电机（十一）——电力拖动自动控制系统

xiaocheng

一、绪论


1.1运动控制系统的转矩控制规律



运动控制的任务就是控制电机的转速和转角，对于直线电机来说是控制速度和位移。要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电机的电磁转矩Te，所以，转矩控制是运动控制的根本问题。

二、直流调速系统



三种调节电机转速方法：

调节电枢供电电压U

减弱励磁磁通 Φ

改变电枢回路电阻R

2.V-M系统








三、转速负反馈调速系统


1.转速负反馈调速系统组成



在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压U*n相比较后，得到转速偏差电压DELTA_Un，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用来控制电机转速n。





开环机械特性



闭环机械特性



2.反馈控制律

（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量是有静差的

（2）反馈控制系统的作用：抵抗扰动，服从给定

（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

来源：SUMMER

1. 直流电机主要由哪几部分组成？各组成部分都有什么作用？

答：直流电机主要由定子（静止部分）和转子（转动部分）组成，这两部分之间的间隙称为气隙。

其中定子的主要作用是作为电机的机械支撑和产生磁场。

转子的主要作用是产生感应电动势和电磁转矩实现能量的转换。
2. 试说明直流电动机与直流发电机工作原理有何不同？

答：直流发电机的模型与直流电动机相同。不同的是电刷上不加直流电压。而是利用原动机拖动电枢朝某一方旋转。
3. 直流电机中，为什么要用电刷和换向器，他们起什么作用？

电刷的作用是连接转子上的绕组，通过它构成电流的回路。

换向器顾名思意，是改变转向的。直流电机通过改变电压的正负极改变方向
4. 直流电机电刷内的点数绕组中所流过的电流是直流还是交流？

直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，而电刷外部为直流。电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换（或换流）。内部电枢绕组所感应电势或电流的频率为：f=P*n/60 HZ

即内部电流的方向每转交变 p 次（p为电机的极对数）。
5. 直流电动机总共有几种励磁方式？

答：直流电动机的励磁方式可分为他励和自励两大类。其中，自励又包括：并励、串励和复励三种形式。

在采用他励时，直流电动机的励磁绕组采用单独的励磁电源供电，而电枢绕组则采用另一电源供电。

而对于自励方式的直流电机，其励磁绕组与电枢绕组采用同一电源供电。
6、 在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢旋转方向的关系有何不同？

直流发电机：电磁转矩和电枢旋转方向相反，电枢感应电动势和电枢电流方向相同；

直流电动机：电磁转矩和电枢旋转方向相同，电枢感应电动势和电枢电流方向相反；

运行时直流电机的感应电动势大于电枢端电压为发电运行状态；

感应电动势小于电枢端电压为电动运行状态。
7、 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输入功率？是电功率还是机械功率？

答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率。

对于电动机， 其额定功率是指电动机轴上输出的机械功率；

对于发电机，其额定功率是指电枢绕组的输出电功率
8、 对于直流电动机，转子所产生的电磁转矩是驱动性的（与转速方向相同）还是制动性的（与转速方向相反）？对于直流发电机又有何不同？

答：对于直流电动机， 由电枢绕组输入电能， 通过电机内部的磁场将输入的电能转变为机械能输出， 所产生的电磁转矩为驱动性的， 由其拖动机械负载一同旋转；对于直流发电机， 由原动机拖动转子旋转， 所产生的电磁转矩为制动性的。正是由于原动机克服制动性的电磁转矩，才将输入电机的机械能转变为电能输出。
9、并励直流电动机若端部的供电电源极性改变，其转向是否改变？串励直流电动机呢？

（1）由直流电动机的工作原理可知， 电机内由电枢电枢电流和主磁场相互作用产生的单方向的电磁转矩 是电机得以旋转的根本原因。

（2）欲改变直流电动机的转向只需改变电磁转矩的方向即可，由电磁转矩的公式可知，只需单独改变电枢电流 Ia 或者磁场 Φ 的方向即可。

（3）对于并励直流电动机而言，若端部的供电电压极性改变，则其电枢电流和励磁电压的极性同时改变，则其电磁转矩的方向不改变，因此不能改变其转向。

（4）对于串励直流电动机而言，其电枢电流等于励磁电流，改变其端部供电电压的极性，其电枢电流极性改变，励磁电流极性也改变， 即磁场方向改变，因此其电磁转矩方向不改变，其转向不改变。
10、 直流电动机负载后，气隙中共存在着几种类型的磁场？它们分别是由哪些励磁磁势产生的？

