电力系统远动技术复习题_电力系统远动考试题

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《电力系统远动技术》复习题

1、为什么 PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。

（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

2、转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？ 如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征：

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特 征之一

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是 被反馈环包围的前向通道上的扰动。

3、试从下述四个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环 调速系统：

（1）调速系统的静态特性；（2）起动的快速性；（3）抗负载扰动的性能；（4）抗电源电压波动的性能。

答：（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速 n 是由给定电压U决定的。ASR 的输出量 U*i 是由负载电流 IdL 决定的。控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和Id，或者说，同时取决于U n 和 IdL。双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计 算相似。带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压 Ucom 与 给定电压 Un* 的作用一致，好象把理想空载转速提高了。这样的两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。

（2）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制、转速超调、准 时间最优控制。（3）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR 来产生抗负载扰动的作用。在设计 ASR 时，应要求有较好的抗扰性能指标。（4）在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，个环节的延滞，由于增设了 电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能 反馈回来，抗扰性能大有改善。

4、晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？ 答：当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过 VF 流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置 VR，并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。

5、解释待逆变、正组逆变和反组逆变，并说明这三种状态各出现在何种场合下。答：待逆变、正组逆变电枢端电压为负，电枢电流为正，电动机逆向运转，回馈发电，机械特性在第四象限。反组逆变电枢端电压为正，电枢电流为负，电动机正向运转，回馈发电，机械特性在第二象限。

6、异步电动机从定子传入转子的电磁功率 Pm 中，有一部分是与转差成正比的转差功率 Ps，根据对 Ps 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类。转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的 降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。

转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速 属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调 速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。

7、如何区别交—直—交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器？它们在性能上有 什么差异？

答：根据中间直流环节直流电源性质的不同，直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。它的直流电压波形比较平直，理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或梯形波。直流环节采用大电感滤波是电流源型逆变器。它的直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或梯形波。在性能上却带来了明显的差异，主要表现如下：（1）无功能量的缓冲

在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。在中间 直流环节与负载电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。滤波器除滤波 外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。因此，两类逆变器的区别还表 现在采用什么储能元件（电容器或电感器）来缓冲无功能量。（2）能量的回馈

用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一 个显著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常 正、反转的生产机械。（3）动态响应

正由于交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，所以动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。（4）输出波形

电压源型逆变器输出的电压波形为方波，电流源型逆变器输出的电流 波形为方波。（5）应用场合电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易波动，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。采 用电流源型逆变器的系统则相反，不适用于多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行 的要求。

8、分别简述直接矢量控制系统和间接矢量控制系统的工作原理，磁链定向的精度受哪 些参数的影响？

答：直接矢量控制的工作原理：转速正、反向和弱磁升速。磁链给定信号由函数发生程序获 得。转速调节器 ASR 的输出作为转矩给定信号，弱磁时它还受到磁链给定信号的控制。在转 矩内环中，磁链对控制对象的影响相当于一种扰动作用，因而受到转矩内环的抑制，从而改 造了转速子系统，使它少受磁链变化的影响。

间接矢量控制的工作原理：采用磁链开环控制，系统反而会简单一些。在这种情况下，常利用矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统，它继承了基于稳态模型转 差频率控制系统的优点，同时用基于动态模型的矢量控制规律克服了它的大部分不足之处。转差型矢量控制系统的主电路采用了交-直-交电流源型变频器，适用于数千 kW 的大容量装 置，在中、小容量装置中多采用带电流控制的电压源型 PWM 变压变频器。

磁链开环转差型矢量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信号确定，靠矢量控制方程 保证，并没有实际计算转子磁链及其相位，所以属于间接矢量控制。