电力拖动课后习题答案.docx
- 文档编号:15687899
- 上传时间:2023-07-06
- 格式:DOCX
- 页数:46
- 大小:38.64KB
电力拖动课后习题答案.docx
《电力拖动课后习题答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力拖动课后习题答案.docx(46页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电力拖动课后习题答案
关闭窗口
《电力拖动自动控制系统》伯时机械工业课后答案.pdf
以下是该文档的文本预览效果,预览是为了您快捷查看,但可能丢失了某些格式或图片。
打印 | 下载
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
di 2VT
1gU 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
dU dEU>
di 2VD ont t≤ <T时, 2gU 变正,于是 导通,反向电流沿回路
3 流通,产生能耗制动作用。
在 <T+ 时, 关断,
2VT
Tt≤ ont 2VT di〓 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。
1VD
1VD 1VT 2VT 1VT
1VT
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T,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。
1VT di 2VD
2VD 2VT
1-3 调速围和静差率的定义是什么?
调速围、静差速降和最小静差率之间有什么关
系?
为什么说“脱离了调速围,要满足给定的静差率也就容易得多了”?
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围,用字母D表示,即
maxmin
n
D
n
= 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。
maxn minn
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
0
Nn
s
n
Δ
=
或用百分比表示
0
100%Nn
s
n
Δ
=×
课后答案网 .khdaw.
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
0m in
NN
N
nn
s
nn n
ΔΔ
==
+Δ
min
(1 )NN
N
ns
nn
ss
Δ〓 nΔ
∴ =〓 Δ =
max
min (1 )
N
N
nn S
D
nn
==
SΔ 〓
由上式可看出调速系统的调速围、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
围也越小。
一个调速系统的调速围,是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调
围。
NnΔ
1-4 某一调速系统,测得的最高转速特性为 max 1500 /minOnr = ,最低转速特性为
,带额定负载时的速度降落min 150 /minOnr = 15 /minNnrΔ = ,且在不同转速下额定速降
不变,试问系统能够达到的调速围有多大?
系统允许的静差率是多少?
NnΔ解 系统能够达到的调速围为
max
min
1500
11
150 15
n
D
n
== =
〓
系统允许的静差率
11 15
100% 100% 10%
1500 11 15
N
NN
Dn
s
nD n
Δ ×
=× = × =
+Δ + ×
1-5 某闭环调速系统的调速围是1500~150r/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
0m in
NN
N
nn
s
nn n
ΔΔ
==
+Δ
所 以
min 150 0.02
3.06 /min
1 1 0.02
N
ns
nr
s
×
Δ= = =
〓〓
因为
1
op
cl
n
n
K
Δ
Δ=
+
课后答案网 .khdaw.
所 以
100
1 1 31.7
3.06
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
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,调速围可以扩大多
少倍?
解
(1) 因为 cl
e
n
C
Δ= dRI
(1+K)
所以 cl
e
n
C
=Δ ×dRI
(1+K)=8 (1+15)=128
则
128
4.13 /min
13 0cl
e
nr
C
Δ= = =
+
dRI
(1+K)
(2) 由
(1 )
N
NnS
D
nS
=
Δ〓
,可知在s 和 不变的情况下,D 只与Nn NnΔ 有关
调速围扩大1.94 倍。
1-7 某调速系统的 调速围 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 /minNopnrΔ= 解; 当s=10%时, 8.33 /min
20
N
N
ns
nr
D
×
Δ= = =
×
1500 0.1
(1-s) (1-0.1)
此时
240
1 1 27.8
8.33
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
当s=5%时, 3.95 /min
20
N
N
ns
nr
D
×
Δ= = =
×
1500 0.05
(1-s) (1-0.05)
此时
240
1 1 59.8
3.95
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
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
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。
课后答案网 .khdaw.
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?
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 220NNPk W U V= =,, 12.5NI A= ,
, 电枢电阻1500 /minNnr = 1.2aR = Ω,整流装置阻 1.5recR = Ω,触发整流环节的放
大倍数 。
要求系统满足调速围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 。
opnΔ clnΔ
(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
220 12.5 1.2
0.1367 min/
1500
12.5
246.9 /min
NN a
e
N
N
e
UI R
CV
n
IR
r
C〓 〓×
== = 〓
×
Δ= = =op
则开环系数额定速降为
(1.2+1.5)
n
0.1367
r
额定负载时的稳态速降应为
8.33 /min
20
Nns
r
D
×
Δ= ≤ =
×
cl
1500 0.1
n
(1-s) (1-0.1)
(2) 系统的静态结构框图如下所示
课后答案网 .khdaw.
Kp Ks
α
1/Ce
U*
n Uc 〓Un E n Ud0
Un
+
+
- IdR
-
Un
Ks
转速负反馈系统的原理图
+
-
A GT M
TG
+
-
+
-
+
-
Utg
Ud
Id
n
+
- -
+
Un
〓Un
U*
n
Uc UPE
+
-
M
TId
Un
UdUcU
n
tg
(3 ) 当 时,15nU 〓= V dNII = N,n=n ,则转速负 反馈系数 α 应该是
15
0.01
1500
nn
N
UU
nn
α
〓〓
=== =
(4)闭环系统的开环放大系数应为
246.9
1 1 28.64
8.33
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
运算放大器所需的放大倍数
28.64
11.19
/ 0.01 35/0.1367
P
SeK
K
KCα
== =
×
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 2dbl NI I≤ ,临界
截止电流 1.2dcr NI I≥ ,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?
