2025年電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)試卷(練習(xí)題庫)附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是（）。A.電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)B.交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率大于負(fù)載特性斜率C.交點(diǎn)處電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率小于負(fù)載特性斜率D.電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩2.某直流電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定負(fù)載下轉(zhuǎn)速降落Δn_N=100r/min，若要求靜差率s≤5%，則系統(tǒng)允許的最低轉(zhuǎn)速為（）。A.100r/minB.150r/minC.200r/minD.250r/min3.晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V-M）系統(tǒng)中，當(dāng)觸發(fā)角α增大時(shí)，整流輸出電壓平均值（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減4.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)中，若開關(guān)頻率為10kHz，導(dǎo)通時(shí)間t_on=20μs，則占空比δ為（）。A.0.2B.0.3C.0.4D.0.55.交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為保持氣隙磁通恒定，應(yīng)采用（）控制方式。A.U/f=常數(shù)B.恒壓頻比C.恒功率D.恒電流6.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出作為（）。A.電流給定信號B.轉(zhuǎn)速反饋信號C.觸發(fā)角控制信號D.電壓給定信號7.矢量控制的核心是將異步電動(dòng)機(jī)的（）分解為轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量，實(shí)現(xiàn)類似直流電動(dòng)機(jī)的解耦控制。A.定子電流B.轉(zhuǎn)子電流C.定子電壓D.轉(zhuǎn)子磁鏈8.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θ與（）無關(guān)。A.轉(zhuǎn)子齒數(shù)B.運(yùn)行拍數(shù)C.通電方式D.電源頻率9.無刷直流電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于（）。A.無換向器B.無電刷C.采用電子換向D.定子結(jié)構(gòu)不同10.某三相異步電動(dòng)機(jī)采用SPWM變頻調(diào)速，若載波頻率為10kHz，調(diào)制波頻率為50Hz，則每個(gè)基波周期內(nèi)的脈沖數(shù)為（）。A.100B.200C.300D.400二、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.調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)主要包括______和______。3.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有______、______和______。4.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減小穩(wěn)態(tài)速降的本質(zhì)是______。5.晶閘管整流電路中，單相全控橋的整流電壓平均值公式為______（α為觸發(fā)角）。6.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器（ACR）的作用是______和______。7.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，基頻以下采用______控制，基頻以上采用______控制。8.直接轉(zhuǎn)矩控制通過直接控制______和______來實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。9.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由______和______組成。10.無刷直流電動(dòng)機(jī)的位置檢測裝置通常采用______或______。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主要區(qū)別及閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢。2.說明直流PWM調(diào)速系統(tǒng)中“單極性”和“雙極性”調(diào)制的特點(diǎn)，并比較其適用場景。3.解釋異步電動(dòng)機(jī)矢量控制中“坐標(biāo)變換”的意義，列舉常用的坐標(biāo)變換類型。4.分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程（從轉(zhuǎn)速偏差出現(xiàn)到系統(tǒng)重新穩(wěn)定）。5.簡述SPWM調(diào)制的基本原理，說明載波比和調(diào)制度對輸出電壓波形的影響。四、分析計(jì)算題（共30分）1.（10分）某直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：P_N=10kW，U_N=220V，I_N=53A，n_N=1500r/min，電樞電阻R_a=0.3Ω。系統(tǒng)采用開環(huán)調(diào)速，要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤10%。（1）計(jì)算額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落Δn_N；（2）驗(yàn)證開環(huán)系統(tǒng)是否滿足靜差率要求；（3）若采用閉環(huán)系統(tǒng)，要求靜差率仍為10%，計(jì)算所需的開環(huán)放大倍數(shù)K。2.（10分）三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率P_N=30kW，額定電壓U_N=380V，額定頻率f_N=50Hz，額定轉(zhuǎn)速n_N=1470r/min，定子每相電阻R_s=0.1Ω，轉(zhuǎn)子每相電阻R_r'=0.15Ω（已折算），定子漏感L_sσ=0.002H，轉(zhuǎn)子漏感L_rσ'=0.0025H，互感L_m=0.1H。