电力拖动自动控制系统考纲及试题.docx
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电力拖动自动控制系统考纲及试题
直流调速系统
一判断题
5串级调速系统的容量随着调速范围的增大而下降。
（X）
6交流调压调速系统属于转差功率回馈型交流调速系统。
（X）
7普通串级调速系统是一类高功率因数低效率的仅具有限调速范围的转子变频调速系统。
（V）
9交流调压调速系统属于转差功率不变型交流调速系统。
（X）
13转差频率矢量控制系统没有转子磁链闭环。
（X）计算转子磁链的电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。
9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（X）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（V）
与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（X）
16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
二选择题
2绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（B）
A0S1，输出功率低于输入功率BS0，输出功率高于输入功率
C0S1，输出功率高于输入功率DS0，输出功率低于输入功率
4绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（C）
Ann,输出功率低于输入功率Bn口，输出功率高于输入功率
Cnni，输出功率高于输入功率Dnm,输出功率低于输入功率
5与矢量控制相比，直接转矩控制（D）
A调速范围宽B控制性能受转子参数影响大C计算复杂D控制结构简单
7异步电动机VVVFM速系统中低频电压补偿的目的是
A补偿定子电阻压降B补偿定子电阻和漏抗压降
C补偿转子电阻压降D补偿转子电阻和漏抗压降
8异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是（D）
A恒压频比控制B恒定子磁通控制C恒气隙磁通控制D恒转子磁通控制
9电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时，
A开关频率咼，B电流波形失真小C电流谐波分量咼D电流跟踪精度咼
4系统的静态速降厶ned—定时，静差率S越小，则（）。
A调速范围D越小B额定转速ned越大
C调速范围D越大D额定转速ned越大
11双闭环直流调速系统电流环调试时，如果励磁电源合闸，电枢回路亦同时通电，给定由ACR俞入端加入且产生恒定的额定电流，则（）0（假定电机不带机械负载）
A电机会稳定运转B电机不会运转C电机会加速到最高转速D过流
跳闸
13a=B配合控制有环流可逆调速系统的主回路采用反并联接线，除平波电抗器外，还需要（）个环流电抗器。
A2B3C4D1
15输入为零时输出也为零的调节器是
AP调节器BI调节器CPI调节器
16下列电动机哪个环节是比例惯性环节
DPID调节器
AUd（s）BUd（s）CId（s）n（s）I（s）Ud（s）E（s）
E（s）
Id（s）Ifz（s）
17直流电动反并联晶闸管整流电源供电的可逆调速系统给定为零时,是
A本桥逆变，回馈制动B它桥整流，反接制动
C它桥逆变，回馈制动D自由停车
18直流电动一组晶闸管整流电源供电的不可逆调速系统给定为零时，是
A本桥逆变，回馈制动
C它桥逆变，回馈制动
它桥整流，反接制动自由停车
主要停车过程
主要停车过程
三填空题
的作用是零谏封锁即在给定为零且反馈为零使调节器输
VT5
1如图，埸效应管
出为零，以防止由于PI中由于积分作用输出不为零，使得移相控制角可能处于最小，出现全压启动导致过电流故障。
电位器RP1可调整输出正限幅值,RP2可调整输出负限幅。
C11是积分电容,C5和R9接入速度反馈构成微分调节器。
C6、C7是输入
4脉宽调速系统中，开关频率越咼，电流脉动越小，转速波动越小动态开关损耗越大
滤波电容。
2电流断续时KZ—D系统的机械特性变软,相当于电枢回路的电阻值增—大。
5采用转速一电流双闭环系统能使电动机按允
许的最大加速度起动，缩短起动时间。
7典型I型系统的超调量比典型II型系统小抗扰动性能比典型II型系统差。
8下图为单闭环转速控制系统。
（1）图中V是晶闸管整流器;
⑵图中Ld是平波电抗器，它的作用是抑制电流脉动和保证最小续流电流；
⑶图中采用的是PI即比例积分调节器，它的主要作用是保证动静态性能满足系统要求;
（4）此系统主电路由三相交流电供电;
（5）此系统具有转速（速度）负反馈环节;
（6）改变转速，应调节___RP1__电位器；⑺整定额定转速1500转/分，对应8V，应调节_RP2_电位器;
（8）系统的输出量（或被控制量）是—转速_。
四分析与计算题
1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASRACR匀采用PI调节器。
已知参数:
电动机：
Pn
3.7KW，Un220V，In
20A，nN1000r/min，电枢回路总电阻R1.5，
、**
设UnmUm
10V，电枢回路最大电流为
Idm30A，电力电子变换器的放大系数
Ks40。
试求:
变流装置输
（1）电流反馈系数和转速反馈系数；（5分）
（2）突增负载后又进入稳定运行
状态，则ACM输出电压Uc、
出电压Ud，电动机转速n，较之负载变化前是增加、减少，还是不变？
