电力拖动复习题答案

试述交流异步电动机调速的方法，分类及其特色。常有的交流调速方法有：①降电压调速；②转差离合器调速；③转子串电阻调速；④绕线电机串级调速或双馈电机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等等。分类及其特色：从能量变换的角度上看，转差功率可否增大，是耗资掉仍是获取回收，是评价调速系统效率高低的标记。从这点出发，能够把异步电机的调速系统分成三类:1.转差功率耗资型调速系统,这各种类的所有转差功率都变换成热能耗资在转子回路中，上述的第①、②、③三种调速方法都属于这一类。这种系统的效率最低，并且越到低速时效率越低，它是以增添转差功率的耗资来换取转速的降低的。可是结构简单，设备成本最低2.转差功率馈送型调速系统,这种系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧经过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述第④种调速方法属于这一类。无论是馈出仍是馈入的转差功率，扣除变流装置自己的消耗后，最后都转变为实用的功率，所以这种系统的效率较高，但要增添一些设备。3.转差功率不变型调速系统,在这种系统中，转差功率只有转子铜损，并且无论转速高低，转差功率基本不变，所以效率更高，上述的第⑤、⑥两种调速方法属于此类。此中变极对数调速是有级的，应用处合有限。只有变压变频调速应用最广，能够组成高动向性能的交流调速系统，代替直流调速；但在定子电路中须装备与电动机容量相当的变压变频器，对照之下，设备成本最高。请表达交流异步电动机电压频率协调控制的方式及其各自的特色UsEg常值4.44f1NskNS.f1f1EgΦm1.恒压频比控制（Us/1），由气隙磁通在定子每相中感觉电动势的有效值，只要控制好Eg和f1，即可达到控制磁通m的目的，当频率f1从额定值f1N向下调治时，一定同时降低Eg，使常值，可是，绕组中的感觉电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，能够忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而以为定子相电压Us≈Eg，则得，即恒压频比的控制方式。2.恒Eg/1控制，若是在电压－频率协调控制中，适合地提升电压Us的数值，使它在战胜定子漏阻抗压降今后，能保持Eg/1为恒值（基频以下），无论频率高低，每极磁通m均为常值,即恒Eg/1控制；3．恒Er/1控制，若是把电压－频率协调控制中的电压再进一步提升，把转子漏抗上的压降也抵消掉，获取恒Er/1控制（可加上机械特点的解析等使更完好）各控制的方式及其各自的特色：（1）恒压频比（Us/1=Constant）控制最简单实现，它的变频机械特点基本上是平行下移，硬度也较好，能够知足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强者意，须对定子压降实行补偿（2）恒Eg/1控制是平时对恒压频比控制实行电压补偿的标准，能够在稳态时达到rm=Constant，进而改进了低速性能。但机械特点仍是非线性的，产生转矩的能力仍碰到限制。3）恒Er/1控制能够获取和直流他励电机相同的线性机械特点，依据转子全磁通rm恒定进行控制，即得r1E/=Constant，并且，在动向中也尽可能保持rm恒定是矢量控制系统的目标，自然实现起来是比较复杂的。请阐述电机的恒转矩运行和恒功率运行含义。若是电机在不同样转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在同意温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，依据电力拖动原理，在基频以下，磁通恒准时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速高升时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。试述依据中间直流环节的不同样，交直交变频器的分类，并解析它们的特色。在交-直-交变压变频器中，依据中间直流环节直流电源性质的不同样，逆变器能够分成电压源型和电流源型两类，各种类的实质差别在于直流环节采纳怎样的滤波器电压源型逆变器，直流环节采纳大电容滤波，因此直流电压波形比较平直，在理想状况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，有时简称电压型逆变器。电流源型逆变器，直流环节采纳大电感滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，或简称电流型逆变器。两类逆变器在性能上的差别主要表现在（1）无功能量的缓冲。在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。在中间直流环节与负载电机之间，除了有功功率的传达外，还存在无功功率的交换。滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。所以，两类逆变器的差别还表现在采纳什么储能元件（电容器或电感器）来缓冲无功能量。（2）能量的回馈用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显然特色，就是简单实现能量的回馈，进而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械。下边以由晶闸管可控整流器UCR和电流源型串通二极管式晶闸管逆变器CSI组成的交-直交变压变频调速系统（以以下列图所示）为例，说明电动运行和回馈制动两种状态。a）电动运行LdIdTe+UCRCSIωUdPM3~-α<90oω1>ω整流电动逆变图

6-16-a

电流源型交

-直-交变压变频调速系统的两种运行状态当电动运行时，

UCR的控制角

<90

，工作在整流状态，直流回路电压

Ud

的极性为上正下负，电流

Id

由正端流入逆变器

CSI，CSI工作在逆变状态，输出电压的频率

1>，电动机以

转速运行，电功率的传达方向如上图

a所示。b）逆变运行LdIdTeUCR-CSIωUdM3~P+α>90oω1<ω有源逆变整流发电图

6-16-b

电流源型交

-直-交变压变频调速系统的两种运行状态若是降低变压变频器的输出频率1，或从机械上抬高电机转速，使1<，同时使UCR的控制角>90，则异步电机转入发电状态，逆变器转入整流状态，而可控整流器转入有源逆变状态，此时直流电压Ud立刻反向，而电流Id方向不变，电能由电机回馈给交流电网（图b）。与此相反，采纳电压源型的交-直-交变压变频调速系统要实现回馈制动和四象限运行却很困难，因为此中间直流环节有大电容钳制着电压的极性，不行能迅速反向，而电流碰到器件单导游电性的限制也不能够反向，所以在原装置上没法实现回馈制动一定制动时，只得在直流环节中并联电阻实现能耗制动，也许与UCR反并联一组反向的可控整流器，用以经过反向的制动电流，而保持电压极性不变，实现回馈制动。这样做，设备要复杂多了。3）动向响应正因为交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压能够迅速改变，所以动向响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动向响应就慢得多。（4）输出波形电压源型逆变器输出的电压波形为方波，电流源型逆变器输出的电流波形为方波（见下表）。（5）应用场合电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易颠簸，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求迅速起制动和迅速减速的场合。采纳电流源型逆变器的系统则相反，不适用于多电机传动，但能够知足迅速起制动和可逆运行的要求。（未详，详见p168）请简述变频调速系统中SPWM方法及其实现依据。依据波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应地址的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与希望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制，这种序列的矩形波称作SPWM波。参照正弦波振荡器供给调频、调幅的正弦信号，其频率决定逆变器输出电压的基波频率；幅值决定输出电压的大小。SPWM控制方式又分为单极性控制方式和双极性控制方式。6.请阐述SPWM方法中的规则采样法，其有何长处。上图中三角波两个正峰值之间为一个采样周期采样得D点，过D作水平直线和三角波分别交于控制开关器件的通断，正弦调制信号波r为信号波角频率。从图中可得Tc(1MsinrtD)2则有缝隙宽度'1TcTc(1MsinrtD)24

Tc，在三角波的负峰时辰tD对正弦信号波A、B点，在A点时辰tA和B点时辰tB式中，M称为调制度，0≤a<1；，，三角波一周期内，脉冲两边，依据上述采样原理和计算公式，能够用计算机实时控制产生SPWM波形。自然采样法中，脉冲中点不睦三角波一周期的中点（即负峰点）重合，规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化，且获取的脉冲宽度和用自然采样法获取的脉冲宽度特别凑近。7.写出六拍阶梯波逆变器8种工作状态与对应的开关代码，此中，ABC三相上、下桥臂的开关管摆列分别为