课后答案网 .khdaw.
解:
因为
2
1.2
nc om
dbl N
S
dcr N
S
UU
II
R
U
II
R
〓+
=≤=≥
且 =15V,计算可得
〓nU 1.5 22.5sR V= Ω= ,U
2
1.2
nc om
dbl N
S
dcr N
S
UU
II
R
U
II
KR
〓+
=≤=≥
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; 18NPk W= , 220NUV = ,
,94 1000 /minNIA r== N,n 0.15aR = Ω,整流装置阻 0.3recR = Ω,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 = 15nmU 〓 = V
10imUV =
设计指标:
要求系统满足调速围D=20,静差率 10%s ≤ , 1.5dbl NI I= ,。
1.1dcr NI I= 。
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 。
pK
(3) 电阻 1R 的数值。
(放大器输入电阻 0 20R k= Ω)
(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α应该是
15
0.015
1000
nn
N
UU
nn
α
〓〓
=== =
(2)先计算电动机的电动势系数
220 94 0.15
0.2059 min/
1000
94
205.4 /min
NN a
e
N
N
e
UI R
CV
n
IR
r
C〓 〓×
== = 〓
×
Δ= = =op
则开环系数额定速降为
(0.15+0.3)
n
0.2059
r
5.56 /min
20
Nns
r
D
×
Δ= ≤ =
×
cl
1000 0.1
n
(1-s) (1-0.1)
课后答案网 .khdaw.
闭环系统的开环放大系数应为
205.4
1 1 35.9
5.56
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
运算放大器所需的放大倍数
35.9
12.3
/ 0.015 40/0.2059
P
SeK
K
KCα
== =
×
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γ。
答:
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 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。
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:
2.8 220 15.6NN NPk W U V I A= ==,, ,
, ,整流装置阻1500 /minr=Nn 1.5aR =Ω 1recR = Ω,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α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〓=
dNII = N,n=n
课后答案网 .khdaw.
差率。
解:
(1)系统开环工作时,
220 15.6 1.5
0.1311 min/
1500
NN a
e
N
UI R
CV
n〓
r
〓 ×
== = 〓
15.6
297.5 /minN
e
IR
r
C
×
Δ= = =op
则开环系数额定速降为
(1.5+1)
n
0.1311
则
30 297.5
100% 100% 85.6%
1500 30 297.5
N
NN
Dn
s
nD n
Δ ×
=× = × =
+Δ + ×
(2)当D=30,s=10%,系统允许的稳态速降
1500 0.1
5.56 /min
30
N
N
ns
nr
D
×
Δ= = =
×(1-s) (1-0.1)
(3 )当 时,10nU 〓= V dNII = N,n=n ,则 转速负反 馈系数 α 应该 是
10
0.007
1500
nn
N
UU
nn
α
〓〓
=== =
闭环系统的开环放大系数应为
297.5
1 1 52.51
5.56
opcl
n
K
n
Δ
=〓 = 〓 =
Δ
运算放大器所需的放大倍数
52.51
30.6
/ 0.007 35/0.1311
P
SeK
K
KCα
== =
×
(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 297.5 /mincl opnn rΔ= Δ =
30 297.5
100% 100% 85.6%
1500 30 297.5
N
NN
Dn
s
nD n
Δ ×
=× = × =
+Δ + ×
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
,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
少?
2 1.6GD N m=〓 2
解:
计算系统中各环节的时间常数:
电磁时间常数
0.05
0.0185
1.2 1.5
l
L
Ts
R
== =
+
课后答案网 .khdaw.
机电时间常数
2 1.6 (1.2 1.5)
0.065
30375 375 0.1367 0.1367
m
em
GD R
Ts
CC
π
×+
== =
×× ×
三相桥式整流电路,晶闸管装置的滞后时间常数为 0.00167sTs=
为保证系统稳定,开环放大系数应满足的稳定条件:
2 2() 0.065 (0.0185 0.00167) 0.00167
42.5
0.0185 0.00167
ml s s
ls
TT T T
K
TT++ ×+ +
<=
×
=
因为 2 3.1>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 时,调节器的输出电压是多少?
它取决于那些因素?
0UΔ=
答;在动态过程中,当 变化时,只要其极性不变,积分调节器的输出 便一直增长;
只有达到 时, 才停止上升;不到
nUΔ cU
0nn nUU U〓=Δ = cU nUΔ 变负, 不会下降。
当
时, 并不是零,而是一个终值;如果
cU 0nUΔ=
cU nUΔ 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 ,但历史上有过0nUΔ= nUΔ ,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 。
cU
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。
答:
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?
为
什么?
试说明理由。
答:
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 行不行?
改变电力电子变换器的放大倍数nK sK 行不行?
改变
课后答案网 .khdaw.
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?
答:
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
0n
*n nnUU αα ===
因此 转速 n 是由给定电压 决定的;改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。
改变转
速调节器的放大倍数 和电力电子变换器的放大倍数
nU 〓
nK sK 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
多少?
为什么?
答:
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 imU 〓
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 限制了电力电子变换器的最大输出电压 。
cmU dmU
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?
答:
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力 拖动 课后 习题 答案