电力拖动自动控制系统第三版 陈伯时 第一章 习题答案.docx

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1、第一章：闭环限制的直流调速系统1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统可以获得更好的动态性能？ 答：PWM系统及V-M系统相比，在许多方面有较大的优越性： 1 主电路途路简洁，需用的功率器件少； 2 开关频率高，电流简洁连续，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 假设及快速响应的电动机协作，那么系统频带宽，动态响应快，动态抗扰实力强； 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，开关损耗也大，因此装置效率较高； 6 直流电源承受不控整流时，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行逆

2、PWM变换器进展制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小限制电压，使Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变更，因此造成EUd，很快使电流id反向，VD2截止，在tontT时，Ug2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在TtT+ton(即下一周期的0tTon)时，VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，及此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮番导通，而VT1始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较

3、小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有到达周期，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提早导通了，使电流反向，产生部分时间的制动作用。1-3 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，要满意给定的静差率也就简洁得多了答：消费机械要求电动机供应的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示,即： 当系统在某一转速下运行时，负载由志向空载增加到额定值时所对应的转速着陆nN及志向空载转速n0之比，称作静差率s，即。调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系是：按上述关系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D及s

4、互相制约，所以说“脱离了调速范围，要满意给定的静差率也就简洁得多了。1-4 某一调速系统，测得的最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时的速度着陆，且在不同转速下额定速降不变，试问系统可以到达的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：思路一：系统可以到达的调速范围为：系统允许的静差率：思路二：系统允许的静差率： 系统可以到达的调速范围为： 1-5 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？假设开环系统的静态速降是100r/min，那么闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因为：，所以系统允许的静态速降：又：，故闭环系统的开环放大倍

5、数：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，假设将开环放大倍数进步到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：因为： 所以： K=30时，电动机在额定负载下的速降为： 又因为：所以在同样静差率要求下，且不变，D的变更只及有关，即调速范围D扩大了倍。1-7 某调速系统的调速范围D=20，额定转速，开环转速着陆，假设要求系统的静差率由10%削减到5%，那么系统的开环增益将如何变更？解：当静差率s=10%时， 当静差率s=5%时， 因此，假设要求系统的静差率由10%削减到5%，那么系统的开环增益将。1-8 转速单闭环调速系统有那

6、些特点？变更给定电压能否变更电动机的转速？为什么？假设给定电压不变，调整测速反响电压的分压比是否可以变更转速？为什么？假设测速发电机的励磁发生了变更，系统有无抑制这种干扰的实力？ 答：1转速单闭环调速系统有以下三个根本特征： 只用比例放大器的反响限制系统，其被调量仍是有静差的。 抗拒扰动，听从给定。 系统的精度依靠于给定和反响检测的精度。2变更给定电压会变更电动机的转速，因为反响限制系统完全听从给定作用。3假设给定电压不变，调整测速反响电压的分压比会变更转速，因为反响信号及给定信号的比较值发生了变更，破坏了原先的平衡，调速系统就要接着动作，使反响信号及给定信号到达新的平衡为止。4假设测速发电机

7、的励磁发生了变更，系统没有抑制这种干扰的实力。因为反响限制系统所能抑制的只是被反响环包围的前向通道上的扰动。1-9 在转速负反响调速系统中，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更时，都会引起转速的变更，问系统对上述各量有无调整实力？为什么？答：当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变更时，系统对其均有调整实力。当测速发电机励磁各量发生变更时，系统没有调整实力。因为反响限制系统所能抑制的只是被反响环包围的前向通道上的扰动。1-10 V-M系统，电动机参数为：=2.2kW，=220V,=,=1500r/min,电枢电阻=1.2，整流装置内阻=1.5，触发

8、整流环节的放大倍数=35。要求系统满意调速范围D=20，静差率s10%。 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。 2承受转速负反响组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态构造框图。 3调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN,那么转速负反响系数应当是多少？ 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： Ce 故开环系统的静态速降=调速要求所允许的闭环静态速降 = (2)系统的原理图如下：系统静态构造框图如下： (3)当Un*=15V时，Id=IN，n=nN, 那么转速负反响系数： =(4) 闭环系统的开环放大系数K=放大器所需放大倍数Kp，取K

