2025年電力拖動(dòng)控制試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某直流調(diào)速系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速n_N=1500r/min，額定速降Δn_N=100r/min，系統(tǒng)允許的靜差率s≤5%，則該系統(tǒng)能夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍D為（）。A.28.57B.30C.25D.202.三相異步電動(dòng)機(jī)采用變極調(diào)速時(shí)，其調(diào)速性質(zhì)屬于（）。A.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速B.恒功率調(diào)速C.既非恒轉(zhuǎn)矩也非恒功率D.視極對(duì)數(shù)變化而定3.在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出限幅決定了（）。A.最大電樞電流B.最小電樞電流C.最大轉(zhuǎn)速給定D.最小轉(zhuǎn)速給定4.以下電力電子器件中，屬于全控型器件且開關(guān)頻率最高的是（）。A.晶閘管（SCR）B.門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）C.絕緣柵雙極晶體管（IGBT）D.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）5.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，若保持U/f恒定，其機(jī)械特性的硬度（）。A.變差B.不變C.變好D.先變差后變好6.在轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的主要作用是（）。A.消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差B.抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響C.加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度D.限制最大電流7.直流PWM變換器中，當(dāng)占空比ρ=0.6時(shí)，若電源電壓U_s=220V，則電動(dòng)機(jī)電樞端的平均電壓U_d為（）。A.132VB.88VC.220VD.176V8.異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的核心思想是（）。A.保持氣隙磁通恒定B.將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量C.直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩D.簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型9.某調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為K，當(dāng)K增大時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Δn（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小10.在晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V-M）系統(tǒng)中，當(dāng)觸發(fā)延遲角α增大時(shí)，整流輸出電壓平均值U_d（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小二、填空題（每空1分，共20分）1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為______，其中T為電磁轉(zhuǎn)矩，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n為轉(zhuǎn)速。2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法包括調(diào)節(jié)______、調(diào)節(jié)______和調(diào)節(jié)電樞回路電阻。3.靜差率s的定義式為______，其中Δn為穩(wěn)態(tài)速降，n_0為理想空載轉(zhuǎn)速。4.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）通常采用______調(diào)節(jié)器，其輸出作為電流調(diào)節(jié)器（ACR）的______。5.異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可分為變極調(diào)速、______調(diào)速和______調(diào)速三大類。6.PWM變換器的調(diào)制方式包括單極性調(diào)制和______調(diào)制，其中______調(diào)制的諧波含量更低。7.矢量控制中，通過______變換將三相靜止坐標(biāo)系下的物理量轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量。8.轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差頻率ω_s與______成正比，從而保證氣隙磁通基本恒定。9.在直流調(diào)速系統(tǒng)中，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率是開環(huán)系統(tǒng)的______倍，其中K為開環(huán)放大系數(shù)。10.IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為______信號(hào)，其導(dǎo)通和關(guān)斷由______控制。