发布时间 : 星期二 文章运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时)(7)更新完毕开始阅读94ce58c653ea551810a6f524ccbff121dc36c5c9
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第四章
思考题：
4-1分析直流脉宽调速系统的不可逆和可逆电路的区别。
答：直流PWM调速系统的不可逆电路电流、转速不能够反向，直流PWM调速系统的可逆电路电流、转速能反向。
4-2 晶闸管电路的逆变状态在可逆系统中的主要用途是什么？
答：晶闸管电路处于逆变状态时，电动机处于反转制动状态，成为受重物拖动的发电机，将重物的位能转化成电能，通过晶闸管装置回馈给电网。
4-3 V-M系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路。
答：由于晶闸管的单向导电性，对于需要电流反向的直流电动机可逆系统，必须使用两组晶闸管整流装置反并联线路来实现可逆调速。快速回馈制动时，电流反向，所以需要采用可逆线路。
4-4采用单组晶闸管装置供电的V-M系统，画出其在整流和逆变状态下的机械特性，并分析该种机械特性适合于何种性质的负载。
答：
单组晶闸管装置供电的V-M系统整流和逆变状态下的机械特性适合于拖动起重机等位能性负载。 因为当α>90°，Ud0为负，晶闸管装置本身不能输出电流，电机不能产生转矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使电机反转，产生反向的电动势-E。 所以适合于位能性负载。
4-5晶闸管可逆系统中的环流产生的原因是什么？有哪些抑制的方法？
答：原因：两组晶闸管整流装置同时工作时，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。
抑制的方法：1. 消除直流平均环流可采用α=β配合控制，采用α≥β能更可靠地消除直流平
均环流。2. 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）。
4-6 试从电动机与电网的能量交换，机电能量转换关系及电动机工作状态和电动机电枢电流是否改变方向等方面对本组逆变和反组回馈制动列表作一比较。
答：本组逆变：大部分能量通过本组回馈电网。电动机正向电流衰减阶段，VF组工作，VF组是工作在整流状态。电动机电枢电流不改变方向。
反组回馈制动：电动机在恒减速条件下回馈制动，把属于机械能的动能转换成电能，其中大部分通过VR逆变回馈电网。电动机恒值电流制动阶段，VR组工作。电动机电枢电流改变方向。
4-7 试分析配合控制的有环流可逆系统正向制动过程中各阶段的能量转换关系，以及正、反组晶闸管所处的状态。
答：在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了ud0f和ud0r的幅值，一旦电机反电动势E>|ud0f|=|ud0r|，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。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”。即正组晶闸管处于整流状态，反组晶闸管处于逆变状态。
4-8逻辑无环流系统从高速制动到低速时需经过几个象限？相应电动机与晶闸管状态如何？
答：：逻辑无环流系统从高速制动到低速时需经过一，二两个象限。 相应电动机与晶闸管状态：
正组逆变状态：电动机正转减速，VF组晶闸管工作在逆变状态，电枢电流正向开始衰减至零； 反组制动状态：电动机继续减速，VR组晶闸管工作在逆变状态，电枢电流由零升至反向最大并保持恒定。
4-9从系统组成、功用、工作原理、特性等方面比较直流PWM可逆调速系统与晶闸管直流可逆调速系统的异同点。
答：系统组成：
直流PWM可逆调速系统：六个二极管组成的整流器，大电容滤波，桥式PWM变换器。 晶闸管直流可逆调速系统：两组晶闸管整流装置反向并联。 功用：
直流PWM可逆调速系统：电流一定连续，可使电动机四象限运行
晶闸管直流可逆调速系统：能灵活地控制电动机的起动，制动和升、降速。 工作原理：
直流PWM可逆调速系统：六个二极管构成的不可控整流器负责把电网提供的交流电整流成直流电，再经过PWM变换器调节直流电压，能够实现控制电动机的正反转。制动过程时，晶闸管整流装置通过逆变工作状态，把电动机的动能回馈给电网，在直流PWM系统中，它是把动能变为电能回馈到直流侧，但由于整流器的单向导通性，电能不可能通过整流装置送回交流电网，只能向滤波电容充电，产生泵升电压，及通过Rb消耗电能实现制动。
晶闸管直流可逆调速系统：当正组晶闸管VF供电，能量从电网通过VF输入电动机，此时工作在第I象限的正组整流电动运行状态；当电机需要回馈制动时，反组晶闸管装置VR工作在逆变状态，此时为第II象限运行；如果电动机原先在第III象限反转运行，那么它是利用反组晶闸管VR实现整流电动运行，利用反组晶闸管VF实现逆变回馈制动。 特性：
直流PWM可逆调速系统： 1.电流一定连续；2.可使电动机四象限运行；3.电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区；4.低速平稳性好，系统的调速范围大；5.低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。
晶闸管直流可逆调速系统：可四象限运行，电流不连续；实现了正组整流电动运行，，反组逆