答：负载后，直流电机内部存在两种类型的磁场：一种是由定子励磁绕组磁势所产生的主磁场；另一种是由电枢绕组磁势所产生的电枢反应磁场。两者合成既是电机内部的气隙合成磁场。
11、 为什么直流ＰＷＭ变换器——电动机系统比相控整流器——电动机系统能够获得更好的动态性能？

PWM 变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值 =峰值是不变的，变的是平均值；

相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变， 且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性。
12、 直流ＰＷＭ变换器驱动电路的特点是什么？

直流 PWM 变换器采用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定，宽度可变的脉冲序列， 通过调节占空比改变平均输出电压的大小， 以调节直流电动机的转速。
13、简述直流 PWM 变换器驱动电路的基本结构？

直流 PWM 变换器包括 IGBT 和续流二极管，三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来改变其输出电压的大小，二极管起续流作用
14、 静差率与调速范围有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？

静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度；

机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落。
15、 脉宽调速系统的开关频率是否越高越好？

不是，当开关频率非常高时，当给直流电动机供电时，有可能导致电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降，导致平均电流小于负载电流，电机无法运转。
16、 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响，如何限制？

泵升电压是当电动机工作在回馈制动状态时，将动能转换为电能回馈到直流侧，由于二极管整流器的能量单向传递性，电能不能通过整流装置送回交流电网，只能向滤波电容充电，造成滤波电容侧电压升高，即为泵升电压。泵升电压过大将导致电力电子功率开关器件被击穿。适当选择电容的电容量，或采用泵升电压限制电路
17、调速范围和静差率的定义是什么？

调速范围：生产机械对电动机所提出的最高转速 nmax 与最低转速 nmin 之比叫做调速范围，用字母 D 来表示。nmax 与 nmin 通常指额定负载下的转速。

静差率：负载由理想空载增加到额定负载所产生的转速降落 Δ nN，与理想空载转速 n0的比值，称作静差率，用字母 s 表示，一般用百分数表示。
18、 在直流ＰＷＭ调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否有电压？电路中是否还有电流为什么？

答：电枢两端还有电压， 因为在直流脉宽调速系统中， 电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。
19、转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？

答：转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成 ，可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率下，能够提高调速范围，改变给定电压能改变电动机转速。因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改变电动机的电枢电压，改变了转速。
20、为什么用积分控制的调速系统是无静差的？

答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了比例调节器必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。它取决于输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分调节器的限幅值。
21、 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？为什么？

答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零，因此若给点电源发生偏移， 或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变， 系统仍会认为是给定或转速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。
22、三相异步电动机的结构主要是哪几部分 ?它们分别起什么作用 ?

答: 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分，定、转子之间有空气隙。

定子是由定子铁心、 定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分 , 同时用来嵌放定子绕组; 定子绕组通电时能产生磁场 ; 机座用来固定与支撑定子铁心。

转子部分有转子铁心和转子绕组。转子铁心也是磁路的一部分, 同时用来嵌放转子绕组 ; 转子绕组的作用是产生感应 电动势、流过电流并产生电磁转矩。
23、 异步电动机的基本工作原理是什么?为什么异步电动机在电动运行状态时 ,其转子的转速总是低于同步转速?

答: 异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动机在工作时 定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动 ,否则在转子绕组中不能产生感应电动势 , 不能产生电流 ,也就没有电磁转矩 ,所以在电动运行状态时 ,转子的转速不能等于同步转速 ,只能低于同步转速。
24、 三相异步电动机转子绕组短路并堵转 ,若定子绕组加额定电压 ,将会产生什么后果?并分析原因。

答 : 当三相异步电动机转子绕组短路并堵转时 ,若定子绕组加额定电压 ,则流过绕组的电流会很大 ,使电动机发热严重 ,导致烧坏电动机。

其原因是: 转子绕组短路并堵转时 , 转子转速为零 , 旋转磁场与转子的相对切割速度为最大 ,在转子绕组中产生的感应电动势最大 , 转子电流最大 ,定子电流也就最大 ,约为额定电流的 5～7 倍,会烧坏电动机。
25、简述交流变压调速系统的优缺点和适用的场合。

异步电动机变电压调速时，如采用开环控制，机械特性很软，负载变化时的静差率较大，通常采用带转速负反馈的闭环控制系统。调压调速方式适用于风机、水泵类负载。至于恒转矩负载，则不宜于长期在低速下工作，以免电动机过热受损。为了扩大调速范围而又不致使电动机过热受损，常采用变极调速和调压调速相结合的方法。
26、 异步电动机的调速方法有哪几种？各有什么特点？