135、462。逆变器采纳

180°导通型，功率开关器件共有

8种工作状态，此中

6种有效开关状态；

2种无效状态（因为逆变器这时并无输出电压）

：上桥臂开关

VT1、VT3、VT5

所有导通，下桥臂开关VT2、VT4、VT6所有导通，开关状态和代码表表以下：8、变频调速的异步电动机，带额定负载起动，应采纳下边哪一个图中的特点，说明原由。(b)（b）图，从压降补偿和不同样斜率的补偿特点，未详。9、什么是电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制技术？相对于SPWM和电流滞环控制有什么长处？交流电动机需要输入三相正弦电流的最后目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，进而产生恒定的电磁转矩。若是对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，依据追踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其收效应该更好。这种控制方法称作“磁链追踪控制”，磁链的轨迹是交替使用不同样的电压空间矢量获取的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM）控制”。（定义简单,详尽讲就很多了，p176-181）SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量凑近正弦波，并未顾及输出电流的波形，电流滞环追踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波周边变化，而电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制技术依据追踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，进而产生恒定的电磁转矩，其收效应该更好；它利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简略,；采纳SVPWM控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这比一般的SPWM逆变器输出电压提升了15%（不必然完好）10、什么是SPWM逆变器的同步伐制和异步伐制？为何要采纳分段同步伐制？同步伐制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。异步伐制——载波信号和调制信号不同样步的调制方式。因为同步伐制时fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除；fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受，而异步伐制时当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，为战胜上述缺点，把fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同样频段N不同样，即分段同步伐制，这样在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采纳较高的N，使载波频率不致过低。试采纳线性组合法由空间矢量组成新的电压矢量，按最小开关消耗原则生成区间的三相对称电压，并画出对应电压波形。（为，参照p179-182页，近似）12、结合以下列图讲解异步电机的动向数学模型，及其为何是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。( )上图反响了三相异步电机的多变量非线性数学模型：uRip(Li)RiLdidLiΨsLssLsrisdtdtLdidLiΨrLrsLrrRiirdtdTenpLms[(iAiaiBib(iAibiBiciCia)sin((iAiciBiaiCib)sin(TeTLJdnpdt

iCic)sin120)120)]该图表示了异步电机数学模型的以下详尽性质：异步电机能够看作一个双输入双输出的系统，输入量是电压向量和定子输入角频率，输出量是磁链向量和转子角速度。电流向量能够看作是状态变量，它和磁链矢量之间有由式（5-76）确立的关系。非线性要素存在于?1（?）和?2（?）中，即存在于产生旋转电动势er和电磁转矩Te两个环节上，还包括在电感矩阵L中，旋转电动势和电磁转矩的非线性关系和直流电机弱磁控制的状况相似，可是关系更复杂一些。多变量之间的耦合关系主要也表现在?1（?）和?2（?）两个环节上，特别是产生旋转电动势的?1对系统内部的影响最大( )1)异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获取良好的动向性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动向过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动向转矩。因为这些原由，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又相互都有影响，所以是强耦合的多变量系统2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通获取感觉电动势，因为它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即便不考虑磁饱和等要素，数学模型也是非线性的。3）三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即便不考虑变频装置的滞后要素，也是一个八阶系统。总起来说，异步电机的动向数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统.请推导出2s/2r变换的变换阵。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系M、T变换称作两相—两相旋转变换，简称2s/2r变换，两个坐标系画在一起，即得以下列图，两相交流电流i、i和两个直流电流im、it产生相同的以同步转速1旋转的合成磁动势Fs。因为各绕组匝数都相等，能够消去磁动势中的匝数，直接用电流表示M，T轴和矢量Fs（is）都以转速1旋转，重量im、it的长短不变，相当于M，T绕组的直流磁动势。但、轴是静止的，轴与M轴的夹角随时间而变化，所以is在、轴上的重量的长短也随时间变化，相当于绕组交流磁动势的瞬时价。由图可见，i、i和im、it之间存在以下关系：iβimsinitcosiαimcositsin和，写成矩阵形式，得C2r/2scossiniαcossinimC2r/2simsincosiβsincositit，式中对式两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得imcossin1cossiniαiαitsincosiβsincosiβ即得两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵：cossinC2s/2rsincos14、依据以下列图解析异步电机在任意旋转速度dq坐标系下的电压方程。依据上图获取异步电机在任意旋转速度dq坐标系下的电压方程，略去零轴重量后，可写成usdRsisdpsddqssqusqRsisqpurdRrirdpurqRrirqp

sqdqssdrddqrrqrqdqrrd此中dq坐标系下磁链方程sdLsisdLmirdsqLsisqLmirqrdLmisdLrirdrqLmisqLrirq3Lm2Lms式中——dq坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感3Ls2LmsLlsLmLls——dq坐标系定子等效两相绕组的自感3Lr2LmsLlrLmLlr——dq坐标系转子等效两相绕组的自感。请表达异步电机矢量控制的基根源理。以产生相同的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流经过三相/两相变换能够等效成两相静止坐标系上的交流电流i、i

iA、iB、iC，再经过同步旋转变

，换，能够等效成同步旋转坐标系上的直流电流

im

和

it，若是察看者站到死心上与坐标系一起旋转，他所看到的即是一台直流电机，

经过控制，能够使交流电机的转子总磁通

r

就是等效直流电机的磁通，

则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，

im

相当于励磁电流，

T

绕组相当于伪静止的电枢绕组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。把上述等效关系用结构图的形式画出来，便获取异步电动机的坐标变换结构图，从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转速，是一台异步电机。从内部看，经过3/2变换和同步旋转变换，变为一台由im和it输入，由输出的直流电机。模拟直流电机的控制策略，获取直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，即能够控制异步电机了。因为进行坐标变换的是电流（代表磁动势）的空间矢量，所以这样经过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统，控制系统的原理结构以以下列图所示：能够以为，在控制器后边引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，若是再忽略变频器中可能产生的滞后，则图5-53中虚线框内的部分能够完好删去，剩下的就是直流调速系统了。请解析在异步电机矢量控制系统中常用的两种转子磁链模型。依据描述磁链与电流关系的磁链方程计算转子磁链，得出的模型为电流模型：在两相静止坐标系上的转子磁链电流模型,整理得：rα1LmisαTrrβTrp11rβTrp1LmisβTrrα在两相旋转坐标系上的转子磁链电流模型（详p210，此未列出），和在两相静止坐标系上的转子磁链模型对照，这种模型更适合于微机实时计算，简单收敛，也比较正确；电流模型特色：转子磁链电流模型的应用较宽泛，但也都受电机参数变化的影响，比方电机温升和频率变化都会影响转子电阻

Rr，进而改变时间常数

Tr

，磁饱和程度将影响电感Lm和Lr，进而Tr也改变。这些影响都将致使磁链幅值与相位信号失真，而反响信号的失真必然使磁链闭环控制系统的性能降低。依据电压方程中感觉电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分即能够获取磁链，这样的模型叫电压模型（详见p211,式6-144,145，未列出）电压模型特色：电压模型只要要实测的电流和电压信号，不需要转速信号，且算法与转子电阻没关，只与定子电阻有关，它是简单测得的。与电流模型对照，电压模型受电动机参数变化的影响较小，并且算法简单，便于应用。但因为电压模型包括纯积分项，积分的初始值和积累偏差都影响计算结果，低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。电压模型适合中、高速范围，而电流模型能适应低速。请解析直接转矩控制系统的优缺点。长处：1）转矩和磁链的控制采纳双位式砰-砰控制器，并在PWM逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，进而避开了将定子电流分解成转矩和磁链重量，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的结构。2）选择定子磁链作为被控量，而不象VC系统中那样选择转子磁链，这样一来，计算磁链的模型能够不受转子参数变化的影响，提升了控制系统的鲁棒性。若是从数学模型推导按定子磁链控制的规律，明重要比按转子磁链定向时复杂，可是，因为采纳了砰-砰控制，这种复杂性对控制器并无影响。3）因为采纳了直接转矩控制，在加减速或负载变化的动向过程中，能够获取迅速的转矩响应。缺点：1）因为采纳砰-砰控制，实质转矩必然在上下限内脉动，而不是完好恒定的。2）因为磁链计算采纳了带积分环节的电压模型，积分初值、积累偏差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的正确度。这两个问题的影响在低速时都比较显然，因此使

