电力拖动自动控制系统习题集及解答

电力拖动自动控制系统习题集及解答（内部参考资料）支长义编郑州大学电气工程学院第一章习题集及解答1－1、改变给定电压是否能够改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速机励磁发生变化，系统有没有克服这种扰动的能力？解：不管开环或是闭环调速系统，转速对给定是惟命是从的，所以*nU变必然导致n变。对于有静差系统：)1()1(*KCRIKCUKKnedensp分压比的变化即α的变化K的变化，在*nU不变时，n必然变化，（或者nUn**nUn,α变n变），测速机的励磁变化等效于α的变化，所以n不必然变化，故系统没有克服这种扰动的能力。1－2、某调速系统的调速范围是1500～150rpm，要求是S=2%,那么，系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的100opn,则开环系统的开环节放大倍数应有多大？解：由)1(snsnDnom知：闭环允许的速降为rpm398.01002.01500,如果开环100opn，则闭环系统的开环放大倍数应大于等于：3.32131001clopnnK。1－3、有一V-M调速系统，电动机参数为nomP=2.5KW,nomU=220V，nomI=15A，nomn=1500rpm,aR=2Ω,整流装有置内阻为：recR=1Ω,sK=30,要求：D=20，S=10%。试求：1、计算开环系统的稳态速降和调速系统允许的稳态速降。2、画出转速负反馈系统的稳态结构。3、当*nU＝20V时，n＝1000rpm,则转速反馈系数应为多少？4、系统开环放大系数是多少？比例放大器放大倍数是多少？5、若主电路电压L=60mH,2GD=1.8,2Nm整流电路为三相零式，则满足D、S的转速负反馈系统能否稳定运行？为了保证稳定，允许最大的开环放大倍数是多少？6、如果增设电流截止环节，要求dlI≤2nomI,dcrI≤1.2nomI,sR=?,comU=?若要求电流反馈电阻),(31arecsRRR如果做不到，须增加电流放大器，试计算电流反馈放大倍数ifK，comU和sR各为多少？画出系统的原理图和静态结构图。7、如果转速负反馈系统的整流装置采用三相零式电路，主电路平波电抗器的选择要保证最小电流为20％nomI时仍能连续，系统GD2=2.94Nm2。按D=20，S=5%设计的系统能否稳定运行？如果系统不能稳定运行，对系统过行动态校正，并计算调节器参数？8、如果改用电压负反馈，能否达到题中所给的调速要求？若放大器Kp不变，max*nU=30V，在S=30%时，采用电压负反馈最多能够达到多大的调速范围？9、如果采用电压负反馈和电流正反馈，能否满足题中所给的调速要求？参数如何选择？试画出系统的静态结构图。解：1、nomanomnomenRIUC＝（220－15×2）＝0.127rpm开环系统的稳态速降为：enomopCRIn=15×(2+1)/0.127=354.33rpm满足调速要求所允许的稳态速降为：)1(SDSnnnomcl=8.33rpm；2、采用转速负反馈系统的稳态结构图为：3、在稳态时，*nUnnUn*=20/1000=0.02V/rpm。4、1clopespnnCKKK＝354.33/8.33-1=41.54sepKKCK=41.54×0.127/(30×0.02)=8.79。5、由于RLTl＝0.06/(2+1)=0.02s，mfTs21=1/(2×3×50)=0.00333s30**375*22emCRGDT=0.09349s所以系统临界稳定slsslmTTTTTTK*)(2＝32.89,要满足D、S的要求K≥41.54，故系统不能稳定运行。6、scomnsspcomnspdblRUURKKRUUKKI**)(≤2×15AscomdcrRUI≥1.2×15取dcrI＝1.2×15＝18AnomnnU*＝0.02×150030V1230,30*sscomsnRARURU，sR≥2.5Ω，取sR＝2.5Ω，则comU＝45V，如果要求1)(31arecsRRR，取sR＝1Ω，则comU＝18V，ifK＝45／18＝2.5系统的原理图和静态结构图为：7、L＝1.46×220/(0.2×15)=107.07mHRLTl=0.109707/3=0.0357smfTs21=1/(2×3×50)=0.0033smemCCRGDT3752=2.94×3×π/(375×0.1272×30)=0.1527s系统稳定的K为：slsslmTTTTTTK2)(＝[0.1527(0.0357+0.0033)+0.00332]/0.0357×0.0033=50.18enomopCRIn=15×3/0.127=355rpm)1(SDSnnnomcl=1500×0.05/[20(1-0.05)]=3.947rpm满足D、S时：94.881947.33551clopnnK所以稳态要求K≥88.94，而稳定时K≤50.67,故系统不能稳定运行。对象传递函数为：)100333.0)(1058.0)(1095.0(94.88)1)(1()(2SSSSTSTSTTKsWsmlm13121130013,24.1712,53.1011STWSTWSTWdBK98.38lg20,校正环节为：SKSp11，取11115,095.0SWSTc则：ccccpWWKWWK085.0lg20095.0lg20lg20)lg(20)lg(2012085.0*095.01cpWKK，362.015*085.0*127.002.0*30*085.0*095.0122csWK取0R＝20KΩ，101RR,KRR249.5362.020*095.0011,fRC1.1810*0181.020362.0301,110031STWsc满足近似条件。