电力拖动自动控制系统复习参考

1.功率放大与变换装置有：电机型，电磁型，电力电子型等;

2.电力电子型功率放大与变换装置发展：半控型全控型;低频一

------高频开关；分立的器件--------具有复合功能的功率模块

3.忽视阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动限制系统的简化运动方程式

4.转矩限制是运动限制的根本问题。限制转速和转角，唯一的途径就是

限制电动机的电磁转矩，使转速变更率按人们期望的规律变更

5,生产机械的负载转矩特性：恒转矩负载；恒功率负载；风机、泵类负载

6.负载转矩的大小恒定，称作恒蚓施

a）位能性恒转矩负载：由重力产生，具固定大小和方向

b）抗拒性恒转矩负载：大小不变，方向始终与转速反向

7.直流电动机的稳态转矗上竺

电动机调速方法：

1）变更电枢供电电压U

2）减弱励磁磁通＜1）

3）变更电枢回路电阻R

在肯定范围内无机平滑调速的系统，以调整电枢供电电压的方式为最好。

变更电阻只能有级调速；

减弱磁通为无级调速，平滑调速，但调速范围不大，往往只是协作调压。

8.可控直流电源两大类：

a相控整流器对应晶闸管整流器-电动机系统（）

b直流脉宽变换器对应直流变换器-电动机系统（）

9.在系统中，工作原理：调整限制电压一一移动触发装置输出脉冲的相

位一一变更可控整流器输出瞬时电压的波形，以与输出平均电压的数值

10.晶闸管整流管的特点：用触发脉冲的触发延迟角a限制整流电压的平

均值u

11.有源逆变状态下，限制触发脉冲延迟角a为人时，发生逆变颠覆!

12.抑制电流脉动的措施：a.增加整流电路相数，或采纳多重化技术；b.

设置电感量足够大的平波电抗器

电流脉动的影响：增加电动机的发热;产生脉动转矩，对生产机械不利

13.晶闸管整流器-电动机系统的机械特性：a小于0.5n处于整流，a大于

0.5Ji处于逆变;

电流嵯气机械特性硬；电流断续区，机械特性软；志向空载转速

翘得很高；

分界线

14.晶闸管触发和整流装置看成是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管

整流装置的失控时间引起的。失控时间是个随机值。最大失控时间是两个

相邻自然换相点之间的时间，它与沟通电源频率和晶闸管整流器的类型有

关。

15..晶闸管整流器运行中存在的问题:

（1）晶闸管是单向导电的。

（2）晶闸管对过电压、过电流和过高的与都非常敏感。

（3）晶闸管的导通先变小时会使得系统的功率因数也随之削减，称之为

“电力公害”。

16.

简洁的不行逆变换器-直流电动机系统电路原理图

左边脉冲甩压;右边直流电由整流得到，为续流二

极管

不宜经受猛烈速度变更，则要求起、制动尽量平稳

“调速范围”“静差率”称为调速系统的稳态性能指标。

(1)生产机械要求电动机供应的最高转速和最低转速之比称为调速范围,

r>=""

“mln

用字母〃表示，即

注：和是电动机在额定负载时的最高和最低转速；

b.对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速

(2)当系统在某一转速下运行时，负较由志向空载增加到额定值所对应

s=--

的转速着陆/与志向空载转速〃，之比，总’为静差率S,即

静差率是用来衡量调速系统在负载变更下转速的稳定度的，与机械特性

的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定性就越高！

硬度是机械特性的斜率！

机械硬度相同时，为越低，S越高，稳定性越低。

调速系统的静差率指标应以最低速时的值为准。

20.调速范围、静差率和额定速降之间的关系

〃Omin"加一$的'一§

D__^max-D=2=—2—

募一瓶风口7)A,zv(l-1)

对于同一个调速系统，/值是定值。

若系统对静差率要求越严，即是s越小，系统能够允许的调速范围〃也越

小。

一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满意所需静差率的转速可

调范围

题(1)某直流调速系统电动机额定转速为1430,额定速降A115,当要

求静差率sW30%时，允很多大的调速范围？假如要求静差率sW20%,则

调速范围是多少？假如希望调速范围达到10,所能满意的静差率是多少？

解：在要求s030%时，允许的调速范围为

八ns1430x0.3.

D-----N-----=------------=)ja

—s)115x(1-0.3)

若要求sW20%,则允许的调速范围只有

1430X02

D==3.1

115x(1-0.2)

若调速范围达到10,则静差率只能是

10x115仆…一…

----------=0.446=44.6%

nN+DA/iv1430+10x115

21.开环调速系统的机械特性为

fl——

可以实现线性平滑调整，故。速也可以实现直流电动机的平滑调速，能实

现直流电动机的平滑调速！转速着盘'亩靠引起的

它制约了开环调速系统中调速范围D和转差率S

题(2)某龙门刨床工作台拖动采纳直流电动机，其额定数据如下：60,

220V,305A,1000,采纳系统，主电路总电阻0.18Q,电动机电动势系数

0.2o假如耍求调速范围20,静差率sW5%,采纳开环调速能否满意？若

要满意这个要求，系统的额定速降△最多能有多少？

解：当电流连续时，系统的额定速降为

IR305x0.18.

