.. . … 目录 1. 概述 (1) 1.1 电力牵引的特点 (1) 2. 电力机车的传动方式 (2) 2.1 直-直流传动 (2) 2.2 交-直流传动 (3) 2.3 直-交流传动 (3) 2.4 交-直-交流传动 (3) 3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4) 3.1 交-直传动技术的发展 (4) 3.2 交流传动技术的发展 (5) 4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6) 5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)
1.概述 1.1电力牵引的特点 电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面： 1、电力机车的功率大 燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极提高了线路的通过能力和输送能力。 2、电力机车的效率高 由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 3、电力机车的过载能力强 机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 4、电力机车的运营费用较低
电力传动控制系统——运动控制系统 （习题解答） 第 1 章电力传动控制系统的基本结构与组成.......... 第 2 章电力传动系统的模型................. 第 3 章直流传动控制系统................... 第 4 章交流传动控制系统................... 第 5 章电力传动控制系统的分析与设计* ............ 错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签
第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 1.根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。 答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。 控制指令 图1-1电力传动控制系统的基本结构 电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。 虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题： 1）电动机的选择。电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产 机械运动的电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。 2）变流技术研究。电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流 电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电 枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。 3）系统的状态检测方法。状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制 原理，需要实时检测电力传动控制系统的各种状态，如电压、电流、频率、相位、 磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高其控制
A C 1 异步电机的矢量控制理论 本章首先阐述异步电动机的三相坐标系下的数学模型，然后根据坐标变换理论，得到了它在两相静止坐标系下和两相同步坐标系下的数学方程，在此基础之上介绍了异步电机的矢量控制原理【14】。 1.1 异步电机的数学模型 由于异步电机矢量控制调速系统的控制方式比较复杂，要确定最佳的方式，必须对系统动静态特性进行充分的研究。异步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为了便于研究，一般进行如下假设: （1)三相定子绕组和转子绕组在空间均分布，即在空间互差所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦分布，并忽略空间谐波; (2)各相绕组的自感和互感都是线性的，即忽略磁路饱和的影响; (3)不考虑频率和温度变化对电阻的影响; (4)忽略铁耗的影响。 无论三相异步电动机转子绕组为绕线型还是笼型，均将它等效为绕线转子，并将转子参数换算到定子侧，换算后的每相绕组匝数都相等。这样异步电机数模型等效电路如图1.1所示。 120o
A A A s A s A B B B s B s B C C C s C s C d u i R i R p dt d u i R i R p dt d u i R i R p dt ψψψψψψ?=+=+???=+=+?? ? =+=+?? a a a r a r a b b b r b r b c c c r c r c d u i R i R p dt d u i R i R p dt d u i R i R p dt ψψψψψψ? =+=+?? ? =+=+?? ? =+=+?? /du dt 图1.1 异步电机的物理模型 图1.1中，定子三相对称绕组轴线A 、B, C 在空间上固定并且互差 ， 转子对称绕组的轴线a 、b 、 c 随转子一起旋转。我们把定子A 相绕组的轴线作 为空间参考坐标轴，转子a 轴和定子A 轴间的角度作为空间角位移变量。规定各绕组相电压、电流及磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这样，我们可以得到异步电机在三相静止坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 1.1.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 1、三相定子绕组的电压平衡方程为 (1-1) 式中以微分算子P 代替微分符号 相应地，三相转子绕组折算到定子侧的电压方程 (1-2) 式中：为定子和转子相电压的瞬时值； 为定子和转子相电流的瞬时值； 为定子和转子相磁链的瞬时值； 为定子和转子电阻。 将定子和转子电压方程写成矩阵形式： 120o θ,,,,,A B C a b c u u u u u u ,,,,,A B C a b c i i i i i i ,,,,,A B C a b c ψψψψψψ,s r R R