DTC系统的调速范围碰到限制

。18、依据下式解析同步电机转矩的组成。TenpLmdIfiqnp(LsdLsq)idiqnp(LmdiDiqLmqiQid)第一项npLmdIfiq是转子励磁磁动势和定子电枢反响磁动势转矩重量相互作用所产生的转矩，是同步电动机主要的电磁转矩。第二项np(Lsd-Lsq)idiq是由凸极效应造成的磁阻变化在电枢反响磁动势作用下产生的转矩，称作反响转矩或磁阻转矩，这是凸极电机独有的转矩，在隐极电机中，Lsd=Lsq，该项为0。第三项np(LmdiDiq–LmqiQid)是电枢反响磁动势与阻尼绕组磁动势相互作用的转矩，若是没有阻尼绕组，也许在稳态运行时阻尼绕组中没有感觉电流，该项都是零，只有在动向中，产生阻尼电流，才有阻尼转矩，帮助同步电动机赶忙达到新的稳态。uARsiAdAdtuBRsiBdBdtuCRsiCdCdtUfRfIfdfdt0RDiDdDdt0RQiQdQdt19、请给出永磁同步电机矢量控制的数学模型，并讲解各方程的含义。动向电压方程式：式中前三个方程是定子A、B、C三相的电压方程，第四个方程是励磁绕组直流电压方程，永磁同步电动机无此方程，最后两个方程是阻尼绕组的等效电压方程。磁链方程：在两相同步旋转（d-q）坐标系上的磁链方程为dLsdidLmdIfLmdiDqLsqiqLmqiQfLmdidLrfIfLmdiDDLmdidLmdIfLrDiDQLmqiqLrQiQ式中Lsd—等效两相定子绕组d轴自感，Lsd=Lls+Lmd；Lsq—等效两相定子绕组q轴自感，Lsq=Lls+Lmq；Lls—等效两相定子绕组漏感；Lmd—d轴定子与转子绕组间的互感，相当于同步电动机原理中的d轴电枢反响电感；Lmq—q轴定子与转子绕组间的互感，相当于q轴电枢反响电感；Lrf—励磁绕组自感，Lrf=Llf+Lmd；LrD—d轴阻尼绕组自感，LrD=LlD+Lmd；TenpLmdIfiqnp(LsdLsq)idiqnp(LmdiDiqLmqiQid)LrQ—q轴阻尼绕组自感，LrQ=LlQ+Lmq；转矩和运动方程：整理后得此中第一项npLmdIfiq是转子励磁磁动势和定子电枢反响磁动势转矩重量相互作用所产生的转矩。第二项np(Lsd-Lsq)idiq是由凸极效应造成的磁阻变化在电枢反响磁动势作用下产生的转矩，称作反响转矩或磁阻转矩，第三项np(LmdiDiq–LmqiQid)是电枢反响磁动势与阻尼绕组磁动势相互作用的转矩2f11np20、与异步电机对照，同步电机调速系统有哪些特色。1）交流电机旋转磁场的同步转速与定子电源频率f有确立的关系11异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的，二者之差叫做转差s；同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差s=0。2）异步电动机的磁场仅靠定子供电产生，而同步电动机除定子磁动势外，转子侧还有独立的直流励磁，也许用永远磁钢励磁。3）同步电动机和异步电动机的定子都有相同的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同样，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永远磁钢）外，还可能有自己短路的阻尼绕组。4）异步电动机的气隙是平均的，而同步电动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙平均，凸极式则不平均，两轴的电感系数不等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作磁阻式同步电动机。5）异步电动机因为励磁的需要，一定从电源吸取滞后的无功电流，空载时功率因数很低。同步电动机则可经过调治转子的直流励磁电流，改变输入功率因数，能够滞后，也能够超前。当cos=1.0时，电枢铜损最小，还能够节约变压变频装置的容量。6）因为同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行，所以，在相同条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。7）异步电动机要靠加大转差才能提升转矩，而同步电机只须加大功角就能增大转矩，同步电动机比异步电动机对转矩扰动拥有更强的承受能力，能作出更快的动向响应。21怎样将dq坐标定义成为MT坐标？22.解析异步电机矢量控制中的FAIOMIGA系统解耦的条件。1.什么是调速系统的思想线运行？试解析采纳两组晶闸管装置反并联的V-M系统四象限运行的工作状态。2.、试解析比率控制和积分控制的优缺点，在调速系统中为何常采纳比率－积分(PI)调治器控制？3、请解析采纳PI控制的双闭环直流调速系统起动过程。4、反响控制的规律5、数字测速方法及特色6、常用的数字滤波方法7、数字PI调治器的种类及特色一、填空题（10分）每题2分得分1.V–M系统的开环机械特点由连续段与断续断组成。连续段的特点比较硬,改变控制角时是一族平行的直线,在断续区的特点表现显然非线性，特点软，理想空载转速高。单闭环调速系统采纳PI调治器校订环节解决了动静特点间的矛盾，而保留电流截止环节是为解决启动时冲击电流过大的问题，当减速或泊车时，因为可控硅电路的电流不能够反向，不能够产生制动转矩，欲要迅速制动就需增设能耗制动线路。静差率与机械特点的硬度有关，特点越硬，静差率越小，则稳态精度越高，相同硬度的特点，理想空载转速越低，静差率越大，则稳速的精度越差。4.双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，转速调治器处于饱和状态，此时它起着饱和非线性控制作用；当转速超调后，转速调治器退出饱和，它才真切发挥线性（速度）调治作用。转速电流双闭环系统中，对于电网电压的颠簸电流调治器起主要抗扰调治作用，对于负载的颠簸转速调治器起主要的抗扰调治作用。双闭环直流调速系统的启动过程可分为电流上升阶段、恒流加速阶段、转速调整阶段、牢固运行阶段。环流可分为两大类：静态环流和动向环流。8.在直流电机可逆调速系统中，欲除掉环流可采纳两种控制方法，即逻辑无环流和错位无环流。可逆调速系统中可控硅电路逆变的主要用途：在直流电动体系动或减速时，把电动机的动能回馈给交流电源，一组可控硅由整流状态转变到逆变状态时，电压反向，电能由负载侧传达到交流电源侧。10.逻辑无环流可逆调速系统使逻辑装置翻转的必需条件是转矩极性发生改变，充分条件是Id=0，从发出逻辑指令到执行指令必需经过关断等待延时，这是为了防备Id0，产生逆变推翻；还必需经过触发等待延时，是为了防备SCR不关断，造成直流环流。可逆系统的制动过程可分为；本组逆变阶段和它组制动阶段。此后者又可分为：它组建流子阶段、它组逆变子阶段和反向减流子阶段。12.可逆PWM变换器可分为：双极式可逆PWM变换器，同一桥臂的上下两个GTR同ON或OFF。在0≤t≤ton时，Ub1=Ub4=+，Ub2=Ub3=-，UAB=+Us；在ton≤t≤T时，Ub1=Ub4=-，Ub2=Ub3=+，UAB=-Us；单极式可逆

