《电力拖动自动控制系统》课后习题答案Word文档格式.docx
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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s=ΔnN
n0
或用百分比表示
s=
×
ΔnN100%
在直流电动机变压调速系统中,一般以电动机的额定转速nN作为最高转速
则
Δn
N=
N
nmin+ΔnN
∴
min
s
−ΔnN=
(1−s)Δn
nS
D=
max=Δ
nN(1−S)
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,
ΔnN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。
1-4某一调速系统,测得的最高转速特性为nOmax=1500/min,最低转速特性为
nOmin=150/min,带额定负载时的速度降落
ΔnN=15/min,且在不同转速下额定速降
ΔnN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?
解系统能够达到的调速范围为
max=
Dn
1500=11
15015
=
1115
系统允许的静差率
nN+ΔDnN
100%
15001115
100%10%
1-5某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min,要求系统的静差率s≤2%,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?
解因为
所以
ΔnN=
nsmin=1500.02=3.06/min
1−s10.02
因为
Δncl=1+op
K
K=
op−=1
100
−=
131.7
cl
3.06
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,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
Δncl=
RId
C(1+K)
e
RId=Δn
所以
(1+K)=8(1+15)=128
则
Ce
Δn=
128
4.13/min
C(1+K)130
(2)由
DΔn
,可知在s和nN不变的情况下,D只与ΔnN有关
(1−S)
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
nN=1500/min,开环转速降落
ΔnNop=240/min,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?
ns
15000.1
解;
当s=10%时,
(1-s)
20
240
(1-0.1)
8.33/min
此时
Δncl
8.33
127.8
当s=5%时,
15000.05
3.95/min
(1-0.05)
3.95
159.8
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?
如果
测速发电机的励磁发生了变化,系统有无克服这种干扰的能力?
(1)转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①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。
②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。
③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?
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:
P
=2.2kWUN=220V,IN=12.5A,
nN=1500/minr,电枢电阻
Ra=1.2Ω,整流装置内阻
Rrec=1.5Ω,触发整流环节的放
大倍数Ks=35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率s≤10%。
(1)计算开环系统的静态速降
Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降
Δncl。
(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Un∗=15V时,Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数α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
C
U
N−IRNa
=22012.51.2=0.1367V⋅min/
1500
r
则开环系数额定速降为
IR
12.5×
(1.2+1.5)
Δnop=
0.1367
=246.9/min
额定负载时的稳态速降应为
nsN
≤
=8.33/min
(2)系统的静态结构框图如下所示
U*n+
-
∆Un
Un
Kp
Uc
Ks
α
Ud0
+
-IdR
E
1/Ce
转速负反馈系统的原理图
U*n
-
+n
A
GT
UPE
Ud
Id
M
Un+
Utg
TG
(3)当Un∗=15V时,Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数α应该是
∗
U∗U
=n=
n=
15=0.01
nnN
(4)闭环系统的开环放大系数应为
Δn246.9
128.64
运算放大器所需的放大倍数
KP
αKC/
Se
28.64
0.0135/0.1367
11.19
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Idbl≤2IN,临界
截止电流Idcr≥1.2IN,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?
I
dbl
U∗+U
ncom
RS
2I
dcr
com≥1.2I
且Un∗=15V,计算可得
Rs
=1.5Ω,Ucom=22.5V
ncom≤2I
com≥1.2IN
KRS
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;
PN=18kW,UN=220V,
IN
=94A,nN=1000/min
Ks=40
,
Ra=0.15Ω,整流装置内阻
∗=V
Rrec=0.3Ω,触发整流环节
的放大倍数
反馈电压Uim=10V
。
最大给定电压Unm15
,当主电路电流达到最大值时,整定电流
设计指标:
要求系统满足调速范围D=20,静差率s≤10%,Idbl=1.5IN,。
Idcr=1.1IN。
试画出系统的静态结构框图,并计算:
(1)转速反馈系数α。
(2)调节器放大系数Kp。
(3)电阻R1的数值。
(放大器输入电阻R0=20kΩ)
(4)电阻R2的数值和稳压管VS的击穿电压值。
(1)转速负反馈系数α应该是
15=0.015
1000
(2)先计算电动机的电动势系数
=220940.15=0.2059V⋅min/
94×
(0.15+0.3)
0.2059
=205.4/min
10000.1
20×
=5.56/min
闭环系统的开环放大系数应为
205.4
5.56
135.9
35.9
0.01540/0.2059