2014—2015 学年第二学期期末考试 课程名称：电力传动控制系统 开 卷 B 卷 120分钟 一、选择题（共20分，每题2分） 1、直流P W M 变换器—电动机系统与晶闸管—电动机系统相比， B 。 A 、前者调速范围宽但谐波大 B 、前者调速范围宽且谐波少 C 、后者调整范围宽但谐波大 2、静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率 A 。 A 、越小 B 、越大 C 、不变 3、在可逆直流调速系统当中，抑制瞬时脉动环流的措施为 A 。 A 、采用均衡电抗器 B 、采用平波电抗器 C 、采用α=β配合控制 4、带比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为 A 。 A 、零 B 、大于零的定值 C 、保持原先的值不变 5、无静差调速系统的PI 调节器中P 部份的作用是 B 。 A 、消除稳态误差 B 、加快动态响应 C 、既消除稳态误差又加快动态响应 6、转速、电流双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是 A 。 A 、ASR 饱和、ACR 不饱和 B 、ACR 饱和、ASR 不饱和 C 、ASR 和ACR 都饱和 7、控制系统能够正常运行的首要条件是 B 。 A 、准确性 B 、稳定性 C 、快速性 8、在直流电机调速系统中，系统无法抑制 B 的扰动。 A 、电网电压 B 、电机励磁电压变化 C 、运算放大器参数变化 9、α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程主要阶段是 C 。 A 、本组逆变阶段 B 、它组反接制动阶段 C 、它组逆变阶段 10、在转速、电流双闭环调速系统中，以下哪一项影响最大电流Idm 的设计 C 。 A 、运算放大器 B 、稳压电源 C 、 电动机允许的过载能力 二、判断题（共20分，每题2分） 1、双闭环调速系统中，给定信号* n U 不变，增加转速反馈系数α，系统稳定运行时转速反馈电压n U 不变。 （ 对 ） 2、I 型系统工程最佳参数是指参数关系选用 K=1/（2T ）或ξ=0.707。 （ 对）
一、填空题 1. 直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M 统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。 2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制 和转速超调。 3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控 制三种。 4. 变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为 电流型、电压型两类。 5. 相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 6. 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方 式。 8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。 9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。 10. VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制 11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负 反馈、电流反馈极性为负反馈。 12、直流斩波器的几种常用的控制方法：①T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）； ②ton不变，变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T 都可调，改变占空比——混合型。 13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、 ASR的输出量取决于负载电流。 14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。 15. V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电 抗器。 16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。 17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环 流电抗器抑制。 18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退 饱和三种状态。 二、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D ）
目录 1. 概述 (1) 1.1 电力牵引的特点 (1) 2. 电力机车的传动方式 (2) 2.1 直-直流传动 (2) 2.2 交-直流传动 (3) 2.3 直-交流传动 (3) 2.4 交-直-交流传动 (4) 3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4) 3.1 交-直传动技术的发展 (4) 3.2 交流传动技术的发展 (5) 4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6) 5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)
1.概述 1.1电力牵引的特点 电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面： 1、电力机车的功率大 内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。 2、电力机车的效率高 由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 3、电力机车的过载能力强 机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 4、电力机车的运营费用较低 （1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑； （2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率； （3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。 一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。 此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长
