电力拖动课后习题答案Word文档格式.docx
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和
轮流导通,而
始终是关断的。
1VD
1VD
1VT
1VT
在轻载电动状态,这时平均电流较小,以致在
关断后
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。
2VD
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”?
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
=
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
Nn
s
Δ
或用百分比表示
100%Nn
=×
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.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
则
0m
in
NN
N
nn
nn
ΔΔ
==
+Δ
min
(1
)NN
ns
ss
Δ〓
nΔ
∴
=〓
Δ
max
min
)
S
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
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
1500
11
15
==
=
系统允许的静差率
11
100%
10%
Dn
nD
×
+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
所
以
0.02
3.06
/min
1
nr
Δ=
〓〓
因为
1
op
cl
K
Δ=
+
100
31.7
3.06
opcl
〓
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?
e
C
dRI
(1+K)
所以
=Δ
(1+K)=8
(1+15)=128
128
4.13
13
0cl
由
NnS
nS
Δ〓
,可知在s
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
/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
20
0.1
(1-s)
(1-0.1)
此时
240
27.8
8.33
当s=5%时,
3.95
0.05
(1-0.05)
59.8
3.95
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:
2.2
220NNPk
W
U
V=
=,,
12.5NI
A=
,
电枢电阻1500
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/
12.5
246.9
NN
a
UI
R
CV
IR
r
C〓
〓×
=op
则开环系数额定速降为
(1.2+1.5)
0.1367
额定负载时的稳态速降应为
Nns
系统的静态结构框图如下所示
Kp
Ks
α
1/Ce
U*
n
Uc
〓Un
E
Ud0
Un
-
IdR
Ks
转速负反馈系统的原理图
A
GT
M
TG
Utg
Ud
Id
Un
UPE
TId
UdUcU
tg
(3
)
当
时,15nU
〓=
V
,则转速负
反馈系数
应该是
0.01
UU
α
〓〓
===
(4)闭环系统的开环放大系数应为
246.9
28.64
运算放大器所需的放大倍数
11.19
/
0.01
35/0.1367
P
SeK
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
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?
2
nc
om
dbl
dcr
II
U
〓+
=≤=≥
且
=15V,计算可得
〓nU
1.5
22.5sR
Ω=
,U
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
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
1.5dbl
I=
,。
1.1dcr
试画出系统的静态结构框图,并计算:
转速反馈系数α。
调节器放大系数
pK
电阻
1R
的数值。
(放大器输入电阻
0
20R
k=
Ω)
2R
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
0.015
1000
(2)先计算电动机的电动势系数
94
0.15
0.2059
94
205.4
(0.15+0.3)
0.2059
5.56
闭环系统的开环放大系数应为
205.4
35.9
5.56
12.3
0.015
40/0.2059
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?
放大器的放大系数
;
供电电网电压;
电枢电阻
aR
电动机励磁电流;
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
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。
电动机励磁电流、电枢电阻
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
系统,已知:
电动机:
2.8
15.6NN
NPk
I
==,,
,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
系统开环工作时,试计算调速围D=30
时的静差率s
值。
当D=30,s=10%,计算系统允许的稳态速降。
如组成转速负反馈有静差调速系统,要求D=30,
,在
10nUV〓=
,计算转速负反馈系数α和放大器放大系数
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
N,n=n
差率。
(1)系统开环工作时,
15.6
1.5
0.1311
n〓
15.6
297.5
/minN
(1.5+1)
0.1311
30
297.5
85.6%
(2)当D=30,s=10%,系统允许的稳态速降
30
)当
时,10nU
,则
转速负反
馈系数
应该
是
10
0.007
52.51
30.6
0.007
35/0.1311
(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,
/mincl
opnn
rΔ=
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
2
1.6GD
N
m=〓
计算系统中各环节的时间常数:
电磁时间常数
0.0185
1.2
l
L
Ts
机电时间常数
1.6
(1.2
1.5)
0.065
30375
375
m
em
GD
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()
0.065
(0.0185
0.00167)
0.00167
42.5
0.0185
ml
s
ls
TT
T
T
TT++
<
3.1>
28.75,所以该系统不可以稳定运行,
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
才停止上升;
不到
nUΔ
cU
0nn
nUU
U〓=Δ
cU
变负,
不会下降。
当
并不是零,而是一个终值;
0nUΔ=
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=
,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
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
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
0n
*n
nnUU
αα
===
因此
转速
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。
和电力电子变换器的放大倍数
nU
nK
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
imU
决定了电流给定电压的最大值;
电流调节器ACR
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?
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
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