1、思考題答案1.1直流電動機有哪幾種調速方式？各有那些特點？答：a改變電樞回路電阻調速法外加電阻Radd的阻值越大，機械特性的斜率就越大，相同轉矩下電動機的轉速越低b減弱磁通調速法減弱磁通只能在額定轉速以上的范圍內調節轉速c調節電樞電壓調速法調節電樞電壓調速所得的人為機械特性與電動機的固有機械特性平行，轉速的穩定性好，能在基速以下實現平滑調速。1.2為什么直流PWI變換器-電動機系統比相控整流器 -電動機系統能夠獲得更好的動態 性能？答：a PWM變換器簡單來講調節的是脈沖串的寬度，直流成分沒有受到破壞，也就是 說其最大值=峰值是不變的，變的是平均值；b相控整流，是由交流整流得到的直流，雖然也是

2、平均值在變，但是其最大值、峰值也是隨著導通角的大小時刻在變，且導通角越小波形的畸變越嚴重。從而影響了電機的輸出特性。答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環節。其中直流PWM變換器的時間常數 Ts等于其IGBT控制脈沖周期1/fc，晶閘管整流裝置的時間常數 Ts通常 取其最大失控時間的一半1/ 2mf。因fc通常為kHz級，而f通常為工頻50或60Hz 為一周內，m整流電壓的脈波數，通常也不會超過20直流PWM變換器間常數通常比晶閘管整流裝置時間常數更小，從而響應更快，動態性能更好。1.4簡述直流PWM變換器電路的根本結構。答：直流PWM變換器根本結構如圖，包括IGBT和續流二

3、極管。三相交流電經過整流濾波后送往直流 PWM變換器，通過改變直流 PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比, 來調節直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起續流作用。1.5答：不會1.7靜差率s與調速范圍D有什么關系？靜差率與機械特性硬度是一回事嗎？答：關系見書上公式。靜差率與機械特性硬度是不同的概念，硬度是指機械特性的斜率，一般說硬度大靜差率也大；但同樣硬度的機械特性， 隨著起理想空載轉速的降低，其靜差率會隨之增大。1.8直流PWM變換器的開關頻率是否越高越好？為什么？答：不是。因為假設開關頻率非常高，當給直流電動機供電時， 有可能導致電樞電流還未上升至負載電流時，就已經開始下降了，從而導致平

4、均電流總小于負載電流，電機無法運轉。1.9泵升電壓是怎樣產生的？對系統有何影響？如何抑制？答：泵升電壓是當電動機工作于回饋制動狀態時，由于二極管整流器的單向導電性，使得電動機由動能轉變為的電能不能通過整流裝置反應回交流電網，而只能向濾波電容充電， 造成電容兩端電壓升高。 泵升電壓過大將導致電力電子開關器件被擊穿。應合理選擇濾波電容的容量，或采用泵升電壓限制電路。1.10在晶閘管整流器電動機開環調速系統中，為什么轉速隨負載增加而降低？答：負載增加意味著負載轉矩變大，電機減速，并且在減速過程中，反電動勢減小，于 是電樞電流增大，從而使電磁轉矩增加，到達與負載轉矩平衡，電機不再減速，保持穩定。故負

5、載增加，穩態時，電機轉速會較增加之前降低。1.11調速范圍和靜差率的定義是什么？為神馬說“脫離了調速范圍。要滿足給定的靜 差率也就容易的多了？答：1生產機械要求電動機在額定負載的情況下所需的最高轉速Nmax與最低轉速Nmin之比稱為調速范圍；當系統在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時轉 速的變化率，稱為靜差率。2 s與D是一對矛盾的指標，要求 D越大，那么所能到達的調速精度越大，s越大。2.1帶有比例放大器的轉速反應閉環調速系統轉速單閉環調速系統特點a只有比例放大器的反應控制系統，其被調量仍是有靜差的；b反應控制系統的作用是抵抗擾動，服從給定；c系統的精度依賴于給定和反應檢測的精度

6、。如果給定電壓不變，調節測速反應電壓的分壓比或測速發電機的勵磁發生了變化，它 不能得到反應控制系統的抑制，反而會增大被調量的誤差，因為反應控制功能抑制的只是被反應環包圍的前向通道上的擾動。2.2為什么用積分控制的調速系統是無靜差的？答：在積分調速系統中，當轉速偏差電壓等于零時Uc并不是零，而是一個終止 Uf,如果轉速偏差電壓不變話， 這是積分調節控制不同于比例環節的特點。正應為如此，積分環節可以使系統在無靜差的條件下保持恒速運行，實現無靜差調速。2.3在無靜差轉速單閉環調速系統中，轉速的穩態精度是否還受給定電源和測速發電機精度的影響？是說明理由。答：閉環系統的精度依賴于給定和反應檢測的精度，因