校正后的传函为：)1)(1(2STSTSCKWsess。88.43)()(90121cscWTtgWTtg，)()(90180121WTtgWTtgssssTTWWTTWTtgWTtg222212110190dBTKCKCWTWTWCKKssesees2700333.0*02.0*30127.0*362.0lg20lg20lg20)lg20lg20)lg(20(2228、由静态性：edadrecenspCIRKCeIRKCUKKn)1()1(*仅由电枢电阻产生的速降：33.8min/2.236rCIRnenoma，故电压达不到题中的调速要求。97.351364.0maxmaxspnomnnomnKKKUUUU7.2)1(min/42.239)1(SnSnDrCIRKCIRnnomenomaenomrec9、deadespdesrecenspICRIKCKKIKCRRKCUKKn)1()1()()1(*min/33.8)1()1()(rICRIKCKKIKCRRnnomeanomespnomesrec若使eaespCRCKK，则系统完全与转速负反馈相同。spaKKKR)1(则36.2733.81KICRRKnomesrec28.033.8)()1(;136.0;max*KCIRRRKKKRUUKKKenomsrecaspanomnsp33.8)1()(nomesrecIKCRR1-4、某机械采用下图的晶闸管励磁、发电机组供电的直流调速系统，发电机的额定功率为110KW，电动机的额定功率为100KW。系统采用电压负反馈和电流截止负反馈控制，电流信号取自发电机和电动机的附加极绕组SGR与SMR，试画出该系统的稳态结构图并推导系统的静特性方程式。其中BR为发电机励磁回路总电阻，Kf为发电机放大系数，SGR为发电机电枢电阻，SMSGsRRR，aMR为电动机电枢电阻，为电流反馈系数，为电压反馈系数，comU为电流截止负反馈回路稳压管的反向击穿电压。解：静态特性为：UUUUidn*，ctpUUK，ctsfUKU，fBfiRU，ffGOiKU，ddsaGGOUIRRU)(nCIUedd,当dcraII时，comdsiUIRU；当acraII时，0iU。故其静态结构图如下：通过结构图变换得静特性方程为：当dcrdIIdeaMdesaGneBfspICRIKCRRUkCRKKKn)1()1(*dcrdII时：deamdeBsfspsaGcomneBfspICRIKCRRRRKKKRRUUKCRKKKn)1()()1(20*1-5、已知数据，发电机为min,/1480,158,305,48rnAIVUKWPGnomGnomGnomGnom励磁电压,02.0,05.0,127sGaGBnomRRVU电动机：KWPMnom40，02.0,04.0min,/910,148,300sMaMMnomMnomMnomRRrnAIVUVUn4max*，设置放大器限幅值为VUctm8，要求D=10，S=20%，堵转电流为：,2.2MnomdblII截止电流MnomdcrII5.1。试求：1、计算系统所允许的稳态速降2、计算各环节的传递函数3、决定放大器结构和放大系数Kp4、计算比较电压Ucom，并选用稳压管5、分析Kp、β、Ucom等参数的变化对系统静特性的影响6、为什么主回路中设有串入平波电抗器解：1、VVnRRIUCMnomsMaMMnomMnomemin/.32.0)(，系统允许的稳态速降为：min/8.228.0*102.0*910)1(rSDSnnMnomcl2、88.15ctmBsUUK，VRRIUUsGaGGnomGnomGO06.316)(，49.2,12706.316BfBBBGOfGOfRKRRUUiUK电压反馈系数的计算：根据稳态时OnUU*，0135.04max*sMMnomMnomdnomnRIUUU。3、如果采用P调节器，则电动机的速降：7.88.22)1(KICRIKCRRnMnomeaMMnomesaGnom，所以用P放大器可以满足要求，且3.16BfspRKKKK，设运算放大器的输入电阻R0=20KΩ，则放大器反馈电阻R1=Kp*R0=16.3*20=326KΩ,当然采用PI调节器时，被反馈环包围的速降为0，只有没有不被反馈包围的速降min/5.18rICRMnomeaM，能满足要求，在实际中常采用准PI调节器，那么准PI调节器的参数Kp也可以为16.3。4、nomcomnGMfsspsaGBfspdblIUUKRRBKRKKRRRKKKI2.2)()1(*再将：MnomsdcrscomIRIRU5.1*代入上式得9.0，于是VIRUMnomscom85.1*，可选2CW15稳压管，其击穿电压为7～8.5V,两只对接。5、Kp↑工作段特性变硬，Ucom不变，↓→下垂段特性的n0不变，dblI增大，不变，Ucom↓→下垂段特性的n0减小，dblI减小。6、于发电机的附加励磁绕组是一个大电感，足以克服电流的脉动，所以不需在主回路接入平波电抗器。1-6、在下图所示的转速负反馈单闭环系统中，已知数据有：电动机：nomP=2.2KW,nomU=220V,nomI=12.5A,nomn=1500rpm,aR=1Ω。整流电源