为什么？
（3）如果速度给定U；不变时，要改变系统的转速，可调节什么参数？
（4）若要改变系统起动电流应调节什么参数？
此时，设u；为正电压信号，在
右图ASR中应调节中哪个电位器？
当电动机在最高转速发生堵转时
的Ud,u*,Ui,Uc值；（10分）
Un
Unm
解：
⑴
nm
0.01V/rpm
1000
Tl
Un
Um
Idm
10
30
0.33V/A
IdL
Uc
Cen1lRCeUn1dLR
-_KSK^
UdKsUc
c,nc
⑶因为U；Un
*
n,nUn,所以调节可以改变转速n
⑷因为u*UiId，起动时转速调节器ASR饱和，输出限幅值山鳥Idm，所以改
变ASR限幅值可以改变起动电流idm，u；为正时，起动时ASR输出为负，所以应调节RP5来改变起动电流。
不能改变电流反馈系数，因为它还影响电流环的动特性。
⑸
UnUnn
Un10V,Un0V,|Ui||Ui|10V,
UdIdmR301.545V,
Uc
Ud
Ks
CenIdR
Ks
IdiR
Ks
301.5
40
1.13V
2双闭环调速系统中如反馈断线会出现什么情况，正反馈会出什么情况？
答：
反馈断线后，Un0，ASR饱和，输出为限幅值，转速环开环，相当于堵转,
电流给定为ASR的输出最大值，电流闭环，按最大电流值恒流加速，转速上升，但由于转速反馈断线，触发移相控制电压增大到极限，触发角最小移至min，转速达
到最咼值
UdIdiR
Ce
Ud0COSminIdlR
Ce
同样，正反馈时，也是一样
五（10分）
下图所示为控制系统实验装置中的过流保护单元电路原理图，试简述其工作原理。
解：
当主电路电流超过某一数值后（2A左右），由9R3,9R2上取得的过流信
号电压超过运算放大器的反向输入端，使D触发器的输出为高电平，使晶体三极管V由截止变为导通，结果使继电器K的线圈得电，继电器K由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。
并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告诉操作者已经过流跳闸。
SA为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除记忆，恢复正常工作。
六设计题
1校正为典型I型系统的几种调节器选择
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交正为典
电型II型系统的几种调节器选择
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Ki
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（TjJ+JXVTs+i：
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1
丁G
ti-'i
2已知控制对象开环传递函数G（s）K2兀£，试加入串联调节器Wc（s）将
（Tis1）（T2S1）
其校正为开环典型I型系统，并求调节器结构和参数（15分）
K2
Wc（S）（Tis1）（T2S1）
K
（T1S1）（T2S1）Ks1
s（Ts
1）
K2
pis
T1s
1
T2S1,
T2
1
K2Kpi
s（T1S
1）
心心
T
K2K—
1
T1
T2
2
2T1K2
2T1K2
WC（s）G（s）WOb（s）
Wc（S
Wob（s）
KT
T2
K
s（Ts1）
所以,
Ri
Kpi
调节器的结构为PI调节器，参数如上式。
R
Ur
Uc
R丄
CS
RCS1
RCSRI
RCS1
R1TS
Kp
1
TRC
R1
4计算电机空载时恒流升速到额定转速时间
2
TGDnN
e375t
GDnN
t
375Te
2
GDRCenN
375CeCm丨N
Ce“N
Tm/R
丨N
交流调速系统
三填空题（10分）
下图为异步电动机矢量控制原理结构图，A，B,C,D分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？
（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？
解：
A矢量旋转逆变换VR1,B二相静止坐标变成三相静止坐标变换
C三相静止坐标系变成二相静止坐标变换
D矢量旋转变换VR,将二相静止坐标下的互相垂直的交流信号变换成二相旋转的互相垂直的直流信号。
等效变换的原贝U是旋转磁场等效或磁动势等效
下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A,B分别为坐标变换模块，请指
出它们分别表示什么变换？
（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？
解：
A三相静止坐标系变成二相静止坐标变换B矢量旋转变换VR将二相静止坐标下的互相垂直的交流信号变换成二相旋转的互相垂直的直流信号。
其等效变换的原则是旋转磁场等效或磁动势等效。
五简述题
下图为调速范围D<3的串级调速系统主回路单线原理框图，试说明起动时各电器开关正确的合闸顺序和停机时的分闸顺序，并说明理由。
（15分）
间接起动操作顺序
1.先合上装置电源总开关S,使逆变器在min下等待工作。
2.然后依次接通接触器K1，接入起动电阻R,再接通K0，把电机定子回路与电网
接通，电动机便以转子串电阻的方式起动。
3.待起动到所设计的nmin（smax）时接通K2，使电动机转子接到串级调速装置，然后断开K1,切断起动电阻，此后电动机就可以串级调速方式继续加速到所需的转速运行。
