发布时间 : 星期五 文章运动控制系统习题集解(直流部分)3---文本资料更新完毕开始阅读480b54495122aaea998fcc22bcd126fff6055d01
习题四 可逆直流调速系统和位置随动系统
4-1 晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时,为什么必须采用可逆线路?
答: 在晶闸管-电动机调速系统中，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。
这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。
4-2 晶闸管装置供电的晶闸管-电动机(V-M)系统, 在整流和逆变状态下的机械特性,并分析这种机械特性适合于何种性质的负载.
单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态a）整流状态：提升重物，a < 90°，Ud0 > E，n > 0
由电网向电动机提供能量。b）逆变状态：放下重物 a > 90°，Ud0 < E，n < 0 由电动机向电网回馈能量。
n 提升 Te 整流状态：电动机工作于第1象限；
Id T 放下 - n
逆变状态：电动机工作于第4象限。
待逆变状态：实际上，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。
逆变状态：只有在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，
一旦电机反电动势 E > |Ud0r| = |Ud0f|，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产
生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。
同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。
4-3 分析配合控制的有环流可逆系统反向启动和制动的过程。画出各参变量的动态波形，并说明在每个阶段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各处于什么状态。
① 整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I. 本组逆变阶段； II.它组制动阶段。现以反向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。 I. 本组逆变阶段在这阶段中，电流由反向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过反组VF流通，具体过程如下：发出停车（或正向）指令后，转速给定电压突变为零（或正值）；ASR输出跃变到负限幅值 -U*im ； ACR输出跃变成正限幅值 +Ucm ；反组VR由整流状态很快变成的逆变状态，同时正组VF由待逆变状态转变成待整流状态。在VR-M回路中，由于VR变成逆变状态，极性变正，而电机反电动势 E 极性未变，迫使电流迅速上升，主电路电感迅速释放储能，企图维持反向电流，这时大部分能量通过 VR 回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。由于电流的迅速上升，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化。
Ⅱ.它组制动阶段当主电路电流上升过零时，本组逆变终止，第 I 阶段结束，转到正组 VF 工作，开始通过正组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。 它组制动阶段又可分成三个子阶段：
它组建流子阶段；它组逆变子阶段；反向减流子阶段。
它组建流子阶段：Id过零并反向，直至到达+Id 以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为 +Ucm 。这时，VF和 VR 输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供 +Id 。
由于正组整流电压 Ud0r 和反电动势 E的极性相同，正向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。
它组逆变子阶段：当反向电流达到 – Idm 并略有超调时，ACR输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VF回到逆变状态，而 VR 变成待整流状态。此后，在ACR的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流 + Idm ，电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过 VF 逆变回馈电网，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过程中的主要阶段。
反向减流子阶段：在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持 -Idm，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压 LdId/dt 支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。
② 反向起动：如果需要在制动后紧接着反转，Id = -Idm的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统。
4-4 试分析图4-13所示逻辑选触无环流可逆系统的工作原理，说明正向制动时各处电压极性及能量关系。
采用了两个电流调节器和两套触发装置分别控制正、反组晶闸管。实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关选择一套电流调节器和触发装置工作，另一套装置就可以节省下来了。
4-5 试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。
答：① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪。 随动系统一般称伺服系统
② 位置随动系统与调速系统的相同点：
两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制。
③ 位置随动系统与调速系统的相异点：
调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。
