《电力拖动自动控制系统》答案

### 电力拖动自动控制系统的知识点解析 #### 一、PWM-电动机系统与晶闸管-电动机系统的性能对比 - **主电路线路简单**：PWM-电动机系统相较于晶闸管-电动机系统，其主电路设计更为简洁，使用的功率器件数量更少，这不仅简化了系统结构，还降低了成本和维护难度。 - **开关频率高**：PWM技术通过高频开关控制电流，使得电流更容易保持连续，减少了谐波干扰，降低了电机的损耗和发热情况，提高了系统的整体效率。 - **低速性能优异**：PWM-电动机系统在低速运行时表现出更好的稳定性和平滑性，具有更高的稳速精度和更宽的调速范围，理论上可达到1:10000的比例。 - **动态响应快**：结合快速响应的电动机使用时，PWM-电动机系统展现出更宽的频带宽度、更快的动态响应速度和更强的动态抗扰能力。 - **导通损耗小**：功率开关器件在开关状态下工作，降低了导通时的损耗，并且适当选择开关频率也能有效控制开关损耗，从而提高整个装置的效率。 - **改善电网功率因数**：当采用不控整流作为直流电源时，相比相控整流器，PWM-电动机系统能够显著提高电网的功率因数。 #### 二、不可逆PWM变换器制动时的工作原理 在不可逆PWM变换器进行制动的过程中，两个VT(晶体管)的工作状态会根据PWM信号的脉冲宽度变化来调整： - 当PWM脉冲变窄导致[pic]反向时，Ug2变为正值，使得VT2导通，同时VT1关断。这种切换方式实现了电动机的制动功能，即通过改变PWM脉冲的宽度来控制VT的状态，进而控制电动机的运动状态。 #### 三、调速范围和静差率的概念及其关系 - **调速范围(D)**：是指电动机所能提供的最高转速与最低转速之比。数学上表示为\[D = \frac{n_{max}}{n_{min}}\]。 - **静差率(S)**：是指负载从理想空载增加到额定值时，转速下降量与理想空载转速之比，定义为\[S = \frac{\Delta n}{n_0}\]。 调速范围、静态速降和最小静差之间的关系可通过以下公式表示：\[D = \frac{n_{max}}{n_{min}} = \frac{n_0 + \Delta n}{n_0 - S n_0} = \frac{n_0 (1 + \frac{\Delta n}{n_0})}{n_0 (1 - S)}\]。由此可见，在一定的静态速降\(\Delta n\)下，调速范围\(D\)越大，则静差率\(S\)越大；反之，若不考虑调速范围的要求，要满足给定的静差率就相对容易实现。 #### 四、具体实例分析 1. **调速系统的调速范围与静差率的计算**：假设一个调速系统，测得的最高转速特性为\[n_{max}\]，最低转速特性为\[n_{min}\]，带额定负载的速度降落为\(\Delta n\)，且不同转速下的额定速降保持不变，则调速范围\(D\)和系统允许的静差率\(S\)可以通过以下步骤计算得出： - 调速范围：\[D = \frac{n_{max}}{n_{min}}\] - 静差率：\[S = \frac{\Delta n}{n_0}\] 2. **闭环调速系统与开环调速系统的比较**：假设一个闭环调速系统的调速范围为1500~150r/min，要求系统的静差率\(S \leq 2\%\),则系统允许的静态速降可以通过以下公式计算得出：\[S = \frac{\Delta n_{cl}}{n_{min}} \leq 2\%\]，其中\(\Delta n_{cl}\)为闭环静态速降。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可以通过公式\[\frac{\Delta n_{ol}}{\Delta n_{cl}} = K + 1\]计算得出，其中\(\Delta n_{ol}\)为开环静态速降，\(K\)为开环放大倍数。 3. **闭环调速系统的性能优化**：例如，某闭环调速系统的开环放大倍数从15增加到30时，额定负载下电动机的速降将会减少，具体速降的变化可以通过上述公式计算得出。在同样的静差率要求下，调速范围可以显著扩大，具体的扩大倍数可以通过公式\[\frac{D_2}{D_1} = \frac{K_2 + 1}{K_1 + 1}\]计算得出。 4. **调速系统参数变化的影响**：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、测速发电机励磁等参数发生变化时，系统对于其中电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电流、电枢电阻的变化具有调节能力，因为这些因素处于闭环系统的前向通道中。而对于测速发电机励磁的变化，系统则不具备调节能力，因为这一因素不在闭环系统的前向通道中。 以上分析详细介绍了PWM-电动机系统与晶闸管-电动机系统的性能对比、不可逆PWM变换器制动时的工作原理、调速范围和静差率的概念及其关系，并通过具体实例分析了调速系统的调速范围与静差率的计算方法、闭环调速系统与开环调速系统的比较以及闭环调速系统的性能优化等问题。