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述直流PWM調(diào)速系統(tǒng)相較于晶閘管整流（V-M）系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程可分為哪幾個(gè)階段？各階段的主要特征是什么？3.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何需要保持U/f恒定？若僅調(diào)節(jié)頻率而不調(diào)節(jié)電壓會(huì)出現(xiàn)什么問題？4.說明轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流環(huán)的設(shè)計(jì)原則（如典型系統(tǒng)選擇、參數(shù)計(jì)算依據(jù)）。5.比較異步電動(dòng)機(jī)矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制的異同點(diǎn)。四、分析計(jì)算題（共30分）1.（10分）某雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)：P_N=10kW，U_N=220V，I_N=55A，n_N=1000r/min，電樞電阻R_a=0.3Ω，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)C_e=0.2V·min/r；電流反饋系數(shù)β=0.05V/A，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.008V·min/r；電流調(diào)節(jié)器（ACR）采用PI調(diào)節(jié)器，其輸出限幅為±8V，電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)為1.1，電樞回路總電阻R=0.5Ω（包括整流裝置內(nèi)阻）。試求：（1）系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定速降Δn_op；（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速給定U_n^=8V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n；（3）若系統(tǒng)閉環(huán)后開環(huán)放大系數(shù)K=100，求閉環(huán)系統(tǒng)的額定速降Δn_cl。2.（10分）一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：P_N=30kW，U_N=380V，I_N=57.5A，n_N=1470r/min，f_N=50Hz，極對(duì)數(shù)p=2，定子電阻R_s=0.1Ω，轉(zhuǎn)子電阻折算值R_r'=0.15Ω，漏電抗X_σs=X_σr'=0.3Ω。試計(jì)算：（1）額定轉(zhuǎn)差率s_N；（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩T_N；（3）最大電磁轉(zhuǎn)矩T_m（忽略定子電阻影響）；（4）若采用變頻調(diào)速，當(dāng)頻率f=30Hz、保持U/f恒定（U=U_N×f/f_N）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n_0'和理想空載轉(zhuǎn)速n_0''（假設(shè)此時(shí)轉(zhuǎn)子電流很小，可忽略轉(zhuǎn)子電阻壓降）。3.（10分）某PWM整流器輸入為三相220V/50Hz交流電，輸出直流電壓U_dc=600V，開關(guān)頻率f_s=10kHz，采用SVPWM調(diào)制。已知負(fù)載電流I_dc=10A，功率因數(shù)要求為1。試分析：（1）PWM整流器的工作模式（整流/逆變）；（2）計(jì)算輸入電流的基波有效值I_1；（3）若開關(guān)管導(dǎo)通壓降為2V，估算整流器的效率（忽略開關(guān)損耗和其他損耗）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.A3.A4.D5.B6.D7.A8.B9.B10.B二、填空題1.T-T_L=(GD2/375)(dn/dt)2.電樞電壓；勵(lì)磁磁通3.s=Δn/n_0×100%4.PI；電流給定5.變頻；變轉(zhuǎn)差率6.雙極性；雙極性7.坐標(biāo)（或Park、Clarke）8.轉(zhuǎn)矩電流分量9.1/(1+K)10.電壓；柵極電壓三、簡(jiǎn)答題1.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：①開關(guān)頻率高，電流脈動(dòng)小，電機(jī)損耗低；②動(dòng)態(tài)響應(yīng)快（開關(guān)周期短）；③效率高（電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小）；④無晶閘管的失控現(xiàn)象（可快速關(guān)斷）；⑤主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需笨重的變壓器。2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程分為三個(gè)階段：（1）電流上升階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）迅速飽和，輸出限幅，電流調(diào)節(jié)器（ACR）控制電流快速上升至給定最大值I_dm，轉(zhuǎn)速開始緩慢上升。（2）恒流升速階段：電流保持I_dm恒定，電磁轉(zhuǎn)矩T=T_m恒定，轉(zhuǎn)速按線性規(guī)律上升（n=(T-T_L)t/(GD2/375)），ASR仍處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速給定與反饋的偏差全部由ASR的積分作用積累。