PWM变换器，此中

Ub1=-Ub2，VT1、VT2交替导通等于调制周期，

Ub3=-，Ub4

=+，电机正转，Ub3=+，Ub4

=-

，电机反转。双极式PWM变换器的长处有：①电流必然连续②可使电动机在四象限运行③电机停止时有微振电流，能除掉静摩擦死区④低速时，每个晶体管的驱动脉冲较宽，有益于保证晶体管靠谱导通⑤低速平稳性好，调速范围可达20000以上。14.依据公式n60f11s，交流异步电动机的调速方案有变极对数调np速、变频调速、变转差率调速。在异步电动机调速系统中，常采纳SPWM变频装置，SPWM的采样控制方式有：自然采样法、规则采样法I、规则采样法II。16.在交—直—交间接变频装置中，依据中间直流环节储能元件的不同样，可分为：电压源型和电流源型。17.三相异步电动机的数学模型的性质是：高阶、强耦合、非线性、多变量。18.二、选择题（10分）得分1.在闭环转速有差系统牢固运行中，突加负载后又进入牢固运行，可控硅整流装置的输出电压U将：d（A）A：增添B：减少C：恢复原值2.在无静差调速系统中，若是突加负载，到稳态时转速会恢复原值，可控硅整流装置的输出电压Ud将：（C）A：恢复原值B：减少C：增添3.在无静差调速系统中，调治对象里含有积分环节，突加给定后PI调治器没有饱和，系统到达稳态前被调量会出现出现超调吗？（B）：不会超调B：必然超调C：可能超调也可能不超调4.在转速、电流双闭环调速系统中，速度给定Ugn未变，转速反响系数增添，系统牢固后速度反响电压Ufn变化状况是：（C）A：Ufn增添B：Ufn减少C：Ufn不变转速、电流双闭环调速系统之所以能实现“时间最优控制”的基本思想，其原由是在启动过程的大部分时间里两个调治器基本关系为：（C）：ASR和ACR均饱和限幅输出B：ASR不饱和，ACR饱和C：ASR饱和，ACR不饱和6.某转速负反响单闭环直流调速系统的静特点如图，其转差率和调速范围分别为：（B）A：s=4%，D=5B：s=20%，D=6C：s=20%，D=5D：s=4%，D=6n75030max15030min7.Inom忽然降为原值的1/2，则（D）某直流电机无静差调速系统在以额定转速运行，其反响系数A：电机将以额定转速的2倍运行B：电机转速降为原值的1/2C：电机转速不变D：以上回答都不对在转速开环的交-直-交电流源变频调速系统中,GFC的作用是(A)加速频率环节的变化B:加速电压环节的变化C:减慢频率环节的变化D:减慢电压环节的变化在线饶转子异步电动机串级调速系统中，转子绕组：（B）A：只好向电机输入功率B：既能向电机输入功率，又能向电网回馈功率C：不能够向电网回馈功率D：以上都不对10.交流电动机变频变压调速系统属于（A）得分A：转差功率不变型调速系统B：转差功率耗资型调速系统C：转差功率回馈型调速系统三、简答题（20分）在转速、电流双闭环直流调速系统中，电流调治器有哪些作用？①对电网电压颠簸起实时抗扰作用；②启动时保证获取同意的最大电流；③转速调治过程中，使电流随从给定电压UI*变化；④当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起保护作用；在转速、电流双闭环调速系统中，转速调治器有哪些作用？输出限幅按什么要求整定？答：①在启动或突加给准时，转速调治器处于饱和限幅状态，使系统在最大恒值电流下加速，起限流和最短时间控制的作用。②在牢固运行时，转速PI调治器能够保证系统无静差。③对于负载扰动，转速调治器起主要的抗扰调治作用。④转速调治器的输出限幅按所限制的最大电流值Idm来整定，即Ugim=βIdm直流电机可逆调速系统有几种方案，其理论依据是什么？欲使电机可逆运行，其产生的电磁转矩必需能够反向，依据直流电机的电磁转矩方程TeCmId，可逆方案有：①励磁反接，即改变Ф的极性②电枢反接，即改变Id的极性在改变f1的交流电机变频调速系统中，常用的控制规律有哪些？在交流电动机变频调速系统中，为保持Ф为常数，常采纳以下控制方式：①U1/f1=constant②Eg/f1=constant③Er/f1constant在有环流可逆调速系统中设置了环流电抗器，为何还要设置平波电抗器？答：在可逆系统中存在直流环流和瞬时脉动环流，直流环流能够依据需要，使系统有环流或无环流，而瞬时脉动环流是没法除掉的，所以必需引入限制瞬时环流的装置，即环流电抗器，环流电抗器在工作时是处于线形状态，即不能够处于饱和状态，所以它不能够对负载电流起到平波的作用，而对于负载的直流保证电流的连续和圆滑只好用平波电抗器来完成。什么是泵升电压？有何危害？怎样进行控制？答：在直流脉宽调速系统PWM中的直流斩波器和交流脉宽调速系统SPWM中的交-直-交逆变器中，因为前部的整流部分是三相桥式不行控整流桥，决定了电流的单方向流通，也即决定了不能够经过三相整流桥实现能量往电网的回馈。所以当负载的能量需要转移时，只好将其机械动能转变为电能储蓄在电容中，这样就会使电容上的电压随电能的增添而高升，这种现象统称为泵升电压。过高的泵升电压会直接损坏功率器件，所以需要引入泵升电压迫制器，经过电压比较环节对电容进行采样，当电容上的电压高过同意值时，经过强迫放电电路对其进行放电，直到低于同意值为止。直流双闭环可逆调速系统的起动过程分为那几个阶段？有那几个特色？解：直流双闭环调速系统的启动过程氛围三个阶段：即第一阶段：电流上升阶段；第二阶段：恒流生速阶段；第三阶段：转速调治阶段。直流双闭环调速系统的启动过程有三个特色：1.饱和非线形控制。2.准时间最优控制。3.转速超调。什么是矢量控制？其实质是什么？答：在多变量异步电动机数学模型中，经过3s/2s，2s/2s，2s/2r等坐标变换，将三相电动机模型等小便画等效变换成近似于直角坐标系下的直流电机的数学模型，此后按着直流电机的控制方式进行控制，将这种直流电机方式下的控制变量再经过坐标的逆变换，变换成交流电动机所需的输入三相变量。其实质就是利用成熟的直流电机的控制方式，将交流电机模型变换成直流电机摸型进行控制的一种交流电机控制技术。请画出以下系统的启动电流、转速波形图：①直流电机理想启动特点②转速、电流双闭环系统③带有电流截止负反响单闭环系统Idmn*Idmn*IdIdtt在SPWM调速系统中，什么是同步伐制？异步伐制及分断同步伐制？答：在SPWM调速系统中，载波频率ft与调制波频率fr之比为载波比N，依据N的关系调制方式有：1.同步伐制：在调制过程中，保持N=constant，即输出电压半波内的脉冲数不变。2.异步伐制：在调制过程中，N不为常数，而是使载波频率ft保持不变，进而保证在低频时，N较大。3.分段同步调制：在调制过程中，在必然范围内采纳同步伐制，当频率范围变化较大时，按异步方式改变N，从而综合了同步伐制和异步伐制的长处。简速什么是静态环流？什么是动向环流？直流平均环流？什么是瞬时脉动环流？答：当可逆线路在必然的控制角下牢固工作时，所出现的环流叫做静态环流；稳态运行时其实不存在，只在系统处于过渡过程中出现的环流叫动向环流；正组晶闸管VF和反组晶闸管VR都处于整流状态，正组整流电压和反组整流电压正负相连，将造成电源短路，此短路电流即为直流平均环流。因为晶闸管装置输出的电压脉动性，当正组电压瞬时价大于逆变电压瞬时价时，便产生正向瞬时电压差，进而产生瞬时环流。什么是SPWM脉宽调制依据采样定理，冲量相等而形状不同样的窄脉冲，加在惯性环节上时，其收效相同的的理论，用一系列的宽度按正弦规律变化的矩形脉冲序列，当正弦波的幅值发生变化时，各矩形脉冲的幅值在不变的条件下，其宽度随之发生变化这种脉冲的宽度按正弦规律变化并和正弦波等效的矩形脉冲序列叫SPWM波形，采纳此方式的控制叫SPWM脉宽调制。13.转速电流双闭环直流调速系统的起动过程曲线（电流、转速），并给出各个阶段的特色量，并在图中标出各阶段答：I，n=0,Id=0Id=IdmII,I终态IdId=Idm，N初次达n=n*III,II终态Id=Idl，n=n*IV牢固运行与III终态。