采用恒壓頻比控制，當(dāng)頻率f=25Hz時(shí)，（1）計(jì)算此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速n_1；（2）計(jì)算額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率s_N；（3）若保持氣隙磁通Φ_m恒定，計(jì)算此時(shí)的定子電壓U_s；（4）分析此時(shí)電動(dòng)機(jī)的過載能力（與額定頻率下的過載能力比較）。3.（10分）某轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.005V·min/r，電流反饋系數(shù)β=0.02V/A，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器，其比例系數(shù)K_p=10，積分時(shí)間常數(shù)τ_i=0.2s。系統(tǒng)最大給定電壓U_n^=10V，最大電流給定電壓U_i^=8V。（1）計(jì)算系統(tǒng)允許的最大轉(zhuǎn)速n_max；（2）計(jì)算系統(tǒng)允許的最大電流I_max；（3）若突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速偏差Δn=100r/min，求此時(shí)ASR的輸出電壓U_i^（假設(shè)ASR未飽和）；（4）說明ASR積分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的作用。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.B4.A5.A6.A7.A8.D9.C10.B二、填空題1.T-T_L=J(2π/60)(dn/dt)2.調(diào)速范圍；靜差率3.電樞串電阻；降低電樞電壓；減弱勵(lì)磁磁通4.引入轉(zhuǎn)速反饋，通過調(diào)節(jié)電樞電壓補(bǔ)償負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速降落5.U_d=0.9U_2cosα（單相全控橋，阻感負(fù)載）6.限制最大電流；加快電流響應(yīng)7.恒壓頻比（U/f=常數(shù)）；恒功率（電壓恒定，頻率升高）8.定子磁鏈；電磁轉(zhuǎn)矩9.環(huán)形分配器；功率放大器10.霍爾傳感器；光電編碼器三、簡答題1.區(qū)別：開環(huán)系統(tǒng)無轉(zhuǎn)速反饋，輸出僅由給定決定；閉環(huán)系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)速反饋形成負(fù)反饋控制。優(yōu)勢：閉環(huán)系統(tǒng)可減小穩(wěn)態(tài)速降，提高調(diào)速精度；抑制負(fù)載擾動(dòng)、電源電壓波動(dòng)等干擾；擴(kuò)大調(diào)速范圍。2.單極性調(diào)制：PWM輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)僅在正或負(fù)半周交替，開關(guān)管僅在一個(gè)極性下工作，適用于小功率或?qū)χC波要求較低的場景。雙極性調(diào)制：輸出電壓在正負(fù)半周交替變化，開關(guān)管需承受雙向電壓，適用于需要更平滑輸出、減少低次諧波的中大功率場景。3.坐標(biāo)變換意義：將三相靜止坐標(biāo)系下的交流量轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制。常用變換類型：三相/兩相靜止變換（3s/2s變換）、兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換，即帕克變換）。4.突加負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速反饋電壓U_n減小，轉(zhuǎn)速偏差ΔU_n=U_n^-U_n增大，ASR輸出U_i^增大，電流給定增加，ACR輸出U_c增大，晶閘管整流器輸出電壓U_d增大，電動(dòng)機(jī)電樞電流I_a增大，電磁轉(zhuǎn)矩T增大，直到T=T_L+ΔT（ΔT為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩），轉(zhuǎn)速開始回升；隨著轉(zhuǎn)速接近給定值，ΔU_n減小，U_i^減小，I_a回落至負(fù)載電流，系統(tǒng)重新穩(wěn)定。5.SPWM原理：用三角波（載波）與正弦波（調(diào)制波）比較，提供寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，等效正弦波輸出。載波比N=f_c/f_r（f_c為載波頻率，f_r為調(diào)制波頻率），N越大，輸出波形越接近正弦波，諧波含量越低；調(diào)制度M=U_r/U_c（U_r為調(diào)制波幅值，U_c為載波幅值），M≤1時(shí)，輸出電壓基波幅值與M成正比，M>1時(shí)出現(xiàn)過調(diào)制，波形失真。四、分析計(jì)算題1.（1）Δn_N=(I_NR_a)/(C_e)，其中C_e=(U_N-I_NR_a)/n_N=(220-53×0.3)/1500=(220-15.9)/1500=204.1/1500≈0.1361V·min/rΔn_N=(53×0.3)/0.1361≈15.9/0.1361≈116.8r/min（2）開環(huán)系統(tǒng)最低轉(zhuǎn)速n_min=n_N/(D)=1500/10=150r/min靜差率s=Δn_N/(n_min+Δn_N)=116.8/(150+116.8)=116.8/266.8≈43.8%>10%，不滿足。（3）閉環(huán)系統(tǒng)靜差率s=Δn_N/(n_min(1+K)+Δn_N)≤10%代入n_min=150r/min，Δn_N=116.8r/min：0.1≥116.8/(150(1+K)+116.8)150(1+K)+116.8≥1168150(1+K)≥1051.21+K≥7.008K≥6.0082.（1）n_1=60f/p，額定轉(zhuǎn)速n_N=1470r/min，同步轉(zhuǎn)速n_1N=1500r/min（p=2），故f=25Hz時(shí)，n_1=60×25/2=750r/min（2）s_N=(n_1N-n_N)/n_1N=(1500-1470)/1500=0.02（3）恒壓頻比控制時(shí)，U_s/f=常數(shù)，額定頻率下U_s≈U_N/√3=380/1.732≈219.4V，故f=25Hz時(shí)，U_s=219.4×(25/50)=109.7V（4）異步電動(dòng)機(jī)過載能力λ=T_max/T_N，T_max=(3pU_s2)/(2ω_1[R_s+√(R_s2+(ω_1L_σ)^2)])，ω_1=2πf?；l以下U_s/f=常數(shù)，ω_1L_σ=2πf(L_sσ+L_rσ')=2πfL_σ，故ω_1L_σ與f成正比，R_s可忽略時(shí)，T_max≈(3pU_s2)/(2ω_1×ω_1L_σ)=(3p(U_s/f)^2)/(2×4π2L_σ)，因U_s/f=常數(shù)，故T_max基本不變，過載能力與額定頻率下接近。3