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2.2稳态调速性能指标

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2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性

2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
(1)如果要求 s≤30%，则 D=？
(2)如果要求 s≤20%，则 D=？
(3)如果要求 D=10，则 s=？
12
解 若要求 s≤ 30%时，调速范围 D 为
D = nNs = 1430× 0.3 = 5.3 ΔnN (1− s) 115× (1− 0.3)
若要求 s≤ 20%，则调速范围 D 为
= 0.216 =
21.6%
这已大大超过了5%的要求，更不必谈调到最低速了。
22
如果要求D = 20，s ≤ 5%，则由式（1-33）可知
ΔnN
=
nN s D(1− s)
≤
1000× 0.05 20× (1− 0.05)
r
/
min
=
2.63r
/
min
由此可见，开环调速系统的额定速降是 275r/min， 而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百倍！
Te =TeN
（2-25）
其中nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的
转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨
床，也可用实际负载时的转速。
5
(2) 静差率
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空
载增加到额定值时所对应的转速降落 ΔnN ，与理 想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ，即
s = ΔnN n0
稳态性能指标调速范围稳态性能指标调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围用字母d表示即225minmax其中nmaxmin一般都指电动机额定负载时的转速对于少数负载很轻的机械例如精密磨床也可用实际负载时的转速
2.2 稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性

2.2稳态调速性能指标

2.2稳态调速性能指标
§2.2 稳态调速系统性能指标和机械特性
2.2.1 转速控制的要求和调速指标 调速系统转速控制的要求： 1)调速 2)稳速 3)加、减速 最高、最低转速；有级/无级调速 静态 动态
§2.2 稳态 稳态调速系统性能指标和机械特性 一、转速控制的要求和调速指标 1)调速 （一）调速范围
nmax D= nmin
I dom R 305 × 0.18 Δnnom = = = 275r / min Ce 0.2
二、开环调速系统的性能和存在的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题
例题：某龙门刨床工作台拖动 直流电机Z2－93型， 60KW,220V,305A,1000r/min， 要求D=20,S<5%.
I R 305 × 0.18 Δnnom = dom = = 275r / min Ce 0.2
答案
nmax 1500 = = 15 D= 100 nmin
nnom S nmax S 1500 × 2% Δn = = = = 2.04 D( 1 − S ) D( 1 − S ) 15 × ( 1 − 2%)
二、开环调速系统的性能和存在的问题
A GT M
调速范围
放大器
静差率 矛盾
uct = k u
u − Id R n = d0 Ce * p s n
Ud0 − Id R k k u RI d = − n= Ce Ce Ce
二、开环调速系统的性能和存在的问题
调速范围
静差率 矛盾
A
GT
M
例题2-2：某龙门刨床工作台拖动直流电机Z2－ 93型，60KW,220V,305A,1000r/min，要求 D=20,S<5%.采用V-M系统，已知主回路总电阻R ＝0.18 Ω ，电动机Ce＝0.2Vmin/r,则当电流在 额定负载下的转速降落为

2.2稳态调速性能指标和开环直流调速系统

2.2稳态调速性能指标和开环直流调速系统

（二）开环直流调速系统存在的问题
实际系统往往对调速范围、静差率两 方面都有要求。
龙门刨床： 调速范围：20~40； 静差率：5%。
热连轧机： 调速范围：10； 静差率：0.2%~0.5%。
（二）开环直流调速系统存在的问题
例题：
某龙门刨床工作台拖动采用直流
电 动 机 ， 其 额 定 数 据 如 下 ： 60kW 、
电力电子变换器的稳态关系:
U d0 KsUc
直流电动机的稳态关系:
n Ud0 I dR Ce
开环调速系统的机械（转速）特性为:
n Ud0 RI d KsUc RI d
Ce
Ce
Ce
（二）开环直流调速系统存在的问题
（2）机械（转速）特性
n Ud0 RI d KsUc RI d
转速反馈控制直流调速系统。
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
∆ nNb ������d02
Te
（一）调速的稳态性能指标
（2）静差率
s nN n0
n n01
n02
nN n0 nN
∆ nNa
a
������d01
∆ nNb
b
������d02
O
TeN
Te
（一）调速的稳态性能指标 （3）指标之间的关系 D nmax nN nmin nmin
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
（一）调速的稳态性能指标 （1）调速范围