停车操作顺序
1•由于串级调速没有制动能力，应先将转速降至nmin,再合上K1，然后断开K2，使电动机转子回路与串级调速装置脱离；
2.最后断开K0，以防止当K0断开时在转子侧感生断闸高电压而损坏整流器与逆变
四、简答题：
（每小题10分，10X2=20分）
1•答：
泵升电压产生的原因：
采用二极管整流获得直流电源时，电机制动时不能回馈电能，只好对滤波电容充电，
使电容两端电压升高，产生泵升电压。
（5分）
泵升电压抑制措施：
电容器吸收动能；镇流电阻消耗动能；并接逆变器。
（5
分）
2.答：
ASR输出限幅决定电动机允许的最大电流。
（5分）
ACR输出限幅决定电力电子变换器的最大输出电压。
（5分）
五、计算题：
（每小题20分，20X2=40分）
1.解：
（20分）
（1）原理图:
（5分）
（2）稳态结构框图：
（5分）
Un
Un
（3）电压比较环节
（1分）
（1分）
（1分）
放大器：
%KpUn
电力电子变换器：
Ud0KsUc
调速系统开环机械特性：
n（Ud0ldR）/Ce
测速反馈环节：
Unn（i分）
削去中间变量的静特性方程；
《电力拖动自动控制系统》辅导
本次期末考试采用闭卷考试，共三大部分题目，第一部分为填空题，没空2分,共40分；第二部分为简答题，每题8分，共24分；第三部分为计算题，每题12分，共36分。
计算题的内容为直流调速系统的直流控制部分出一个大题；V-M调
速系统部分出一个大题，开环闭环的速降以及反馈系数和放大倍数方面的计算；三相半波的双闭环调速系统计算，计算电流和转速反馈系数，设计和计算电流调节器的各个参数，设计转速调节器，并验证。
下面各个部分的内容为填空和简答的重点内容，颜色标红的部分为
重点复习内容！
第一早
结论
【本章重点】
1.电力拖动控制系统的基本类型：
1）直流电机拖动控制系统的基本类型；
2）交流电机拖动控制系统的基本类型。
2.典型的生产机械负载转矩有哪几种，特性是什么。
第二章转速反馈控制直流调速系统第三章转速、电流反馈控制直流调速系统
【本章重点】
1.转速控制的要求和调速指标：
l）调速范围D；
2）静差率S
3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系。
2．闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图
3．开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较。
4．闭环系统能够减少稳态速降的实质。
5．反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）。
6．反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算。
7．截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性。
8．反馈控制闭环调速系统的动态数学模型的建立、动态结构图、传递函数、以及稳定条件。
9．PI调节器的设计。
10．无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构。
积分调节器与比例调节器的区别。
比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别。
11．无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算。
12．直流电动机转速的调速方法有那些。
13．转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括：
双闭环直流调速系统的原理框图和稳态结构图。
14．双闭环直流调速系统PI调节器在稳态时的特征：
l）饱和——输出达到限幅值；
2）不饱和——输出未达到限幅值。
15．双闭环直流调速系统的静特性。
16．双闭环直流调速系统在稳态工作时各变量间的关系（分析出现特殊情况时候的运行状况）、稳态工作点和稳态参数的计算。
17．双闭环直流调速系统起动过程中电流和转速的三个阶段：
l）电流上升阶段；
2）恒流升速阶段；
3）转速调节阶段；
4）起动过程的三个特点，波形分析。
18．双闭环直流调速系统的动态性能：
1）动态跟随性能；
2）动态抗扰性能：
抗负载扰动和抗电网电压扰动。
19．转速、电流两个调节器的作用。
20．调节器的工程设计方法的基本思路。
21．按工程设计方法设计转速、电流双闭环直流调速系统的调节器：
l）电流调节器的设计；
1电流环的动态结构图；
2电流调节器的结构选择；
3电流调节器参数的选择。
2）转速调节器的设计：
1转速环的动态结构图；
2转速调节器的结构选择；
3转速调节器多数的选择。
3）电流调节器和转速调节器的实现。
22．双闭环直流调速系统中外环和内环的作用。
23．带电流变化率内环的三环直流调速系统的主要作用、特点
第五、六章
交流调速系统
【本章重点】
1.变压变频调速的基本控制方式，基频以上和基频以下的各自的调速方式。
2.异步电机电压、频率协调控制时的机械特性。
3．静止式电力电子变压型变频装置的组成，各元件的作用，导电方式，以及大致的工作原理。
4．转速开环、恒压频比控制的调速系统，主要包括：
系统的控制原理、结构框图的组成、工作原理、以及动态结构图。
5．转速闭环、转差频率控制的变压变频调速系统，主要包括：
l）转差频率控制的基本概念；
2）转差频率控制的规律；
3）转差频率控制系统的结构组成、特点、工作原理。
6．异步电机的多变量数学模型和坐标变换。