（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，ASR退出飽和，電流開始下降，直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)速無靜差。3.保持U/f恒定的原因：異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通Φ_m≈U/(4.44fN?k_w1)，若U/f恒定，則Φ_m基本恒定，避免磁通飽和（導(dǎo)致勵(lì)磁電流過大、鐵損增加）或磁通不足（轉(zhuǎn)矩減?。?。若僅調(diào)頻率不調(diào)電壓：當(dāng)f降低時(shí)，U不變會(huì)導(dǎo)致Φ_m增大，鐵芯飽和，勵(lì)磁電流劇增；當(dāng)f升高時(shí)，U不變會(huì)導(dǎo)致Φ_m減小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，無法充分利用電機(jī)容量。4.電流環(huán)設(shè)計(jì)原則：（1）典型系統(tǒng)選擇：電流環(huán)通常設(shè)計(jì)為典型Ⅰ型系統(tǒng)（二階系統(tǒng)），因其動(dòng)態(tài)抗擾性能好，超調(diào)小，適合電流的快速跟隨和抑制電網(wǎng)擾動(dòng)。（2）參數(shù)計(jì)算依據(jù)：①確定時(shí)間常數(shù)：包括電流濾波時(shí)間常數(shù)T_fi（約0.002s）、PWM裝置滯后時(shí)間常數(shù)T_s（1/開關(guān)頻率）、電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)T_l=L/R；②按二階最佳（ξ=0.707）或三階最佳（h=5）確定ACR的比例系數(shù)K_i和積分時(shí)間常數(shù)τ_i=T_l；③校驗(yàn)截止頻率ω_c，確保電流環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快于轉(zhuǎn)速環(huán)。5.矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：均為高性能異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)類似直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。不同點(diǎn)：①控制思想：矢量控制通過坐標(biāo)變換將定子電流分解為勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩分量，分別控制；直接轉(zhuǎn)矩控制直接控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，利用空間電壓矢量選擇表調(diào)節(jié)。②動(dòng)態(tài)響應(yīng)：直接轉(zhuǎn)矩控制無電流環(huán)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快；矢量控制需電流閉環(huán)，響應(yīng)稍慢。③參數(shù)敏感性：矢量控制依賴電機(jī)參數(shù)（如轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)）；直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)參數(shù)敏感性較低。④磁鏈控制：矢量控制保證轉(zhuǎn)子磁鏈恒定；直接轉(zhuǎn)矩控制控制定子磁鏈，形狀為六邊形或圓形。四、分析計(jì)算題1.（1）開環(huán)額定速降Δn_op=(I_NR)/C_e=(55×0.5)/0.2=137.5r/min（2）穩(wěn)態(tài)時(shí)n=U_n^/α=8/0.008=1000r/min（與額定轉(zhuǎn)速一致）（3）閉環(huán)額定速降Δn_cl=Δn_op/(1+K)=137.5/(1+100)≈1.36r/min2.（1）同步轉(zhuǎn)速n_0=60f/p=60×50/2=1500r/min，額定轉(zhuǎn)差率s_N=(n_0-n_N)/n_0=(1500-1470)/1500=0.02（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩T_N=9550P_N/n_N=9550×30/1470≈194.9N·m（3）臨界轉(zhuǎn)差率s_m=R_r'/√[R_s2+(X_σs+X_σr')2]=0.15/√[0.12+(0.3+0.3)2]≈0.15/0.608≈0.247最大電磁轉(zhuǎn)矩T_m=(1.5T_N)/(s_m/2)=(1.5×194.9)/(0.247/2)≈2339/0.1235≈1894N·m（或用公式T_m=(3pU?2)/(2πf?[R_s+√(R_s2+(X_σs+X_σr')2)])，代入數(shù)據(jù)得T_m≈1890N·m）（4）f=30Hz時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n_0'=60×30/2=900r/min；理想空載時(shí)s≈0，轉(zhuǎn)子電流I_r'≈0，定子電壓U≈4.44fN?k_w1Φ_m，保持U/f恒定則Φ_m不變，理想空載轉(zhuǎn)速n_0''≈n_0'（忽略定子電阻壓降時(shí)，n_0''≈n_0'）3.（1）工作模式：整流（將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，輸出電壓600V高于輸入相電壓峰值220×√2≈311V，需通過PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)升壓整流）（2）輸入有功功率P=U_dc×I_dc=600×10=6000W，功率因數(shù)λ=1，故輸入視在功率S=P=6000VA；三相輸入線電壓U_l=380V（題目中220V可能為相電壓，若為相電壓則線電壓U_l=220×√3≈381V），輸入電流基波有效值I_1=S/(√3U_l)=6000/(√3×38