电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后思考题答案 (2)

电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后思考题答案 (2)
注意：这一段是程序题答案
int i,j;
for(i=0;p1[i];i++); for(j=0;p2[j];j++) p1[i++]=p2[j];
p1[i]='\0'; 注意：这三个是填空题 答案
if(t%2==0) x=10*x+t; n=n/10;
注意这两个是改成题答案 *t = 0; if (d%2 != 0) 2. 请编写函数fun,其功能是:计算并输出当x<0.97时下列多项式的值, 直到｜Sn-S(n-1)｜<0.000001为止。Sn=1+0.5x+0.5(0.51)/2!x(2)+...+ 0.5(0.5-1)(0.5-2) .....(0.5-n+1)/n!x(n) 输入0.21后,则输出为s=1.100000。 double s1=1.0,p=1.0,sum=0.0,s0,t=1.0; int n=1; do {s0=s1; sum+=s0; t*=n; p*=(0.5-n+1)*x; s1=p/t;n++;}while(fabs(s1-s0)>1e-6); return sum; t = x; t *= (-1.0)*x/n; while (fabs(t) >= 1e-6);
一、可以作为填空题或简答题的 2-1 简述直流电动机的调速方法。 答：直流调速系统常以（调压调 速）为主，必要时辅以（弱磁调速） ，以（扩大调速范围） ， 实现 （额定转速以上调速） 。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流 PWM 调速系统） 。 2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉 动？ 11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整 流器输出电压小于反电动势 时，电感放能，电流下降。整流器输出电 压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导 致了电流脉动。 当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致 当电流下降时， 电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚 未触发，于是形成电流断续。 2-4 看 P14 图简述 V-M 调速系统的最大失控时间。 14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在 t2>t1 时刻，控制电压发生变 化，但此时晶闸管已导通，故控制电压 的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点 t3 时刻到来时， 控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导 通。t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑 t2=t1 时的失控时 间。 2-5 简述 V-M 调速系统存在的问题。16 答：整流器晶闸管的单 向导电性导致的电动机的不可逆行性。 整流器晶闸管对过电压过电流 的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。 整流器晶闸管基于对其门极 的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。 2-6 简述不可逆 PWM 变换器 （无制动电流通路与有制动电流通路） 各个工作状态下的导通 器件和 电流通路。17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作 为最高转速。 2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态 性能指标） 。 2-8 一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还 能满足所需静差率的转速可调范围） 。 2-9 简述转速反馈控制的直流 调速系统的静特性本质。 答：在闭环系统中，每增加（或减少）一点 负载，就相应地提高（或降低）一点电枢电压， 使电动机在新的机械 特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各 取 一个相应的工作点连接而成的。 2-10 简述比例反馈控制的规律。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统； 反馈 控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定） ； 反馈1.编写 一个函数fun,它的功能是:实现两个字符串的连接(不使用库函数 strcat),即把p2所指的字符串连接到p1所指的字符串后。 实现两个字符串连接

2022学年9月《电机驱动与调速》复习题

2022学年9月《电机驱动与调速》复习题

2022学年9月《电机驱动与调速》复习题一、单选题（）1、可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无静差调速的是A、比例控制B、积分控制C、微分控制D、比例微分控制正确答案：B2、【单选题】SVPWM控制方式与一般的SPWM相比较,输出电压最多可提高()。

A、8%B、14.1%C、17.3%D、15%正确答案：D3、数字PI调节器考虑限幅时,需要同时设置积分限幅和输出限幅的是( )式数字PI调节。

A、增量B、饱和C、位置D、绝对答案：C4、【单选题】数字PI调节器考虑限幅时,需要同时设置积分限幅和输出限幅的是( )式数字PI调节。

A、增量B、饱和C、位置D、绝对正确答案：C5、相对于模拟控制系统,微机数字控制系统最大的特点是( )。

A、系统易于稳定B、物理概念清晰的特点C、调节器易于实现D、离散化特点答案：D6、调速系统在调试过程中,保护环节的动作电流应调节成。

A、熔断器额定电流大于过电流继电器动作电流大于堵转电流B、堵转电流大于过电流继电器电流大于熔断器额定电流C、堵转电流等于熔断器额定电流正确答案：A7、【单选题】转速、电流双闭环直流调速系统起动过程包括了三个特点,但是不包括( )。

