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第一章：闭环控制直流调速系统00000
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动态性能？
答：PWM系统与V-M系统相比，在诸多方面有较大优越性：
（1） 主电路线路简朴，需用功率器件少；
（2） 开关频率高，电流容易持续，谐波少，电机损耗及发热都较小；
（3） 低速性能好，稳速精度高，调速范畴宽，可达1：10000左右；
（4） 若与迅速响应电动机配合，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，当开关频率恰当时，开关损耗也大，
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 试分析有制动通路不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作。
答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使Ug1正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud减少。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而导致E＞Ud，不久使电流id反向，VD2截止，在ton≤t＜T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T≤t＜T+ton(即下一周期0≤t＜Ton)时，VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同步，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断。
有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间制动作用。
1-3 调速范畴和静差率定义是什么？调速范畴、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范畴，要满足给定静差率也就容易得多了”?
答：生产机械规定电动机提供最高转速和最低转速之比叫做调速范畴，用字母D表达,即：
当系统在某一转速下运营时，负载由抱负空载增长到额定值时所相应转速降落ΔnN与抱负空载转速n0之比，称作静差率s，即
。
调速范畴、静态速降和最小静差率之间关系是：
按上述关系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D与s互相制约，因此说“脱离了调速范畴，要满足给定静差率也就容易得多了”。
1-4 某一调速系统，测得最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时速度降落，且在不同转速下额定速降不变，试问系统可以达到调速范畴有多大？系统容许静差率是多少？
解：思路一：
系统可以达到调速范畴为：
系统容许静差率：
思路二：
系统容许静差率：
系统可以达到调速范畴为：
1-5 某闭环调速系统调速范畴是1500~150r/min，规定系统静差率，那么系统容许静态速降是多少？如果开环系统静态速降是100r/min，则闭环系统开环放大倍数应有多大？
解：由于：
，
因此系统容许静态速降：
又：
，，
故闭环系统开环放大倍数：
1-6 某闭环调速系统开环放大倍数为15时，额定负载下电动机速降为8r/min，如果将开环放大倍数提高到30，它速降为多少？在同样静差率规定下，调速范畴可以扩大多少倍？
解：由于：
因此：
K=30时，电动机在额定负载下速降为：
又由于：
因此在同样静差率规定下，且不变，D变化只与关于，即调速范畴D扩大了8/4.13=1.49倍。
1-7 某调速系统调速范畴D=20，额定转速，开环转速降落，若规定系统静差率由10%减少到5%，则系统开环增益将如何变化？
解：当静差率s=10%时，
当静差率s=5%时，
因而，若规定系统静差率由10%减少到5%，则系统开环增益将从27.8变化到59.8。
1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？变化给定电压能否变化电动机转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压分压比与否可以变化转速？为什么？如果测速发电机励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰能力？
答：（1）转速单闭环调速系统有如下三个基本特性：
① 只用比例放大器反馈控制系统，其被调量仍是有静差。
② 抵抗扰动，服从给定。
③ 系统精度依赖于给定和反馈检测精度。
（2）变化给定电压会变化电动机转速，由于反馈控制系统完全服从给定作用。
（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压分压比会变化转速，由于反馈信号与给定信号比较值发生了变化，破坏了原先平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号与给定信号达到新平衡为止。
（4）如果测速发电机励磁发生了变化，系统没有克服这种干扰能力。由于反馈控制系统所能抑制只是被反馈环包围前向通道上扰动。
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、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时，系统对其均有调节能力。当测速发电机励磁各量发生变化时，系统没有调节能力。由于反馈控制系统所能抑制只是被反馈环包围前向通道上扰动。
1-10 V-M系统，电动机参数为：=2.2kW，=220V,=12.5A,=1500r/min,电枢电阻=1.2Ω，整流装置内阻=1.5Ω，触发整流环节放大倍数=35。规定系统满足调速范畴D=20，静差率s10%。
（1）计算开环系统静态速降和调速规定所容许闭环静态速降。
（2）采用转速负反馈构成闭环系统，试画出系统原理图和静态构造框图。
