電力拖動自動控制系統(tǒng)(第三版)_陳伯時_習(xí)題答案(全部)

1、1-1答:第一章：閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)00000為什么PWM-電動機系統(tǒng)比晶閘管-電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能?PWM系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在很多方面有較大的優(yōu)越性:主電路線路簡單，需用的功率器件少;開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小;(3)低速性能好，穩(wěn)速精度咼，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1: 10000左右;(4)若與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾 能力強；(5)功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也大,因而裝置效率較高;(6)直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高;試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進(jìn)

2、行制動時，兩個VT是如何工作的。 如圖P13，1-17,制動狀態(tài)時，先減小控制電壓，使Ug1的正脈沖變窄，負(fù)脈 沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢還 來不及變化，因而造成E>Ud,很快使電流id反向，VD2截止，在tonWtT時，Ug21-2答:變正，于是VT2導(dǎo)通，反向電流沿回路3流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在T<KT+ton（即 下一周期的0WtTon）時，VT2關(guān)斷，-id沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回饋制動，與 此同時，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導(dǎo)通。在制動狀態(tài)中，VT2和VD1輪流導(dǎo)通，而VT1始終是關(guān)斷的。有一種特殊狀態(tài)，即輕載電動

3、狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在VT1關(guān)斷后id經(jīng)VD2續(xù)流時，還沒有達(dá)到周期T,電流已經(jīng)衰減到零，這時VD2兩端電壓也降為零，VT2便提前導(dǎo)通了，使電流反向，產(chǎn)生局部時間的制動作用。1-3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系？為什么說脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了 ”？答：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即:100%D n maxn min當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落n與理想空載轉(zhuǎn)速no之比，稱作靜差率S,即nNS n0調(diào)速范圍、靜態(tài)速降和最小靜差率之間的

4、關(guān)系是:nN sminDnN (1 Smin )按上述關(guān)系可得出：D越小，S越小，D越大，S越大；D與S相互制約，所以說脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為n0max 1500r/m in，最低轉(zhuǎn)速特性為n0min 150r/min ，帶額定負(fù)載時的速度降落nN 15r/min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降nN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：思路一:系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為:nmaxn minn0 minn0 max nN丄0J 11150 15系統(tǒng)允許的靜差率:nNDS nN D nN11151500 11

5、15 100%10%思路二:系統(tǒng)允許的靜差率:S 4 100%n0n0 min100% 150 100%10%系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為:nN snN (1 s)n0max snN (1 S) 15 (1 0.1)1-5某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s 2%則閉環(huán)那么系統(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100r/min，系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大?解：因為:n maxn min輕10150所以系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降:nNSnN D(1 s)n max sD(1 s)1500 O.。23.06r/min10 (1 0.02)又:nopncl 1 Kn

6、cinN nop 100r/min故閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù):nop1ncl迴 1 31.683.061-6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機的速降為8r/min，調(diào)速范如果將開環(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, 圍可以擴大多少倍?解：因為:RIdnci Ce(1 K)所以:RidCenci(1 K) 8 (1 15)128K=30時，電動機在額定負(fù)載下的速降為:又因為:Ridnci Ce(1 K)空 4.13r/min130nN SnN (1 s)所以在同樣靜差率要求下，且nN不變，D的變化只與nN有關(guān)，即調(diào)速范圍D擴大了 8/4.13=1.49咅。

7、1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速nN 1500r/min，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落nNop 240r/min，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%,則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化?解：當(dāng)靜差率s=10%時,nNnNS1500 0.1D(1 s) 208.33r /min(1 0.1)nopnci8433 1 27.8當(dāng)靜差率s=5%時,nNnNSD(1 s)1500 O.。53.95r/min20 (10.05)K上ncl1 空 1 59.83.95因此，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%,則系統(tǒng)的開環(huán)增益將從27.8變 化到59.8。1-8轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？改變給定電壓能否改變電動

8、機的轉(zhuǎn)速?為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為 什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力?答：（1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個基本特征: 只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。 抵抗擾動，服從給定。 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。(2)改變給定電壓會改變電動機的轉(zhuǎn)速，因為反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。(3)如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比會改變轉(zhuǎn)速，因為反饋信號與給定信號的比較值發(fā)生了變化， 破壞了原先的平衡，調(diào)速系統(tǒng)就要繼續(xù)動作，使反饋信號與給定信號達(dá)到新的平衡為止。(4)如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變

9、化，系統(tǒng)沒有克服這種干擾的能力。因為反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-9在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞 電阻、測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時， 都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么?答：當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時，系統(tǒng)對其均有 調(diào)節(jié)能力。當(dāng)測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時， 系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)能力。因為反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。Pn1-10 V-M 系統(tǒng)，電動機參數(shù)為：Pn =2.2kW，U N =220V,I N =12.5A, nN =1500r/min.電樞電

10、阻Ra=1.2 Q整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.5 Q觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)©=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20,靜差率s 10%。(1)計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降nci0(2) 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)框圖。(3) 調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時，ld=lN，n=nN,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)0應(yīng)該是多少?(4)計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)先計算電動機的電動勢系數(shù):Un_I 點 220 12.5 1.2Ce=nN =1500=0.137V min/r故開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降R|N 1.2 1.512.5nop 二 Ce

11、 = o.137=246.35r/min調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降nNs1500 10%cl 一ncl = D 1 s 201 10% =8.33r/min系統(tǒng)的原理圖如下:系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下:7" * 匚+當(dāng)Un =15V時，ld=|N, n=nN,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù):aQN =1500 =0.01 V min/r嚴(yán)1遼塑1閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K= 8.33=28.57放大器所需放大倍數(shù)Kp=28.57Ks/Ce = 0.01 35/0.137 =11.18,取 Kp=121-11在題1-10的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流Idbl 2In，臨界截止電流Idcr

