机电运动控制系统选做作业。
1. 晶闸管可控整流器供电直流电机调压调速的机械特性有何特点？ 画出三相半波可控整流器供电直流电机机械特性并说明之。
答： 与直流发电机-电动机组机械特性相比， 不同之处是：
(1) 分电流连续与电流断续二个区域；
(2) 电流连续区因可控整流器内阻大 (特别有换流重迭压降引入的等效电阻) 而使机械特性软； 电流断续区则因电流不连续致使机械特性更软而无法负载工作。
三相半波可控整流器供电直流电机机械特性如图所示：
时，整流器工作在整流状态，电机工作在电动状态；
时，整流器工作在逆变状态，电机工作在制动状态。
2. 可控整流器供电直流电机调速系统主回路中为何要釆用平波电抗器？其电感量应按什么要求来设计？
答：由于可控整流器供电直流电机调速系统负载轻时电流断续， 机械特性软， 调速特性差，无静差度可言。
解决办法：串接平波电抗器l，增大晶闸管导通角以使电流连续。
平波电抗器电感量计算原则是： 能确保轻载下最小电流。
时电流仍连续。
一般规律是idmin越小，要求平波电抗器电感量越大。
3．在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，各是哪个调节器起主要调节作用？
答：(1) 电网电压波动：影响整流电压ud ，整流电流id，反映到控制信号即ufi，它从电流环介入，故电流调节器起主要作用。
(2)负载扰动：负载tl的变化将影响转矩平衡关系，继而影响转速ωr，n，反映到控制信号即ufn，它从速度环介入，故速度调节器起主要作用。
4. 双闭环调速系统稳态运行时，两个pi调节器的输入偏差(给定与反馈之差)是多少？它们的输出电压应对应于何种状态的值？为什么？
答：(1) 根据pi调节器的特性，稳态时能实现无差调节，使反馈等于给定，即： △un＝ 0 或△ui＝ 0 ，两个pi调节器的输入偏差为零。
(2) 它们的输出电压应对应于第一次进入△un＝ 0 或△ui＝ 0 时的输出状态值(如 un， ui，α，ud，id，t )。这是由于pi调节器有积分、记忆功能，对过去出现过的误差信号有记忆作用。
当时调节器输入为零，但由于pi调节器的积分作用，对过去出现过的误差有记忆，则积分输出不为零，维持第一次出现时的输出值
进而维持 （无差）
5．反并联时为何会出现环流？限制环流有哪些有效方法？各有什么特点？
答：两桥反并联且同时整流时， 产生的整流电压会不经直流电机而顺串短路，因无电阻限流，会形成巨大环流。
限制环流的有效办法(对策)是：
(1) 要求直流电压：
极性互顶：一桥整流、一桥逆变。 如图所示。
大小相等即。
这样可以消除平均环流， 因为。
平均环流整流平均电压消除了平均环流。
但不能消除瞬吋环流， 因为：
瞬时环流一桥整流、一桥逆变时整流平均电压相等，但瞬时电压波形不同，瞬时电压差将引起瞬时环流，控制上要求必须同时控制平均及瞬时环流。
因此环流控制策略有：
1）有环流系统。
原则： 无平均环流，限制瞬时环流。
做法： 一桥整流、一桥逆变。
电抗器l、l，（非平波电抗器l）限制瞬时环流。
2）无环流系统。
原则：一桥工作（整流或逆变），一桥封锁（不工作）
采用逻辑电路保证两桥切换的安全——逻辑无环流晶闸管直流电机可逆调速系统。
6．为什么脉宽调制(pwm)型直流调速系统比晶闸管型直流调速系统能获得更好的动态特性？
答：可控整流器-直流电动机调速系统釆用开关速度慢(300hz)的晶闸管作开关元件， 使换流死区(晶闸管不立即响应触发信号的时间)平均为3.33 – 6.
