电力拖动自动控制系统第三版陈伯时课后答案

第一章闭环控制的直流调速系统11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电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1） 主电路线路简朴，需用的功率器件少。（2） 开关频率高，电流容易连续，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） 若与快速响应的电动机配合，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，当开关频率适当时，开关损耗也 不大，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。12试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。答：在制动状态中，id 为负值，VT2 就发挥作用了。这种情况发生在电动运营过程中需要降 速的时候。这时，先减小控制电压，使U g1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 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 > U d ，很 快使电流 id 反向，VD2 截止，在 ton t 时，U g 2 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 + ton 时，VT2 关断，id 沿回路 4 经VD1 续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1 两端压降钳住VT1 使它不能导通。在制动状态中，VT2 和VT1轮流导通，而VT1 始终是关断的。在轻载电动状态，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， 产生局部时间的制动作用。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，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ 答：生产机械规定电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母表达，即D = nmaxnmin其中，nmax和 nmin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。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的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率 s，即 或用比例表达s = nNn0s = nN ×100%n0在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速 nN 作为最高转速则s = nNn0=nNnmin + nN nmin= nNs nN= (1 s)nNsD = nmaxnmin=nN SnN (1 S )由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调速系统， nN 值一定，假如对静差率规定越严，即规定 s 值越小时，系统可以允许的调速范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。某一调速系统，测得的最高转速特性为 nO max = 1500r / min ，最低转速特性为nO min = 150r / min ，带额定负载时的速度降落 nN = 15r / min ，且在不同转速下额定速降nN 不变，试问系统可以达成的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解系统可以达成的调速范围为D = nmaxnmin= 1500150 15= 11系统允许的静差率s =DnNnN + DnN×100% =11×151500 + 11×15×100% = 10%某闭环调速系统的调速范围是 1500150r/min，规定系统的静差率 s 2% ，那么系统允许的静态速降是多少？假如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？解由于s = nNn0=nNnmin + nNn = nmin s = 150 × 0.02 = 3.06r / min所以N1 s1 0.02由于ncl= nop1 + Kn 100K =op 1 = 1 = 31.7所以ncl3.0616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，假如将开环放大倍数提高到 30，它的速降为多少？在同样静差率规定下，调速范围可以扩大多 少倍？解（1）由于n =RIdecl C（1+K）Ccl所以RId = n（e1+K）=8×（1+15）=128RI128cl则n= d = 4.13r / minC（e 1+K）1 + 30（2） 由D =nN SnN (1 S )，可知在 s 和 nN不变的情况下，D 只与 nN 有关调速范围扩大 1.94 倍。1 7某 调速系统的 调速范围 D=20 ，额定 转速 nN = 1500r / min ，开环 转速降落 nNop = 240r / min ，若规定系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将如何变化？解； 当 s=10%时， n =nN s= 1500× 0.1= 8.33r / minN D（1-s）nop20 ×（1-0.1）240此时K = 1 = 1 = 27.8当 s=5%时，ncln =8.33nN s=1500× 0.05= 3.95r / minNnopD（1-s）24020 ×（1-0.05）此时K = 1 = 1 = 59.8ncl3.95则若规定系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将变大。18 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？ 假如给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否可以改变转速？为什么？假如 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？答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特性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。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。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，由于反馈控制系统完全服从给定作用。（3）假如给定电压不变，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克制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能克制的只是 被反馈环包围的前向通道上的扰动。19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？ 答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。由于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。由于他们的变化最 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克制，反而会增大被调量 的误差。反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。110有一 VM 调速系统。电动机参数为： PN = 2.2kW，U N = 220V，I N = 12.5 A，nN = 1500r / min ， 电枢电阻 Ra = 1.2 ，整流装置内阻 Rrec = 1.5 ，触发整流环节的放大倍数 K s = 35 。规定系统满足调速范围 D=20，静差率 s 10% 。（1）计算开环系统的静态速降 nop 和调速规定所允许的闭环静态速降 ncl 。（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。n dNN（3）调整该系统参数，使当U = 15V 时，I = I ，n=n ，则转速负反馈系数 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eC = U N I N RanN= 220 12.5 ×1.2 = 0.1367V min/ r1500则开环系数额定速降为（1.2+1.5）nop= I N R = 12.5 ×= 246.9r / minCe0.1367额定负载时的稳态速降应为n =nN s 1500× 0.1= 8.33r / mincl D（1-s）20 ×（1-0.1）（2）系统的静态结构框图如下所示U*n +Un UnKsUcKpKsUd0+- IdREn1/Ce-Un转速负反馈系统的原理图U+*+ n nUn U-UcA UcGT+IdUdIdUPEUdM+-Un- Un +-+tgU-tgn+TTG-n（ 3 ）当 U = 15V时， Id = I N，n=nN ，则转速负 反馈系数 应当是 = U n= U n = 15= 0.01nnN（4）闭环系统的开环放大系数应为1500n 246.9K =op 1 = 1 = 28.64ncl8.33运算放大器所需的放大倍数K P =K KS / Ce=28.640.01× 35 / 0.1367= 11.19111在题 1-10 的转速负反馈系统中增设电流截止环节，规定堵转电流 Idbl 2I N ，临界截止电流 Idcr 1.2I N ，应当选用多大的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的 1/3，假如做不到，需要增长电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构框图，并