谐波电流（响应）互相作用产生的谐波转矩。(2)交变谐波转矩，性质：(a)脉振转矩(基波的六倍频)非恒定转矩(不一样极对数磁场作用产生)，均匀值为零，(c)但低速（低频）时脉动幅值大，会造成噪声、振动，影响大；产活力理不一样次数谐波磁场与基波磁场的互相作用结果。幅值最大低次(5、7次)谐波电流建立5、7次谐波磁场转子中感觉出5、7次转子谐波电流。此中5次谐波转子电流（磁势）以51反转，基波旋转磁场以1正转，二者相对速度为61。7次谐波转子电流（磁势）以71正转，基波旋转磁场以1正转，二者相对速度为61

20、。均产生出六倍频谐波转矩。17变频调速系统中，逆变器有电压源逆变器（VSI）及电流源逆变器（CSI）之分，试从以下三方面对比说明其差异，并详实说明其原由：答:直流环节所用滤波元件及造成的电源内阻特征上：电压源型逆变器:采纳大电容滤波，逆变器电源内阻表现低内阻特征，使输出电压不随负载电流改变而稳固。电流源型逆变器:釆用大电感滤波，逆变器电源内阻表现高内阻特征，使输出电流稳固，输出电压随负载电流变。功率开关元件导通型式及造成的输出电压、电流特征上：电压源型：180度导通型（每管导通半周期）,换流在同相上、下桥臂元件间进行，任何时刻均有三管导通，使三相电压确立。电流源型：120度导通型（每管导通1/

21、3周期）,换流在同组（共阳或共阴组）的三相元件间进行，任何时候只有两管导通，使三相电流确立。拖动多机及四象限运转能力上：电压源型：大电容滤波，直流母线电压极性不可以改变，两桥开关元件单导游电性决定了直流电流流向不可以变，功率只好从电网流向电机，电机只好作电动运转，故无四象限运转能力电流源型：虽两桥开关元件单导游电性决定直流电流流向不可以改变，但大电感滤波下直流母线电压极性同意改变，故有四象限运转能力。在采纳六阶梯波(方波)逆变器构成的交向来一交变频调速系统中，分别论述：改变电机端电压依靠调理什么来实现？改变电机运转频率依靠调理什么来实现？改变电机转向又是依靠什么来实现？答：改变电机端电压依靠调

22、理可控整流器的输出直流电压来实现；改变电机运转频率依靠调理逆变器晶闸管换流快慢(频率)来实现；改变电机转向又是依靠逆变器晶闸管触发脉冲的分配来实现。19.按电压与频率协调控制的实现方式区分,交直交变频器有几种结构形式?图示说明。答:（1）可控整流器调压+逆变器变频形式:釆用可控整流器相控调压,改变逆变器换流快慢（脉冲频率）实现变频。（2）不控整流器整流+斩波器调压+逆变器变频形式:釆用不控整流改进输入特征,但输出直流电压Ud恒定，故采纳斩波器脉宽调制调压;仍釆用六脉波逆变器,改变逆变器换流快慢（脉冲频率）实现变频,但输出特征差。（3）不控整流器整流+PWM逆变器调压/变频形式:逆变器采纳高频自

23、关断器件,提升逆变器开关频率，使最低次谐波频率提升,削弱了谐波负面影响;同时釆用正弦脉宽调制（PWM）控制，使输出电压以正弦基波为主,大大改进了输出特征。在采纳SPWM（正弦脉宽调制）逆变器构成的交向来一交变频调速系统中，分别论述：改变电机端电压依靠调理什么来实现？改变电机运转频率依靠调理什么来实现？改变电机转向又是依靠什么来实现？答：采纳SPWM（正弦脉宽调制）逆变器构成的交向来一交变频调速系统中：改变电机端电压依靠调理正弦调制波幅值来实现；改变电机运转频率依靠调理正弦调制波频率来实现；改变电机转向又是依靠改变三相正弦调制波的相序来实现，也可以为是经过变化逆变器功率开关元件的分配次序来实现。

24、21.PWM型变频器输出电压的幅值和频率是如何调理的？分别就正弦脉宽调制追踪控制(SVPWM)两种不一样方式作出说明。答：(SPWM)和磁链SPWM：改变正弦调制波的频率，调理PWM波脉宽变化周期，即频率；改变正弦调制波的幅值，调理PWM波脉冲宽度，即电压大小(2)SVPWM设基频为1N2f1N基频以下11N：采纳零矢量控制磁链圆大小恒定-恒磁通控制基频11N：不用零矢量，有效矢量作用时间额定基频以上11N：不用零矢量，减罕有效矢量作用时间磁链圆变小（弱磁控制），转速变快22.答:9.脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波)变频器对比有何长处？正弦脉宽调制(SPWM)变频器如何获取正弦脉宽的

25、输出电压？又如何实现输出频率和输出电压大小的调理。脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波)变频器对比长处是输出特征好，即输出基波成分大、谐波成分小，特别是谐波高频化，无低次谐波，因此易于滤波。正弦脉宽调制(SPWM)变频器要获取正弦脉宽的输出电压可采纳自然采样法的调制技术，即采纳正弦调制波与等腰三角形载波订交、交点决定逆变器功率器件开关时刻的方式获取正弦脉宽的输出电压。调理正弦调制波的频率可实现逆变器输出频率的调理，调理正弦调制波的幅值可实现逆变器输出电压大小的调理。23。异步电机变频调速时，电机端电压应如何变化?图示说明之答:Ul随频率f1的变化规律是:(1)基频以下(f1f1N):釆用Ul/fl=C控制,保证恒磁通控制,实现恒转矩运行。但在f1f1N):保持Ul=C,则隨f1上升,U1N/f1降落,电机作弱磁控制,实现恒功率运转。画出频率开环、电压源(SPWM)逆变器异步电机变频调速系统原理图(包含详实的主电路、控制电路)，说明主功率开关器件旁为何必须反并联续流二极管？答:频率开环、电压源(SPWM)逆变器异步电机变频调速系统原理如右图所示。