9、p=121-11 在题1-10的转速负反响系统中增设电流截止环节，要求堵转电流，临界截止电流，应中选用多大的比较电压和电流反响采样电阻？要求电流反响采样电阻不超过主电路总电阻的1/3，假设做不到，须要增加电流反响放大器，试画出系统的原理图和静态构造框图，并计算电流反响放大系数。这时电流反响采样电阻和比较电压各为多少？解：所以 ，因为主电路总电阻，要求电流反响采样电阻不超过主电路总电阻的1/3，即要求电流反响采样电阻不超过，而求得的，须要增加电流反响放大器。系统原理图如下：系统静态构造框图如下：？因为不能超过，令，故有所以电流反响放大系数为这时的电流反响采样电阻，比较电压1-12 某调速系统原理

10、图见教材P51，1-58，数据如下：电动机；， ，整流装置内阻，触发整流环节的放大倍数。最大给定电压，当主电路电流到达最大值时，整定电流反响电压。设计指标：要求系统满意调速范围D=20，静差率s10%，,。试画出系统的静态构造框图，并计算： 1 转速反响系数。 2 调整器放大系数。3 电阻的数值。放大器输入电阻 4 电阻的数值和稳压管VS的击穿电压值。解：1因为 所以 系统静态构造框图如下：？2电动机的电动势系数为开环系统的静态速降为 闭环系统的静态速降为 闭环系统的开环放大系数为 调整器放大系数为，取 3取，那么 4求解的核心应放在运放上，利用虚地点求解电流： 对特殊点：当电机堵转时，,故，

11、； 且此时，电枢回路中 又 , 将上式带入式即可得到： 当VS被击穿时， 又， 所以，1-13 在电压负反响单闭环有静差调速系统中，当以下参数发生变更时系统是否有调整作用，为什么？ 放大器的放大系数Kp； 供电电网电压； 电枢电阻Ra； 电动机励磁电流； 电压反响系数。 答：当放大器的放大系数、供电电网电压、电枢电阻、电动机励磁电流发生变更时，系统有调整作用， 当电压反响系数发生变更时，它不能得到反响限制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。因为反响限制系统所能抑制的只是被反响环包围的前向通道上的扰动。1-14 有一个V-M系统，：电动机：，,整流装置内阻，触发整流环节的放大倍数。1系统开环工作

12、时，试计算调速范围时的静差率s值。2当，时，计算系统允许的稳态速降。3如组成转速负反响有静差调速系统，要求，在时，计算转速负反响系数和放大器放大系数。4如将上述调速系统改为电压负反响有静差调速系统，仍要求在时，并保持系统原来的开环放大系数不变，试求在时的静差率。解：1先计算电动机的电动势系数： 那么开环系统的额定速降： 所以系统开环工作时，调速范围时的静差率：2当，时，系统允许的稳态速降 3在时，转速负反响系数为 闭环系统的开环放大系数为调整器放大系数为，取4在电压负反响有静差调速系统中， 故当时，并保持原开环放大系数K不变，在 时nmin=50r/min，静差率：1-15 在题1-10的系统

13、中，主电路电感,系统运动部分飞轮惯量，整流装置承受三相零式电路，试推断按题1-10要求设计的转速负反响系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？解：计算系统中各环节的时间常数：电磁时间常数 机电时间常数 对于三相零式电路即三相半波整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为为保证系统稳定，开环放大系数应满意稳定条件：而题1-10中计算得到的闭环系统的开环放大系数为因此，此转速负反响系统不能稳定运行。1-16 为什么用积分限制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调整器的输入偏向电压时，调整器的输出电压是多少？它取决于那些因素？答：在动态过程中，当变更时，只要其

14、极性不变，即只要仍是，积分调整器的输出便始终增长；只有到达，时，才停顿上升；不到变负，不会下降。特殊要留意的是，当时，并不是零，而是一个终值；假设不再变更，这个终值便保持恒定而不再变更，这是积分限制的特点。因此，积分限制可以使系统在无静差的状况下保持恒速运行，实现无静差调速。 当积分调整器的输入偏向电压时，调整器的输出电压不是零，而是一个终值，它取决于输入偏向量的全部历史。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：转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响，因为系统的精度依靠于给定和反响检测的精度，。例如，假设给定应为15V1500转；当给定发生错误为13V时，转速n不为1500转。当反响检测环节的精度不准时，即有误差时，转速n也不为1500转。1-18 承受比例积分调整器限制的电压负反响调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？为什么？试说明理由。答：稳态运行时的速度有静差。因为电压负反响系统事实上是一个自动调压系统，所以只有被反响环包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到，而电枢电阻速降处于反响环外，电压反响无法消退，其大小仍和开环系统一样。