7、此轉速的穩定精度還受給定電源和測速發電機精度的影響。1在轉速負反應單閉環有靜差調速系統中，突減負載后又進入穩定運行狀態，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前減少了2 在無靜差調速系統中，突加負載后進入穩態時轉速n不變，整流裝置的輸出電壓 Ud增減3在采用PI調節器的單環自動調速系統中，調節對象包含有積分環節，突加給定電 壓后PI調節器沒有飽和，系統到達穩速前被調量不會出現超調。2.42.5(3)在采用PI調節器的單環自動調速系統中，調節對象包含有積分環節，突加給定電 壓后PI調節器沒有飽和，系統到達穩速前被調量不會出現超調。2.6采用PI調節器的轉速負反應調速系統，為什么能夠較好地解

8、決系統穩態精度和動 態穩定性之間的矛盾？答：采用比例積分控制的轉速負反應調速系統，其輸出有比例和積分兩局部組成，比例局部快速響應輸入信號的變化，實現系統的快速控制，發揮了比例控制的長處，同時， 可以滿足穩態精度的要求。 此后，隨著電容電壓的電壓不斷變化，輸出電壓逐步增長， 直到穩態，可以實現穩態無靜差，又可以保證系統的穩定。因此，采用PI調節器的轉速負反應調速系統能夠較好地解決系統穩態精度和動態穩定性之間的矛盾。2.7雙閉環直流調速系統中，給定電壓Un*不變，增加轉速負反應系數a,系統穩定后轉速反應電壓 Un和實際轉速n是增加、減小還是不變？答：轉速反應系數a增加，那么轉速反應電壓 Un增加，

9、給定電壓 Un*，那么轉速偏差電壓 減小，那么ASR給定電壓Ui*減小，那么控制電壓 Uc減小，那么轉速n減小；轉速n減小，那么轉 速反應電壓Un減小，直到轉速偏差電壓為零；故穩態時轉速反應電壓Un不變，且實際轉速n減小。2.8雙閉環調速系統調試時，遇到以下情況會出現什么現象？(1) 電流反應極性接反(2)轉速極性接反(3) 啟動時ASR未到達飽和，轉速還處于閉合狀態(4) 啟動時ACR到達飽和，速度環開環 2.13是從下述5個方面來比擬轉速，電流雙 閉環調速系統和帶電流截止環節的轉速單閉環調速系統。(1 )調速系統的靜態特性：a單閉環 在系統穩時實現轉速無靜差b雙閉環 可實現轉速無靜差和電流

10、無靜差。(2) 動態限流性能 a單閉環 只能在超過臨屆電流Ider后，限制電流沖擊b雙閉環 電 流調節器通過電流反應系統隨時調節控制電流。(3) 啟動的快速性 a單閉環快，不平穩 b雙閉環快，平穩(4) 抗負載擾動的性能 a單閉環差b雙閉環強(5 )抗電源電壓波動的性能2.9 某雙閉環調速系統，ASR ACR勻采用PI調節器，調試中怎樣才能做到Uim*=6V時，Idm=20A;欲使Un*=10V時，n=1000rpm，應調什么參數？答：(1)調節電流反應系數B =0.3; ( 2)調節轉速反應系數a =0.01。2.10 在轉速、電流雙閉環直流調速系統中，假設要改變電動機的轉速，應調節什么參數

11、？改變轉速調節器的放大倍數Kn行不行？改變電力電子變換器的放大倍數Ks行不行？改變轉速反應系數a行不行？假設要改變電動機的堵轉電流，應調節系統中的什么參數？答：通常可以調節給定電壓。改變 Kn和Ks都不行，因為轉速電流雙閉環直流調速系 統對前向通道內的階躍擾動均有能力克服。也可以改變a,但目的通常是為了獲得更理想的機械特性。假設要改變堵轉電流，應調節電流反應系數B2.12在雙閉環系統中，假設速度調節器改為比例調節器，或電流調節器改為比例調節器，對系統的穩態性能影響如何？答：有靜差。速度調節器對階躍擾動的靜差由0變為1/ 1+Kn，或電流調節器對階躍擾動的靜差由0變為1/ 1+Kc，而對斜坡擾動