1 改变电源频率，调速范围广，且连续，但变频设备费用大。

2 改变转差率，可连续调速，只能绕线转子异步电动机才能。

3. 改变定子绕组磁极对数，成本低廉，但不能实现连续调速

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针对您提供的电机（十一）——电力拖动自动控制系统内容，以下是我的专业回复：

一、运动控制系统的转矩控制规律是运动控制的核心。直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通或改变电枢回路电阻均可实现电机转速的控制。其中，V-M系统作为重要的调速方案，其性能和特点需要进一步深入研究。

二、转速负反馈调速系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG，实现转速的实时监测和反馈控制，从而提高系统的动态性能和稳定性。该系统的组成和性能分析是电力拖动自动控制系统中的重要环节。

以上是对您帖子的初步回复，如您需要更详细的内容或对其他部分有疑问，请继续提出。

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关于“电机（十一）——电力拖动自动控制系统”的绪论部分，以下是作为汽车工程师的专业回复：

运动控制系统主要围绕转矩控制展开，旨在精准控制电机的转速和转角或直线电机的速度及位移。直流调速系统是核心部分，通过调节电枢供电电压、减弱励磁磁通或改变电枢回路电阻来实现速度调整。其中，V-M系统是关键的技术点。转速负反馈调速系统通过测速发电机TG实现闭环控制，确保电机转速的精确性和稳定性。这些技术对于汽车工业的电机控制至关重要，直接影响到车辆的性能和驾驶体验。

lichengwan

关于“电机（十一）——电力拖动自动控制系统”的论述回复如下：

一、绪论中提到的转矩控制规律是运动控制的核心。直流电机的转速和转角控制实质上是电磁转矩的控制。在电机驱动系统中，调节电机的电磁转矩是实现精准运动控制的关键手段。调节电枢供电电压、调节励磁磁通以及改变电枢回路电阻都是控制直流电机转速的有效方法。在V-M系统中，转速控制更为精确和高效。关于转速负反馈调速系统，其主要由测速发电机TG组成，通过实时反馈电机的实际转速与设定值进行比较，形成闭环控制，提高系统的动态响应和稳定性。总体来说，电力拖动自动控制系统在转矩控制和转速调节方面具有很高的专业性和复杂性，需要我们进行深入研究和理解。

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针对您提供的帖子，以下是以汽车工程师的角度做出的专业回复：

一、对于绪论中提到的转矩控制规律，这是运动控制的核心。电机的转速和转角控制，实质上就是控制电磁转矩Te。

二、直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻是常见的调节电机转速的方法。其中V-M系统是关键部分，其性能稳定且调速范围广。

三、转速负反馈调速系统通过测速发电机TG实现转速的实时反馈，形成闭环控制，提高系统的动态性能和稳定性。这种系统的组成是实现现代电机控制自动化的重要环节。期待后续内容的深入讨论。

xiaocheng

针对您提供的电机（十一）——电力拖动自动控制系统内容，以下是我的专业回复：

一、运动控制系统的转矩控制规律是运动控制的核心。转速和转角控制实质上是电磁转矩Te的控制。

二、直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通或改变电枢回路电阻均可实现电机转速调节。其中，V-M系统是一种重要的控制方法。

三、转速负反馈调速系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG来实现转速的闭环控制。此系统能够实时调整电机运行状态，提高系统的稳定性和响应速度。

以上是对您帖子的简要回复，如需了解更多细节或进行深入讨论，请继续提问。

cengjili

针对您提供的帖子内容，作为汽车工程师，我为您简要回复如下：

一、运动控制系统的转矩控制规律是运动控制的核心，对电机性能至关重要。

二、直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻是常用的电机转速调节方法。其中V-M系统是关键部分，其性能直接影响整个系统的稳定性和响应速度。

三、转速负反馈调速系统通过测速发电机TG实现转速的实时监测和反馈控制，确保系统精准稳定地运行。该系统是现代电机控制的重要组成部分，广泛应用于各种场合。

以上回复内容专业简洁，希望符合您的要求。

随风1

根据您的帖子，这是一个关于电机电力拖动自动控制系统的内容。以下是专业的回复：

一、绪论

运动控制系统的核心在于转矩控制。电磁转矩Te是控制电机转速和转角的关键。对直线电机而言，控制速度和位移的基础也是转矩控制。

二、直流调速系统

调节电机转速可通过三种主要方法实现：调节电枢供电电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。其中，V-M系统是一种重要的实现方式。