7．按转子磁场定向矢量控制的变压变频调速系统，主要包括：
1）矢量控制系统的构想；（如何用有限的PWM逆变器输出电压矢量来逼近期望的输出电压矢量）
2）矢量控制调速系统原理性框图、主要特点。
1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管电动机系统能够获得更好的动态性能？
答：
PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：
10000左右。
（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
PWM开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的？
答：
制动时，由于Ug!
的脉冲变窄而导致id反向时，Ug2变正，于是VT2导通,
VT2导通，VT1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？
调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？
为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？
答：
生产机械要求电动机提供的最高转速nax和最低转速nmin之比叫做调速范围,
用字母D表示，即：
D
nmax
nmin
负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落
nN与理想空载转速nomin之比，称
为系统的静差率S,即：
s
n0min
调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为:
nNSnN（1s）
由于在一定的nN下，D越大，nmin越小nN又一定，则S变大。
所以，如果不考虑
D,则S的调节也就会容易,
1-4.某一调速系统，测得的最高转速特性为nomax1500r/min,最低转速特性为
n0min150r/min，带额定负载的速度降落nN15r/min，且不同转速下额定速降nN不
变，试问系统能够达到的调速范围有多大？
系统允许的静差率是多大？
解
D
nmax
n0max
nN
nmin
n0min
nN
150015一
11
15015
ns
n0min
15
150
10%
1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min，要求系统的静差S<=2%,那末系统允许的静
态速降是多少？
如果开环系统的静态速降是100r/min则闭环系统的开环放大倍数应有多大？
nmax
1,D
nmin
1500
10则n
nNS
1500
2%
3.06r/min
2%）
150
D（1S）
10（1
nopIX
2,K
n「」
侧K
100,
1
3.06
31.7
1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为
15时，额定负载下电动机的速降为8r/min,如果将开环
放大倍数他提高到30,它的速降为多少？
在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍?
Ki15;K230;
K1nci1；K2同样负载扰动的条件下
n与开环放大倍数加1成反比，则（
Ki1）/（K21）
nci2/
ncii
K11
K^__1
同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比
nci2
ncii
151
84r/min
301
（K1
Dci2
Dci1
1）/（K2
k21
K__1
°Dci1/Dci2
301
1.94
151
1-7某调速系统的调速范围D=20,额定转速n1500r/min,开环转速降落
nN°p240r/min，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？
解：
原系统在调速范围D=20,最小转速为：
门册150075r/min,
D20
ncinci
n0minnminnci
910%则nci8.33r/min原系统在范围D=20，静差率
75nc为10%时，开环增益为：
nci
K1
nci
静差率10%时原系统的开环增益为:
当S25%时，同理可得K259.76
所以系统的开环增益K将从27.8增加到59.76
1-8转速单环调速系统有那些特点？
改变给定电压能否改变电动机的转速？
为什么？
如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？
为什么？
如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？
答：
1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下,
能够提高调速范围。
为此，所需付出的代价是需增设电压放大器以及检测与反馈装置。
2）能。
因为n
kpksUnRld
Ce（1k）Ce（1k）
由公式可以看出,
当其它量均不变化时,
n随着U
的变化而变化
3）能。
因为转速和反馈电压比有关。
4）不，因为反馈控制系统只对反馈环所包围的前向通道上的扰动起抑制作用，而测速机励磁不是。
1-9在转速负反馈调节系统中，当电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对于上述各量有无调节能力？
为什么？
答：
系统对于上述各
升级会员 