12、的靜差變得更大。2.13從下述五個方面來比擬轉速電流雙閉環直流調速系統和帶電流截止負反應環節的轉速單閉環直流調速系統：1調速系統的靜態特性。2 動態限流性能。3起動的快速性。4抗負載擾動的性能。5抗電源電壓波動的性能。答：1轉速、電流雙閉環調速系統在穩態工作點上，轉速n是由給定電壓*nU決定的。ASR的輸出量*iU是由負載電流 IdL 決定的。控制電壓 UC的大小那么同時取決 于n和Id，或者說，同時取決于 *nU和IdL。雙閉環調速系統的穩態參數計算是和無靜差 系統的穩態計算相似。帶電流截止環節的轉速單閉環調速系統靜態特性特點：電流負反應的作用相當于在主電路中串入一個大電阻Kp Ks Rs

13、，因而穩態速降極大，特性急劇下垂；比擬電壓 Ucom與給定電壓*nU的作用一致，好象把理想空載轉速提高了。這樣的兩 段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。2二方面均具有動態限流性能，性能相似的。3雙閉環直流調速系統的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉速超調、準時 間最優控制。4 由動態結構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環之后，因此只能靠轉速調節器ASR來產生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，應要求有較好的抗擾性能指標。5在單閉環調速系統中，電網電壓擾動的作用點離被調量較遠，調節作用受到多個環節的延滯，因此單閉環調速系統抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環系統中，由于增設了電流內環，電壓

14、波動可以通過電流反應得到比擬及時的調節，不必等它影響到轉速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。2.15 在轉速、電流雙閉環系統中，轉速給定信號Un未改變，假設增大轉速反應系數a,系統穩定后轉速反應電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？答：Un不變，因為PI調節器在穩態時無靜差，即：刃門，Un未改變，那么，Un也不變。4.1異步電動機變頻調速時， 為何要電壓協調控制？在整個調速范圍內，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因為定子電壓頻率變化時，將導致氣隙磁通變化，影響電動機工作。在整個調速范圍內，假設保持電壓恒定，那么在基頻以上時，氣隙磁通將

15、減少，電動機將出力缺乏；而在基頻 以下時，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵磁電流將過大，電動機將遭到破壞。因此保持 電壓恒定不可行。在基頻以下時，假設保持電壓不變，那么氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使 勵磁電流過大，破壞電動機，故應保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時， 受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高， 故保持電壓恒定。4.2異步電動機變頻調速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉矩調速方 式？為什么？所謂恒功率或恒轉矩調速方式，是否指輸出功率或轉矩恒定？假設不是，那么 恒功率和恒轉矩調速究竟是指什么？答：在基頻以下調速，采用恒壓頻比控

16、制，那么磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許 輸出轉矩恒定，因此屬于恒轉矩調速方式。在基頻以下調速，采用恒電壓控制，那么在基頻以上隨轉速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉矩減小，因此允許輸出功率根本保持不變，屬于恒功率調速方式。恒功率或恒轉矩調速方式并不是指輸出功率或輸出轉 矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉矩恒定。4.3基頻以下調速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通$ms恒氣隙磁通$ m和恒轉子磁通0 mr的控制方式，從機械特性和系統實現兩個方面分析與比擬四種控制方法的優缺點。答：恒壓頻比控制最容易實現，其機械特性根本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般調速要求，低

17、速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。恒定子磁通$ ms恒氣隙磁通$ m和恒轉子磁通$ mr的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。恒定子磁通$ ms和恒氣隙磁通$ m的控制方式雖然改善了低速性能，機械特性還是非線性的， 仍受到臨界轉矩的限制。恒轉子磁通$mr控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最正確。恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實現，它的變頻機械特性根本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。 在對于相同的電磁轉矩，角頻率越大，速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調速相似。在基頻以下運行

18、時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優點，但負載變化時定子壓降不同，將導致磁通改變，因此需采用定子電壓補償控制。根據定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的， 仍受到臨界轉矩的限制。 頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉矩恒定不變。恒定子磁通控制的臨界轉差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉矩也大于恒壓頻比控制方式。控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。恒氣隙磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的， 仍受到臨界轉矩的限制。 保持氣隙磁通恒定，除了補償定子電阻壓降外，還應補償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制 方式

19、相比擬，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉差率和臨界轉矩更大，機械特性更硬。控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。恒轉子磁通：機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特性， 這正是高性能交流變頻調速所要求的穩態性能。4.4常用的交流 PWM有三種控制方式，分別為 SPWMCFPW和 SVPWM論述它們的根本 特征、各自的優缺點。答：SPWM特征：以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規律變化的脈沖序列。優缺點：普通的SPWM頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為