请写出三相异步电动机多变量数学模型表达式uRiLdiLi1npLidtTTLJdinpdt2ddt四、计算及综合题（60分）得分以下列图速度反响系统，已知数据为：A：电动机D，Ped=2.2KW、Ued=220V、Ied=12.5A、ned=1500rpm、Rs=1ΩB：整流变压器Y/Y接线，副边线电压U2l=230V、三相桥式可控整流。C：KZ-D系统主回路RΣ=Rn+Rl+Rs=2.9Ω。D：测速发电机ZYS-231/110型永磁式，Ped=0.0231KW、Ued=110V、Ied=0.21Aned=1900rpm。E：反响回路电阻分压比为：R41R4R38F：触发器-可控硅环节的放大倍数Ks=75G：生产机械要求调速范围D=20，静差率s<5%H:调治器中的R0=40KΩ求：1.画出转速负反响系统的静态结构图控制系统中调治器的Kp、R1之值解：1：静态结构图以下列图5分IdRΣud__nugn+KpKs1/Ce-ufn：为知足工艺要求，额定负载时电动机静态速降为：nedbned?s15000.052分D1s2013.945rpm0.05UedIedRs22012.51Cened0.138V/rpm1500IedR112.52.965.582分Knedb0.1381Ce3.945依据开环放大倍数K求调治器放大倍数KpK，得1KsR1Ce+15VR0--R0R3R4R4UCSFufnUedfR3R4R41110V/rpm2分nnR4R3nedf819000.0072最高转速时的反响电压为ufn=1500*0.0072=10.8V，稳压电源15V，能够知足最大给定电压10.8V的要求。2分Kp65.5816.76,R1KpR016.7640670K750.00721/0.1381Ω。2分选R=680K2.某调速系统的转速降为10r/min，试求转速在1000r/min、100r/min、10r/min所占的百分比，并说明电机的工作状态。解：10r/min0.01只占1%高速转动1000r/min10r/min只占10%中速运行0.1100r/min10r/min占100%电动机停转13.10r/minn=1430r/min，额定速降为n=115r/min。当要求静差率s30%、s20%某调速系统额定转速eded时，试求同意的调速范围。解：若要求s≤30%，则调速范围D14300.35.311510.3若要求s≤20%，则调速范围D14300.23.110.2某龙门刨床工作台拖动采纳直流电动机：Ped=60KW，Ued=220V，Ied=305A，ned=1000r/min，要求D=20，s5%。采纳晶闸管电动机系统，已知主回路总电阻R=0.18，电动机Ce①当电流连续时，在额定负载下的转速降为多少？②开环系统机械特点连续段在额定转速时的静差率为多少？③若是知足D=20，s5%的要求，额定转速时的静差率应该时多少？解：①nedIedR3050.18275/minCe0.2r②sedned2750.21621.6%，说明大大高出了5%的要求。nedned1000275③系统要求的nedneds10000.05D1s2012.63r/min0.055.已知条件如上题，再增添两个条件：晶闸管整流装置的放大系数Ks=30，转速反响系数5%，ncl2.63r/min所要求的放大倍数K。解：因为nop12751103.6，Kncl2.63所以KpK103.646，放大器的放大系数要大于等于46/Ce30Ks0.015/0.26.已知单闭环转速负反响系统，R=1.0，Ks=44，Ce5%计算，系统的开环放大倍数K≥53.3。试解析系统可否牢固。解：已知系统运动部分的飞轮力矩GD210N?m2，按保证电流Idmin10%Idmon时电流连续的条件计算电枢回路电感量，因为E2EV，则2l/3230/3132.8E20.693132.816.73mH，取L17mH0.017H。L0.69355Idmin10%计算系统各时间常数：L0.0170.017s，Ts0.00167s（三相桥式）Tl1.0R为保证系统牢固，开环放大系数应知足TmTlTsTs20.0750.0170.001670.001672不牢固KTlTs49.40.0170.00167有一晶闸管直流电动机系统，电动机参数为Ped=2.5KW，Ued=220V，Ied=15A，ned=1500r/min，Ra=2，整流装置内阻Rs=1，放大系数Ks=30，要求D=20，s10%。试求①计算开环系统态速降和调速要求所同意的稳态速降。②采纳转速负反响组成闭环系统，试画出系统的稳态结构图。③调整该系统，使U*n=20V时转速n=1000r/min。-此时转速负反响系数应该为多少？④计算所须的放大器放大系数。解：①先计算电动机的Ce，此后在计算稳态速降。UedIedRaCenedCeUedIedRa220152Vrned15000.127?min/开环系统的稳态速降为nopIedRIedRaRs1521354.33r/minCeCe0.127知足调速要求所同意的稳态速降为nclneds15000.18.33r/minD1s2010.1②采纳转速负反响的稳态结构图以下列图IRUgnKpKs1UfnCe③当Ugn=20V时，n=1000r/min，则转速反响系数为UfnUgn200.02V?min/rnn1000④闭环系统的开环放大系数为KKpKs/Cenop1354.33141.54，则所需放大器的放大系数为ncl8.33KCe41.540.1278.79Kp300.02Ks有一可控硅直流调速系统，已知：Ped=2.8KW，Ued=220V，Ied=15.6A，ned=1500rpm，Rs=1.5Ω，Ra=1Ω，Ks=37，给定电源为0~24V求：1.计算系统开环工作时在D=30时，S=？计算D=30、S=0.1时同意的静态速降gd=24V时调整电机在额定点工作所需的放大器放大倍数Kp与反响系数。解：1.UedIedRs0.131,nkIedR297.7CenedCeDned0.856286%SDnedned由上式公式可得：ned5.53.KIedR153.13,Ugd0.013CenednednedK1KKpK?Ce12.54Ks?4.某双闭环直流调速系统的电流环ACR已经设计完成，转速环的动向结构图以下列图，试选h=5，按典型Ⅱ型系统设计转速环ASR。-ILU*n+ASR2Id1000n_0.02s1sU*n0.005U*n/0.00510n解:结构图能够进一步简化，以下所示：ASR典型Ⅱ型系统的传达函数为：_s0.02s1WkT1s1kpis1s1，WASRis为PI调治器s2T2s且ihT250.02，kph151,kp=3。2520.022i2h2T2按典型Ⅱ型系统设计的PI调治器ASR的传达函数为：300.1s1WASRs5.有一V-M调速系统，电动机为：Ped=2.5KW，Ued=220V，Ied=15A，ned=1500rpm，Rs=2Ω，整流装置内阻Rn=1Ω，Ks=30，要求系统调速范围D=20，静差率s=10%。求：1.计算开环系统的静态速降和调速要求所同意的静态速降。采纳转速负反响组成闭环系统，试画出系统的静态结构图。调整该系统，使当Ugd=20V时，转速n=1000rpm，则转速反响系数应为多少？计算所需的放大器放大倍数。解：1.UedIedRsCenedUedIedRs220152Ce0.127V/rpm1500开环系统的静态速降为：nkIedRIedRsRn1521CeCe355rpm0.127调速系统所同意的静态速降为：nbneds15000.1neds2018.33rpmD10.1采纳转速负反响的静态结构图以以下列图所示：IRΣdd__nugn+1/CeKsKp-ufn当Ued=20V，n=1000rpm，则转速负反响系数为：UfUgd20V/rpmnn0.021000闭环系统的开环放大倍数为：KKpKs/Cenk1355141.6，nb8.33所需放大器放大倍数为：KpKCe41.60.1278.8Ks300.025．某系统的传达函数Wds3，用串通校订使之成为典型Ⅰ型系统，试确立0.25s10.02s10.005s1调治器及其参数并化除幅频特点，要求校订后ωc=10.5。