電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-課后規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)答案

1、/.習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 1000100r/min，要求靜差率s=2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是s) 1000 0.02/(10 0.98) 2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm 。2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為nomax 1500r/min，最低轉(zhuǎn)速特性為nomin150r/min，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落nN 15r/min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少?解: 1）調(diào)速范圍Dnmax/nmin （均指額定負(fù)載情況下）nmaxn0maxnN1500 151485n minnomin

2、nN150 15135Dnmax / nmin1485/135112)靜差率snn015/15010%n"OnitiS=也葉 /nominD= nNS/An(1-sH解：Ce (Un InRsV"n(220 378 0.023)/1430 0.1478v/rpmMlfOnilnJiWniPi TId2.4 直流電動(dòng)機(jī)為 PN=74kW,UN=220V , In=378A , nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022 Q。采用降壓調(diào)速。 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求 s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果 s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？

3、/.2.5Pnn INR/CenNS/ n(1nNS/ n(160kW,UN(1 )當(dāng)電流連續(xù)時(shí),378s)s)(0.023 0.022)/0.1478 115rpm1430 0.2/115 (11430 0.3/115 (1作臺(tái)采用 V-M0.2)3.10.3)5.33調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)220V, I N 305A,nN 1000min，主電路總電阻 R=0.18Q,Ce=0.2V在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN為多少?(2)開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率Sn多少?(3 )右要滿足D=20,s< 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN又為多少？解：nNIN R/Ce 305

4、0.18/0.2 274.5r/minSnnN/no 274.5/(1000274.5)21.5%nNS/D(1 s)1000 0.05/20 0.952.63r/min2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓Uu 8.8V、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp 2、晶閘管裝置放大系數(shù) Ks 15、反饋系數(shù)丫 =0.7。求：(1 )輸出電壓Ud ;(2)若把反饋線斷開，Ud為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？ (3)若把反饋系數(shù)減至丫 =0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓Uu應(yīng)為多少?解：(1) Ud KpKsUU/(1 KpKs ) 2 15 8.8(1 2 15 0.7

5、) 12VUd 8.8 2 15264V ,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的 22倍 uU Ud(1 KpKs )/KpKs 12 (1215 0.35)/(2 15) 4.6V2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min ,系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是倍數(shù)應(yīng)有多大？要求系統(tǒng)的靜差率s 5%，那么100r/min ,則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大解：1) D nNs/ nN 1 s101500 2%/ nN 98%nN1500 2%/98% 10 3.06r/min2) Knop/ ncl 1100/3.06 131.72.8某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)

6、載下電動(dòng)機(jī)的速降為8 r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？解:nop1 Kncl1 158 128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為:nclnop/1 K128/ 1304.13rpm2.9電阻Ra=1.5 Q,電樞回路電抗器電阻 大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍(1)(2)(3)(4)Ce22012.5 1.5 /1500201.25/15000.134Vmin/rUnnopInInR /CeR /Ce 12.5 3.3/0.134307.836r / minnN nNS/D 1 s 1500 10% (20*90%

7、 )8.33r / min所以，ncl8.33r / min在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大ncl1/ ncl2 1.937倍有一 V-M 調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2.2kW, U n=220V, In=12.5A, n n=1500 r/min，電樞RL=0.8 Q,整流裝置內(nèi)阻 Rrec=1.0 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放D=20，靜差率 S<=10%。nci 。計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ)nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，ld=lN , n=nN ,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？計(jì)算放大器所需

8、的放大倍數(shù)。解: (1)Un3J+7丄；AL； A 乩 UPEM< n十(3)(4)n KpKsUn ldR/Ce1 K KUn/ 1K IdR/Ce1 Knop /nci1307.836/8.33 135.955150035.955 15/1 35.95512.53.3/ 0.134 135.9550.0096V min/K * C可以求得，KpeKs*也可以用粗略算法：r35.955* 0.13435* 0.009614.34Un Un n，Un 15n 15000.01Kp KCe/KsKp35.955 0.134/35 0.0113.762.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電

9、流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流Idbi 2In，臨界截止電流Idcr 1.2In，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的 1/3 ,如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和/.4靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少?1 dbl2I N25A，I dcr1.2In15A1 dcrU com/Rs15 Ucom / Rs1 dblU：U com/Rs2515U com/ RsRsU com151.522.5V(R /3)1.01.50.8 /31.1 ,Rs(R /3)解：(1)1.5(2)不符合要求，取R