20、降低諧波分量，減少電動機轉矩脈動， 可以采用直接計算各脈沖起始與終了相 位的方法，以消除指定次數的諧波。CFPWM特征：在原來主回路的根底上，采用電流閉環控制，使實際電流快速跟隨給定 值。優缺點：在穩態時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWI獲得更好的性能。精度高、響應快，且易于實現。但功率開關器件的開關頻率不定。SVPWM :特征：把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉磁場為目標來控制逆變器 的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現的。優缺點：8個根本輸出矢量，6個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉周期內，每個有效工作矢量只作用1次的方式，生成正 6

21、邊形的旋轉磁鏈，諧波分量大，導致轉矩脈動。用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關周期越小，旋轉磁場越接近于圓， 但功率器件的開關頻率將提高。 用電壓空間矢量直接 生成三相PWM波，計算簡便。與一般的 SPWM目比擬，SVPWM控制方式的輸出電壓最多可提 咼15%4.5分析電流滯環跟蹤 PWM控制中，環寬h對電流波動于開關頻率的影響。答：當環寬h選得較大時，開關頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環寬 小，電流跟蹤性能好，但開關頻率卻增大了。4.6三相異步電動機 Y聯結，能否將中性點與直流側參考點短接？為什么？答：能。雖然直流電源中點和交流電動機中

22、點的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關。可以將中性點與直流側參考點短接。4.7當三相異步電動機由正弦對稱電壓供電，并到達穩態時，可以定義電壓向量U電流向量I等，用于分析三相異步電動機的穩定工作狀態，424節定義的空間矢量與向量有何區別？在正弦穩態時，兩者有何聯系？答：相量是從時間域的三角函數到復指數函數的映射，空間矢量是從空間域的三角函數到復指數函數的映射。相量的正弦性表現為時間域的正弦性，空間矢量的正弦性表現為空間域的正弦性。從本質看它們都是正弦性，但從形式上看，相量的正弦性還表現為復數在旋轉 ，而空間矢量的正弦 性那么僅表示原象在空間按正弦規律變化

23、。當然，也有旋轉的空間矢量，但此時空間矢量的旋轉性也是由于電流在時間上按正弦規律變化而引起的，并不起因于空間矢量本身的正弦性。4.8采用SVPW控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢量是連續可調的，因此，定子磁鏈矢量軌跡可以是圓，這種說法是否正確？為什么？答：實際的定子磁鏈矢量軌跡在期望的磁鏈圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。4.9總結轉速閉環轉差頻率控制系統的控制規律，假設US f ( “J)設置不當，會產生什么影響？ 一般說來，正反應系統是不穩定的，而轉速閉環轉差頻率控制系統具有

24、正 反應的內環，系統卻能穩定，為什么？答：轉差頻率控制的規律為：(1 )在ssm范圍內，如果氣隙磁通保持不變，轉矩Te根本上與3 s成正比。(2)定子電流不同時， 按照一定的Us f ( “I)函數關系控制定子的電壓和頻率，可以保持氣隙磁通恒定。假設Us f ( 1?Is)設置不當，那么氣隙磁通無法保持恒定，控制將出現紊亂。因為轉差頻率控制的被控量是頻率差3S,在外環通過負反應控制已經實現控制要求，在內環控制中，因為輸出量要控制定子的實際頻率，而s才能得到實際的頻率值3 1，因此需采用正反應相加，由于內環調解器不是普通的 PI調解器, 輸出不受正反應的影響，引起的擾動可通過外環進行調節，所以系

25、統能實現穩定要求。習題習題一1.1試分析有制動電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動機系統進行制動時，兩個VT是如何工作的？【解答】先減小控制電壓，使1gU得正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電壓dU降低。但是由于機械慣性，轉速和反電勢還來不及變化，因而造成dEU的局面，很快電流di反向，VD2截止，在onttT < <期間2gU為正，于是VT2導通反向電流產生能耗制動作用。 在onTtTt w <+期間，VT2關斷，di-經VD1續流，向電源回饋能量。同時 VD1兩端壓降鉗住 VT1， 使他不能導通。在制動狀態， VT2和VD1輪流導通，VT1始終關斷。1.31.4系統

26、的調速范圍是 1000100r；min，要求靜差率s=2%,那么系統允許的靜差轉速降是s)1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm系統允許的靜態速降為2.04rpm1.5某一調速系統，在額定負載下，最高轉速特性為n0max1500r min，最低轉速特性為n0min 150r- min，帶額定負載時的速度降落nN 15r.；min，且在不同轉速下額定速降不變，試問系統能夠到達的調速范圍有多大？系統允許的靜差率是多少？解：1)調速范圍Dnmax: nmin(均指額定負載情況下)nmaxn0maxnN1500151485n minn0minnN15015135D nmax. nmin