变回馈制动，反组整流电动运行，正组逆变回馈发电四种状态。
习题
4-1试分析提升机构在提升重物和重物下降时，晶闸管、电动机工作状态及α角的控制范围？
答：提升重物：α<90°，平均整流电压Ud0>E（E为电动机反电动势），输出整流电流Id，电动机产生电磁转矩作电动运行，提升重物，这时电能从交流电网经晶闸管装置传送给电动机，V-M系统运行于第Ⅰ象限。
重物下降：α>90°，Ud0为负，晶闸管装置本身不能输出电流，电机不能产生转矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使电机反转，产生反向的电动势-E。
4-2在配合控制的有环流可逆系统中，为什么要控制最小逆变角和最小整流角？系统中如何实现？
答：原因：为了防止出现“逆变颠覆” ，必须形成最小逆变角βmin保护。 实现：通常取αmin= βmin=30 °
4-3何谓待逆变、本组逆变和它组逆变，并说明这三种状态各出现在何种场合下。
答：待逆变：该组晶闸管装置在逆变角控制下等待工作，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也没有能量回馈给电网。
本组逆变阶段：电动机正向电流衰减阶段，VF组工作； 它组逆变阶段：电动机恒值电流制动阶段，VR组工作
4-4 分析配合控制的有环流可逆系统反向起动和制动的过程，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。
答：ASR 控制转速设置双向输出限幅电路以限制最大起制动电流，ACR 控制电流设置双向输出限幅电路以限制最小控制角αmin 与最小逆变角βmin。
反向起动时VF 处于整流状态，VR处于待逆变状态；制动时VF处于逆变状态，VR处于待整流状态。
4-5逻辑控制无环流可逆系统消除环流的出发点是什么？
答：可逆系统中一组晶闸管工作时（不论是整流工作还是逆变工作），用逻辑关系控制使另一组处于完全封锁状态，彻底断开环流的通路，确保两组晶闸管不同时工作。
4-6 为什么逻辑无环流系统的切换过程比配合控制的有环流可逆系统的切换过程长？这是由哪些因素造成的？
答：原因：逻辑切换指令发出后并不能马上执行，还需经过两段延时时间，以确保系统的可靠工作。 这就是封锁延时和开放延时。 造成的因素：封锁延时和开放延时。
4-7 无环流逻辑控制器中为什么必须设置封锁延时和开放延时？延时过大或过小对系统有何影响？
答：原因：由于主电流的实际波形是脉动的，如果脉动的主电流瞬时低于I0就立即发出零电流数字信号，实际上电流仍在连续地变化，突然封锁触发脉冲将产生逆变颠覆。 在检测到零电流信号后等待一段时间，若仍不见主电流再超过I0 ，说明电流确已终止，再封锁本组脉冲。 封锁延时tabl 大约需要半个到一个脉波的时间。
在封锁触发脉冲后，已导通的晶闸管要过一段时间后才能关断，再过一段时间才能恢复阻断能
力。如果在此以前就开放它组脉冲，仍有可能造成两组晶闸管同时导通，产生环流。 开放延时时间 tdt ，一般应大于一个波头的时间
4-8 弱磁与调压配合控制系统空载起动到额定转速以上，主电路电流和励磁电流的变化规律是什么？
答：当提高Un，转速升到额定转速nN以上时，将根据感应电动势不变（E=EN）的原则，逐步减小励磁电流给定U*if，在励磁电流闭环控制作用下，励磁电流If 第五章 思考题： 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？ 答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。当频率从额定值向下调节时，必须同时降低Eg使 ，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。然而，异 步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认 g。 为定子相电压s在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。 在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。 5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。 5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。 答： 恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。在对于相同的电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相似。在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。 恒定子磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变 。恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。 恒气隙磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。保持气隙磁通恒定： Eg?4.44NS?KN??mN?常值Sf1U?EEg?常值?1 ，除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。与恒定子磁通控制方式相比较，恒气