解：对高频小惯性环节做合并办理，原系统变为：WdsWds330.25s10.020.005s10.25s10.025s1当采纳PI调治器时，PI调治器的传达函数为WPIsKPs1,且令0.25，则校订后系统的开环传达函数为：s3KP0.25s112KP，当要求ω=10.5WsWPIs?Wds?0.25s10.025s10.25ss0.025s1c即ωc=10.5=12KP，KP=10.5/12=0.875。所以所采纳的调治器的传达函数为：0.8750.25s1WPIs0.25s某可控硅双闭环直流调速系统，整流装置采纳三相桥式电路，基本数据为：电动机D：Ped=550KW、Ued=750V、Ied=780A、ned=375rpm、Ce=1.92V/rpm、λ=1.5电枢回路总电阻：R=0.1Ω、K=75、控制对象时间常数：T=0.03s，T=0.084s、反响滤波时Σslm间常数：Toi=0.002s，Ton=0.02s，最大给定电压和调治器输出限幅电压均取12V，调治器输入电阻R0=40KΩ。系统指标：稳态无静差，电流超调量I%≤5%，空载启动到额定转速时的转速超调量n%≤10%，电流调治器按典型Ⅰ型系统，KT=0.5，试设计计算：1.电流反响系数和转速反响系数；2.选择转速调治器的结构并说明原由；设计转速调治器的R、C参数。3.计算电流环和转速环的截止频率ci和cn，查验可否合理。解：第一画出系统的动向结构图：Ugn1IfzEST11111nLTTons1Tois1Tss1Tls1TmsCe-UfnUfiTois1Tons1UfnUgnm12VUfiUgim12VA1.ned0.032V/rpmIdIdm1.50.0103V/n375rpm780A电流环按典型Ⅰ型系统，KT=0.5设计，电流环等效传达函数1/，此中，TiTsToi0.00167s0.002s0.00367s2Tis1为保证系统无静差，则ST系统采纳PI调治器，这样因为ST的积分作用，可使转速无静差。所以转速闭环是Ⅱ二型系统，按典型Ⅱ二型系统设计，取h=5，则：nmax812.%21.57800RTon0.003740.020.02734s?Tn,Tn2TiCeTmnmax81.2%211700.132.2rpm，此时超调量为：1.920.023670.084nmax100%32.2100%8.6%10%，所以选h=5是适合的。此时PI调治器的参数为：n%375nedn5Tn50.027340.137s,KnRh1KN2h2T2nnCeTmKnh1?CeTm260.01031.920.08411.32hRTn50.0320.10.02734RR?Kn4011.3450K,Cn0.1031060.3f450103RR1nCon4Ton40.021062fR040103RinCin转速调治器原理图以下列图：UgnR0/2R0/2UfnCon⊕R0/2R0/2Con3.电流环截止频率ciKI0.50.5136s1Ti0.00367转速环截止频率cnh1622s1，cnci，外环截止频率远远小于2hTn250.02734内环截止频率，设计是合理的。以下列图直流调速系统方框图，ACR为电流调治器。已知电枢电路时间常数l0.09,s0.0017,s30,oi0.003,0.4，0.06/无静差，电机在启动过程TsTsKTs电枢电阻RVA，中，使电流无超调。试求：选择ACR调治器结构。2.求调治器参数。3.求开环放大倍数。若将调治器自己的放大倍数提升一倍，其超调量为多大？Ugi+Ks1/RIdACRTois1Tss1Tls1解：1.要稳态无静差，应采纳PI调治器；要使启动无超调，应按典型Ⅰ型系统设计，并取ξ=1.0，KT=0.25，由以上原由，选LT为：WPIKiis1sis2.调治器系数：iTl0.09sTiToiTs0.0030.00170.0047ski0.25iR0.250.090.41.064,KIKIKs1.064300.06KsTi300.060.0047iR53.20.090.4cKI53.2s1,1111147.6s13ToiTs30.0030.001711，知足近似条件。cToi?Ts33.KI=53.24.若将调治器自己的放大倍数提升一倍，则KITΣI=0.5，超调量为4.3%。一个由三相零式可控硅装置供电的转速、电流双闭环调速系统，基本数据以下：直流电机：P=60KW、U=220V、Ied=305A、n=1000rpm、C=0.2V/rpm、λ=1.5ededede电枢回路总电阻：RΣ=0.18Ω、Ks=30、控制对象时间常数：Tl=0.012s，Tm=0.12s、反响滤波时间常数：Toi=0.0025s，Ton=0.0141s，额定转速时的给定电压：（Ugn）ed=15V，调治器饱和输出电压：12V，调速范围：D=10。A：确立电流反响系数和转速反响系数，设最大启动电流I=300AdmB：系统的静、动向指标为：无静差；电流超调量I%≤5%，空载启动到额定转速时的转速超调量n%≤10%，试设计电流调治器，画出电路图并计算R、C参数；调治器输入电阻R=40KΩ。0C：设计转速调治器并计算参数；D：在额定负载下，启动到额定转速时的超调量解：A：因为调治器的饱和输出电压为12V，即电流环最大给定电压Ugim=12V，又最大启动电流为300A，所以电流反响系数为：UfimUgim12VA，额定转速时的给定电压（gned=15V，所以IdmIdm3000.04/U）转速反响系数UfnUgn15V/rpmnn10000.015B：为保证电流超调量I%≤5%，应将电流环效正成典型型系统，所以电流调治器应采纳PI调治器，其电路以下列图：RiCi其传达函数为：i*WLTKiis1UR0/2R0/2_UctCoiAsisACRR0/2R0/2依据要求将电流环校订成典型型系统CoiId且超调量I%≤5%，调治器的参数为：iT0.012s,KKiKs1,TiToiT，对于三相零式，slIiR2TisT=0.0033Ti0.00250.00330.0058,KiiR0.0120.180.1552KsTi20.04300.0058R1iKiR00.15540K6.2K,C1ii0.01224Toi40.00250.25FR1i6.2KF,Csi40103R0C：为保证系统无静差，速度调治器也选PI调治器结构，其传达函数为Knns1，所以速度环中有两个积分环节，速度环校订成典型型系统，且取h=5，WsTsns速度调治器的参数为：nhTn,TnTon2Ti0.014120.00580.0257n50.02570.1285,KNKnRh1,Knh1TmCe60.040.120.28.3nTmCe2h2T2n2hRtn250.0150.180.0257R1nKnR08.340k330K,C1nn0.12850.4f,Con4Ton40.01411.41fR1n330103R040103D：在额定负载下启动到额定转速时的超调量为：n%81.2%Z81.2%2TnRIdm20.02570.189.4%nnomTmCe81.2%0.1230010000.29.请推导三相异步电动机多变量数学模型中的三相静止/两相静止坐标变换矩阵。解：设三相静止坐标系为A、B、C，每相绕组的有效匝数为N3，两相静止坐标系为、，每相绕组的有效匝数N2，并取A轴和轴重合，以下列图，依据变换前后磁动势应相等的原则，有：N2iN3iAN3iBCos60N3iCCos60N2iN3iBSin60N3iCSin60N2i0KN3iAiBiC111B22iiAN3033即：iiBiN222iC0KKKA111C22CN3033，依据变换前后功率不变及对应的变换为正交变换，所以有C-13S/2S=3S/2S22N2KKKCT3S/2S=C2S/3S，所以1112210K2C3S/2S?C3S1/2SC3S/2S?C3TS/2SEN303313KN22222KKK13K2221001002,K3?N3010010E,N312N2002K2001N23211122C3S/2S203332222222210.试推导在M-T坐标系下矢量控制的控制数学模型，即2im1、sit1及Teit1的表达式。给出的前提公式模型：已知M-T坐标系下有：