27、1485,135 112) 靜差率Snzn。1515010%1.6 直流電動機為 PN=74kW,UN=220V , In=378A , nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流 器內阻Rrec=0.022 Q。采用降壓調速。當生產機械要求 s=20%時，求系統的調速范圍。如果s=30%時，那么系統的調速范圍又為多少？解：Ce (UN lNRa) nN(220 378 0.023),1430 0.1478V/rpmn l n R Ce378 (0.0230.022) . 0.1478115rpmD nN S n(1s)14300.2 115(10.2)3.1DnNS n(1

28、s)14300.3 115(10.3)5.331.7某龍門刨床工作臺采用V-M調速系統。直流電動機PN60kW,U N 220V, l N305代 nN1000r.；min，主電路總電阻 R=0.18 Q ,Ce=0.2V?min/r,求：(1) 當電流連續時，在額定負載下的轉速降落nN為多少？(2) 開環系統機械特性連續段在額定轉速時的靜差率SN多少？(3) 假設要滿足D=20,s< 5%的要求，額定負載下的轉速降落nN又為多少？解：(1) nNl N R. Ce 305 0.18 0.2 274.5r /min(2) SnnN.no 2745(1000 274.5) 21.5%(3)

29、 n nNS D(1 s)1000 0.0520 0.952.63r/min1.8有一晶閘管穩壓電源，其穩態結構圖如下圖，給定電壓U： 8.8V、比例調節器 放大系數Kp 2、晶閘管裝置放大系數 Ks 15、反應系數丫 =0.7。求：(1 )輸出電壓Ud ;(2)假設把反應線斷開，Ud為何值？開環時的輸出電壓是閉環是的多少倍？ (3)假設把反應* *系數減至丫 =0.35，當保持同樣的輸出電壓時，給定電壓Uu應為多少？解：(1) UdKpKsU； . (1 KpKs ) 2 15 8.8； (1 2 15 0.7) 12V(2) Ud 8.8 2 15 264V ,開環輸出電壓是閉環的22倍(

30、3) U； Ud(1 KpKs )；KpKs 12 (1 2 15 0.35). (2 15) 4.0V2.1某閉環調速系統的調速范圍是1500r/min150r/min，要求系統的靜差率 s 5%，那么系統允許的靜態速降是多少？如果開環系統的靜態速降是100r/min，那么閉環系統的開環放大倍數應有多大？解： 1) D nNs/ nN 1 s10 1500 2%/ nN 98%nN 1500 2%/98% 10 3.06r / min2) Kn°p/ nci1 100/3.06 1 31.72.2某閉環調速系統的開環放大倍數為15時，額定負載下電動機的速降為8 r/min，如果將開

31、環放大倍數提高到30,它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調速范圍可以擴大多少倍？解：nop 1 K nci1 15 8 128如果將開環放大倍數提高到30,那么速降為：ncinop /1 K 128/ 1 304.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴大 nci" nci21.937倍 2.5 有一 V-M 調速系統：電動機參數 PN=2.2kW, U n=220V, In=12.5A, n n=1500 r/min，電樞 電阻Ra=1.5 Q,電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 Q,整流裝置內阻 Rrec=1.0 Q,觸發整流環節的放 大倍數Ks=35。要求系統滿足調速范圍 D=2

32、0 ,靜差率S<=10%。(1)計算開環系統的靜態速降Anop和調速要求所允許的閉環靜態速降Ancl。(2 )采用轉速負反應組成閉環系統，試畫出系統的原理圖和靜態結構圖。(3)調整該系統參數，使當Un*=15V時，ld=|N, n=nN ,那么轉速負反應系數a應該是多少？(4 )計算放大器所需的放大倍數。解: (1)n U N l N Ra / CeCe220 12.5 1.5 /1500 201.25/1500 0.134Vmin/rn Un l n R / Ce幾卩 l N R / Ce 12.5 3.3/0.134307.836r / minncl nNS/ D 1 s 1500

33、10%/(20*90% )8.33r / min所以，nC|8.33r / min/ 2)(3) (4) n KpKsUn IdR/Ce1 KKUn/1K IdR/Ce1KKn°p / nd 1307.836/8.33135.955150035.955 15/1 35.95512.53.3/ 0.134 135.9550.0096V min/ r可以求得,KpK*CeKs35.955* 0.13414.3435* 0.0096也可以用粗略算法:Un Un n,*Un150.01Kp KCe/Ks , Kp150035.955 0.134/ 35 0.0113.762.6在題2.5的轉

