1、 电力拖动自动控制系统习题答案 1.txt32 因为爱心，流浪的人们才能重返家园；因为爱心，疲惫的灵魂才能活力如初。渴望爱心，如同星光渴望彼此辉映；渴望爱心，如同世纪之歌渴望永远被唱下去。第一章 闭环控制的直流调速系统 1 1 为什么 PWM 电动机系统比晶闸管 电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答： PWM 电动机系统在很多方面有较大的优越性： （ 1） 主电路线路简单，需用的功 率器件少。 （ 2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （ 3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1： 10000 左右。 （ 4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态
2、响应快，动态抗扰能力强。 （ 5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也 不大，因而装置效率较高。 （ 6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 1 2 试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。 答：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降 速的时候。这时，先减小控制电压，使 di2VT1gU 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电 压降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很 快使电流反向，截止，在 dUdEU di2VDont时， 2gU 变正，
3、于是导通，反向电流沿回路 3 流通，产生能耗制动作用。在 +时，关断， 2VTTt ont2VTdi.沿回路 4 经续流，向 电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导 通。在制动状态中，和 轮流导通，而始终是关断的。 1VD1VD1VT2VT1VT1VT 在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到 周期，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向， 产生局部时间的制动作用。 1VTdi2VD2VD2VT 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关 系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？
4、 答：生产机械要求电动机提供的最高转速和 最低转速之比叫做调速范围，用字母表示，即 maxminnDn= 其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负 载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。 maxnminn 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理 想空载转速之比，称作静差率 s，即 0Nnsn = 或用百分比表示 0100%Nnsn = 在直流电动机变压调速系统 中，一般以电动机的额定转速作为最高转速 Nn 则 0minNNNnnsnnn = + min(1)NNNnsnnss . =. = maxmin(1) NNnnSDnn
5、= . 由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调 速系统，值一定，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调速 范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差 率的转速可调范 围。 Nn 某一调速系统，测得的最高转速特性为 max1500/minOnr=，最低转速特性为 ，带额定负载时的速度降落 min150/minOnr=15/minNnr =，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？ Nn 解 系统能够达到的调速范围为 maxmin15001115015nDn= . 系
6、统允许的静差率 1115100%100%10% 15001115NNNDnsnDn = = = + + 某闭环调速系统的调速范围是 1500150r/min，要求系统的静差率，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倍 数应有多大？ 2%s 解 因为 0minNNNnnsnnn = + 所以 min1500.023.06/min110.02Nnsnrs = . 因为 1opclnnK = + 所以 1001131.73.06opclnKn =.=.= 1 6 某闭环调速系统的开环放大倍数为 15 时，额定负载下电动机的速降为 8r/min
7、，如果 将开环放大倍数提高到 30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多 少倍？ 解 （ 1） 因为 clenC =dRI（ 1+K） 所以 clenC= dRI（ 1+K） =8（ 1+15） =128 则 1284.13/min130clenrC = + dRI（ 1+K） （ 2） 由 (1) NNnSDnS= . ，可知在 s 和不变的情况下， D 只与 NnNn有关 调速范围扩大 1.94 倍。 1 7 某调速系统的调速范围 D=20，额定转速 1500/minNnr=，开环转速降落 ，若要求系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将如何变 化？ 240
8、/minNopnr = 解； 当 s=10%时， 8.33/min20NNnsnrD = 15000.1（ 1-s）（ 1-0.1） 此时 2401127.88.33opclnKn =.=.= 当 s=5%时， 3.95/min20NNnsnrD = 15000.05（ 1-s）（ 1-0.05） 此时 2401159.83.95opclnKn =.=.= 则若要求系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将变大。 1 8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？ 如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果 测速发电机的励
9、磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答：（ 1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征 只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静 差的。 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特 征之一。 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 （ 2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。 （ 3）如果给定电压不变， 调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化， 它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是 被反馈环包围的前向通道上的扰动。 1 9 在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负
10、载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测 速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为 什么？ 答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。因为电网电压是系统的给定反馈控制系 统完全服从给定。 负载转矩、电动机励磁电流 、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。因为他们的变化最 终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的 影响。 测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量 的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。 1 10 有一 V M 调速系统。电动机参数为： 2.2
11、220NNPkWUV12.5NIA=， ， 电枢电阻 1500/minNnr=1.2aR=，整流装置内阻 1.5recR=，触发整流环节的 放 大倍数。要求系统满足调速范围 D=20，静差率 35sK=10%s。 （ 1）计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降。 opn cln （ 2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。 （ 3）调整该系统参数，使当时， 15nUV.=dNII=N， n=n，则转速负反馈系数应该是 多少？ （ 4）计算放大器所需的放大倍数。 解：（ 1）先计算电动机的电动势系数 22012.51.20.1367min/ 150012.
