2-15 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，下列参数发生变化时系统是否有调节作用？下列参数发生变化时系统是否有调节作用？ 为什么？为什么？ （1）放大器的放大系数）放大器的放大系数 Kp。 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）供电电网电压）供电电网电压 Ud。 有。电网电压是系统的给定，反馈控制系统完全服从给定。 （3）电枢电阻）电枢电阻 Ra。 有。Ra 的变化会影响到转速，会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它对 稳态转速的影响。 （4）电动机）电动机励磁电流励磁电流 If。 有。If 的变化会影响到转速，会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它对稳 态转速的影响。 （5）测速反馈系数）测速反馈系数 。 当电压反馈系数 发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的 误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。 习题习题 3.8（2） 转速、电流双闭环转速、电流双闭环直流直流调速系统调速系统电路原理图电路原理图 3-6 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节什么参数应调节什么参数?改变转速调改变转速调 节器的放大倍数节器的放大倍数 Kn行不行行不行? 改变电力电子变换器的放大倍数改变电力电子变换器的放大倍数 Ks行不行行不行? 改变转速反馈系改变转速反馈系 数数 行不行行不行?若要改变电动机的堵转电流若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数应调节系统中的哪些参数? 答： 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节的参数有：转 速给定电压 U*n，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。 改变转速调节器的放大倍数 Kn，只是加快过渡过程，但转速调节器的放大倍数 Kn 的影响在转速负反馈环内的前向通道上， 它引起的转速变化， 系统有调节和抑制能力。 因此， 不能通过改变转速调节器的放大倍数 Kn，来改变转速 改变改变电力电子变换器的放大倍数 Ks，只是加快过渡过程，但转电力电子变换器 的放大倍数 Ks 的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和 抑制能力。因此，不能通过改变电力电子变换器的放大倍数 Ks，来改变转速 改变转速反馈系数 ，能改变转速。转速反馈系数 的影响不在转速负反馈环内的 前向通道上，它引起的转速变化，系统没有调节和抑制能力。因此，可以通过改变转速反馈 系数 来改变转速，但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。 若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有：转速的给定 U*n、转速调节器的放 大倍数 Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数 等，因为它们都在电流环之外。 3-9 试从下述五个方面来比较转速、 电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调试从下述五个方面来比较转速、 电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调 速系统：速系统： 调速系统的静态性能；调速系统的静态性能； 动态限流性能；动态限流性能； 启动的快速性启动的快速性 抗负载扰动的性能；抗负载扰动的性能； 抗电源波动的性能抗电源波动的性能 答： 调速系统的静态性能调速系统的静态性能: 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用 PI 调节器，整个系统成为一个无静 差的系统。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，转速调节器采用 PI 调节器，整个系统成为 一个无静差的系统。 动态限流性能动态限流性能: 在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器采用 PI调节器，将电流限制在 Idm内。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，将电流限制在 Idcr-Idbl内。 启动的快速性启动的快速性: 在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器在最 大电流 Idm附近进行 PI调节，时间最短，提高了启动/制动的快速性。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，在启动/制动过程中，当电流大于截止电流 Idcr时，电流调节器起作用，并不是在最大电流附近进行调节，启动/制动的快速性较差。 抗负载扰动的性能：抗负载扰动的性能： 在转速、 电流双闭环调速系统中， 负载扰动在转速外环中， 负载扰动作用在电流环之后， 因此只能靠转速调节器 ASR 来产生抗负载扰动的作用。在设计 ASR 时，应要求有较好的抗 扰性能指标。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中， 负载扰动立即引起电流变化， 当电流大于截 止电流 Idcr时，电流调节器起作用，可以进行调节。 抗电源波动的性能抗电源波动的性能 在转速、电流双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得 到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗电源波动的性能大有改善。 在电流截止环节的转速单闭环调速系统中， 电网电压扰动的作用点离被调量较远， 调节 作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。 4-1 分析直流脉宽调速系统的不可逆和可逆电路的区别。分析直流脉宽调速系统的不可逆和可逆电路的区别。 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？晶闸管电路的逆变状态在可逆系统中的主要用途是什么？ 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，为什么必须采用可系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路。逆线路。 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？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？ 原因：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：抑制的方法： 1. 消除直流平均环流可采用 = 配合控制，采用 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。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。 本组逆变：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：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，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、 反以及正、 反 组晶闸管所处的状态。组晶闸管所处的状态。 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？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？ (P109) 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； 它组整流状态它组整流状态：电动机减速，电枢电流过零并反向，反组 VR 由“待整流”进入整流。 它组逆变状态：它组逆变状态： VR 组晶闸管工作在逆变状态，电枢电流反向至最大并保持恒定。 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与晶闸管直流 可逆调速系统的异同点。可逆调速系统的异同点。 直流 PWM 可逆调速系统 晶闸管可逆调速系统 系统组成 大电容滤波， 六个二极管组成 整流器，PWM 变换器 反向并联的两组晶闸管组成可 控整流装置 功用 电流连续，电动机可在 IV象 限运行 能够灵活的控制电动机的起 动，制动及升降速。 工作原理 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。 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 能在 IV象限运行， 电流连续， 电动机停止时有微震电流， 消 除静摩擦死区，低速平稳性 好， 低速时每个开关器件的驱 动脉冲较宽， 有利于器件的可 靠导通。 可在 IV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。 4 4. .1 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 角的控制范围？角的控制范围？ 提升重物：提升重物： 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 系统运行于第象限。 重物下降重物下降： 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 4. .2 2 在配合控制的有环流可逆系统中， 为什么要控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？系统中如何制最小逆变角和最小整流角？系统中如何 实现？实现？ 原因：原因：为了防止出现“逆变颠覆” ，必须形成最小逆变角 min 保护。 实现：实现：通常取 min= min=30 4 4. .3 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。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。 本组逆变阶段：电动机正向电流衰减阶段，VF 组工作； 它组整流阶段：电动机反向电流建立阶段，VR 组工作； 它组