10、s1.1 ,需加電流反饋放大器由于需要的檢測(cè)電阻值大，信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大。為此,取 Rs 1.1 ，則 Ucom Idcr Rs 15 1.116.5V說明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿足檢測(cè)電阻小和電流+廠f/.(1)系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D 30時(shí)的靜差率s值。(3) 當(dāng) Id Ider 時(shí)，有n Kp KsUn/Ce 1 KKp “KjRsid Ueom /Ce1 K Rld/Ce1 KKpKsUnKiUcom / Ce 1 KR KpKsKiRs Id / Ce1 K當(dāng)n=0時(shí),idbl KpKs UnKiUeom / RKp KsKiRsUnK

11、iUcom/KiRs2515 16.5K/1.1 K Ki15/ 22.513.51.362.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH ,整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如 要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少？解： L 50mH，GD21.6Nm2 , R 3.3, Ce 0.134V /rpmT L/R 0.05/3.30.015sTm GD2R / 375CeCm 1.65.28/64.330.082sTs 0.00333s3.3/ 375 0.134 0.134 30 /3.142KTm T1 Ts Ts /TTs20

12、.0015 0.00333 / 0.00004983 30.520.0820.015 0.00333 0.003332 / (0.0151* 0.00333可見與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,K最大為30.52。2.12 有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：PN 2.8kW，Un 220V，In 15.6A，nN 1500r/min , Ra=1.5 Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=1Q ,電樞回路電抗器電阻 Rl =0.8 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks35 。/.(2)當(dāng)D 30，s 10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差

13、調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30，s 10%，在 U； 10V 時(shí) IdI606060n nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp。解:Ce220 15.6 1.5 /15000.1311V min/ r(1)nopginIN R /Ce 15.6 3.3/0.1311 392.68r / min1500/30e502.13nop /n0 min392.68/ 392.68 5088.7%505/0.95.56r/minKp KsUn /Ce 1 K R Id / Ce 1K Kp Ks/Ce1500 Kp KsUn/Ce 1 K R 15.6nop/ nci1297.48/5.56/Ce 1 K1

14、52.5旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024,倍頻系數(shù)4,高頻時(shí)鐘脈沖頻率f0 1MHz，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測(cè)速時(shí)間為 0.01s,求轉(zhuǎn)速n 1500r/min和n 150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解:(1)M法：分辨率Q -60601.465r / min1024 4 0.01最大誤差率：n罟?n 1500r/min 時(shí)，M1nZTc601500 4 1024 0.011024n 150r / min 時(shí)，M1nZTc150 4 1024 O.。1102.4/.1500r / min 時(shí)，max %100%M1100%10240.098%15

15、0r / min 時(shí)，max%100%100%102.40.98%可見M法適合高速。（2）T 法：分辨率：n 1500r/min 時(shí),Zn260f0 Zn1024 4150026171r/min60 1 106 1025 4 1500n 150r / min 時(shí),Zn21024 4 150260f0Zn6061.55r / min106 1024 4 150最大誤差率：n ZM0M260 foZnn 1500r / min 時(shí),60 1069.77n 150r/min 時(shí),M21500r / min 時(shí),max %150r/min 時(shí),max %可見T法適合低速3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的nN =1

16、500r/min ， In1024 4 150060 1061024 497.7150M2 1100%9.771 100%11.4%M21100%97.7 1100%1%習(xí)題二ASR和ACR均為Pl調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓Unm=15V,=20A,電流過載倍數(shù)為2 ,電樞回路總電阻R=2Q, Ks =20 ,Ce=0.127V min/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n =5V, ldL=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、5、Ui和Uc各為多少？ （ 2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui和Uc各為多少?解：（1）U nm / nN 15V/1500rpm0.01V / rpm當(dāng)U；5V,轉(zhuǎn)速 n 士5V

17、500rpm0.01V / rpmUiUcUcUimI dmIdUd0空 0.375V / A40A0.375*10E IdLRKsn 500rpm,U n堵轉(zhuǎn)時(shí),Ui3.75VCenN_KSUiIdLR5V,Ui UiIdm 15V ,0.127*50010*2203.75V ,Uc 4.175v4.175VUd0KsCenKSI d R I dmR40*23.2在轉(zhuǎn)速、Ks204V電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù):電動(dòng)機(jī)：Pn =3.7kW, Un =220V, In=20A, nN=1000 r/min ,電樞回路總電阻R =1.5 Q ,Ks