34、速負反應系統中增設電流截止環節，要求堵轉電流 I dbl 2I n，臨界截止 電流Idcr 1.2In，應該選用多大的比擬電壓和電流反應采樣電阻？要求電流反應采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3 ,如果做不到，需要增加電流反應放大器，試畫出系統的原理圖和靜態結構圖，并計算電流反應放大系數。這時電流反應采樣電阻和比擬電壓各為多少？解：1I dbl2I N25A，Idcr1.2In15AI dcrU com/ Rs15 Ucom / RsI dbl*UnU com / Rs2515U com/Rs Rs 1.5U com151.522.5V2(R /3)1.01.5 0.8 /31.1 ,Rs(R

35、/3)不符合要求，取Rs 1.1 ,需加電流反應放大器當Id I dcr時，有n KpKsU；/Ce 1 KKpKsKiRs I dUcom /Ce 1 KRId /Ce 1 KKpKsU：KiUcom /Ce1 KRKpKsKiRs Id/Ce1K當n=0時，I dbl K p Ks U nKiU com /RKpKsKiRs*UnKiUcom / KiRs2515 16.5K /1.1 KKi15/ 22.513.51.36(3)信號大的要求，那么必須采用放大器，對電流信號進行放大。為此,取 Rs 1.1 ，那么 Ucom Idcr Rs 15 1.116.5V整流裝置采用三相零式電路，試

36、判斷按題2-9要求設計的轉速負反應系統能否穩定運行？如 要保證系統穩定運行，允許的最大開環放大系數是多少？解：L 50mH，GD21.6Nm2，R 3.3 ，Ce0.134V /rpmT L / R 0.05/3.30.015s2Tm GD R / 375CeCm1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30 /3.145.28/64.330.082sTs 0.00333sKTm Ti Ts Ts2 /TTs0.082 0.015 0.00333 0.003332 /(0.0151* 0.003330.0015 0.003332 / 0.00004983 30.52可見與前面的K>

37、;35.955相矛盾，故系統不穩定。要使系統能夠穩定運行，K最大為30.52。1500r/min ,2.9 有一個 V-M 系統，：電動機：Pn 2.8kW , Un 220V , IN 15.6A , r)N大倍數Ks 35。(1) 系統開環工作時，試計算調速范圍D 30時的靜差率s值。(2) 當D 30，s 10%時，計算系統允許的穩態速降。 如組成轉速負反應有靜差調速系統，要求D 30， s 10%，在U； 10V時|d In，n nN，計算轉速負反應系數和放大器放大系數 Kp。解:(1)Ce220 15.6 1.5 /1500 0.1311V min/ rnopIn R /Ce 15.

38、6 3.3/0.1311 392.68r / minnmin1500/30 50snop / n0min 392.68/ 392.68 5088.7%orD nNnN D nN(2)0.1 n/ n 50 n 5/0.95.56r / minn KpKsU： /Ce 1 K R Id /Ce 1 KK Kp KsG1500 KpKsU；/Ce1 K R 15.6 / Ce 1 KKn °p/ nci 1297.48/5.56 1 52.52.10雙閉環調速系統的 ASR和ACR均為PI調節器，設系統最大給定電壓U；m=15V，nN =1500r/min ，In =20A，電流過載倍數

39、為2 ,電樞回路總電阻R=2Q,Ks =20 ,Ce =0.127V mi n/r，求：(1)當系統穩定運行在 U n =5V, I dL =10A 時，系統的 n、Un、Ui、U i和Uc各為多少？ ( 2)當電動機負載過大而堵轉時，Uj和Uc各為多少?解: (1)*當 Un 5V,轉速n Un5V0.01V / rpm500rpmUim 15V0.375V / AI dm 40 A*UiId0.375*103.75VUiUcU d0E IdLRCe nNIdLR0.127*50010*2KsKsKs20即n 500rpm,U n5V,U*Ui3.75V ,Uc 4.175v(2)堵轉時,*

40、UiIdm 15V ,UcUd0CenIdR Idm R40*24VKsKsKs202.11在轉速、電流雙閉環調速系統中，兩個調節器4.175VASR , ACR均采用PI調節器。參電樞回路總電阻 R=1.5數：電動機：Pn =3.7kW, Un =220V, In =20A, r)N =1000 r/mi n ,Q ,設U爲U*m Ucm =8V,電樞回路最大電流ldm=40A,電力電子變換器的放大系數心=40。試求：(1) 電流反應系數和轉速反應系數(2)當電動機在最高轉速發生堵轉時的Ud0, U*,Ui,Uc 值。解：1)UimI dm8V40A0.2V / AU nmnN8V1000r

