思考题完整编辑版-电路知识资料

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''第2章三、思考题  2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？  答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。  2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。  答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送 往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换 器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？  答：脉动直流电压。  2=4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M 系统能够获得更好的动态性能？  答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时 间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc） ，而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大 失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或 60Hz） 为一周内 ） ，m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时 间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2-5 在直流脉宽调速系统中， 当电动机停止不动时， 电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电 流？为什么？  答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。  2-6 直流 PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？  答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电 压。  2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？  答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升 至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。 2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？  答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电 动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电 容两端电压升高。 泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电 压限制电路。  2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？  答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电 枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载 增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。  2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。  答：D=（nN/△n） （s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的， ） 而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？  答：D=（nN/△n） （s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许 ） 的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围，则在一定静态速降下，允许的最 小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 n''2-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？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，调节转速反馈系数是否能够改变转速？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？（已验证）  答：转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成） ，可获得比 开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率下，能够提高调速范围。 改变给定电压能改变电动机转速。因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的 偏差，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改变电动机的电枢电压，改变了转速。 调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速。因为改变转速反馈系数则改变实际转速反 馈电压，而给定电压不变，则电压偏差改变，从而电力电子变换器输出电压改变，即电动机电 枢电压改变，转速改变。 若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化，当给定电压一定时，则电压偏差发生变 化，从而转速改变。故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力。  2-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输 入偏差电压△U=0 时，调节器的输出电压是多少？它决定于哪些因素？  答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了比例调节器 必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。 当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。它取决于 输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分调节器的限幅值。  2-14 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的 影响？为什么？  答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零，因此若给点电 源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变，系统仍会认为是给定或转 速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。 2-15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为 什么？（已验证） （1）放大器的放大系数 Kp。 （2）供电电网电压 Ud。 （3）电枢电阻 Ra。 （4）电动机励磁电流 If。 （5）转速反馈系数 α。  答： （1）有。假设 Kp 减小，则控制电压减小，则电力电子变换器输出减小，则电动机转速下 降；而电动机转速下降，则反馈电压减小，则偏差电压增大，则控制电压增大，则转速上升。 （2）有。不解释。 （3）有。不解释。 （4）有。不解释。 （5）没有。不解释。 2-16 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整 流装置的输出电压 Ud 较之负载变化前是增加、减少还是不变？ 在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速 n 和整流装置的输出电压 Ud 是增加、减 少还是不变？（已验证）  答： （1）Ud 减小。因负载减小，转速上升，反馈电压增加，给定电压一定，偏差电压减小， 控制电压减小，故输出电压减小。 （2）n 不变，Ud 增加。转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略。  2-17 闭环调速系统有哪些基本特征？它能减少或消除转速稳态误差的实质是什么？   3-1在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值Idm？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是Id略低于Idm。3-2由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。答：转轴堵死，则n=0,比较大,导致比较大,也比较大,然后输出电压n''较大，最终可能导致电机烧坏。3-3双闭环直流调速系统中，给定电压Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un和实际转速n是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n减小，然后会有所减小，但是由于α增大了，总体还是增大的。3-4双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？答：（1）转速一直上升，ASR不会饱和，转速调节有静差。（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用PI调节器，ACR调试中怎样才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使Un*=10V时，n=1000rpm，应调什么参数？答：前者应调节，后者应调节。3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数Kn行不行？改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行？改变转速反馈系数α行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：转速n是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。改变Kn和Ks不行。改变转速反馈系数α行。若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。3-7转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？答：均为零。因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。各变量之间关系如下：3-8在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何？答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。稳定性能没有比例积分调节器作用时好。3-9从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统：（1）调速系统的静态特性。（2）动态限流性能。（3）起动的快速性。（4）抗负载扰动的性能。5）抗电源电压波动的性能。答：转速电流双闭环调速系统的静态特性，动态限流性能，起动的快速性，抗负载扰动的性能，抗电源电压波动的性能均优于带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统。3-10根据速度调节器ASR、电流调节器ACR的作用，回答下面问题（设ASR、ACR均采用PI调节器）：1双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗？2双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，最终电动机会飞车吗？答：1系统仍能正常工作，但是如果有扰动的话，系统就不能稳定工作了。2电动机突然失磁，转子在原有转速下只能产生较小的感应电动势，直流电机转子电流急剧增加，可能飞车。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。4-3V-Mn''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。4-5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。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。4-1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°，Ud0n''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

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