18、 =40。試ASR輸出設(shè)uim Um Ucm =8V,電樞回路最大電流ldm=40A,電力電子變換器的放大系數(shù) 求:電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0, Ui*,Ui,Uc值。解:1)Uim8V 0.2V/AU nm8V0.008V / rpmI dm40AnN 1000rpm2)Ud0 EI dl RCeHNI dl R40A*1.560V這時(shí):u；8V,Un0 , ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。Ui*8V,Ui8V,UcUd0/KS 60/40 1.5V3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器 ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)達(dá)到um =8V時(shí)，主

19、電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問:（1） Ui*應(yīng)如何變化？ （ 2） Uc應(yīng)如何變化？ （ 3） Uc值由哪些條件決定?解：1)因此當(dāng)電流從 40A70A時(shí)，U*應(yīng)從4V 7V變化。2)Uc要有所增加。3)Uc取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁d0 E IdiRCehN1 dl RUcUd0 Cen IdRKs3.5某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量< 10 %。(1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2)計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr ;(3)繪出開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr <0.25s.則 K=?

20、,% =?解:取 KT 0.69,0.6, %9.5%(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K0.69/T 0.69/0.16.9(1/ s)上升時(shí)間tr3.3T0.33S過度過程時(shí)間:6T6 0.10.6s，tr如要求tr0.25s ,查表3-1則應(yīng)取 KT1,0.52.4T2.4*0.10.24s 這時(shí)K 1/T10,超調(diào)量=16.3%。K1s 1系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量%< 5% (按線性系統(tǒng)考慮)。試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj (s)冊(cè)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差/.定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選KT0.5,0.707,查表3-1，得

21、%4.3%。W(s)節(jié)器，W(s)1匚，校后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為101"s (0.01s 1)'這樣，T = 0.01,K=10/已選KT=0.5,0.5/T=50,所以10/ K 10/50 0.2S，積分調(diào)節(jié)器：W(s)1s 0.2s。3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj (s)K110s(0.02s 1)，要求校正為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量 構(gòu)，并選擇其參數(shù)。s(Ts 1)%w 30 % (按線性系統(tǒng)考慮)。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，Wpi (s)Kp |(s D,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)W(s)sKpi( s 1) K1s s(T

22、s 1)對(duì)照典型n型系統(tǒng),K Kpi K1/ ,hT,選 h = 8，查表 3-4，%=27.2%,滿足設(shè)計(jì)要求。這樣 hT8*0.020.16s，3.8h 12h2T22*8 2 *0.02 2175.78, KpI K / K1175.78*0.16/10 2.81在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：Pn 60 kW , Un 220V , In 308 A , n” 1000 r/mi n ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.196 Vmin/r ,主回路總電阻 R=0.18 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。電磁時(shí)間常數(shù)Tl =0.012s,

23、機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm =0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾 波時(shí)間常數(shù)T0n =0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un)N=10V,調(diào)節(jié)器ASR，ACR飽和輸出電 壓 Uim =8V,Ucm=6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量1 < 5% ,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn) 速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n < 10%。試求:(1 )確定電流反饋系數(shù)B (假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.1| N以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(2)試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 ACR,計(jì)算其參數(shù)R,、C、COi。畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電 阻 R)=40 k。(3)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

24、ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、6、COn。(R0=40k Q )(4)計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量bno（5）計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。8V /(1.1* I N)8V/339A0.0236V / A10/1000 0.01V min/r電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a)Ts0.00333sb)Toi0.0025sc)T iT0iTsU im / 1 dm0.0025 0.003330.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因?yàn)?%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),選用 PI調(diào)節(jié)器,Wacr(S)Ki( iS 1)iS電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：i T0.012s,選KiT i0.5,Ki 0.

25、5/T i85.76s1/ Ki iR 85.76 0.012 0.18Ki Ks35 0.01730.224。校驗(yàn)等效條件：ci KI 85.76s 1a）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:b）忽略反電勢(shì)的影響的近似條件:3Ts3殆3 0.003331101.01 ci0.12 0.01279.06S1cic）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件：1J汁130.00333 0.0025115.52s 1 ci可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R）40 K，則:R KiR。0.224 40K8.96K ,取 9K.Cii/R 0.012/(9 103) 1.33由此C0i 4T0i / R040.