41、pm0.008V / rpm2) Ud0 E IdlRCenN IdlR 40A*1.560V這時：U； 8V,Un 0 , ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。Uj* 8/,Uj 8V,Uc Udo：Ks 60 401.5V2.12在轉速、電流雙閉環調速系統中，調節器 ASR , ACR均采用PI調節器。當ASR輸出到達um =8V時，主電路電流到達最大電流80A。當負載電流由40A增加到70A時，試問：(1) U *應如何變化？ ( 2) Uc應如何變化？ ( 3) Uc值由哪些條件決定?解:1)=黑 OMAI dm 80A因此當電流從 4OA 70A時，U*應從4V 7V變化。2)Uc要

42、有所增加。3) Uc取決于電機速度和負載大小。因為U dO E I dl RCenN1 dl RUcUdOCenIdRKsKs2.14某反應控制系統已校正成典型I型系統。時間常數T=0.1s,要求階躍響應超調量< 10 %。(1) 系統的開環增益。(2) 計算過渡過程時間ts和上升時間tr ；tr <0.25s,那么 K=? ,% =?(3) 繪出開環對數幅頻特性。如果要求上升時間解:取 KT 0.69,0.6, %9.5%(1)系統開環增益:K0.69/T0.69/0.1上升時間tr3.3T0.33S過度過程時間：ts3 6Tn60.10.6s6.9(1/ s)如要求tr 0.2

43、5s ,查表3-1那么應取 KT 1,0.5 , tr 2.4T2.4*0.10.24s 這時K 1/T10,超調量=16.3%。2.17有一個系統，其控制對象的傳遞函數為系統，在階躍輸入下系統超調量 定調節器結構，并選擇其參數。%w 5%Wobj(s)羋(按線性系統考慮)1010，要求設計一個無靜差0.01s 1。試對系統進行動態校正，決解：按典型I型系統設計，選KT0.5,0.707,查表2-1，得%4.3%。節器，W(s)后系統的開環傳遞函數為W(s)101s(0.01s 1)'這樣，T = 0.01,K=10/已選 KT = 0.5,貝U K =0.5/T=50,所以10/ K

44、 10/50 0.2S，積分調節器：W(s)10.2s。2.18有一個閉環系統，其控制對象的傳遞函數為Wobj(S)K1s(Ts 1)s(0.02s 1)10，要求校正%w 30 %(按線性系統考慮)。試決定調節器為典型n型系統，在階躍輸入下系統超調量結構，并選擇其參數。解：應選擇 PI調節器，WPI(s) Kpi(s ",校正后系統的開環傳遞函數w(s) Kpi( s 1 J，ss s(Ts 1)對照典型n型系統，K KpiKi/ ,hT,選h = 8,查表3-4,%=27.2%,滿足設計要求。這樣 hT 8*0.020.16s,h 18 1K 222175.78, KPI K /

45、 K1175.78*0.16 /102.812h2T22*8 2*0.02 22.20在一個由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉速、電流雙閉環調速系統中，電動機的額定數據為：Pn 60 kW , Un 220V , In 308A , n 1000 r/mi n ,電動勢系數Ce=0.196 Vmin/r ,主回路總電阻 R=0.18 Q ,觸發整流環節的放大倍數 Ks=35。電磁時間 常數T|=0.012s,機電時間常數 Tm =0.12s,電流反應濾波時間常數 T0i =0.0025s,轉速反應濾 波時間常數T0n =0.015s。額定轉速時的給定電壓 (U；)n=10V,調節器ASR , A

46、CR飽和輸出電 壓 U im =8V,Ucm =6.5V。系統的靜、動態指標為：穩態無靜差,調速范圍D=10,電流超調量i < 5% ,空載起動到額定轉 速時的轉速超調量n < 10%。試求：(1)確定電流反應系數B(假設起動電流限制在1.1| N以內)和轉速反應系數a。(2) 試設計電流調節器 ACR,計算其參數R,、0、Co。畫出其電路圖,調節器輸入回路電 阻 R)=40 k。(3) 設計轉速調節器 ASR,計算其參數Rn、Cn、Cm (R0=40k Q )(4) 計算電動機帶40%額定負載起動到最低轉速時的轉速超調量bn。(5) 計算空載起動到額定轉速的時間。解：(1)5；/

