机电运动控制系统作业答案(选做)答案讲解.doc

机电运动控制系统 选做作业 1. 晶闸管可控整流器供电直流电机调压调速的机械特性有何特点? 画出三相半波可控整流器供电直流电机机械特性并说明之。 答: 与直流发电机-电动机组机械特性相比, 不同之处是: (1) 分电流连续与电流断续二个区域; (2) 电流连续区因可控整流器内阻大 (特别有换流重迭压降引入的等效电阻) 而使机械特性软； 电流断续区则因电流不连续致使机械特性更软而无法负载工作。 三相半波可控整流器供电直流电机机械特性如图所示: 时，整流器工作在整流状态，电机工作在电动状态； 时，整流器工作在逆变状态，电机工作在制动状态。 2. 可控整流器供电直流电机调速系统主回路中为何要釆用平波电抗器?其电感量应按什么要求来设计? 答: 由于可控整流器供电直流电机调速系统负载轻时电流断续, 机械特性软, 调速特性差，无静差度可言。 解决办法：串接平波电抗器L，增大晶闸管导通角以使电流连续。 平波电抗器电感量计算原则是: 能确保轻载下最小电流 时电流仍连续。 一般规律是Idmin越小，要求平波电抗器电感量越大。 3．在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，各是哪个调节器起主要调节作用？ 答： (1) 电网电压波动：影响整流电压Ud ，整流电流Id，反映到控制信号即ufi，它从电流环介入，故电流调节器起主要作用。 (2)负载扰动：负载TL的变化将影响转矩平衡关系，继而影响转速ωr，n，反映到控制信号即ufn，它从速度环介入，故速度调节器起主要作用 4. 双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差(给定与反馈之差)是多少？它们的输出电压应对应于何种状态的值？为什么？ 答： (1) 根据PI调节器的特性，稳态时能实现无差调节，使反馈等于给定，即： △un＝ 0 或△ui＝ 0 ，两个PI调节器的输入偏差为零。 (2) 它们的输出电压应对应于第一次进入△un＝ 0 或△ui＝ 0 时的输出状态值(如 un， ui，α，Ud，Id，T )。这是由于PI调节器有积分、记忆功能，对过去出现过的误差信号有记忆作用。 当 时， ，调节器输入为零，但由于PI调节器的积分作用，对过去出现过的误差有记忆，则积分输出不为零，维持第一次出现时 的输出值 ，进而维持 （无差） 5．反并联时为何会出现环流？限制环流有哪些有效方法？各有什么特点？ 答： 两桥反并联且同时整流时, 产生的整流电压 会不经直流电机而顺串短路，因无电阻限流，会形成巨大环流。 限制环流的有效办法(对策)是: (1) 要求直流电压： 极性互顶：一桥整流、一桥逆变。 如图所示 大小相等 ， 即 这样可以消除平均环流, 因为 ① 平均环流 整流平均电压 ，消除了平均环流 但不能消除瞬吋环流, 因为： ② 瞬时环流 一桥整流、一桥逆变时整流平均电压相等，但瞬时电压波形不同，瞬时电压差将引起瞬时环流，控制上要求必须同时控制平均及瞬时环流。 因此环流控制策略有: （1）有环流系统 原则： 无平均环流，限制瞬时环流 做法： 一桥整流、一桥逆变， ； 电抗器L、L，（非平波电抗器L）限制瞬时环流 （2）无环流系统 原则：一桥工作（整流或逆变），一桥封锁（不工作） 采用逻辑电路保证两桥切换的安全——逻辑无环流晶闸管直流电机可逆调速系统 6．为什么脉宽调制(PWM)型直流调速系统比晶闸管型直流调速系统能获得更好的动态特性? 答: 可控整流器-直流电动机调速系统釆用开关速度慢(300Hz)的晶闸管作开关元件, 使换流死区(晶闸管不立即响应触发信号的时间)平均为3.33 – 6.66mS. 而脉宽调制(PWM)型直流调速系统釆用自关断器件(GTR, IGBT, MOSFET等), 其开关频率在几kHz – 几百kHz, 换流死区时间降至几十nS – 几百nS, 快上了几百、上千倍, 致使电机电压、电流、转矩、速度响应时间大大缩短, 即有了更好的动态特性。 7．从电机学原理说明调压调速机理, 从电力电子技术说明调压调速的实现手段 答: 根据电机学原理, 当异步电机端电压变化时, 机械特性发生如图改变, 即: 故隨端电压Ｕ1下降时, 最大转矩Ｔm平方下降, 但发生最大转矩的位置Sm不变, 致使机械特性变软, 与负载特性的交点即运行点的滑差S增大,速度 n 降低, 实现了