26、0025/40 1030.25 F（3 ）速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：a）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/ Ki :因?yàn)?KiT i0.5b) Ton0.015sc) T n 1/ Ki Ton0.01166 0.015 0.02666s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器,Wasr(S)Kn( nS 1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:nSKnKncnhT n,取h5, nh 12h2T2n(h 1) CeTm2h RT nhT n 0.1333s2 22 50.02666168.82s26 0.0236 0.196 0.1225 0.01 0.18 0.026666.94驗(yàn)等效條件Kn/ 1

27、 Kn168.82 0.133322.5s 11 應(yīng)丄 / 85.763斤'0.00583b）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似：1 匹 1 陛63也 3V0.015a）電流環(huán)近似條件:40.43s25.2scncn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)（空載Z=0）n%2*(-CFCbnTm3080.182 81.2% 1.10.196 10000.026660.1211.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。 查表，應(yīng)取小一些的 h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下:n hT n 0.07998s0.18 0.02666) 7.6Kn (h

28、1)/2h2T2n 4/(2 9 0.026662) 312.656s2Kn (h 1) CeTm/2h RT n 4 0.0236 0.196 0.12/(2 3 0.01校驗(yàn)等效條件:cnKn / 1 Kn n 312.656 0.0799825s 1a) 1/3(KI /T i)1/2b) 1/3(KI /Ton嚴(yán)1/ 3(85.76 / 0.00583)1/240.43s1/3(85.76 /0.015)1/225.2s 11cncn可見滿足近似等效條件。 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：9.97%10%n 2 72.2% 1.1 (308 0.18/0.196 1000) (0.02666 /0.

29、12)/.轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R0 40K ,則Rn Kn R0 7.6 40 304K取310K。CnCon 41；n /R04 0.015/40n /Rn 0.07998/310 1030.258 F103 1.5 F4) 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)n%2 72.2% (1.1 0.4)(308 0.18/0.196 100) (0.02666/0.12)63.5%5)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是:(書上無此公式) Ir =Tk1-(2 )計(jì)算電流環(huán)的截止頻率ci和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn，并考慮它們是否合理？I僅考慮起動(dòng)過程的第二階段。根據(jù)電機(jī)

30、運(yùn)動(dòng)方程：375GD2 dndt Te Tl,dndtCm (ldm IdL)dmGD275R(ldm IdL)cP (ldm375CmCetCeTmn所以：(Idm IdL)R0.196*0.12*1000(1.1*3080)*0.180.385s3.10有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:Pn =500kW UN =750V, I n =760A, nn=375 r/min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù) G =1.82V min/r,電樞回路總電阻R=0.14 Q ,允許電流過載倍數(shù)入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)Tl =0.031s,機(jī)電時(shí)

31、間常數(shù)Tm=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Uim=um = Um=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 F0=40kQo設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i < 5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5。(1)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。/.Uim100.00877V / AI dm1.5*760解：（1）*A CU nm100.0267V min/ rnN375電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：a)Ts0.00176s確定時(shí)間常數(shù):b)Toi0.00

32、2sc)Ti 0.00367 s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)閃ACR(S)=Ki( ts+1)/ ts,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：t=T l=0.031s,d % 5%可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器,Tl/T 工=0.031/0.00367=8.25<10KiT e= 0.5,Ki= 0.5/T 刀=136.24 s-1KiKITIR/ Ks136.24 0.0310.14/750.008770.899校驗(yàn)等效條件:3ci=K 1=136.24 s-1a) 1/3Ts 1/3 0.00167 199.6s1b) (1/TmTl)1/23(1/0.112 0.031)1/2c) 1/3(1/T

33、sToi)1/21/3(1/0.00167可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，貝yci50.9s 10.002)1/2ci182.39s 1 ciKi R00.899 4035.96 取 36KCiC0iT/R 0.031/36 1030.86 F4T)i/ R04 0.002/ 40 1030.2 f速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/Ki：因?yàn)镵iT刀=0.5則1/Ki=2T刀=2*0.00367=0.00734sb）c）b) T on=0.02sc) T 工n=1/K I +Ton=0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無

34、靜差的要求，應(yīng)選用 PI調(diào)節(jié)器，WasR (s)=Kn( tS+1)/ ts速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：t=hT 刀n,選 h=5，則 t=hT 刀ri=0.1367s,KN=(h+1)/ (2h2T2刀n =6/2*25*0.02734 2=160.54 s-2Kn=(h+1) 3CeTm/ (2h oRT6)= 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5 校驗(yàn)等效條件：wcn=KN/«1=KN t=160.54*0.1367 =21.946 s -2a) 1/3(Ki/T刀)1/2=1/3(136.24/0.00367) 1/2=6