△〃巾=—dN—=----------=275r/min

'C（0.2

开环系统在额定转速时的静差率为

△%275

=0.216=21.6%

nN+1000+275

工…、£)=205<5%

如要求

1000x0.05

3<=2.63/7min

。（1一，）-20x(1-0.05)

无法满意要求!

22.采纳反馈的缘由：调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，假而外

一

八A〃nNMzCf

如既要提高静差率又要降低转速，唯一的方法就是降低；开环额定

速降太大，而且

由电动机参数确定无法变更

转速闭环限制可削减转速着陆，降低静差率，扩大调速范围！

采纳反馈的作用：将系统的被调整量作为反馈量引入系统，与给定量进

行比较，用比较后的偏差值对系统进行限制，可以有效地抑制甚至消退扰

动造成的影响，而维持被调整量很少变更或不变

23.在负反馈基础上的“检测误差，用以订正误差”这一原理组成的系统，

其输出量反馈的传递途径构成一个闭合的环路，因此被称作闭环限制系统

24.闭环限制系统与开环限制系统的主要区分在于转速N经过测量元件

反馈到输入端参加限制！

25.闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）

间的稳态关系是运动方程的稳态解。闭环静特性形式上与开环机械特性

形似，但本质上有很大不同

26.动态响应和稳态解。在动态过程中，从施加给定输入值的时刻起先,

到输出达到稳态值以前，是系统的动态响应；系统达到稳态后，可用稳态

解来描述系统的稳态特性。

27.比例限制的直流调速系统开环系统机械特性和比例限制闭环系统静

特性的关系

（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特

△%=777

（2）闭环系统的静差率要比开环系统〃％

1+K

（3）假如所要求的静差率肯定，则闭环系统可以大大32尸（上⑴口。

结论：比例限制的直流调速系统可以获得比开环调速系统更好的稳态

特性，从而在保证肯定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此，需设

置电压放大器和转速检测装置。

28.比例限制直流调速系统能够削减稳态速降的实质在于它的自动调整

作用，在于它能随着负载的变更而相应地变更电枢电压，以补偿电枢回路

电阻压降的变更.

题（3）某龙门刨床工作台拖动采纳直流电动机，其额定数据如下：60,

220V,305A,1000,采纳系统，主电路总电阻0.18Q,电动机电动势系数

0.2。

在题（2）中，龙门刨床要求20,sW5%,已知30,〃=0.015,0.2,采

纳比例限制闭环调速系统满意上翼要崎？陷列放大器的放大系数应当有

多少？

解:上例中求得开环系统额定速降为

为满意闭环系统德定谑隆魏,2.63-/min

-2.63

由式(2-48)可得

GillAAK、=--->西投——=46

则日勺KRC.30x0.015/0.2

即只要放大器的放大系数等于或大于46

29.比较限制的闭环直流调速系统三个基本特征(反馈限制的基本规律):

(1)比例限制的反馈限制系统是被调量有静差的限制系统

只要比例放大系数=常数，开环放大系数丘8,反馈限制就只能减

小稳态误差，而不能消退它，这样的限制系统叫做有静差限制系统，有

偏差才有限制

(2)反馈限制系统的作用是：反抗扰动，听从给定

反馈限制系统具有良好的抗扰性能，它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，对于给定作用的变更唯命是从。

(3)系统的精度依靠于给定和反馈检测的精度

反馈限制系统不能鉴别给定电压的波动是正常调整，或者是给定电压

不应有的电源波动，反馈检测装置的误差也是反馈限制系统无法克服的。

30.在比例限制的反馈限制系统中，比例系数越大，稳态误差越小，但是

闭环调速系统能否正常运行，还要看系统的动态稳定性！对于自动限制系

统，稳定性是正常工作首要条件，必需保证。

题(4)在例题(2)中,龙门刨床要求20,sW5%,已知30,。=0.015,

0.2,采纳比例限制闭环调速系统满意上述要求时，比例放大器的放大系

密鼐妙^例题⑶中，系统采纳的是三相桥式硝京娜城,

L_0.003

=0.01675

已知电枢回路总电而余二万百,电感量为3,系统运动部

分的飞轮惯量试判别系统的稳定性!

电磁时间常数:

60吗：=OO75S

机电时间常数:

375"〃375x().2x-x(),2

n

晶闸管装置的滞后时间常或为0.00167s

为保证系统稳定，应满意的稳定条件：

K<Tg+TJ+T；_0.075x(0.0167+0.00167)40.00167?