m22，即有：Lmim1Lrim22，已知转矩表达式：TenpLmit1iim2im1it2，t20Lmit1Lrit20um1R1Lsp1LsLmp1Lmim1电压方程：ut11R1Lsp1Lm1Lmpit10Lmp0R2Lrp0im20s0sLrR2it2m1Ls0Lm0im1磁链方程：t10Ls0Lmit1Lm0Lr0im2200Lm0Lrit2证明：1.转矩表达式：TenpLmiiiit2npLmit1im22Lrim2Lmit1t1m2m1LmLrnpLmit1im12it1it1im2npLmit12LrLp转子磁链表达式：0Lmpim1R2Lrp?im2R2im2Lmpim1Lrpim2R2im2p2由电压方程有：p2im2R22Lmim1Lrim2Lmim1Lrp2由磁链方程有：R2Lm1Lr2im1此中T2T2p1R20sLmim1Lrim2R2it2s2R2it2由电压方程有：R2it2R2?Lmit1Lmit1s22LrT22试推导三相鼠笼异步电动机在两相静止坐标系下的转子磁链察看数学模型及画出察看模型的方框图，u2u20uu给出前提公式电压矩阵：uu

1R1Lsp0Lmp0i10R1Lsp0Lmpi2LmpLmR2LrpLri2LmLmpLrR2Lrpi

1122证明：在两相静止坐标系上，转子的磁链方程为：2Lmi1Lri2LmiLri221此中2、2是转子磁链在、上的重量。依据电压方程及转子电压为0，于是有：u2Lmpi1Lmi1R2Lrpi2Lri2Lmpi1Lrpi2Lmi1Lri2R2i20即：pLmi1Lri2Lmi1Lri2R2i20,p22R2?2Lmi10Lrp2212Lmi10,21Lmi1T22同理能够获取T2T2T2p11LmiT2i112212LmT2p1T2p1T2i111LmT2p1异步电动机在恒压恒频时的机械特点曲线及其表达式为：U12s1R2'Te3npsR1R2'2s21221Ll1L'l2试推导异步电动机在以下电压频率协调控制下的表达式及机械特点曲线。1）恒压频比控制U1/ω1=恒值2）恒Eg/ω1控制3）恒Er/ω1控制解：（1）恒压频比控制U1/ω1=恒值2'依据转矩公式TeU1s1R22可知，3np1sR1'222'R2s1Ll1Ll22sA：当s>>0时，Te3npU11sR2'121R2'1B：当s>>1时，Te3npU1s[R2'212Ll1Ll'22]s1（2）恒Eg/ω1控制Pm3I2'2R2'3npR2'I'23npR2'Eg2此时Te/nps12s1R2'/s212Lle'21当s较小时，能够以为：Eg2s1Te3np(1)R2's当s凑近于1时Eg)2R2'11Te3np(12Ll22ss1将Te对s求导，求出最大转矩。令dTe0，可得nsdscSmR211Ll2Temax3(Eg)21constnpLl221（3）恒E/ω控制r1'ErI2R2'/sTe3npR2''23npR2'Er2s1I2s1R2'2/s23np(Er)2s11R2'a=(1),b=(2),c=(3)13．试推导两相静止到两相旋转坐标下（

abTeC=2s/2r）的坐标变换矩阵，已知坐标系以下列图。1F1i1iititcosimimsin1imcosiitsin证明：依据题意，和图，有以下关系：iimcositsin3分iimsinitcosicossinimim写成矩阵式：C2r/2sit3分isincosit式中：C2r/2scossin，3分这是两相旋转坐标到两相静止坐标系的变换阵sincos而两相静止到两相旋转坐标系的变换阵为前面所求变换阵的逆，即：imcossin1icossini3分itsincosisincosi所以：C2s/2rcossinsin3分cos14．双闭环直流调速系统采纳晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据以下：直流电机：220V，136A，1460r/min，电枢电阻Ra0.2，过载系数1.5；晶闸管装置：放大系数Ks40；电枢回路总电阻：R0.5；电枢回路总电感：L15mH；电动机总飞轮力矩：GD222.5Nm2；电流反响系数：0.05V/A；转速反响系数0.007Vmin/r；滤波时间常数：T0i0.002s，T0n0.01s；设计要求：稳态指标：转速无静差；动向指标：电流超调量设计：⑴电流环的设计：确准时间常熟：

i5%；空载起动到额定转速的转速超调量n10%。①整流装置滞后时间常数Ts0.00167;s②电流环小时间常数：TiTsT0i0.00167s0.002s0.00367s；③电磁时间常数：L0.0150.03s；Tl0.5R确立电流调治器结构和参数：①结构选择依据性能指标要求：i5%，并且：Tl0.038.1710Ti0.00367所以电流环按典型I型系统设计，电流调治器选PI调治器，其传达函数为Ki(is1)WACR(s)is②参数计算为了将电流环校订成典型I型系统，电流调治器的微分时间常数i应付消控制对象中的大惯性环节的时间常数Tl，即取；iTl0.03s；为了满足i5%要求，应取KITi0.5，所以KI121136.2s1，于是能够求得ACR的比率放大系数为：2T0.00367IKiKIiR136.20.030.5Ks0.051.02240校验近似条件：①晶闸管整流装置传达函数近似条件：

ci

13TsciKI136.2，11199.6s1，所以知足近似条件。3Ts30.00167②电流环小时间常数的近似条件：ci1111182.4s1ci，知足近似条件。3TsT0i30.001670.002③忽略反电动势对电流环影响的条件ci31，而因为：TmTlCeUnomInomRa2201360.20.132Vmin/r。所以nnom1460TmGD2R22.50.50.18s，所以：375CeCm3750.132230313140.82s1ci，知足近似条件。TmTl0.180.03设计后电流环能够达到的动向指标为⑵转速环的设计确准时间常数：

i4.3%5%知足设计要求。①电流环等校等效时间常数：因为电流环是按典型I型系统设计，且参数选择为KITi0.5，因此电流环等效时间常数为：220.003670.00734。Tis②转速环小时间常数Tn已知转速滤波时间常数为T0n0.01s，所以转速环小时间常数为：Tn2TiTon0.007340.010.1734s确立转速调治器结构和参数：①结构选择因为设计要求无静差，所以转速调治器一定含有积分环节，有考虑到动向要求，转速调治器应采纳PI调治器，按典型II型系统设计转速环。转速调治器的传达函数为：Kn(ns1)WASR(s)ns②参数计算考虑到动向抗扰性能和启动动向性能，取中频宽度h5较好，则有：hT50.017340.0867s，转速环开环放大系数：KNh1256399.1s2，则ASR的比率放大系数：2h2T2n20.017342Kn(h1)CeTm60.050.1320.182hRTn250.0070.511.70.01734校验近似条件和性能指标：①电流环传达函数等效条件：

cn

15Ti可知cnKNn399.10.086734.6s1；而1154.5s1cn，可知知足等效5Ti50.00367条件。②转速环小时间常数近似办理条件：11cn2TiT0n311110.0138.9s1cn，知足近似条件。32TiT0n320.00367③转速超调量nn81.2%2(z)nnomTn100%nTmIdnomR1360.5515.2r/minnnom0.132Ce所以：n81.2%2(z)nnomTn81.2515.20.01734nTm21.58.3%14600.1815．某双闭环调速系统，其转速环按典型II型系统确立参数关系。素来系统的机电时间常数Tm0.15s，电机在额定负载时的稳态速降nnom0.3nnom，转速环的小时间常数Tn0.015s，电动机同意的过载系数1.5，直流电机：220V，136A，1460r/min，Ce0.18。求1电动机在理想空载下起动到额定转速时的超调量；2电动机在额定负载下起动到额定转速时的超调量Cmax81.2%解：若是按Mrmin准则确立参数关系，并取中频宽度h5。查表可知：Cb所以：12

