《电力拖动自动控制系统》习题解答(前三章)(9页).doc

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1、-电力拖动自动控制系统习题解答(前三章)-第 9 页电力拖动自动控制系统部分习题解答第一章1. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？答：调速范围电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速与最低转速之比叫做调速范围，用D表示，即静差率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所对应的转速降落与理想空载转速之比，称作静差率S，即直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为采用闭环控制方式，使转速降落能够大幅度下降，才能保证在静差率S不变的前提下扩大调速范围。2. 某一调速系统，测得的最高转速特性为n0max1500 r/min，带额定负载时的速降1

2、5 r/min，最低速特性为n0min100 r/min，额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：已知15 r/min，有nmaxn0max1500 r/min15 r/min1485 r/minnminn0min100 r/min15 r/min85 r/min于是调速范围静差率答：系统能达到的调速范围是17.47；允许的静差率是15%。3. 为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么？答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E减小，导致转速n必然下降。实质是电枢电阻的存在导致压降增大。4. 某调速系统的调速范围是1500 150 r/min，

3、要求静差率为s2% ，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100 r/min，则闭环系统的开环放大系数应有多大？解：已知，又 r/min也可以这样计算因为 所以 答：要求静差率为s2%时，系统允许的静态速降是3.06r/min；如果开环系统的静态速降是100 r/min，则闭环系统的开环放大系数应有31.68。5. 试绘出转速负反馈单闭环调速系统的静态结构图，并写出其静特性方程式。答：转速负反馈单环控制调速系统静态结构图为静特性方程式为 6. 对于转速单闭环调速系统，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，调整反馈电压的分压比，能不能达到调节转速的目的？为

4、什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种扰动的能力？答：改变给定电压能够改变转速n，因为闭环系统的输出具有跟随给定的性能。如果给定电压不变，改变反馈电压分压比能够改变转速n，因为它改变了反馈电压，属于反馈环节上的扰动，与给定作用相同，闭环系统对其无法抑制。测速发电机励磁发生改变，也属于反馈环节上的扰动，闭环系统对其无法抑制。7. 某调速系统的开环放大系数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min，如果将开环放大系数提高到30，它的转速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：根据 在K= 15时，求出r/min当K2=30时，求得再根据 ，在同样静差率要求下

5、答：如果开环放大系数提高到30，它的转速降为4.13r/min；在同样静差率要求下，调速范围可以扩大到1.94倍。8. 某调速系统的调速范围 D20，额定转速nN1500 r/min，开环转速降落240 r/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？解：当s=10%时，有当s=5%时，这时答：系统的静差率由10减少到5时，开环增益将由27.8增大到59.8。9. 闭环系统能够降低稳态速降的实质什么？答：实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压。10. 如果转速闭环调速系统的转速反馈线切断，电动机还能否调速？如果在电动机运行中，转速反馈线突

6、然断了，会发生什么现象？答：不能。系统处于开环状态，输出电压极高，电机转速上升，易发生“飞车”现象。11. 在转速负反馈系统中，当电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻、测速发电机磁场各量发生变化时，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：转速负反馈系统中，电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻所引起的转速变化，系统有调节能力，因为它们属于反馈环包围着的前向通道上的扰动，系统对其有抑制能力；而测速发电机磁场变化时，系统则无调节能力，因为它处于反馈通道上，属于闭环外，所以得不到系统的抑制。12. 有一V-M调速系统：电动机为PN3 kW，UN220 V，IN17

7、 A，nN1500 r/min，Ra1.5；整流装置内阻Rrec1 ；触发器-整流环节的放大系数Ks40。要求系统满足调速范围D25，静差率s15 。(1) 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速降。(2) 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图。(3) 调整该系统，使当15V时，IIN， nnN，则转速反馈系数应为多少？(4) 计算放大器所需放大系数。解：(1) Vmin/r(2)(3)当V，时，Vmin/r(4)，又，所以 取KP1013. 在上题(12.)的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流Idu 2IN，临界截止电流I bj1.2IN，应该选用多大的比较