上海开放大学本科（专科起点）机械电子工程专业 《电力传动控制系统》课程教学大纲 （2013年5月30日审定） 第一部分课程的性质、目的与任务 一、课程的性质、目的与任务 本课程是专业必修课，课程学分4，课程学时数72。 课程主要阐述了自动控制理论、电力电子技术、电机与拖动基础的基础知识，讲授了电力传动自动控制系统工作原理和设计方法。 通过本课程的学习，使学生掌握电机拖动的基本方法、电力电子功率变换器及控制方法、电力传动自动控制系统的分析和设计方法，为今后从事与机电工程及其自动化有关的专业工作打下基础。 二、先修后续课程 先修课程：自动控制原理、传感器与测试基础 后续课程：机电一体化系统设计 第二部分教学内容与要求 绪论（4学时） 一、教学要求 1、了解电力传动自动控制系统的组成。 2、了解电力传动系统的历史与发展。 3、掌握电力传动自动控制系统的控制规律。 4、掌握生产机械的三种典型负载转矩特性。 5、掌握电力拖动系统稳定运行的条件。 6、理解调速系统静态指标。 7、理解多轴电力拖动系统的化简。 二、内容要点 1、电力传动自动控制系统组成及控制规律。 2、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。 3、生产机械的三种典型负载转矩特性。 4、调速系统的静态指标。 5、多轴电力系统化简-负载力矩折算和转动惯量折算。 三、教学重点和难点 重点： 1、电力传动自动控制系统的控制规律。
2、三种典型负载转矩特性。 3、调速系统静态指标。 4、电力传动系统稳定运行的充分必要条件。 难点： 电力传动系统稳定运行的充分必要条件。 第一篇电机与拖动基础 第一章直流电机拖动基础（4学时） 一、教学要求 1、理解直流电机的工作原理。 2、理解直流电动机的基本方程和特性。 3、掌握他励直流电动机的机械特性。 4、掌握他励直流电动机的运行特性。 二、内容要点 1、直流电机的基本工作原理。 2、直流电动机的电压方程、励磁方程、转矩方程和功率方程。 3、直流电动机的转速特性和转矩特性。 4、他励直流电动机机械特性表达式和固有机械特性。 5、他励直流电动机的三种人为机械特性。 6、他励直流电动机的电动运行和起、制动特性。 7、他励直流电动机的四象限运行。 三、教学重点和难点 重点： 1、直流电动机的转速特性和转矩特性。 2、直流电动机的基本方程。 3、他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性。 4、他励直流电动机的起动和制动特性。 难点： 1、直流电动机的转速特性和转矩特性方程的应用。 2、他励直流电动机的反接制动和反馈制动。 第二章异步电机拖动基础（6学时） 一、教学要求 1、理解交流电机的旋转磁场概念。 2、理解异步电机的工作原理。 3、掌握异步电动机的功率与转矩方程。 4、掌握异步电动机的机械特性。 5、掌握异步电动机的的运行特性。 二、内容要点
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？
解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R C e r p m ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33 N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器 放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈 系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）* (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) * (1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大
1.2电力牵引传动控制系统发展现状 自20世纪80年代末90年代初至今，己有多种型号的三相交流电力机车、交流电传动内燃机车和高速电动车组分别在德国、法国、日本、中国等众多国家的铁路线上运行。从20世纪90年代开始，铁路发达国家已不再生产交直传动电力机车和直流传动内燃机车，，而是全部采用交流传动技术。 交流传动电力机车具有如下优势[(2l0 (1)良好的牵引性能:合理的利用系统的调压、调频特性，可以实现宽范围 的平滑调速，另外调节调频特性能使机车和动车组启动时发出较大启动转矩。 (2)电网功率因数高、谐波干扰小:在交直交电力机车和动车组上，其电源 侧变流器可以采用四象限脉冲整流器，它通过PWM控制方法，可以调节电网输入电流的相位，使所取电流接近正弦波形，并能在广泛的负载范围内使机车和动车组的功率因数接近于1，这在减少对通信信号的谐波干扰方面和充分利用电网的传输功率方面都有很大的意义。另外，四象限脉冲整流器能很方便的实现牵引和再生之间的能量转换，取得显著的节能效果。 (3)牵引系统功率大、体积小、重量轻、运行可靠:由于异步牵引电动机转 速可达4000 r /min，利用了直流电动机换向器所占的空间，所以交流电动机能够做到功率大、重量轻，与带换向器的直流(脉流)电动机相比，其单位质量功率(kW/棺)是直流电动机的3倍。在列车车体提供的空间范围内，异步电动机的功率可以达到1400^-2000 kW。另外，交流电动机没有换向器和电刷装置，机车和动车组主电路系统又可以省去许多带触点电器，故障率低易于维护，进一步提高了机车和动车组运行中的可靠性。 (4)良好的牵引特性:由于交流异步电动机有较硬的机械特性，有自然防空 转的性能。三相交流异步电机对瞬时过压和过流不敏感，不存在换向器和火花问题，在启动时能在更长的时间内发出更大的转矩。特别是牵引电机控制采用矢量控制或直接转矩控制策略，可以实现大范围平滑调速，适合当代动车组高速牵引、机车重载牵引的要求。 20世纪70年代，我国许多科研单位已开始进行电力半导体变流技术和三相交流传动的研究，容量从几千瓦逐渐扩大。与此同时，铁道科学研究院与株洲电力机车研究所等也在进行交流传动机车的研制，到1996年研制成功单轴功率1000 kW的AC4000型交流传动原型机车，这是我国牵引传动由交直传动转变为 铁路运输作为我国中长距离，大运量、安全、低耗、环保、快捷的运输形式已成为交通运输体系中的重要组成部分，在国民经济中占有非常重要的地位。尤其是