A、准时间最优控制B、最大允许电流起动C、饱和非线性控制D、转速有超调正确答案：B8、【单选题】可逆调速系统中的静态环流包括直流( )环流和瞬时( )环流。

A、脉动、平均B、脉动、脉动C、平均、脉动D、平均、平均正确答案：C9、常用的数字滤波方法不包括( )。

A、算术平均值滤波B、中值滤波C、中值平均滤波D、几何平均值滤波正确答案：D10、【单选题】若被控对象为三个惯性环节的系统,欲将其校正成本课程选用的典型I型系统,需要引入( )调节器。

如果三个惯性环节中有两个惯性环节的时间常数很小,则可以通过大惯性环节的简化处理,采用( )调节器将其校正为典型II型系统。

A、PI、PIDB、PID、PIDC、PI、PID、PID、PI正确答案：B11、【单选题】直流电力拖动控制系统和交流电力拖动控制系统比较,( )流电力拖动控制系统的数学模型简单;( )流电力拖动控制系统调节器的设计简单。

第2章转速反馈控制的直流调速系统

第2章转速反馈控制的直流调速系统
（1）调节电枢供电电压； （2）减弱励磁磁通； （3）改变电枢回路电阻。
自动控制的直流调速系统往往以变压调 速为主。
（1）调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ；
n0
保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN U
U n ， n0
调速特性：
O
转速下降，机械特性
曲线平行下移。
nN
n1
UN
当电流断续时，由于非线性因素， 机械特性方程要复杂得多。
电流断续区与电流连续区的分界线
是 2 的曲线，当 2 时，电
流便开3始连续了。
3
——一个电流脉波的导通角。
1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器
在干线铁道电力机车、工矿电力机 车、城市有轨和无轨电车和地铁电机车 等电力牵引设备上，常采用直流串励或 复励电动机，由恒压直流电网供电，过 去用切换电枢回路电阻来控制电机的起 动、制动和调速，在电阻中耗电很大。
在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可 能只靠电容器来限制泵升电压，这时，可以采 用下图中的镇流电阻 Rb 来消耗掉部分动能。 分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许 数值时接通。
泵升电压限制电路
+
Us
+ CC
过电压信号
-
Rbb VVTTbb
泵升电压限制（续）
对于更大容量的系统，为了提高效率， 可以在二极管整流器输出端并接逆变器， 把多余的能量逆变后回馈电网。当然，这 样一来，系统就更复杂了。
PWM系统的优越性
主电路线路简单，需用的功率器件少；
开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损 耗及发热都较小；
低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；

22稳态调速性能指标及直流调速系统的机械特性


开环系统的静差率为 sop 当 n0op n0cl 时，
nop n0op

scl
sop 1 K
（2-49）
（3）如果所要求的静差率一定，则 闭环系统可以大大提高调速范围

如果电动机的最高转速都是nN，最低速静 差率都是s，可得 nN s 开环时， Dop nop (1 s)


假定主电路电流连续，动态电压方程为 dI U d 0 RI d L d E (2-34) dt 忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为
GD 2 dn Te TL 375 dt
(2-35)

额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为
E Ce n
Te Cm I d
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) T1 s 1
(2-40)

电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d ( s) I dL ( s) Tm s
(2-41)
图2-21 额定励磁下直流电动机 的动态结构框图
(a)电压电流间的结构框图 (b)电流电动势间的结构框图 (c）直流电动机的动态结构 框图
(2-46)
式中，n0op 表示开环系统的理想空载转速， nop 表示开环系统的稳态速降。

比例控制闭环系统的静特性为
n
* K p K sU n
Ce (1 K )

RI d n0cl ncl Ce (1 K )
(2-47)
式中， n0cl 表示闭环系统的理想空载转速， ncl 表示闭环系统的稳态速降。
图2-18 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
电压比较环节