81.2%2(nnomTn81.221.50.3nnom0.015nz)Tmnnom7.3%n0.1581.2%Z2TnR(IdmIdl)81.220.0150.5n81.214600.1568nnomTmCe0.182.1%16．有一V-M调速系统，以下列图，已知数据以下：直流电动机：10,Unom220,Inom55,1000/min，Ra0.5PnomkWVAnnomr整流装置：触发整流环节的放大系数Ks44，整流装置的内阻Rrec0.5生产机械对调速系统的稳态指标为：D10,S5%。求：⑴计算开环系统的稳态速降nop和调速指标所同意的稳态速降ncl；⑵画出该系统的静态结构图；⑶若当电动机运行于额定转速时的给定电压Un*20V，计算此时的转速反响系数；⑷计算知足稳态要求所需放大器的放大系数Kp；＋+放触MU大发Ud器器——__+＋+ufusf——解：⑴先计算电动机得电动势转速比Ce因为：UnomInomRaCennomUnomInomRa220550.5所以：Ce0.1925Vmin/rnnom1000开环系统的稳态速降为：InomRInom(RaRrec)55(0.50.5)nopCe285.71r/minCe0.1925闭环系统的稳态速降为：nclnnomnnomS10000.05D(1S)10(15.26r/min0.05)⑵该系统的静态结构图以以下列图所示：IdRUn*Un—n＋1KpKsUd0Ce—UnUnn⑶若当电动机运行于额定转速时的给定电压Un*20V，计算此时的转速反响系数为：UnUn*200.02Vmin/rnnomnnom1000⑷闭环系统的开还放大倍数为：KpKsnop1285.71153.3Kncl5.26Ce则所需的放大器放大系数为：KCe53.30.1925，若放大器的R040k，所以：Kp440.0211.7KsR1KpR011.740k468k，取规范值R1470k17．以下列图，转速负反响单闭环直流调速系统，已知数据为：电动机：Pnom

2.2kW,Unom

220V,Inom

12.5A,nnom

1500r/mn，Ra

1，GD2

1.5N

m2晶闸管装置：采纳三相桥式全控整流电路，电枢回路总电阻

Ra

1

，总电感

L

42mH,Ks

40；额定转速时Un*

15V

；要求的稳态指标：

D

15,

S

5%。问：⑴该系统可否牢固运行？为保证系统牢固运行的临界开环放大倍数为多大？⑵当开环放大倍数为知足稳态要求的数值时，若系统不能够牢固运行，对系统进行动向校订，是系统的相角裕量60。18.在转速电流双闭环直流调速系统中，

ASR和

ACR均采纳

PI

调治器，已知电动机额定参数为

Unom，Inom，nnom

，Ra，功率放大器放大系数

Ks和内阻

Rrec

，电动机的同意过载倍数为

1.5。（1）

若ASR,ACR的限幅输出分别为

Uim*和Uctm，怎样确立转速反响系数

和电流反响系数；（2）设系统在额定状况下正常运行时，转速反响线忽然断线，系统的运行状况怎样？写出此时系统中Ui*，Uct，Id，Ud和n的表达式；（3）设系统拖动恒转矩负载在额定状况下正常运行，若因为某种原由励磁电流减小使磁通下降一半，系统工作状况怎样变化？写出Ui*，Uct，Id，Ud及n在牢固后的表达式；系统在某一转速下带额定负载正常运行，电流反响线忽然断线，系统的运行状况怎样变化？若系统最终仍趋于牢固，则牢固后系统的Ui*，Uct，Ud，Id及n比本来有何变化？解：（1）按最大给定电压Unm*对应电动机额定转速nnom来确立转速反响系数，因ASR采纳PI调治器，稳态时Un*Unan，所以有Unm*annom，所以Unm*/nnom。按电动机最大同意过载电流Idm对应于ASR输出限幅值Uim*来确立电流反响系数，而ACR又采用PI调治器，则有Uim*UimIdm1.5Inom，所以有Uim*/1.5Inom。（2）若系统在额定状况下正常运行，则有Un*Un，Ui*Ui，且极性均相反。若转速反响线断线，则Un0，ASR只有输入Un*而使其很快进入饱和，输出为限幅值Uim*；因为Ui还没有变化使ACR输出Uct上升而达到限幅值Uctm，功率放大器输出电压达到最大值Udm，Id上升，使电动机电磁转矩Te大于负载转矩TL，电动机加速，n上升，电动势E上升。最后当系统牢固下来后，IdIdL（负载电流），Ui*Uim*，UctUcm，UdKsUctm，n(KsUctmIdL(负载电流)R)/Ce。（3）系统在额定状况下正常运行，nnnom，IdInom。若磁通下降一半，则EKen下降，Id和Ui将随之增添，但因Ui*未变，在电流环调治作用下使Ud，Uct下降以保持IdInom暂时不变，进而使TeKmInom下降为本来的一半。电动机拖动恒转矩负载，TL不变；所以TeTL，电动机减速，n下降，Un随之下降，因Un*未变，而使ASR饱和，输出为Uim*，在电流环调治作用下，电流上升达到Idm1.5Inom并保持不变，Te因电流变大而上升，但也只能为原来转矩的0.51.50.75，依旧小于负载转矩TL，电动机转速将持续下降，直至n0。这时，Ui*Uim*，IdIdm1.5Inom，UdIdmR1.5InomR，UctUd/Ks1.5InomR/Ks。（4）若电流反响断线，则因Ui0，Ui*未变而使ACR饱和，UctUctm，Ud上升，Id上升，n上升，Un上升。但Un*未变，因此使Ui*下降。因为速度环的自动调整作用，在系统最后牢固下来后，n不变，Id不变，因此Ud，Uct都不会变，只有Ui*下降为零，即Ui*0。K1，式中，K12，19.设控制对象的传达函数为Wobj(s)(T1s1)(T2s1)(T3s1)(T4s1)T10.43s，T20.06s，T30.008s，T40.002s。要求阶跃输入时系统的超调量5%。1.分别用P,I,PI和PID调治器将系统校订成典型I型系统，设计各调治器参数并计算调治时间ts。可否用上述调治器将系统校订成典型II型系统？解：1.校订成典型I型系统时调治器参数计算：（1）控制对象为0型系统，用P调治器校订时，调治器传达函数为WP(s)KP，需作近似处理后才能校订成典型I型系统。令11T1s1T1s则校订后系统开环传达函数为W(s)KPK1K1)(T3s1)(T4s1)s(Ts1)T1s(T2s式中，KKPK1/T1，TT2T3T40.07s。5%，可取KT0.5，所以KP0.5T10.50.43为使K1T21.54，调治时间0.07ts6T60.070.42s下边需校验近似条件。①c3？T1因cK117.14s1，而336.98s1，