电力电子与电力传动学科硕士研究生培养方案 电力电子与电力传动学科硕士研究生培养方案 本学科是电气工程一级学科下的二级学科，是一个既涉及传统电气技术，又会聚了现代电力电子技术、信息与控制技术的工程应用学科。特点是综合了强电与弱电、电力与电子、硬件与软件、测量与控制等多学科的知识，实现对供配电系统、电力拖动系统及机电自动化设备与生产线的供电、驱动与控制及深层次的理论研究。 本学科与电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术、仪器科学与技术、电路与系统等学科相互交叉，紧密联系，理论深入而又工程性强。近年来发展势头良好，社会对此方面的高级技术人才有很好的需求。 一、培养目标 本学科硕士学位培养过程中以电力电子、电机拖动及控制、供配电技术与测量传感及工程控制为核心，硕士学位获得者应掌握电力电子与电力传动科学的基础理论与技术，并掌握电子科学、计算机科学及信息科学的一般理论与技术，具有从事电力拖动与控制系统、供电系统和电子信息系统科学以及相关领域的研究开发及教学工作能力，有严谨求学的学风和高尚的职业道德，熟练掌握一门外语。 二、研究方向 01机电伺服驱动及控制技术 02电力传动控制与变流技术 03电力电子智能功率驱动及控制 04电力系统自动化 05电力电子与电力传动系统 06电能质量与控制 三、培养方式和学习年限 全日制硕士研究生学习年限一般为两年半至三年；在职硕士研究生学习年限一般为三年半至四年；提前完成硕士学业者，可提前半年毕业；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，延长时间不得超过半年。 四、学分与课程学习基本要求 总学分要求不低于26学分，其中课程总学分不低于24个学分，必修环节不低于2学分。课程学分要求中，学位课不低于15学分，其中所有公共基础课必修（皆为校统考课程），基础课至少选修一门。 学位课可以代替非学位课，但非学位课不能代替学位课。对于跨学科专业或同等学力录取的硕士生须补相应专业本科核心课程至少3门，但不计学分。 五、课程设置（详见课程设置表） 六、必修环节（参见第98页） 七、学位论文（参见第98页） ·1·
电力传动自动控制系统练习题 (电力拖动部分) 哈尔滨工业大学
第1章 电力传动系统基础 一、选择题 1. 电力拖动系统运动方程式中的GD 2反映了（ ）。 A 旋转体的重量和直径平方的乘积，它没有任何物理意义 B 系统机械惯性的一个整体物理量 C 系统储能的大小，它不是一个整体物理量 D 以上三种都对 2. 恒功率负载的特点是（ ）。 A 负载转矩与转速的乘积为一常数 B 负载转矩与转速成反比变化 C 恒功率负载特性是一条双曲线 D 以上都对 3. 反抗性恒转矩负载特性是位于第（ ）象限的竖直线。 A 1、2 B 1、3 C 1、4 D 2、4 4. 位能性恒转矩负载特性是位于第（ ）象限的竖直线。 A 1、2 B 1、3 C 1、4 D 2、4 二、填空题 1. 电力拖动系统的电磁转矩和负载转矩分别用L em T T 、表示，当（ ）时系统处于加速运行状态，当（ ）时系统处于减速运行状态。 2. 选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0>em T ，则em T 的方向与n 的方向（ ），若负载转矩0>L T ，则L T 的方向与n 的方向（ ）。 3. 选定电动机转速n 的方向为正，若电磁转矩0 第（ ）象限。 6. 位能性恒转矩负载是指负载转矩的大小恒定不变，其方向与转速的方向（ ），其负载转矩特性位于 第（ ）象限。 7. 电动机的运动方程式为：dt dn GD T T L em 3752=-，式中，GD 2称为旋转系统的（ ），dt dn GD 3752称为系统的（ ）。 三、简答题 1. 简述恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风机负载特性的特点。 2. 什么是电力拖动？电力拖动系统主要由哪些部分组成。 3. 什么是电力拖动系统运动方程式？动态转矩与系统运动状态有何关系？ 4. 负载转矩的折算原则是什么？负载飞轮矩的折算原则是什么？ 5. 在工作机构为旋转运动、平移运动和升降运动的情况下其负载转矩的折算有何异同？ 6. 在工作机构为旋转运动、平移运动和升降运动的情况下其飞轮矩的折算有何异同？ 四、计算题 1. 已知某电动机的额定转矩T N 为320N·m ，额定转速为n N =1000r/min ，拖动系统的总飞轮矩GD 2=75 N·m 2， 负载为恒定转矩，T L =0.82T N 。求：(1)如果电动机的转速从零起动至n N 的起动时间为0.88s ，起动时若电动机保持电磁转矩不变，则该电磁转矩为多少？(2)如果电动机拖动的负载不变，转速由n N 制动到停止时的时间为0.33s ，制动时若电动机保持电磁转矩不变，则其电磁转矩为多少？ 2. 已知某拖动系统的负载转矩T L 为280N·m 、飞轮矩为GD L 2=620 N·m 2，系统中减速机构的传动比为i=4.8，减速 机构折算到电动机轴上的飞轮矩与电动机转子的飞轮矩之和GD dj 2=620 N·m 2，求电动机电磁转矩为240N·m 时，电动机轴及负载轴在起动时的机械角速度；若起动时保持电动机电磁转矩240N·m 不变，当起动时间为2.2s ，电动机的转速为多少？ 3. 某刨床的传动机构如图所示。电动机转子的飞轮矩GD d 2=245 N·m 2，电动机轴直接与齿轮1相连，经过齿轮2~8， 再与工作台G 1的齿条啮合。由齿轮1至8的传动比i 1、i 2、i 3、i 4分别为3.0、2.8、2.4、2.0，其中GD 2分别是10、24、18、26、20、32、22、40 N·m 2，切削力F q =8250N ，切削速度v g =46m/min ，传动效率η=0.72，齿轮8的节距t=24mm ，齿数z 为84，工作台的重量1450kg ，工件的重量850kg ，工作台与导轨的摩擦系数μ=0.1。请计算：(1)折算到电动机上的负载转矩；(2)切削时电动机输出的功率；(3)电动机轴上的总飞轮矩GD 2。 电力牵引控制系统 班级学号姓名 一、填空（每空1分，共20分） 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有个调压级和有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由组合而成。 6．电源电流谐波与等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。 8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流的接触网供电。