'~7JS—0.0167x0.00167"

闭环系统的动态稳定性和例题2-3中稳态性能要求K>103.5是冲突的

题（5）在上题的闭环直流调速系统中，若改用全控型器件的调速系统,

电痴隙I由缴婚，*,kHz

开关频率为8。按同样的稳态性能指

标，，该系统能否稳定？假如对静差率的要

求不变，在保证稳定时，系统能够达到的最大调速范围有多少？

GD-R60x0.1

=0.0417s

"375”“TT

375x0.2x—x0.2

30

=0.000125s

8000

K<一”(。+覃+12_0.0417x(0.01+0.000125)+0.000125?_4

0.01x0.000125

>依据稳态性能指标Q=20s4号啖

AHC/<2.63r/min

A/2=创=305x0.1=[52.5r/min

opnc0.2

k]>152.5

K=-------------1>-----------------14

△%,2.63一校"'

调速系统能够在满意稳态性能指标耍求下稳定运行

若系统处于临界稳定状况，K=339.4

^1L=1525=0.45r/min

A”

1+K1+339.4

7V1000x0.05「

D=------------------=117

el△〃“(一)0.45(1-0.05)

31.比例积分限制的无静差直流调速系统：积分限制可以使系统在无静差

的状况下维持恒速运行，实现无静差调速！

32.积分限制规律和比例限制规律的根本区分：

比例调整器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调整器的输出则包

含了输入偏差量的全部历史。

积分调整器到稳态时/=0,只要历史上有过」,其积分就有肯定数值，

足以产生稳态运行所须要的

33.从无静差角度，积分限制优于比例限制

从限制快速性上，比例限制优于积分限制

产生比例积分调整器（调整器）

比例部分能快速响应限制作用，

积分部分则最终消退稳态偏差

34.转速调整器用表示，电流调整器用表示

35.依据系统开环传递函数中积分环节的数目划分限制系统的类型:

比例限制的调速系统是0型系统，

积分限制、比例积分限制的调速系统是I型系统

36.稳态误差定义为输入量和反馈量的型的（电任右⑺一4⑺

衡量系统限制的精确度的是系统对给定输入"的跟随实力

衡量系统抑制干扰实力的是系统抑制负载电流的抗扰实力

37.阶跃给定输入的稳态误差：在系统稳定的状况下

0型系统对于阶跃给定输入稳态有差，被称作有差调速系统；

I型系统对于阶跃给定输入稳态无差，被称作无差调速系统

38.扰动引起的稳态误差取决于误差点与扰动加入点之间的传递函数。

比例限制的调速系统，该传递函数无积分环节，故存在扰动引起的稳态

误差，称作有静差调速系统；

积分限制或比例积分限制的调速系统，该传递函数具有积分环节，所以

由阶跃扰动引起的稳态误差为0,称作无静差调速系统

39.转速、电流反馈限制直流调速系统的组成

在系统中设置两个调整器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调整转速

和电流。

把转速调整器的输出当作电流调整器的输入，再用电流调整器的输出

去限制电力电子变换器

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外

环。形成了转速、电流反馈限制直流调速系统（简称双闭环系统

40.双闭环中，只有转速调整器饱和与不饱和两种状况：

（1）转速调整器不饱和,

此时两个调整器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零()

(2)转速调整器饱和

输出达到限幅值，转速呈现开环，双闭环变为电流无静差的单电流闭环

调速系统!

4>4输入反向信号，输出小于限幅值，退出饱和

41.

n

AB

C

o/dN/dm

段是都不饱和时的静特性，<,0

段是调整器饱和时的静特性，，n<n°

42.转速、电流反馈限制直流调速系统的动态过程分析:

■转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到达给

定值no

■起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调整三个阶段,

■转速调整器在此三个阶段中经验了不饱和、饱和以与退饱和三种状

况。

43.双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：

（1）饱和非线性限制

（2）转速超调

（3）准时间最优限制

44.动态抗扰性能分析：

调速系统，最主要的抗扰性能是指抗负载扰动和抗电网电压扰动性能

（1）抗负载扰动

负载扰动作用在电流环之后，只能靠来产生抗负载扰动的作用

（2）抗电网电压扰动

电压波动可以通过电流反馈得到比较与时的调整，使抗扰性能得到改善

45.转速调整器的作用

（1）转速调整器是调速系统的主导调整器，它使转速很快地跟随给

定电压变更，假如采纳调整器，则可实现无静差。

（2）对负载变更起抗扰作用。

（3）其输出限幅值确定电动机允许的最大电流

46.电流调整器的作用

（1）在转速外环的调整过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外

环调整器的输出量）变更。

（2）对电网电压的波动起与时抗扰的作月。

(3)在转速动态过程中，保证获得范机允许的最大电流。

(4)当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自

动爱护作用。一旦故障消逝，系统马上自动复原正常

47.沟通拖动限制系统的应用领域

＞一般性能调速和节能调速

＞高性能的沟通调速系统和伺服系统

＞特大容量、极高转速的沟通调速

48.按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：

＞转差功率消耗型调速系统，代表为转子串电阻和定子降压调速

＞转差功率