位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。 位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。
4-9晶闸管-电动机系统中改变转矩方向的办法有几种？它们各有何特点 答：根据转矩公式: Me=Ceφ Id 或 Te=Cmφ Id 可知：
改变转矩方向的两种方法:
一. 电枢反接可逆线路( 改变Id方向) 形式有多种，介绍3种：
（1）接触器开关切换的可逆线路?优点：仅需一组晶闸管装置，简单、经济。?缺点：有触点切换，开关寿命短；需自由停车后才能反向，时间长。
应用：不经常正反转的生产机械。?（2）晶闸管开关切换的可逆线路：
简单可靠性高；中小容量可逆拖动系统 （3）两组晶闸管装置反并联可逆线路：
???电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；
???反转时，由反组晶闸管装置VR供电。两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。注意：不允许两组晶闸管同时处于整流状态，造成短路。因此对控制电路提出了严格的要求。 二. 励磁反接可逆线路(改变φ方向)
?由于励磁功率仅占电动机额定功率的1~5%，因此，采用励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。
?缺点：改变转向时间长。由于励磁绕组的电感大，励磁反向的过程较慢；解决办法：强迫励磁。又因电动机不允许在失磁的情况下运行，励磁电流下降到零时存在电枢电流，出现弱磁升速。
解决办法：在磁通减弱时保证电枢电流为零。因此系统控制相对复杂一些。?优点：供电装置功率小。由于励磁功率仅占电动机额定功率的1~5%，因此，采用励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。
4-10什么叫环流？环流有几种？怎样抑制直流平均环流？怎样抑制瞬时脉动环流？
答：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。
⑴ 静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类： ?直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。
?瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。
⑵ 动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流直流平均环流采用配合控制来抑制：为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器
4-11什么时候要消除环流？什么时候要利用环流？答：环流的危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。环流的利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。
4-12简述逻辑控制的无环流可逆调速系统的组成和工作原理，无环流逻辑控制器DLC的由哪四个基本环节组成？
逻辑控制无环流可逆调速系统的工作原理：当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成： ?主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；
?由于没有环流，不用设置环流电抗器；
?仍保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续；
?控制系统采用转速、电流双闭环方案；?电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR； 逻辑控制环节的的组成如下图
U*i
Ublf 电平 逻辑 延时 连锁 检测判断电路保护Ui0
Ublr
4-13 什么叫错位选触无环流系统，此时Uct起什么作用？
答：采用配合控制原理，当一组晶闸管整流时，让另一组晶闸管处在待逆变状态，但是两组触发脉冲的 零位错开得比较远，彻底杜绝了瞬时脉动环流的产生。系统的零位定在180o
两组的移相特性恰好分在纵轴的左右两边，两组晶闸管的工作范围可按Uct的极性来划分： Uct为正时，正组工作；
Uct为负时，反组工作可以省掉一组触发装置，对Uct为的极性进行鉴别后，再通过电子开关选择是触发正组还是触发反组。
4-14 带电压内环的错位控制无环流系统中电压内环的作用是哪些？
答：带电压内环的错位控制无环流系统中电压内环（或电流变化率内环）的作用用：
? 缩小反向时的电压死区，加快系统的切换过程。
? 抑制电流断续等非线性因素的影响，提高系统的动、静态性能。 ? 防止动态环流，保证电流安全换向。
4-15 简述DLC（无环流逻辑控制器）的组成和工作流程。
答：无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任务是：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组VR工作时，封锁正组而开放反组。?DLC的输入要求： 分析V-M系统四象限运行的特性，有如下共同特征：?正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；
?反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。 因此，应选择转矩信号作为DLC的输入信号。
由于ACR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：?正向运行和反向制动时，U*i为正； ?反向运行和正向制动时，U*i为负。
又因为 U*I 极性的变化只表明系统转矩反向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为DLC的另一个输入信号。因此，DLC的输出有两种状态：
?VF开放 — Ublf = 1，VF封锁 — Ublf = 0；
?VR开放 — Ublr = 1，VR封锁 — Ublr = 0Ui*的极性改变作为DLC切换的必要条件 Ui*由负变正，先去封锁正组UbLf =0，再开通反组UbLr =1 Ui*由正变负，先去封锁反组UbLr=0，再开通正组UbLf =1
?对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量； ?根据输入信号，做出正确的逻辑判断；
?为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时间：
(1) t1延时 —— 关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；