66ms. 而脉宽调制(pwm)型直流调速系统釆用自关断器件(gtr, igbt, mosfet等), 其开关频率在几khz – 几百khz, 换流死区时间降至几十ns – 几百ns, 快上了几百、上千倍， 致使电机电压、电流、转矩、速度响应时间大大缩短， 即有了更好的动态特性。
7．从电机学原理说明调压调速机理， 从电力电子技术说明调压调速的实现手段。
答： 根据电机学原理， 当异步电机端电压变化时， 机械特性发生如图改变， 即：
故隨端电压ｕ1下降时， 最大转矩ｔm平方下降， 但发生最大转矩的位置sm不变， 致使机械特性变软， 与负载特性的交点即运行点的滑差s增大，速度 n 降低， 实现了调压调速。
实现调压调速的电力电子技术装置是交流固态调压器， 是用双向晶闸管或两只反并联的晶闸管构成。
8．画出晶闸管恒转矩亚同步串级调速系统主电路， 说清为什么是亚同步。
答：由于电机转子侧釆用了不控整流器使转子频率滑差功率ps变成直流功率， 可以简单釆用有源逆变器的直流电势uβ来吸收， 但釆用不控整流器只能使滑差功率ps从电机向电网方向传送，即增大转子ps, 增大s, 实现从同步速向下降低 n, 故为亚同步串级调速系统。
9. 晶闸管恒转矩亚同步串级调速系统如何实现速度调节？ 其调节规律又如何？
答： 系统调速控制量为逆变超前角β, 即。
β 变化变化。
变化→ s 变→ n 变。
其调节规律是：
a)当时， 串级调速系统运行于转子短接的自然特性上→达最高速；
b) 当时， 速度下降；
c)为防止逆变颠覆，限定即达到了最低速。
10. 分析、讨论恒电压/频率比(u1/f1 = c)控制时， 异步电机变频调速控制方式的特点。
答： 特点：
1）同步速 ns 随运行频率变化。
2）不同频率下，特性曲线硬度相同（平行线）——恒转矩特性。
控制下，其机械特性适合调速范围不宽、转速不太低的恒转矩负载（tm 不够）；特别适合负载转矩随转速下降而减小的负载，如风机/水泵。
低频时适当提高端电压u1 ，以补偿定子电阻压降，可增大tm ，以适当提高带负载能力。
11. 分析、讨论恒气隙电势/频率比(e1/f1 = c)时， 异步电机变频调速控制方式的特点。
答： 特点是：
①恒最大转矩运行——最大转矩 tm 不变， 与ω1无关。
②仍为恒转矩特性（不同ω1 下 δn相同），但线性段范围更宽。
低频时起动转矩 tq比额定频率起动转矩 tqn大。
低频起动时，小→小→转子电流有功分量（）大→产生起动转矩大；
额定频率起动时，大→大→转子电流有功分量（）小→产生起动转矩小。
要实现恒最大转矩运行，必须确保气隙磁通（恒定），即恒定）。而外部控制量为，必须全频范围内恰如其分地补偿定子电阻压降。
12．分析、讨论恒转子电势/频率比（ er / f1 = c）控制时， 异步电机变频调速控制方式的特点及优点。
答： 低频时如将电压作进一步补偿，除补偿掉定子漏阻抗压降外，再补偿掉转子漏阻抗压降，最后保持转子电势er线性变化，实现 er/f1 = c 控制。
这样， 在确定频率下， 机械特性为一直线； 不同频率下，为一族平行线 ——并激直流电机特性。
13．为何变频器供电电机转子容易发热甚至烧毁？
答： 这主要是变流器(变频器)非正弦电源中含有丰富的谐波电压(电流), 引起转子参数变化之故。 即对谐波而言， 谐波滑差 sk = 1 ，转子频率 f2 = sk f1 = f1 变成了高频，转子集肤效应严重， 致转子电阻r2k增大；转子电流挤向槽口，分布不均，槽漏抗减小；槽漏抗原是限制转子电流的主要因素， 它的減小致使转子中谐波电流i2k剧增， 结果是转子谐波铜耗p2k = i2k)2 r2k远大于基波铜耗， 转子发热剧烈， 成为变频调速电机主要问题之一。
必须注意与调压调速时异步电机转子发热是由基波损耗(滑差功率)引起， 而变流器(变频器)非正弦供电电机转子容易发热是谐波效应所致， 不是基波造成的结果。
14．变流器(变频器)非正弦供电时， 异步电机的效率如何变化？ 与变流器(变频器)类型有关系否？
答： 变频器非正弦供电时，谐波电流增加了损耗、降低了效率。但变化趋势与变频器型有关：
①电压源型逆变器供电时： 谐波电压大小取决于变频器输出电压波形，确定；谐波含量固定，与电机负载大小无关。故谐波电流大小及产生的谐波损耗δp不随负载ρ2变化而恒定。这样：
●轻载时，р2小，大小固定的δp影响大，η↓多。
●满载时，ρ2大，大小固定的δp影响小，η↓少（2%）
②电流源型逆变器供电时： 电流波形确定，即电流中各次谐波含量比例确定，而其大小随负载变。这样：
●满载时，电机电流谐波增大，损耗增大，η、cosф ↓多；
●轻载时，电机电流谐波量小，损耗较小，η、cosф ↓少。
15．变流器(变频器)非正弦供电时， 异步电机是怎么产生出谐波转矩的(成因)? 有几种形态的谐波转矩？ 各有什么性质(特点)?
答： 有两种形态的谐波转矩， 它们的成因及性质(特点)是：
(1) 恒定谐波转矩， 其成因是：
气隙磁通中谐波磁通（激励）→转子中感应出同次谐波电流（响应）
相互作用产生的谐波转矩。
其性质是： ①异步转矩，转矩恒定（大小、方向确定）,其值很小（1% tn）→影响可忽略。
2) 脉动转矩， 其成因是：
不同次数谐波磁场(主要是幅值最大的次)与基波磁场的相互作用产生。
其性质是： ①脉振转矩， 平均值为零， 但低频运行时单方向幅值很大，六倍基波频谐波转矩。
16．为什么说交-直-交型电流源变频器具有四象限运行能力？ 从变流器控制角度图示说明。
答： 电流源型逆变器釆用大电感滤波，直流母线电压ud极性允许改变， 而两桥开关元件单向导电性决定直流电流id 流向不能变， 功率流向改变全靠改变直流母线电压极性，这是通过调节两桥变流器触发角大小来实现， 如图所示。
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