12、 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)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖， 并計算電流反饋放大系數(shù)。這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少?I dbl解：Un U comRS2InI dcr所以Ucom 22.5VRs1.5U comZ I.2 NRs系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：？因為主電路總電阻R1.2 1.5 2.7V，要求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3,即要求電流反饋采樣電阻不超過0.9 ，而求得的Rs 1.5 ，需 要增加電流反饋放大器。系統(tǒng)原理圖如下:因為Rs不能超過0.9，令R

13、s0.9,故有 U com 0-9 1 2! N 13-5V所以電流反饋放大系數(shù)為這時的電流反饋采樣電阻Rs1-12某調(diào)速系統(tǒng)原理圖見教材U N 220V I N 94AU comIU com0.91251.67比較電壓U com 13-5VP51, 1-58,已知數(shù)據(jù)如下：電動機;nN1000r / mi rRa 0.15Pn 18kW，整流裝置內(nèi)阻系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：？Rrec 0.3 ，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks 40。最大給定電壓Unm 15V , 當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時，整定電流反饋電壓Uim 10V。設(shè)計指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20 ,靜差率SW 10%,Idbl 1.5

14、1 N ,Idcr 1.11 N。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計算:轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a(2)調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp。(3)電阻R1的數(shù)值。（放大器輸入電阻Ro 20k）(4)電阻R2的數(shù)值和穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓值。解：（1）因為 U nm U N max n N仏0.015V min/r 所以riN1000(2) 電動機的電動勢系數(shù)為c Un I N RaCenN220 94 0.150.2059V min/ r1000開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為nop IN(RaRrec)Ce94 (0.15 0.3)205.44r/min0.2059閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為nS 1000nclD(1 s) 20 0.90.1

15、5.56r /m in閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為nci注15.5635.9調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為(3)取 Ro 20k ，則 R1 35.90.015KpRo(4)求解R2的核心應(yīng)放在運放上,40/0.205912.3，取 Kp 1320 13260k利用虛地點求解電流:Un Ui Ub r UcRoRobrR2R11510 7.3 Uc20R2260 對特殊點：當(dāng)電機堵轉(zhuǎn)時，n °,故Un 0 ,；且此時，電樞回路中I Imax IdblU d0 IR總U cI dm又 I dbl SI NKsK s將上式帶入式即可得到:R23.58k當(dāng)VS被擊穿時，Uvs Idcr又 U im 10V

16、I dblU im I dbl N I dcr 1.1 N所以，Uvs7.34V1-13在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？ 放大器的放大系數(shù)Kp :供電電網(wǎng)電壓； 電樞 電阻Ra;電動機勵磁電流；電壓反饋系數(shù)Y答：當(dāng)放大器的放大系數(shù)、供電電網(wǎng)電壓、電樞電阻、電動機勵磁電流發(fā)生變化時，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用， 當(dāng)電壓反饋系數(shù) 俊生變化時，它不能得到反饋控制 系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。因為反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反 饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-14nN有一個V-M 系統(tǒng)，已知：電動機：Pn 2.8kW，Un 220V，In 15.6A15

17、00r/min ,Ra 1.5 ,整流裝置內(nèi)阻Rrec 1 ，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks350系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調(diào)速范圍 D 30時的靜差率s值。(2)當(dāng)D 30，S 10%時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3) 如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30，S 10%，在Un 10V時Id In，n nN，計算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp(4) 如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要求在Un 10V時,Id I Nn nN，并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù) K不變，試求在D 30時的靜差率。解：（1）先計算電動機的電動勢系數(shù):Ce 20F.5 0.1311Vmin/rnN則開環(huán)

18、系統(tǒng)的額定速降:nop1 N (RaRrec)Ce15.6 (1.5 1)0.1311297.48r/min(2)(3)所以系統(tǒng)開環(huán)工作時,調(diào)速范圍 D30時的靜差率:D nops nN D nop 150030 297.4830 297.480.856nN在Un30 snNSD(1 s)10% 時,1500系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降30 (10.1)5.56r/ m in10V時1d In，n nN，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)為0.007 nN1500閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為毀1驚1 52.5ncl調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp為KKpKs/Ce 0.007 35/0.131128.0952.5，取 Kp 29在電壓負(fù)反饋

19、有靜差調(diào)速系統(tǒng)中,nclRrce 丨 dRa 丨 dCe(1 K) Ce1 15.60.1311 (1 52.2)180.73r/min0.1311故當(dāng)U n 10V時I d I Nn nN，并保持原開環(huán)放大系數(shù)K不變，在D 30 時 nmin=50r/min，靜差率:nNs nN nmin噸730.783180.73 50電磁時間常數(shù)Ti1-15在題1-10的系統(tǒng)中，主電路電感L 50mH ,系統(tǒng)運動部分飛輪慣量2 2GD 1.6N m，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設(shè)計的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行， 允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K 是多少?解：計算系統(tǒng)中各

20、環(huán)節(jié)的時間常數(shù):L 0.05H0.0185s機電時間常數(shù)Tmgd2r6 2 W s 0.064s375CeCm375 0.137 30 0.137對于三相零式電路（即三相半波整流電路），晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為Ts0.00333s為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足穩(wěn)定條件:Tm(Tl Ts) Ts20.064 (0.0185 0.00333)0.003332” ” 22.86K <TiTs0.0185 0.00333而題1-10中計算得到的閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為¥ 1 1K= ncl= 8.33=28.57> 22.86因此，此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。1-16為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速