哈尔滨工程大学函授2012级电力拖动自动控制系统作业解析

电力拖动习题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特性？解：省掉了平波电抗器，电磁时间常数小；开关频率高，时间响应滞后时间短，动态响应加快，抗干扰能力增强，提高了系统动态性能。

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。

解：制动时：当U g1为正时，由于VD 1的续流作用，VT 1不能导通，U g2为负，VT 2截止；当U g1为负时，VT 1截止，此时U g2为正，VT 2导通。

1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静态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？解：调速范围：生产机械对电动机所提出的最高转速n max 与最低转速n min 之比叫做调速范围，用字母D 来表示。

n max 与n min 通常指额定负载下的转速。

静差率：负载由理想空载增加到额定负载所产生的转速降落Δn N ，与理想空载转速n 0的比值，称作静差率，用字母s 表示，一般用百分数表示调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系如下式：()s n s n D N N -∆=1最低转速越高，对应s 值越小，当要求的s 值一定时，如果没有调速范围限制，可以容易的通过提高最低转速来满足对s 的要求。

1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max =1500r/min, 最低转速特性为n 0min =150r/min ， 带额定负载时的转速降落Δn N =15r/min ，且在不同转速下Δn N 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解： =∆-∆-==N N n n n n n n D min 0max 0min max NN N n D n n D s ∆+∆= 1-5某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统容许的静态速降是多少？如果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：()()min /06.38.9301150150015001r s s s D s n n N b ==-=-⨯=∆ 1-∆∆=b k n n K 1-6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 ，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：()128111=+∆=∆K n n b k ()13.4122=+∆=∆K n n k b 扩大的倍数为： 937.121=∆∆b b n n 1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速n N =1500r/min ，开环转速降落Δn Nop =240r/min ，若要求系统的静差率由10%降到5%，则系统的开环增益将如何变化？解：()8.2711.01.01n D Nop 1=-⨯-∆=N n K ()8.59105.005.012=-⨯-∆=N Nop n n D K1-8转速单闭环调速系统有哪些特点？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，调节测速反馈电位器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？解：闭环调速系统可以得到比开环调速系统硬的多的稳态特性，从而在保证一定静差率要求的情况下，能够提高调速范围，代价是增设放大器以及检测和反馈装置。

改变给定电压可以改变电机的转速，给定改变时，偏差改变，变流器输出改变，电机转速改变；给定不变，调反馈分压比可以改变电机转速，理由同上；测速机励磁变化对转速的影响，无法克服，效果相当于改变反馈电位器分压比，转速变化是必然的。

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、测速发电机的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？解：其中电网电压变化、电动机励磁电流变化、电枢电阻变化等反馈闭环都能调节，因为它们都作用在闭环所包围的前向通道上；而测速发电机励磁变化对转速的影响闭环无法调节，因为它作用在反馈环之外。

1-10有一V-M 调速系统，电动机参数为：P N =2.2kW ，U N =220V ，I N =12.5A ，n N =1500r/min,电枢电阻R a =1.2Ω,整流装置内阻R rec =1.5Ω，触发整流环节的放大倍数K s =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Δn op 和调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。

（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U n *=15V 时，I d =I N ，n=n N ，则转速反馈系数α应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。

解：（1）r V n I R U C N N a N e m in/137.015005.122.1220∙=⨯-=-=()()min /35.246137.05.125.12.1r C I R R n e N rec aop =+=+=∆ ()()min /33.81.01201.015001r S D s n n N cl =-⨯=-=∆ （2）3）可近似计算为：r V min/01.0150015∙==α r V n K K nC R I n U s p e N n min/00961.015003564.11137.015007.25.1215∙=⨯⨯⨯+⨯-=+-=*α 4）57.28133.835.2461=-=-∆∆=cl opn n K 64.1100961.035137.057.28=⨯⨯==αs e p K KC K 1-11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I dbl ≤2I N ，临界截止电流I dcr ≥1.2I N ，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土图，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： s s N s dcr com R R I R I U 152.1===()s com N com nm dbl com nm s R U I U U I U U R 6.06.01504.02+=+=+=+=**Ω=5.1s R VU com 5.22=()Ω=+=9.031'rec a s R R R V I U N com 5.132.19.0'=⨯=()[]()23.0'2'2'=++=--*s p rec a s N com s N if nm K K R R R I U R I K U ()64.1'223.0'=--=*com s N nm if U R I U K 1-12某调速系统原理图如图1-58，已知数据如下：电动机：P N =18kW ，U N =220V ，I N =94A ，n N =1000r/min,电枢电阻R a =0.15Ω,整流装置内阻R rec =0.3Ω，触发整流环节的放大倍数K s =40。