10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的 能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机分成两组，每组三台牵引电动机。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1．四象限脉冲整流器： 2．恒压运行： 3．调速性能指标： 4．斩波器： 5、交-直流传动方式： 三、简答题（每题5分，共30分）1．串激牵引电机有哪些优缺点？ 2．电阻制动有哪些优缺点？ 3．电力机车上可能发生的过电压有哪几种？4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？ 5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？ 四、叙述题（每题10分，共计10分） 细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。 事情是这样的，一个月前我的同事小度找到我吐槽…… 当时一听这话直接吓的我都坐地上了！！！完蛋了，莫不是要我卷铺盖了… 但听完接下来的话我又爬了起来（老板拜托你说话不要大喘气好不好！） 领导指着电脑： 哧，还以为什么事儿呢。我镇定地捋了捋头发站好： “老板你放心，不就是发福利么，这事儿包我身上了。” 虽然话放出去了，但说实话这一大堆福利具体怎么发心里还真没底。 但毕竟小度好歹是全国新媒体编辑里机智程度排名前一万的人，经过好几夜的苦思冥想后…哦呵呵呵… 第五章 思考题 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？ 答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和， 从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损 坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。当频率从额定值向下调节时，必须同时降低 E g 使 1 4.44常值S g S N mN E N K f ，即在基频以下应采用电动势频 率比为恒值的控制方式。然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。 当电 动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E 。 在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制， 定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变， 这将导致磁通与频率成反比地降低， 使得 异步电动机工作在弱磁状态。5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为 什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式， 是否指输出功率或转矩恒定？若不是， 那么恒功率或 恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。 5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、 恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式， 从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。答： 恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移， 硬度也较 好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压， 以近似补偿定子阻抗压降。在 对于相同的电磁转矩，角频率越大， 速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相 似。在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点， 但负载变化时定子 压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。 根据定子电流的大小改变定子 电压，以保持磁通恒定。 恒定子磁通：虽然改善了低速性能， 但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。频 率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压 频比控制方式。恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。 控制方式均需要定子 电压补偿，控制要复杂一些。恒气隙磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。保 持气隙磁通恒定： 1 常值g E ，除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。与 电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述 一、系统组成与功用 1.①内燃机车电力传动与控制系统组成 ②电力机车电力传动与控制系统组成 2.机车理想牵引特性曲线 图1.2 牛马特性 理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const. 3.电传动装置的功用？ 图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性 ①充分利用和发挥机车动力装置的功率； ②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围； ③提高机车过载能力，解决列车起动问题； ④改善机车牵引控制性能。 Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求 二、系统分类 1.直-直电力传动系统 内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①调速性能优良，系统简洁。 ②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。 ③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在2200KW以下。 ④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等 2.交-直电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。 ②适用于大功率机车。 ③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。 3.交-直-交电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好 ②良好的粘着性能 ③适用于大功率 ④控制系统复杂 ⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等 三、发展历史与现状 1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展 主要趋势：电力传动 2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交 发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动 第2章 三、思考题 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 答：直流PWM 变换器基本结构如图，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，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？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。 2-6 直流PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？ 答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2=8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？ 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而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的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许） 允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2=12 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？如 机车电力牵引控制 班级学号姓名 一、填空（每空1分，共20分） 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有个调压级和有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由组合而成。 6．电源电流谐波与等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流的接触网供电。10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的 能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机分成两组，每组三台牵引电动机。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1．四象限脉冲整流器： 2．恒压运行： 3．调速性能指标： 4．斩波器： 5、交-直流传动方式： 三、简答题（每题5分，共30分） 1．串激牵引电机有哪些优缺点？ 2．电阻制动有哪些优缺点？ 3．电力机车上可能发生的过电压有哪几种？ 4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？ 5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？ 四、叙述题（每题10分，共计10分） 细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。 电力牵引控制系统复习题 一、填空 1．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为主电路、控制电路和辅助电路三大部分。 2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有33 个调压级和三级有级消磁。 3．为了保证电力机车正常运行，机车上设有三相交流辅助电路和辅助机械装置。 4．6K型机车采用复励牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制励磁整流器而改变它励绕组电流IF 的办法来达到规定的磁场削弱系数。 5．斩波器主要由晶闸管元件和使之关断的换相电路组合而成。 6．电源电流谐波与斩波频率、电流脉动幅值等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。7．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的正极电位或负极电位接到电动机上去。8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的“马鞍”形曲线变化。 9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流600v、750v、1500v 的接触网供电。 10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的工作环境和故障时能及时地采取防护措施。 11．单闭环调节系统对于被包在反馈环内的一切扰动量都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。 12．系统动态特性的数学表达式，叫做数学模型。 13．SS1型机车设有两个两位置开关，即主变压器次边绕组正反串接开关和牵引、制动工况转换开关。 14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机按前后转向架分成两组，每组三台牵引电动机并联运行。电力牵引控制系统试卷及答案
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