35、4.22s-1> anb) 1/3(Ki/Ton)1/2=1/3(136.24/0.02) 1/2=27.51s-1> wcn可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則 Rn=Kn*R 0=10.5*40=420K由此 Cn= T/Rn=0.1367/420*10 3=O.325 疔 取 0.33 pF Con=4Ton/Ro=4*O.O2/4O*1O 3=2 獷2) 電流環(huán)的截止頻率是：3ci=Ki=136.24 s-1速度環(huán)的截止頻率是：Wcn=21.946 S'2從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系

36、統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。(1)在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nn=1500 r/min;電流給定信號(hào)最大值Um =1OV時(shí)，允許最大電流ldn=30A,電樞回路總電阻 R=2Q ,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流In =2OA ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce =O.128V min/r。現(xiàn)系統(tǒng)在 Un=5V ,I di=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=? ACR的輸出電壓UC=?(2)當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)突然失磁(=O),系統(tǒng)

37、將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后n=? U n=?U i =? U i=? I d=? U c =?(3)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5,已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Ten =0.05s ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù)，并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。(4)該系統(tǒng)由空載(I dL =O)突加額定負(fù)載時(shí)，電流Id和轉(zhuǎn)速n的動(dòng)態(tài)過程波形是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.05S，計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降nmax和恢復(fù)時(shí)間tv。1) a= U* nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r護(hù) U* im/Idm = 10/

38、30=0.33 V/AU*n =5 V , n=U* n/«=5/0.01=500 r/minUc=U do/Ks=(E+I d Re)/Ks=(C en+IdLi Re)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0)則電動(dòng)機(jī)無電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0， Un=OU*i=U*im =10， Ui=U* i =10Id=Idm=30AUc=Udo/Ks=(E+l dR9/Ks=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處

39、于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是:Kn nS 1WnssTns 1T=hT 刀n=5*0.05=0.25sT En=0.05sKN=(h+1)/2h2T2=6/2*25*0.052=48s-24) 空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動(dòng)態(tài)降落。(p93,94)Anb=2(兒z) AanT工nTm=2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/minCb=2FK2T=2I dNRT刀nCeTm=2*20*2*0.05心128*0.05=625 r/min 最大動(dòng)態(tài)速降：Anmax=( ACmax/Cb)* Anb=81.2%*625 =507.5 r/min恢復(fù)時(shí)間：tv

40、=8.8T=8.8*0.05=0.44s( p81 表)習(xí)題五5.8兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，用“1 ”表示上橋臂開通，“ 0”表示上 橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式, 畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路:逆變器輸出端電壓:UxUx采用雙極性調(diào)制時(shí)，忽略死區(qū)時(shí)間影響，用“1 ”表示上橋臂開通，“ 0”表示下橋臂開通,2Ud2UdSxSx2 (2Sx1)以直流電源中點(diǎn)O為參考點(diǎn)Us(UaUeeUcej2 )SASBSCUaUbUcUsUo000Ud2Ud2Ud20Ui100Ud2Ud2Ud2U2110Ud2Ud2U

41、d2Jfu瀘U3010Ud2Ud2Ud2U4011Ud2Ud2Ud2U5001Ud2Ud2Ud2U6101U±U±UaU7111Ui0空間電壓矢量圖:5.9當(dāng)三相電壓分別為UaoUbo、Uco，如何定義三相定子電壓空間矢量Uao、Ubo、Uco和合成矢量Us，寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:UaoUaoUBOUboJUCOUcoej2合成矢量:UsUAO UBOUCOjj2Uao UBoeUcoeA(ej0)5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量u s與定子磁鏈嘰的關(guān)系，當(dāng)三相電壓Ua。、Ub。、Uco為正弦對(duì)稱時(shí)，寫出

42、電壓空間矢量U s與定子磁鏈嘰的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:Us Rsis 古忽略定子電阻的影響,Usd嘰dtUsdt，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。 當(dāng)三相電壓為正弦對(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量sej( 1t電壓空間矢量:j(itUs1se5.11采用電壓空間矢量 PWM調(diào)制方法，若直流電壓Ud恒定,如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值一定,輸出頻率w1開關(guān)周期To 3nWt1.Id t-ToToToToUs QUs 如 1 蘭U2 Ud rUde吃半To ToTot2，Tot1> t2,Tt1 t2 ，零矢量作用時(shí)間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。/.T0t25.12兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量 Us的幅值小于直流電壓Ud，空間角度 任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。解：兩電平PWM逆變器有六個(gè)基本空間電壓矢量,這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個(gè)扇區(qū)，根據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū),然后用扇區(qū)所在的兩個(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合