最大给定电压U nm *=15V ，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压U in =10V 。

设计指标：要求系统满足调速范围D=20，静差率s≤10%，I dbl ≤1.5I N ，I dcr ≥1.1I N 。

试画出系统的静态结构框图，并计算：(1) 转速反馈系数α。

(2) 调节器放大系数Kp 。

(3) 电阻R 1的数值。

（放大器输入电阻R 0=20kΩ）(4)电阻R 2的数值和稳压管VS 的击穿电压值。

解：（1）r V n R I U C N a N N e min/2.0100015.094220∙=⨯-=-=r V K n K K nC R I n U p s p e N n min/0145.01000352.0100045.09415∙=⨯⨯⨯+⨯-=+-=*α 近似计算为： r V n U N nm min/015.0100015∙===*α （2）()()min /5.2112.0943.015.0r C I R R n e N rec a op =+=+=∆()()m in /56.51.01201.010001r S D s n n N cl =-⨯=-=∆ 371=-∆∆=cl op n n K 9.12==αse p K KC K （3） Ω=Ω⨯==k k R K R p 2552075.1201 （4） A V I U dbl im /071.0945.110=⨯==β V I U dcr VS 4.7941.1071.0=⨯⨯==β()()Ω=⨯-=-=*k U R U U R nm VS im 247.315204.71001-13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。

解：放大器放大系数、供电电网电压波动能够调节，因为作用在反馈环的前向通道上；电枢电阻变化、电动机励磁电流变化及电压反馈系数变化无法调节，作用在反馈环外。

1-14有一V-M 调速系统，已知：电动机：P N =2.8kW ，U N =220V ，I N =15.6A ，n N =1500r/min,电枢电阻R a =1.5Ω,整流装置内阻R rec =1Ω，触发整流环节的放大倍数K s =35。

（1）系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s 值。

（2）当D=30，s=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=30，s=10%，在U n *=10V 时I d =I N ,n=n N ，计算转速反馈系数α和放大器放大系数Kp 。

（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U n *=10V 时I d =I N ,n=n N ，并保持系统原来的开环放大系数K 不变，试求在D=30时的静差率。

解：（1） r V n R I U C N a N N e min/13.015005.16.15220∙=⨯-=-=()()min /30013.06.1515.1r C I R R n e Nrec a op =+=+=∆min /50301500min r n ==%7.8530050300min =+=∆+∆=op op n n n s （2）()()min /56.51.01301.015001r s D s n n N cl =-⨯=-=∆ （3） r V min/007.0150010∙==α 52156.53001=-=-∆∆==cl op e s p n n C K K K α6.27007.03513.05252=⨯⨯=⨯=αs e p K C K （4） min /18013.06.155.1r C I R n e N a op =⨯==∆()()min /26.252113.06.1511r K C I R n e N rce cl =+⨯=+=∆ min /26.18226.2180r n n n cl op =+=∆+∆=∆%5.786.182506.182min =+=∆+∆=n n n s 1-15在题1-10的系统中，若主电路电感L=50mH ，系统运动部分的飞轮惯量GD 2=1.6N·m2，整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数K 是多少？解： r V n I R U C N N a N e m in/137.015005.122.1220∙=⨯-=-=A m N C C e m /31.1137.03030∙=⨯==ππ Ω=+=+=7.25.12.1rec a R R R s R L T l 0185.07.210503=⨯==-s C C R GD T m e m 0642.031.1137.03757.26.13752=⨯⨯⨯==s T s 00333.0=()()9.2200333.00185.000333.000333.00185.00642.022=⨯++=++∠s l s s l m T T T T T T K 在题1-10中，为满足静态指标要求，求出 57.28≥K ，但系统不稳定； 9.22∠K 时系统才稳定。