(完整版)电力拖动自动控制系统的重点复习

1.运动控制系统是由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。

2.V-M系统：晶闸管整流器—电动机调速系统；SPVWM：电压空间矢量PWM控制3.直流PWM调速系统：脉宽调整变换器—直流电动机调速系统；脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速4.泵升电压：当系统工作在逆变状态时，会对滤波电路中滤波电容进行充电，使电容两端电压升高5.静特性：表示闭环系统电动机转速与负载电流（转矩）间的稳态关系6.有静差调速系统：在比例控制调速系统中，存在扰动引起的稳态误差；7.无静差调速系统：对于积分控制和比例积分控制系统，由阶跃扰动引起的稳态误差为0；8.电流截止负反馈：当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。

9.准时间最优控制：在设备物理上的允许条件下，实现最短时间的控制；10.双闭环调速系统：在电流、转速反馈控制系统中，从闭环结构上看，由电流环在里面构成的内环和由转速环在外面构成的外环，两个闭环构成的控制系统称作双闭环调速系统；11.可逆调速系统：可以实现电机正反转，具有四象限运行功能的调速系统称为可逆调速系统；12.环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流（1）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。

瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

（2）动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。

课件1-2调速系统性能指标

12调速系统性能指标学习内容121调速系统概述122调速控制系统的性能指标121调速系统概述电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备所以需要根据工艺要求调节其转速
1.2 调速系统性能指标
学习内容
• 1.2.1、调速系统概述 • 1.2.2、调速控制系统的性能指标
1.2.1、调速系统概述
• 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所
一、稳态性能指标
1) 调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转
速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围,用字母D
表示，即：
nmax nN D nmin nmin
nN ：额定转速
2) 静差率
当系统在某一转速下稳定运行时，负载由理 想空载增加到额定负载时所对应的转速降落 nN ，与理想空载转速n0之比，称作静差率s， 它与机械特性硬度有关，该数值越小，说明电 机稳定性越好即： n N (1-3) s n0 或用百分数表示 ： nN s 100% n0 式中 nN = n0 - nN
调速范围与转差率关系
nN nN s n0 nmin nN
由
推导：
nmin
nN (1 N s D nmin nmin nN (1 s)
本节内容总结
• 1、调速系统概述 • 2、调速控制系统的性能指标：调速范 围D、转差率S 、机械特性硬度
以需要根据工艺要求调节其转速。
• 将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称
之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统
就被称为是调速系统。
交流与直流调速系统
• 目前调速系统分交流和直流调速系统，直流调速 系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具 有良好的动态性能。 • 但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的 交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流 调速系统发展趋势。