8、电压和电流反馈电阻？若要求电流反馈电阻不超过主电路总电阻的1/4，若做不到，还可以采取什么措施？试画出系统的原理图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈电阻和比较电压各为多少？解：由，有，代入中，有，于是上述，显然不能满足要求，故应增设电流反馈放大器。其系统的原理图和静态结构图如图1-20和图1-21所示。系统的原理图和静态结构图如下：因为要求电流反馈电阻不超过主电路总电阻的1/ 4，所以R i取0.625。这时，比较电压为电流反馈放大器的放大系数为14. 积分调节器在输入偏差电压为零时，为什么它的输出电压仍能继续保持？答：积分(I)调节器，其输出的数学表达式为，当时，Uct是历史

9、的全部积累值Uctf 。所以，在时，积分调节器的输出电压仍能继续保持。15. 在无静差调速系统中如果给定电压不稳，测速发电机不精是否会造成系统的偏差？答：会造成偏差。16. 为什么通常采用两级电流互感器检测电流？答：通常选用定型生产的交流电流互感器，其副边额定电流都是5安培，难以满足一般控制电路要求0.1安培左右的电流。所以通常可再用一个5安/ 0.1安的电流互感器（变流器），接在标准互感器后面，实现控制匹配。第二章1. 求额定励磁下直流电动机的传递函数，ud-E为输入量，ia为输出量。答：2. 如何解决调速系统稳态精度和动态稳定性之间的矛盾？答：通常利用调节器兼做校正装置，改造系统的传递函数

10、，从而保证系统同时满足静、动态指标，解决静、动态之间的矛盾。3. 为什么说绝对的“无静差”调速系统是不存在的？答：要想真正实现“无静差”，运算放大器的放大系数就必须为无穷大。实际上，运算放大器本身的开环放大系数，其数值虽大，还是有限的，因此仍存在着很小的，也就是说，仍有很小的静差，绝对的“无静差”只是理论上的。4. 在电力拖动调速系统中，最常用又比较简单的动态校正方案是什么？答：串联校正。5. 某无静差调速系统稳定运行时，实测参数有：10V，n1000 r/min。求转速负反馈系数 。答：6. 哪些生产机械需引入给定积分器进行控制？系统的加速度大小怎样调整？答：并不是所有的快速系统都是根据过载

11、能力来确定加速度大小的。某些生产机械根据生产工艺条件，对其加速度有严格的限制，如高炉卷扬机、矿井提升机、冷热连轧机等都属于这一类的生产机械。在磁场控制系统中，为防止磁场控制系统的过电流和过电压的出现，也应该限制给定信号电压的变化速率。因此，对要求加速度受限制的生产机械，系统的给定信号就不能再采用阶跃方式，而需要引入给定积分器进行控制。系统的加速度大小应根据实际生产工艺要求进行调整。以典型给定积分器（下图）为例，要改变加速度，即改变斜率有三个办法：1) 改变R；2) 改变C；3) 改变U2m。从而得到任意的加速度，实现工艺给出的速度图。第三章1. 若要改变双闭环系统的转速，应调节什么参数？改变转

12、速调节器的放大系数Kn行不行？改变晶闸管装置的放大系数Ks行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流应调节系统中的什么参数？答：若要改变双闭环系统的转速，应调节或；改变不行；改变也不行；改变转速反馈系数行；若要改变电动机的堵转电流，应调节电流反馈系数 。2. 当转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差是多少？写出它们各自的输出电压值。答：稳定运行时，两个调节器ASR、ACR的输入偏差都是0。ASR输出电压ACR输出电压3. 如果双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而改用P调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？答：改为P调节器，输出量总是正比于输入偏差量，

13、静态一定有误差，动态反应快，但很容易不稳定。4. 双闭环调速系统中ASR、ACR均采用PI调节器，在带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号是否为零？答：当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号为零。系统保持最大电流运行。5. 双闭环调速系统中已知数据为：电动机：U N220 V，I N20 A，nN1000 r/min ，电枢回路总电阻。设，电枢回路最大电流I dm40 A，Ks40，ASR与ACR均采用PI调节器。试求：(1) 电流反馈系数和转速反馈系数 。(2) 当电动机在最高转速发生堵转时的Ud，Ui和Uct值。答：堵转时，n=07

