电力拖动自动控制新版系统第三版陈伯时习题答案.doc

第一章：闭环控制直流调速系统1-1 为何PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够取得愈加好动态性能？ 答：PWM系统和V-M系统相比，在很多方面有较大优越性： （1） 主电路线路简单，需用功率器件少； （2） 开关频率高，电流轻易连续，谐波少，电机损耗及发烧全部较小； （3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4） 若和快速响应电动机配合，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，当开关频率合适时，开关损耗也大，所以装置效率较高； （6） 直流电源采取不控整流时，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是怎样工作。答：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降低。不过，因为机电惯性，转速和反电动势还来不及改变，所以造成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0tTon)时，VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，和此同时，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VT1一直是关断。 有一个特殊状态，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，还没有达成周期，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 调速范围和静差率定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为何说“脱离了调速范围，要满足给定静差率也就轻易得多了”?答：生产机械要求电动机提供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，负载由理想空载增加到额定值时所对应转速降落nN和理想空载转速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关系是：按上述关系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D和s相互制约，所以说“脱离了调速范围，要满足给定静差率也就轻易得多了”。1-4 某一调速系统，测得最高转速特征为，最低转速特征为，带额定负载时速度降落，且在不一样转速下额定速降不变，试问系统能够达成调速范围有多大？系统许可静差率是多少？解：思绪一：系统能够达成调速范围为：系统许可静差率：思绪二：系统许可静差率： 系统能够达成调速范围为： 1-5 某闭环调速系统调速范围是1500150r/min，要求系统静差率，那么系统许可静态速降是多少？假如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：因为：，所以系统许可静态速降：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，假如将开环放大倍数提升到30，它速降为多少？在一样静差率要求下，调速范围能够扩大多少倍？解：因为： 所以： K=30时，电动机在额定负载下速降为： 又因为：所以在一样静差率要求下，且不变，D改变只和相关，即调速范围D扩大了8/4.13=1.49倍。1-7 某调速系统调速范围D=20，额定转速，开环转速降落，若要求系统静差率由10%降低到5%，则系统开环增益将怎样改变？解：当静差率s=10%时， 当静差率s=5%时， 所以，若要求系统静差率由10%降低到5%，则系统开环增益将从27.8改变到59.8。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转速？为何？假如给定电压不变，调整测速反馈电压分压比是否能够改变转速？为何？假如测速发电机励磁发生了改变，系统有没有克服这种干扰能力？ 答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基础特征： 只用百分比放大器反馈控制系统，其被调量仍是有静差。 抵御扰动，服从给定。 系统精度依靠于给定和反馈检测精度。（2）改变给定电压会改变电动机转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。（3）假如给定电压不变，调整测速反馈电压分压比会改变转速，因为反馈信号和给定信号比较值发生了改变，破坏了原先平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号和给定信号达成新平衡为止。（4）假如测速发电机励磁发生了改变，系统没有克服这种干扰能力。因为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改变时，全部会引发转速改变，问系统对上述各量有没有调整能力？为何？答：当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻改变时，系统对其全部有调整能力。当测速发电机励磁各量发生改变时，系统没有调整能力。因为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=1.2，整流装置内阻=1.5，触发整流步骤放大倍数=35。要求系统满足调速范围D=20，静差率s10%。 （1）计算开环系统静态速降和调速要求所许可闭环静态速降。 （2）采取转速负反馈组成闭环系统，试画出系统原理图和静态结构框图。 （3）调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN,则转速负反馈系数应该是多少？ （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调速要求所许可闭环静态速降 =8.33r/min (2)系统原理图以下：系统静态结构框图以下： (3)当Un*=15V时，Id=IN，n=nN, 则转速负反馈系数： =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=121-11 在题1-10转速负反馈系统中增设电流截止步骤，要求堵转电流，临界截止电流，应该选择多大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出主电路总电阻1/3，假如做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统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？解：所以 ，因为主电路总电阻，要求电流反馈采样电阻不超出主电路总电阻1/3，即要求电流反馈采样电阻不超出，而求得，需要增加电流反馈放大器。系统原理图以下：系统静态结构框图以下：？因为不能超出，令，故有所以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，已知数据以下：电动机；， ，整流装置内阻，触发整流步骤放大倍数。最大给定电压，当主电路电流达成最大值时，整定电流反馈电压。设计指标：要求系统满足调速范围D=20，静差率s10%，,。试画出系统静态结构框图，并计算： （1） 转速反馈系数。 （2） 调整器放大系数。（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）因为 所以 系统静态结构框图以下：？（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 调整器放大系数为，取 （3）取，则 （4）求解关键应放在运放上，利用虚地点求解电流： 对特殊点：当电机堵转时，,故，； 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 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生改变时系统是否有调整作用，为何？ 放大器放大系数Kp； 供电电网电压； 电枢电阻Ra； 电动机励磁电流； 电压反馈系数。 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改变时，系统有调整作用， 当电压反馈系数发生改变时，它不能得到反馈控制系统抑制，反而会增大被调量误差。因为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 有一个V-M系统，已知：电动机：，,整流装置内阻，触发整流步骤放大倍数。（1）系统开环工作时，试计算调速范围时静差率s值。（2）当，时，计算系统许可稳态速降。（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求，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，仍要求在时，并保持系统原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： 所以系统开环工作时，调速范围时静差率：（2）当，时，系统许可稳态速降 （3）在时，转速负反馈系数为 闭环系统开环放大系数为调整器放大系数为，取（4）在电压负反馈有静差调速系统中， 故当初，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,系统运动部分飞轮惯量，整流装置采取三相零式电路，试判定按题1-10要求设计转速负反馈系统能否稳定运行？如要确保系统稳定运行，许可最大开环放大系数是多少？解：计算系统中各步骤时间常数：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确保系统稳定，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=28.5722.86所以，此转速负反馈系统不能稳定运行。1-16 为何用积分控制调速系统是无静差？在转速单闭环调速系统中，当积分调整器输入偏差电压时，调整器输出电压是多少？它取决于那些原因？答：在动态过程中，当改变时，只要其极性不变，即只要仍是，积分调整器输出便一直增加；只有达成，时，才停止上升；不到变负，不会下降。尤其要注意是，当初，并不是零，而是一个终值；假如不再改变，这个终值便保持恒定而不再改变，这是积分控制特点。所以，积分控制能够使系统在无静差情况下保持恒速运行，实现无静差调速。 当积分调整器输入偏差电压时，调整器输出电压不是零，而是一个终值，它取决于输入偏差量全部历史。1-17 在无静差转速单闭环调速系统中，转速稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度影响？并说明理由。 答：转速稳态精度还受给定电源和测速发电机精度影响，因为系统精度依靠于给定和反馈检测精度，。比如，若给定应为15V1500转；当给定发生错误为13V时，转速n不为1500转。当反馈检测步骤精度不按时，即有误差时，转速n也不为1500转。1-18 采取百分比积分调整器控制电压负反馈调速系统，稳态运行时速度是否有静差？为何？试说明理由。答：稳态运行时速度有静差。因为电压负反馈系统实际上是一个自动调压系统，所以只有被反馈环包围电力电子装置内阻引发稳态速降被减小到，而电枢电阻速降处于反馈环外，电压反馈无法消除，其大小仍和开环系统一样。