2021年电力拖动自动控制系统.docx

欧阳光明*创编 2021.03.07第一章：闭环控制的直流调速系统00000欧阳光明（2021.03.07）1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性：（1） 主电路线路简单，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试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的答：如图P13, 1-17，制动状态时，先减小控制电压，使Ug 1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化，因而造成E>Ud,很快使 电流id反向，VD2截止，在ton

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1-7某调速系统的调速范围D=20,额定转速nN二1500r/min，开环转 速降落 f 二240r/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：当静差率s=10%时，当静差率 s=5% 时,因此,若要求系统的静差率由 10%减少到5%,则系统的开环增益将从27.8变化到59.81-8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 机的转速？为什么？如果给定电压不变,调节测速反馈电压的分压 比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变 化,系统有无克服这种干扰的能力？答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征：① 只用比例放大器的反馈控制系统,其被调量仍是有静差的② 抵抗扰动,服从给定③ 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，因为反馈控制系统 完全服从给定作用3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比会改变 转速，因为反馈信号与给定信号的比较值发生了变化，破坏了原先 的平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号与给定信号达到新的 平衡为止4）如果测速发电机的励磁发生了变化，系统没有克服这种干 扰的能力。

因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向 通道上的扰动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、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 没有调节能力因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的 前向通道上的扰动1-10 V-M 系 统 ， 电 动 机 参 数 为 ： PN =2.2kW ，Un =220V, In =12.5A, nN =1500r/min,电枢电阻竹=1.2Q，整流装置内 阻Rec =1.5Q,触发整流环节的放大倍数Ks =35要求系统满足调速 范围D=20,静差率s< 10%1）计算开环系统的静态速降山op和调速要求所允许的闭环静态速 降先 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a应该是多少？( 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：叮 £ 220 -12.5 x 1.2C = nN = 1500 =0.137 V - min/ reN故开环系统的静态速降RIN 6.2+卫空心op= Ce = 0.137 =246.35r/min调速要求所允许的闭环静态速降n j、 1500 x 10%Ancl = DQs)< 20x(l一10%) =8.33r/min(2) 系统的原理图如下： 系统静态结构框图如下：(3) 当 Un*=15V 时， Id=IN， n=nN, 则转速负反馈系数： Un! JLa— nN = 1500 =0.01 V - min/ rAnop 一1 246.35 ](4) 闭环系统的开环放大系数K= And =飞:莎—=28.57K 28.57放大器所需放大倍数 Kp= aKs/Ce =0.01x35/0.137 =11.18， 取 Kp=121-11在题 1-10 的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流Idbl < 2IN，临界截止电流Idcr、\叫，应该选用多大的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过主电路总电阻的1/3，如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图 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：dblU * + U——n comRs2IN所以U = 22.5VcomR = 1.50 s因为主电路总电阻R二1.2 +1.5 = 2.7V，要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的 1/3，即要求电流反馈采样电阻不超过 0.90 ，而 求得的Rs二出需要增加电流反馈放大器系统原理图如下：系统静态结构框图如下：？因为 Rs 不能超过 0.9令 Rs 二 0.90，故有 UCom = 0.9 ".2In= 13.5V 所以电流反馈放大系数为这时的电流反馈采样电阻Rs二°90，比较电压UCom = 13.5V1-12 某调速系统原理图见教材 P51， 1-58，已知数据如下：电动 机；PN 二 18kW，UN 二 220V Jn = 94A，"N 二 1000r/min，Ra - °150， 整流装置内阻Rrec = °・30，触发整流环节的放大倍数Ks二40最大给 定电压Um = 15V，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压U 二 10Vim设计指标：要求系统满足调速范围D=20，静差率s<10%，♦ = "5N ,】dcr= 1-1IN。

试画出系统的静态结构框图，并计算：(1)转速反馈系数a2)调节器放大系数Kp(3) 电阻Ri的数值放大器输入电阻Ro = 20k)解：(4) 电阻r2的数值和稳压管VS的击穿电压值1)因为心〜Un max = Ta所以U*nmnN1000 = 0.015V -min/ r系统静态结构框图如下：？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 调节器放大系数为aK /C35.90.015 x 40/0.2059二 12.3，取K 二 13(3)取R0 - 20kQ，则二 20 x 13 二 260kQ⑷ 求解R2的核心应放在运放上，利用虚地点求解电流:15 10 - 7.320260对特殊点:当电机堵转时，二 0,故 Un且此时，电枢回路中1二1 maxdbl■40dm K将上式带入①式即可得到:当 VS 被击穿时，又 U 二 10Vim•B = Udbl imdbi 二卩In，二 1.1I dcr N所以，Uvs 二 7・34V1-13 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 时系统是否有调节作用，为什么？①放大器的放大系数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 系数丫。

答：当放大器的放大系数、供电电网电压、电枢电阻、电动机 励磁电流发生变化时，系统有调节作用，当电压反馈系数丫发生变 化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误 差因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上 的扰动1-14有一个V-M系统，已知：电动机：Pn二2・8kW，Un - 220V，In 二 I"A，nN二1500"罰,Ra二IM，整流装置内阻Rrec二，触发整流环节的放大 倍数Ks二351) 系统开环工作时，试计算调速范围D二30时的静差率S值2) 当D二30，s二10%时，计算系统允许的稳态速降3) 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D二30，s二10%，在 U = 10V时】d= IN，n二nN，计算转速负反馈系数和放大器放大系 数Kp4) 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U = 10V时,】d= IN，n二nN，并保持系统原来的开环放大系数K 不变，试求在。