14、. 在转速、电流双闭环调速系统中，当出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？答：电网电压波动的影响由ACR调节负载扰动的影响由ASR调节8. 采用PI调节器的双闭环系统的转速稳态精度受下述哪些因素波动的影响？运算放大器的放大系数Kn，Ki；负载电流I L；电网电压U2；反馈系数，及给定电压。答：反馈系数，及给定电压。9. 设控制对象的传递函数为式中，；。要求阶跃输入时系统超调量5%。分别用I ，PI和PI D调节器校正成典型 I 型系统， 试设计各调节器参数并计算调节时间ts。10. 一个由三相半波晶闸管装置供电的转速、电流双闭环调速系统，其额定数据如下：直流电动机：PN60

15、kW，U N220 V，I N305 A，nN1000 r/min ，Ke0.2 Vmin/r；主回路总电阻；晶闸管装置放大系数Ks30；电磁时间常数；机电时间常数；反馈滤波时间常数 ； ； 额定转速时的给定电压()N10 V；调节器ASR、ACR的饱和输出电压 ，；系统的调速范围D10。系统的静、动态指标为：系统要求稳态无静差，电流超调量，起动到额定转速时转速超调量。(1) 确定电流反馈系数和转速反馈系数 ，假设起动电流限制在336 A以内。(2) 试设计电流调节器ACR，计算其参数Ri ，Ci和Coi，画出其电路图。调节器输入回路电阻R040 k。当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0，Ui

16、和Uct值。(3) 试设计转速调节器ASR参数Rn，Cn，Con 。(4) 计算最低速起动时的转速超调量 。(5) 计算空载起动到额定转速的时间t 2 。11. 转速、电流双闭环晶闸管-直流电动机系统，转速调节器ASR和电流调节器ACR均采用PI调节器。(1) 在此系统中，当转速给定信号最大值15 V时，nnN1000 r/min ，电流给定信号最大值10 V，允许最大电流Iamax30 A，电枢回路总电阻，晶闸管装置放大系数K s30，电动机额定电流I N20 A，电势系数Ke0.127 Vmin/r，现系统在5V，I L20 A时稳定运行。求此时的稳态转速n和ACR的输出电压Uct 。(2

17、) 当系统在上述情况下运行时，电动机突然失磁(0),系统将会发生什么现象？试分析说明之。若系统能够稳定下来，求稳定后下列各量的值：n；Un；Ui；Ia；Uct 。(3) 该系统转速环按典型 II 型系统设计且按Mr min准则选择参数，取中频宽h5，已知转速环小时间常数之和，求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数，并计算出放大系数及各时间常数。(4) 该系统由空载(I L0)突加额定负载时，电流Ia和转速n的动态过程波形是怎样的？已知机电时间常数，计算其最大动态速降和恢复时间tf 。12. 某双闭环调速系统，主电路采用三相桥式整流电路，已知电动机参数为：PN550 kW，U N750 V，I

18、N780 A，nN375 r/min ，Ke1.92 Vmin/r，允许电流过载倍数1.5，主电路总电阻，触发整流环节放大系数Ks75；时间常数，调节器输入输出电压，调节器输入电阻R040 k。设计指标：稳态无静差，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量，电流调节器已按典型 I 型系统设计，并取。(1) 选择调节器结构，并计算其参数。(2) 计算电流环和转速环截止频率和，并考虑它们是否合理？13. 在具有电流变化率调节器的三环调速系统中，采用电流变化率环的目的是什么？在Ia从零上升到最大值之前，ASR，ACR，ADR分别工作在线性状态还是限幅状态？14. 试简述保持电势恒定的弱磁调速过程。为什么说保持电势恒定，就是保持功率恒定？（未做习题可参考书中相应章节）