《电力拖动自动控制系统》陈伯时机械工业出版社第三版课后答案习题解答

课后答案网－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—电动机系统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。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：在制动状态中，di为负值，VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使U1g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di反向，VD2截止，在ont£t＜Ｔ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T£t＜Ｔ+ont时，VT2关断，-di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di经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，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。１－３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：生产机械要求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Ｄ表示，即Dnmaxnmin其中，maxn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行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s，即sDnNn0或用百分比表示sDnNn0100%课后答案网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DnNn0DnNnminDnN∴nminDnNs-DnNDnmaxnmin(1-s)DnNsnNSDnN(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，DnN值一定，如果对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够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。１－４某一调速系统，测得的最高转速特性为nOmaxnOmin1500r/min，最低转速特性为150r/min，带额定负载时的速度降落DnN15r/min，且在不同转速下额定速降DnN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？解系统能够达到的调速范围为Dnmaxnmin1500150-1511系统允许的静差率snNDDnNDDnN100%111515001115100%10%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%，那么系统允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？解因为sDnNn0DnNnminDnN3.06r/min所以DnN因为Dnclnmins1-sDnop1K1500.021-0.02课后答案网所以DnopDncl-11003.06-131.7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（1）因为DnclRIdC（1+K）e所以RIdCeDncl（1+K）=8（1+15）=128则DnclC（1+K）130eRId1284.13r/min（2）由DnNSDn(1-S)N，可知在s和nN不变的情况下，D只与DnN有关调速范围扩大1.94倍。1－7DnNop化？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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解；当s=10%时，DnN此时KnNs15000.18.33r/minD（1-s）20（1-0.1）DnopDncl-1当s=5%时，DnN此时KDnopDncl2408.33nNs-127.815000.053.95r/minD（1-s）20（1-0.05）-12403.95-159.81—8则若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将变大。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，其被被调量仍是有静差的。②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。课后答案网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抑制，反而会增大被调量的误差。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：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。因为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。因为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抑制，反而会增大被调量的误差。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—10nN有一V—M调速系统。电动机参数为：PN2.2kW，UN220V，NI12.5A，1500r/min，电枢电阻Ra1.2Ω，整流装置内阻Rrec1.5Ω，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Dnop和调速要求所允许的闭环静态速降Dncl。（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CeUN-INRanN220-12.51.215000.1367V⋅min/r则开环系数额定速降为DnopINRCe12.5（1.2+1.5）246.9r/min0.1367额定负载时的稳态速降应为DnclnNs£15000.1D（1-s）20（1-0.1）8.33r/min（2）系统的静态结构框图如下所示课后答案网*Un+-∆UnnUnUcUd0Kss+-IdREnKp1/Cea转速负反馈系统的原理图+-+--*Unn∆UUnUn瀀n+AUcGT+UPE-IIdd+UddMM-n++-UtgtgTGT-（3）当Un15V时，IdIN，n=nN，则转速负反馈系数a应该是**aUnn*UnnN1515000.01（4）闭环系统的开环放大系数应为KDnopDncl-1246.98.33-128.64运算放大器所需的放大倍数KPKaK/CSe28.640.0135/0.136711.19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Idbl截止电流Idcr£2IN，临界³1.2IN，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？课后答案网*IdblIdcrUcomRSUn解：因为UcomRS£2IN³1.2IN*且Un=15V，计算可得Rs1.5Ω，Ucom22.5V*IdblIdcrUnUcomRSUcomKRS£2IN³1.2IN1—12某调速系统原理图如图1-58所示，已知数据如下：电动机；NP18kW，NU220V，IN94A，nN1000r/min，Ra0.15Ω，整流装置内阻Rrec0.3Ω，触发整流环节的放大倍数Ks40。最大给定电压Unm反馈电压Uim10V*15V，当主电路电流达到最大值时，整定电流设计指标：要求系统满足调速范围D=20，静差率s£10%，dblI试画出系统的静态结构框图，并计算：（1）转速反馈系数a。（2）调节器放大系数Kp。（3）电阻R1的数值。（放大器输入电阻R020kΩ）（4）电阻R2的数值和稳压管VS的击穿电压值。解：（1）转速负反馈系数a应该是*aUnn*UnnN1510000.0151.5NI，。dcrI1.1NI。（2）先计算电动机的电动势系数CeUN-INRanN220-940.1510000.2059V⋅min/r则开环系数额定速降为DnopDnclINRCenNs94（0.15+0.3）205.4r/min0.205910000.1£5.56r/minD（1-s）20（1-0.1）课后答案网DnopDncl-1205.45.56-135.9运算放大器所需的放大倍数KPKaK/CSe35.90.01540/0.205912.3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g。答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。电动机励磁电流、电枢电阻Ra发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反馈环外。当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从