第2章 转速反馈控制的直流调速系统


2.1 直流调速系统用的可控直流电源
2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统
PWM变换器
电源 电压
电枢 电压
主电路原理图
续流二极管
2.1 直流调速系统用的可控直流电源 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统（不可逆调速系统）
U d
ton T
Us
U s
电压和电流波形
改变占空比 ，即可改变直流电动机电枢平
275 1000 275
0.216
21.6%
这已大大超过了5%的要求，更不必谈调到最低 速了。
如果要求D = 20，s ≤ 5%，则可知
nN
nN s D(1 s)
1000 0.05 r / min 20 (1 0.05)
2.63r / min
由 上 例 可 以 看 出 ， 开 环 调 速 系 统 的 额 定 速 降 是 275 r/min，而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百 倍！
机械特性
负载机械特性 n f (Tl ) 电动机机械特性 n f (T )
固有机械特性
人为机械特性
转速n 、转矩T都有正、负值 ,要选定参考正方向。
n
正向制动
正向电动
T 0
T 0
n0
n0 T
0
反向电动
反向制动
T 0 n0
T 0 n0
电力拖动系统稳定运行条件
直流电动机的结构及其工作原理
直流电动机的开环稳态转速表达式
2.1 直流调速系统用的可控直流电源
➢发电机-电动机系统 （简称G-M系统）
➢晶闸管整流器-电动机系统 （简称V-M系统）
➢直流PWM变换器-电动机系统
G-M系统
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I dom R 305 × 0.18 Δnnom = = = 275r / min Ce 0.2
二、开环调速系统的性能和存在的问题
例题：某龙门刨床工作台拖动 直流电机Z2－93型， 60KW,220V,305A,1000r/min， 要求D=20,S<5%.
I R 305 × 0.18 Δnnom = dom = = 275r / min Ce 0.2
解
在要求s≤ 30%时，允许的调速范围为
nN s 1430 × 0.3 D= = = 5 .3 Δn N (1 − s ) 115 × (1 − 0.3)
若要求s≤ 20%，则允许的调速范围只有
1430 × 0.2 D= = 3.1 115 × (1 − 0.2)
例题2-1某直流调速系统电动机 额定转速为nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min 当要求静差率s≤30%时，允许多大的调速范围？ 如果要求静差率s≤ 20%，则调速范围是多少？ 如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？ 解 在要求s≤ 30%时，允许的调速范围为 要求s≤ 20%，则允许的调速范围只有
D= nN s = 5 .3 Δn N (1 − s )
D=
1430 × 0.2 = 3.1 115 × (1 − 0.2)
若调速范围达到10，则静差率只能是
DΔn N 10 × 115 s= = = 0.446 = 44.6% n N + DΔn N 1430 + 10 × 115
课堂习题
某变电压闭环调速系统的调速范围是1500转/ 分～100转/分，要求静差率S=2%,则允许的静态 速降是？
0
nnom S D= (1 − S )Δnnom
max 0min min
Δnnom
Ud04 Ud03 Ud02 Ud01 Te
TL
例题2-1 某直流调速系统电动机
额定转速为nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min 当要求静差率s≤30%时，允许多大的调速范围？ 如果要求静差率s≤ 20%，则调速范围是多少？ 如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？
答案பைடு நூலகம்
nmax 1500 = = 15 D= 100 nmin
nnom S nmax S 1500 × 2% Δn = = = = 2.04 D( 1 − S ) D( 1 − S ) 15 × ( 1 − 2%)
二、开环调速系统的性能和存在的问题
A GT M
调速范围
放大器
静差率 矛盾
uct = k u
§2.2 稳态调速系统性能指标和机械特性
2.2.1 转速控制的要求和调速指标 调速系统转速控制的要求： 1)调速 2)稳速 3)加、减速 最高、最低转速；有级/无级调速 静态 动态
§2.2 稳态 稳态调速系统性能指标和机械特性 一、转速控制的要求和调速指标 1)调速 （一）调速范围
nmax D= nmin
（二）静差率
2)稳速 3)加、减速
Δnnom
Δnnom S= × 100% n0
L
§2.2 稳态调速系统性能指标和机械特性
一、转速控制的要求和调速指标
n D = max （一）调速范围 nmin Δnnom （二）静差率 S= × 100% n0
（三）调速范围与静差率的关系 nmax为额定转速nnom n0为n0min
u − Id R n = d0 Ce * p s n
Ud0 − Id R k k u RI d = − n= Ce Ce Ce
二、开环调速系统的性能和存在的问题
调速范围
静差率 矛盾
A
GT
M
例题2-2：某龙门刨床工作台拖动直流电机Z2－ 93型，60KW,220V,305A,1000r/min，要求 D=20,S<5%.采用V-M系统，已知主回路总电阻R ＝0.18 Ω ，电动机Ce＝0.2Vmin/r,则当电流在 额定负载下的转速降落为
A
GT
M
开环系统的机械特性连续段在额定转速时的 静差率为
S nom = Δnnom nnom + Δnnom 275 = = 21.6% > 5% 1000 + 275
Δnnom
Δnnom S= > S nom n0 min
* p n
晶闸管整流器与触发装置 V-M系统开环机械特性
ud 0 = k s uct
ud 0 − I d R n= Ce
二、开环调速系统的性能和存在的问题
A GT M
调速范围
静差率 矛盾 *
* n
放大器
uct = k p Δu
un
uct
ud
Id R
1 Ce
n
晶闸管整流器与触发装置 ud 0 = k s uct V-M系统开环机械特性