47、心 8V /(1.1* IN) 8V /339A 0.0236V / A10/1000 0.01V min/r(2)電流調節器設計確定時間常數：a)Ts 0.00333sb) Toi 0.0025sc) T i T0i Ts 0.0025 0.003330.00583s電流調節器結構確定：因為i 5%，可按典型|型系統設計，選用 PI調節器,Wacr(S)Ki( iS 1)85.76s電流調節器參數確定：T 0.012s,選KiT i 0.5, KI 0.5/T iKiKi iRKs85.76 0.012 0.1835 0.01730.224 。校驗等效條件:ci Ki 85.76s 1a)電

48、力電子裝置傳遞函數的近似條件:b)忽略反電勢的影響的近似條件:c)電流環小時間常數的近似條件:111 101.01ciR 40K，那么:131ci可見滿足近似等效條件，電流調節器的實現：選RKiR00.224 40K8.96K ,取 9K.由此CiC0i0.25 Fi/R 0.012/(9 103) 1.330.0025/40 103(3 )速度調節器設計 確定時間常數：a)電流環等效時間常數1/ Ki :因為 KiT i0.5b)c)Ton1/ KI2T i0.015s1/Ki TOn2 0.00583 0.01166s0.01166 0.0150.02666s速度調節器結構確定：按照無靜差

49、的要求，應選用PI調節器,Wasr (s)Kn( ns 1, 速度調節器參數確定:nShT n,取h 5,hT n 0.1333sKnh 12 2-2h T n2 62 168.82s22 50.02666校驗等效條件Kn(h 1) CeTm2h RT n6 0.0236 0.196 0.125 0.01 0.18 0.026666.94cnKn / 1 kn168.82 0.133322.5s13a電流環近似條件:140.43sT i 3 ； 0.00583 Ki 185.76cnb轉速環小時間常數近似：1185.76Ki3T°n25.2s3 0.0151cn可見滿足近似等效條件。

50、轉速超調量的校驗空載Z=0n%2*(CmaxnN T n)(Z)CbnTm2 81.2% 1.1308 0.180.026660.196 10000.1211.23%10%轉速超調量的校驗結果說明，上述設計不符合要求。因此需重新設計。 查表，應取小一些的 h，選h=3進行設計。按h=3，速度調節器參數確定如下：n hT n 0.07998sKn (h 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 0.18 0.02666) 7.6校驗等效條件： cn Kn / 1

51、Kn n 312.656 0.07998 25s 11/2a) 1/3(KI /T J1/2b) 1/3(Ki /Ton)1/ 3(85.76/0.00583)1/240.43s1/21/3(85.76/0.015)25.2scncn可見滿足近似等效條件。 轉速超調量的校驗：2 72.2% 1.1 (308 0.18/0.196 1000)(0.02666 /0.12)9.97%10%轉速超調量的校驗結果說明，上述設計符合要求。7.6 40304K 取 310K。速度調節器的實現：選 Rj 40K ,那么Rn Kn &Cn n /R,0.07998/310 1030.258 FCon

52、4Ton /R0 4 0.015/40 103 1.5 F4) 40%額定負載起動到最低轉速時：n%2 72.2% (1.1 0.4) (308 0.18/0.196 100) (0.02666/0.12)63.5%b僅考慮起動過程的第二階段。2 t根據電機運動方程：Gd375dn dt Te TL,后Cm( I dm I dL )dmGD75R(I dm IdL)(Idm375CmCeRIdL)ceTmtCeTmn所以：石0.196*0.12*1000IdL)R(1.1*3080)*0.180.385s2.22有一轉速、電流雙閉環調速系統 ，主電路采用三相橋式整流電路。電動機參數為:Pn =

53、500kW UN =750V, I n =760A, nn=375 r/min，電動勢系數 G =1.82V min/r,電樞回路總電阻R=0.14 Q ,允許電流過載倍數入=1.5,觸發整流環節的放大倍數Ks=75,電磁時間常數T|=0.031s,機電時間常數Tm =0.112s,電流反應濾波時間常數T0i =0.002s,轉速反應濾波時間常數T0n=0.02s。設調節器輸入輸出電壓Um=Um = UU=10V,調節器輸入電阻 R)=40kQo設計指標：穩態無靜差，電流超調量i < 5%，空載起動到額定轉速時的轉速超調量10%。電流調節器已按典型I型系統設計，并取參數KT=0.5 o(1)選擇轉速調節器結構，并計算其參數。(2)計算電流環的截止頻率ci和轉速環的截止頻率cn ,并考慮它們是否合理解:(1)UimI dm101.5*7600.00877V / AU nm衛 0.0267V min/ r375電流調節器已按典型型系統設計如下:a)Ts0.00176s確定時間常數：b)Toic)T i0.002s0