（3）调节该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN,则转速负反馈系数α应当是多少？
（4）计算放大器所需放大倍数。
解：（1）先计算电动机电动势系数：
Ce===0.137
故开环系统静态速降
===246.35r/min
调速规定所容许闭环静态速降
==8.33r/min
(2)系统原理图如下：
系统静态构造框图如下：
(3)当Un*=15V时，Id=IN，n=nN，则转速负反馈系数：
α≈==0.01
(4) 闭环系统开环放大系数K===28.57
放大器所需放大倍数Kp===11.18，取Kp=12
1-11 在题1-10转速负反馈系统中增设电流截止环节，规定堵转电流，临界截止电流，应当选用多大比较电压和电流反馈采样电阻？规定电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻1/3，如果做不到，需要增长电流反馈放大器，试画出系统原理图和静态构造框图，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？
解：
因此 ，
由于主电路总电阻，规定电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻1/3，即规定电流反馈采样电阻不超过，而求得，需要增长电流反馈放大器。
系统原理图如下：
系统静态构造框图如下：？
由于不能超过，令，故有
因此电流反馈放大系数为
这时电流反馈采样电阻，比较电压
1-12 某调速系统原理图见教材P51，1-58，已知数据如下：电动机；， ，，，，整流装置内阻，触发整流环节放大倍数。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。
设计指标：规定系统满足调速范畴D=20，静差率s≤10%，,。试画出系统静态构造框图，并计算：
（1） 转速反馈系数α。
（2） 调节器放大系数。
（3） 电阻数值。（放大器输入电阻）
（4） 电阻数值和稳压管VS击穿电压值。
解：（1）由于
因此
系统静态构造框图如下：？
（2）电动机电动势系数为
开环系统静态速降为
闭环系统静态速降为
闭环系统开环放大系数为
调节器放大系数为
，取
（3）取，则
（4）求解核心应放在运放上，运用虚地点求解电流：
……①
对特殊点：当电机堵转时，,故，；
且此时，电枢回路中
又 ,
将上式带入①式即可得到：
当VS被击穿时，
又，，，
因此，
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与否有调节作用，为什么？ ① 放大器放大系数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。
答：当放大器放大系数、供电电网电压、电枢电阻、电动机励磁电流发生变化时，系统有调节作用， 当电压反馈系数γ发生变化时，它不能得到反馈控制系统抑制，反而会增大被调量误差。由于反馈控制系统所能抑制只是被反馈环包围前向通道上扰动。
1-14 有一种V-M系统，已知：电动机：，，，
,,整流装置内阻，触发整流环节放大倍数。
（1）系统开环工作时，试计算调速范畴时静差率s值。
（2）当，时，计算系统容许稳态速降。
（3）如构成转速负反馈有静差调速系统，规定，，在时，，计算转速负反馈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馈有静差调速系统，仍规定在时，，，并保持系统本来开环放大系数不变，试求在时静差率。
解：（1）先计算电动机电动势系数：
则开环系统额定速降：
因此系统开环工作时，调速范畴时静差率：
（2）当，时，系统容许稳态速降
（3）在时，，转速负反馈系数为
闭环系统开环放大系数为
调节器放大系数为
，取
（4）在电压负反馈有静差调速系统中，
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系统中，主电路电感,系统运动某些飞轮惯量，整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10规定设计转速负反馈系统能否稳定运营？如要保证系统稳定运营，容许最大开环放大系数是多少？
解：计算系统中各环节时间常数：
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），晶闸管装置滞后时间常数为
为保证系统稳定，开环放大系数应满足稳定条件：
＜
而题1-10中计算得到闭环系统开环放大系数为
K===28.57＞22.86
因而，此转速负反馈系统不能稳定运营。
1-16 为什么用积分控制调速系统是无静差？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器输入偏差电压时，调节器输出电压是多少？它取决于那些因素？
答：在动态过程中，当变化时，只要其极性不变，即只要仍是＞，积分调节器输出便始终增长；只有达到，时，才停止上升；不到变负，不会下降。特别要注意是，当时，并不是零，而是一种终值；如果不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，这是积分控制特点。因而，积分控制可以使系统在无静差状况下保持恒速运营，实现无静差调速。
当积分调节器输入偏差电压时，调节器输出电压不是零，而是一种终值，它取决于输入偏差量所有历史。
1-17 在无静差转速单闭环调速系统中，转速稳态精度与否还受给定电源和测速发电机精度影响？并阐明理由。
答：转速稳态精度还受给定电源和测速发电机精度影响，由于系统精度依赖于给定和反馈检测精度，。例如，若给定应为15V～1500转；当给定发生错误为13V时，转速n不为1500转。当反馈检测环节精度不准时，即α有误差时，转速n也不为1500转。
1-18 采用比例积分调节器控制电压负反馈调速系统，稳态运营时速度与否有静差？为什么？试阐明理由。
答：稳态运营时速度有静差。由于电压负反馈系统事实上是一种自动调压系统，因此只有被反馈环包围电力电子装置内阻引起稳态速降被减小到，而电枢电阻速降处在反馈环外，电压反馈无法消除，其大小仍和开环系统同样。
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