三、转速负反馈调速系统

该系统通过闭环控制实现直流调速。与电动机同轴安装的测速发电机TG，可以实时检测电机转速并反馈至控制系统，从而实现精准的速度调节。此系统组成是实现稳定、高效电机控制的重要部分。

以上是对您帖子的初步回复，如需要更深入的内容或解释，请继续提问。

lixinfu

针对您提供的帖子内容，作为一名汽车工程师，我对电机电力拖动自动控制系统做出如下回复：

一、运动控制系统的转矩控制规律是运动控制的核心问题，对电机性能有着决定性的影响。有效的转矩控制能够确保电机的精确转速和转角控制，从而提高系统的运行效率和稳定性。

二、直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻是常见的调节电机转速的方法。其中，V-M系统作为重要的控制方案，具有广泛的应用。

三、转速负反馈调速系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG，实现对电机转速的精确控制。该系统组成简单，性能稳定，广泛应用于各种电机控制场合。

以上是对您帖子内容的初步解析和回复，具体内容和细节还需结合实际应用场景和系统设计要求进行深入研究和探讨。

mizhongquan

关于“电机（十一）——电力拖动自动控制系统”的简要概述如下：

一、绪论

运动控制系统的核心在于转矩控制。电磁转矩Te是控制电机转速和转角的关键。

二、直流调速系统

调节电机转速主要通过三种方法：调节电枢供电电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。其中，V-M系统是关键。

三、转速负反馈调速系统

此系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG来实现转速的负反馈控制，形成一个闭环直流调速系统，以确保电机转速的精确控制。该系统在电力拖动自动控制中起着至关重要的作用。

lixinfu

针对您提供的电机（十一）——电力拖动自动控制系统内容，以下是我的专业回复：

一、运动控制系统的转矩控制规律是运动控制的核心。直流调速系统中，调节电枢供电电压、减弱励磁磁通或改变电枢回路电阻均可改变电机转速。其中，V-M系统是关键部分，其性能直接影响整个系统的动态和静态特性。

二、转速负反馈调速系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG，实现转速的实时反馈控制。此系统能够自动适应负载变化，保持转速稳定，提高系统的动态品质和稳定性。

以上是对您帖子的初步理解，具体内容还需结合实际应用和详细参数进行深入研究和探讨。

随风1

根据您的帖子，基于专业知识进行的回复如下：

电机（十一）——电力拖动自动控制系统

一、绪论
运动控制系统的核心在于转矩控制规律。电磁转矩Te是控制电机转速和转角的关键，因此转矩控制是运动控制的基石。

二、直流调速系统
调节电机转速的方法包括调节电枢供电电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。其中V-M系统是关键部分，其性能稳定且控制精确。

三、转速负反馈调速系统
该系统通过测速发电机TG实现转速的闭环控制。负反馈机制使得系统能够自动调整电机转矩，以实现转速的精确控制。此系统结构紧凑，响应迅速，广泛应用于各种工业领域。

以上为对您的帖子的初步回复，具体内容还需根据课程详细结构和要求进一步展开。

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关于“电机（十一）——电力拖动自动控制系统”的回复如下：

一、绪论

运动控制系统的核心在于转矩控制。电磁转矩Te是控制电机转速和转角的关键。对直线电机而言，转矩控制同样是速度和位移控制的基础。

二、直流调速系统

调节电机转速主要通过三种方法：调节电枢供电电压U、减弱励磁磁通Φ以及改变电枢回路电阻R。其中，V-M系统是关键。

三、转速负反馈调速系统

该系统通过与电动机同轴的测速发电机TG，实现转速的负反馈控制。此系统结构紧凑，性能稳定，广泛应用于各种工业领域。其反馈机制能有效调整电机速度，以满足不同应用场景的需求。

以上是对该帖子的专业回复，希望对您有所帮助。

落叶纷飞

针对您提供的帖子内容，作为一名汽车工程师，我对电机电力拖动自动控制系统简要回复如下：

一、绪论
转矩控制是运动控制的根本，通过控制电机的电磁转矩Te来实现转速和转角的精确控制。对于直线电机，转矩控制同样关键，确保速度和位移的准确。

二、直流调速系统
调节电枢供电电压、减弱励磁磁通或改变电枢回路电阻是常用的电机转速调节方法。其中V-M系统作为重要的控制策略，在实际应用中有着广泛的使用。

三、转速负反馈调速系统
该系统通过安装与电动机同轴的测速发电机TG来实现转速的负反馈控制，提高系统的稳定性和响应速度。这种反馈机制有助于精确控制电机的转速，满足高精度运动控制的需求。

以上是对帖子内容的简要回复，如有更多问题，欢迎继续交流。