電力拖動自動控制系統(第三版)-陳伯時-習題答案(全部)要點電力拖動自動控制系統(第三版)-陳伯時-習題答案(全部)要點第一章：閉環控制的直流調速系統000001-1為什么PWM-電動機系統比晶閘管-電動機系統能夠獲得更好的動態性能？答：PWM系統與V-M系統相比，在很多方面有較大的優越性：（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2）開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小；（3）低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右；（4）若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強；（5）功率開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高；1-2試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進行制動時，兩個VT是如何工作的。答：如圖P13，1-17，制動狀態時，先減小控制電壓，使Ug1的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機電慣性，轉速和反電動勢還來不及變化，因而造成E＞U，很快使電流id反向，VD2截止，在ton≤t＜T時，dUg2變正，于是VT2導通，反向電流沿回路3流通，產生能耗制動作用。在T≤t＜T+t(on即下一周期的0≤t＜Ton)時，VT2關斷，-id沿回路4經VD1續流，向電源回饋制動，與此同時，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導通。在制動狀態中，VT2和VD1輪流導通，而VT1始終是關斷的。有一種特殊狀態，即輕載電動狀態，這時平均電流較小，以致在VT1關斷后id經VD2續流時，還沒有達到周期Ｔ，電流已經衰減到零，這時VD2兩端電壓也降為零，VT2便提前導通了，使電流反向，產生局部時間的制動作用。1-3調速范圍和靜差率的定義是什么？調速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關系?為什么說“脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”?答：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字3母D表示,即：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所對應的轉速降落Δn與理想空載轉速n之比，稱作靜差率s，即N0snNn。0調速范圍、靜態速降和最小靜差率之間的關系是：按上述關系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D與s相互制約，所以說“脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”。1-4某一調速系統，測得的最高轉速特性為n0max1500r/min，最低轉速特性為150r/min，帶額定負載時的速度降落n15r/min，且在不同轉速下額n0minNn定速降不變，試問系統能夠達到的調速范圍有多大？系統允許的靜差率是N多少？解：思路一：系統能夠達到的調速范圍為：系統允許的靜差率：思路二：系統允許的靜差率：系統能夠達到的調速范圍為：s，是1500~150r/min，要求系統的靜差率2%1-5某閉環調速系統的調速范圍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，則閉環系統的開環放大倍數應有多大？解：因為：Dnmax150015010n，min所以系統允許的靜態速降：又：nnclopnnn100r/min，op1，KclN4故閉環系統的開環放大倍數：1-6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8r/min，如果將開環放大倍數提高到調速范圍可以擴大多少倍？解：因為：30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，所以：K=30時，電動機在額定負載下的速降為：又因為：n所以在同樣靜差率要求下，且不變，nD的變化只與有關，即調速范圍DNN擴大了8/4.13=1.49倍。n1500r/min1-7某調速系統的調速范圍D=20，額定轉速，開環轉速降落Nn240r/minNop，若要求系統的靜差率由10%減少到5%，則系統的開環增益將如何變化？解：當靜差率s=10%時，當靜差率s=5%時，因此，若要求系統的靜差率由10%減少到5%，則系統的開環增益將從27.8變化到59.8。1-8轉速單閉環調速系統有那些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉速？為什么？如果給定電壓不變，調節測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉速？為什么？如果測速發電機的勵磁發生了變化，系統有無克服這種干擾的能力？答：（1）轉速單閉環調速系統有以下三個基本特征：①只用比例放大器的反饋控制系統，其被調量仍是有靜差的。②抵抗擾動，服從給定。③系統的（2）改變給定電壓作用。（3）如果給定電壓不變，調節測速反饋電壓的分壓比饋信號與給定信號的比較值發生了變化，破壞了原先的平衡，調速系統精度依賴于給定和反饋檢測的精度。會改變電動機的轉速，因為反饋控制系統完全服從給定會改變轉速，因為反就要繼5續動作，使反饋信號與給定信號達到新的平衡為止。（4）如果測速發電機的勵磁發生了變化，系統沒有克服這種干擾的能力。因為反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環包圍的前向通道上的擾動。1-9在轉速負反饋調速系統中，當電網電壓、負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測速發電機勵磁各量發生變化時，都會引起轉速的變化，問系統對上述各量有無調節能力？為什么？答：當電網電壓、負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時，系統對其均有調節能力。當測速發電機勵磁各量發生變化時，系統沒有調節能力。因為反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環包圍的前向通道上的擾動。