12.3
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Kp;
(2)供电电网电压;
(3)电枢电阻Ra;
(4)电动机励磁电流;
(5)电压反馈系数γ。
在电压负反馈单闭环有静差调速系统中,当放大器的放大系数K发生变化时系统有调
p
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。
电动机励磁电流、电枢电阻Ra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γ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。
1-13有一个V—M系统,已知:
电动机:
=2.8kWUN=220VIN=15.6A,
nN=1500/min,
Ks=35。
Ra=1.5Ω,整流装置内阻
Rrec=Ω1,触发整流环节的放大倍数
(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,s=10%,在Un∗=10V时,
Id=IN,n=nN,计算转速负反馈系数α和放大器放大系数Kp。
(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Un∗=10V时,
Id=IN,n=nN并保持系统原来的开环放大系数K不变,试求在D=30时静
差率。
(1)系统开环工作时,
=22015.61.5=0.1311min/r
15.6×
(1.5+1)
0.1311
=297.5/min
30297.5
100%=
150030297.5
100%85.6%
(2)当D=30,s=10%,系统允许的稳态速降
15000.1=5.56/min
Δ=
(1-s)(1-0.1)nNND30
(3)当Un∗=10V时,Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数α应该是
10=0.007
Δn297.5
152.51
52.51
0.00735/0.1311
30.6
(4)在电压负反馈有静差调速系统中,开环与闭环的速降是一样的,
所以Δncl=Δnop=297.5/min
1-15在题1-10的系统中,若主电路电感L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量
GD2=1.6Nm2,整流装置采用三相零式电路,试判断按题1-10要求设计的转速负
反馈系统能否稳定运行?
如果保证系统稳定运行,允许的最大开环放大系数K是多
计算系统中各环节的时间常数:
电磁时间常数
L
T==
0.05=0.0185
l
R
1.21.5
机电时间常数
Tm
GDR
375CC
em
1.6(1.21.5)
30
3750.1367×
×
0.1367
0.065s
π
三相桥式整流电路,晶闸管装置的滞后时间常数为
为保证系统稳定,开环放大系数应满足的稳定条件:
++T2
Ts=0.00167s
<
(
mls
TT
)
=0.065(0.01850.00167)0.00167=42.5
0.01850.00167
ls
因为23.1>
28.75,所以该系统不可以稳定运行,
如果保证系统稳定运行,允许的最大开环放大系数K最大为23.1.
1-16为什么用积分控制的调速系统是无静差的?
在转速单闭环调速系统中,当积分调节器
的输入偏差电压
Δ=U0时,调节器的输出电压是多少?
它取决于那些因素?
答;
在动态过程中,当
ΔUn变化时,只要其极性不变,积分调节器的输出Uc便一直增长;
只有达到
U∗=U,ΔU=0
时,U才停止上升;
不到
ΔUn变负,U不会下降。
当
ΔUn=0
c
时,U并不是零,而是一个终值;
ΔUn不再变化,这个终值便保持恒定而不再变化,
这是积分控制的特点。
因此,积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无
静差调速。
比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状,而积分调节器的输出则包含了输入偏
差量的全部历史。
虽然现在
ΔUn=0,但历史上有过ΔUn,其积分就有一定数值,足以产
生稳态运行时需要的控制电压Uc。
1-17在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响?
并说明理由。
系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。
1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统,稳态运行时的速度是否有静差?
试说明理由。
采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统,稳态运行时的速度是无静差的。
电压负反馈实际是一个自动调压系统,只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被
减小到1/(1+K),它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。
但基本控制原
理与转速负反馈类似。
它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。
第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
2-1在转速、电流双闭环调速系统中,若要改变电动机的转速,应调节什么参数?
改变转
速调节器的放大倍数Kn行不行?
改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行?
改变
转速反馈系数α行不行?
若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的什么参数?
双闭环调速系统在稳态工作中,当两个调节器都不饱和时,各变量之间有下列关系
*==α=α
UUnn
因此转速n是由给定电压U决定的;
改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。
速调节器的放大倍数Kn和电力电子变换器的放大倍数Ks不可以。
2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是
当两个调节器都不饱和时,它们的输入偏差电压都是零
转速调节器ASR的输出限幅电压Uim
∗决定了电流给定电压的最大值;
电流调节器ACR
的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
2-3如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI调节器,而改为P调节器,对
系统的静、动态性能将会产生什么影响?
改为P调节器时其输出量总是正比于输入量,PI调节器的输出量在动态过程中决定于
输入量的积分,到达稳态时,输入为零,输出的稳态值与输入无关而是由它后面环节的需要
决定的。
2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节
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