12、5246.9/minNNaeNNeUIRCVnIRrC. =. =op 则开环系数额定速降为 （ 1.2+1.5） n0.1367 额定负载时的稳态速降应为 8.33/min20NnsrD = = cl15000.1n（ 1-s）（ 1-0.1） （ 2） 系统的静态结构框图如下所示 转速负反馈系统的原理图 （ 3） 当时， 15nU.=dNII=N， n=n，则转速负反馈系数应该是 150.011500nnNUUnn . = （ 4）闭环系统的开环放大系数应为 246.91128.648.33opclnKn =.=.= 运算放大器所需的放大倍数 28.6411.19/0.0135/0.136
13、7PSeKKKC = 1 11 在题 1-10 的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流 2dblNII，临界 截止电流 1.2dcrNII，应该 选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样 电阻不超过主电路总电阻的 1/3，如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原 理图和静态结构框图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多 少？ 文本框 : UBn Kp Ks 1/CeU* nUc Un E n Ud0 Un+ + - IdR- UnKs 文本框 : IBd + - A GT MTG+ - + - + - Utg UdId n+ - - +
14、 Un Un U* n UcUPE+ - MTIdUn UdUcUntg 解：因为 21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIR.+ = = 且 =15V，计算可得 . nU1.522.5sRV= =com， U 21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIKR.+ = = 1 12 某调速系统原理图如图 1-58 所示，已知数据如下 ：电动机； 18NPkW=， 220NUV=， ， 941000/minNIAr=N， n0.15aR=，整流装置内阻 0.3recR=，触发整流环节 的放大倍数。最大给定电压，当主电路电流达到最大值时，整定电流 反馈电压 40sK
15、=15nmU.= 10imUV= 设计指标：要求系统满足调速范围 D=20，静差率 10%s， 1.5dblNII=，。 1.1dcrNII=。 试画出系统的静态结构框图，并计算： （ 1） 转速反馈系数。 （ 2） 调节器放大系数。 pK （ 3） 电阻 1R 的数值。（放大器输入电阻 020Rk=） （ 4） 电阻 2R 的数值和稳压管 VS 的击穿电压值。 解：（ 1）转速负反馈系数应该是 150.0151000nnNUUnn . = （ 2）先计算电动机的电动势系数 220940.150.2059min/ 100094205.4/minNNaeNNeUIRCVnIRrC. =. =op
16、 则开环系数额定速降为 （ 0.15+0.3） n0.2059 5.56/min20NnsrD = = cl10000.1n（ 1-s）（ 1-0.1） 闭环系统的开环放大系数应为 205.41135.95.56opclnKn =.=.= 运算放大器所需的放大倍数 35.912.3/0.01540/0.2059PSeKKKC = 1 13 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作 用，为什么？ （ 1） 放大器的放大系数； pK （ 2） 供电电网电压； （ 3） 电枢电阻 aR； （ 4） 电动机励磁电流； （ 5） 电压反馈系数。 答：在电压负反馈单闭环有静
17、差调速系统中，当放大器的放大系数发生变化时系统有调 节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影 响。 pK 电动机励磁电流、电枢电阻 aR 发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反 馈环外。 当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。因为电网电压是系统的给定反馈控制系统 完全服从给定。 当电压反馈系数发生变化时，它不能得 到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的 误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。 1-13 有一个 V M 系统，已知：电动机： 2.822015.6NNNPkWUVI=， ，整流装置内阻 1500/minr=Nn1.5aR= 1recR=，触发整流环节的放大倍数 。 35sK= （ 1） 系统开环工作时，试计算调速范围 D=30 时的静差率 s 值。 （ 2） 当 D=30， s=10%，计算系统允许的稳态速降。 （ 3） 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求 D=30， 10%s=，在时， 10nUV.= dNII=N， n=n，计算转速负反馈系数和放大器放大系数。 pK （ 4） 如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求时， 并保持系统原来的开环放大系数 K 不变，试求在 D=30 时静 10nUV.=