：=2.2kW，N=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min,PU1-10V-M系統，電動機參數為N阻=1.2Ω，整流裝置內阻Rrec=1.5Ω，觸發整流環節的放大倍數Ks=35。R電樞電a要求系統滿足調速范圍D=20，靜差率s10%。（1）計算開環系統的靜態速降nop和調速要求所允許的閉環靜態速降。（2）采用轉速負反饋組成閉環系統，試畫出系統的原理圖和靜態結構框圖。（3）調整該系統參數，使當U=15V時，I=I，n=nN,則轉速負反饋系數α應該ncl*ndN是多少？（4）計算放大器所需的放大倍數。解：（1）先計算電動機的電動勢系數：UIRan22012.51.2=0.137Vmin/r1500NNCe==N故開環系統的靜態速降RInop=C1.21.512.5N=0.137=246.35r/mine調速要求所允許的閉環靜態速降nsN150010%cl=D1s20110%n=8.33r/min(2)系統的原理圖如下：系統靜態結構框圖如下：6(3)當Un*=15V時，I=I，n=nN,則轉速負反饋系數：dNU*15nα≈nN=1500=0.01Vmin/rnop(4)閉環系統的開環放大系數K=ncl1246.351=8.33=28.57K28.57K/Ce=0.0135/0.137=11.18，取Kp=12放大器所需放大倍數K=sp1-11在題1-10的轉速負反饋系統中增設電流截止環節，要求堵轉電流I2IdblI1.2I，臨界截止電流N，應該選用多大的比較電壓和電流反饋采dcrN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，試畫出系統的原理圖和靜態結構框圖，并計算電流反饋放大系數。這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？Ucom2IIU解：*ndblRNsU22.5VR1.5所以com，sR1.21.52.7V，要求電流反饋采樣電阻不超過主電路因為主電路總電阻總電阻的1/3，即要求電流反饋采樣電阻不超過0.9，而求得的Rs1.5，需要增加電流反饋放大器。系統原理圖如下：系統靜態結構框圖如下：？R0.9U'0.91.2I13.5V0.9，令因為Rs不能超過，故有scomN所以電流反饋放大系數為R0.9U'13.5Vcom這時的電流反饋采樣電阻，比較電壓sP18kWN1-12某調速系統原理圖見教材P51，1-58，已知數據如下：電動機；，U220VNI94An1000r/minR0.15，，整流裝置內阻，，NNaR0.3K40U*15V，觸發整流環節的放大倍數。最大給定電壓，當nmrecs7U10V主電路電流達到最大值時，整定電流反饋電壓。im設計指標：要求系統滿足調速范圍D=20，靜差率s≤10%，I1.5II1.1I,dcrN。試畫出系統的靜態結構框圖，并計算：dblN（1）轉速反饋系數α。K（2）調節器放大系數。pR20kR（3）電阻的數值。（放大器輸入電阻）01R（4）電阻的數值和穩壓管VS的擊穿電壓值。2nNU*U解：（1）因為nmNmaxU*150.015Vmin/rnm所以nN1000系統靜態結構框圖如下：？（2）電動機的電動勢系數為開環系統的靜態速降為閉環系統的靜態速降為閉環系統的開環放大系數為調節器放大系數為K35.912.3K/C0.01540/0.2059Kp，取seK13p（3）取R020kRKR2013260k，則1p0R（4）求解的核心應放在運放上，利用虛地點求解電流：215107.3Uc260……①20R2U0nn,故堵轉時，0對特殊點：當電機，；III且此時，電樞回路中maxdbl8UUd0IR總dmKI1.5I又dblKc,Nss將上式帶入①式即可得到：UI當VS被擊穿時，VSdcrU10VIUdblI1.5II1.1IN，dbldcr又，imim，NU7.34VVS所以，1-13在電壓負反饋單閉環有靜差調速系統中，當下列參數發生變化時系統是否有調節作用，為什么？①放大器的放大系數Kp；②供電電網電壓；③電樞電阻Ra；④電動機勵磁電流；⑤電壓反饋系數γ。答：當放大器的放大系數、供電電網電壓、電樞電阻、電動機勵磁電流發生變化時，系統有調節作用，當電壓反饋系數γ發生變化時，它不能得到反饋控制系統的抑制，反而會增大被調量的誤差。因為反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環包圍的前向通道上的擾動。P2.8kWU220VI15.6A1-14有一個V-M系統，已知：電動機：n1500r/minR1.5，，N，NNR1，觸發整流環節的放大倍數rec,,整流裝置內阻NaK35s。（1）系統開環工作時，試計算調速范圍D30時的靜差率s值。（2）當D，s10%時，計算系統允許的穩態速降。D，s10%，在U*10V時30（3）如組成轉速負反饋有靜差調速系統，要求30nIIdN，nnN，計算轉速負反饋系數和放大器放大系數Kp。述調速系統改為電壓負反饋有靜差調速系統，仍要求在U*10V時，（4）如將上nIIdN，nnN，并保持系統原來的開環放大系數K不變，試求在D30時的靜差率。解：（1）先計算電動機的電動勢系數：則開環系統的額定速降：9所以系統開環工作時，調速范圍D30時的靜差率：（2）當D30，s10%時，系統允許的穩態速降U*10VIInnN（3）在時，，轉速負反饋系數為ndN閉環系統的開環放大系數為K調節器放大系數為pK52.528.09K/C0.00735/0.1311Kp29K，取pse（4）在電壓負反饋有靜差調速系統中，U*10VIInn故當時，，并保持原開環放大系數K不變，ndNN在D30時nmin=50r/min，靜差率：L50mH,系統運動部分飛輪慣量1-15在題1-10的系統中，主電路電感GD1.6Nm22，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設計的轉速負反饋系統能否穩定運行？如要保證系統穩定運行，允許的最大開環放大系數K是多少？解：計算系統中各環節的時間常數：L0.05HR(1.21.5)0.0185sl間常數T電磁時GD2R1.6(1.21.5)Tms0.064s30375CCe3750.1370.137m機電時間常數對于三相零式電路（即三相半波整流電路），晶閘管裝置的滯后時間常數為為保證系統穩定，開環放大系數應滿足穩定條件：T(TT)T20.064(0.01850.00333)0.00333222.860.01850.00333smlsTTlK＜s而題1-10中計算得到的閉環系統的開環放大系數為10n1246.351=8.33opK=n=28.57＞22.86cl因此，此轉速負反饋系統不能穩定運行。1-16為什么用積分控制的調速系統是無靜差的？在轉速單閉環調速系統中，當積分調節器的輸入偏差電壓U0時，調節器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答：在動態過程中，當UnUU*變化時，只要其