電力拖動自動控制系統(tǒng)(第四版)習題答案

1、.電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)習題 2-2 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 1000100r/min，要求靜差率 s=2%，那么系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降是 多少？ 解：系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降 sn002100minnN=204(rmin)(1s)(1002)2-5 某龍門刨床工作臺采用晶閘管整流器-電動機調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動機=60kW，PNU N=220V，IN=305A，nN =1000 rmin， 主 電 路 總 電 阻R=018，Ce=02Vminr，求：（1）當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉(zhuǎn)速降落n為多少？N （2）開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率 s 多少？ N （3）額定負載下的轉(zhuǎn)速降

2、落 n 為多少，才能滿足 D = 20, s 5% 的要求。 N 解：（1）當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉(zhuǎn)速降落 IR305018N n = = = 274 5( r min ) N C02e （2）開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率 n2745N s=0215=215%Nn+n1000+2745NN（3）額定負載下滿足D=20,s5%要求的轉(zhuǎn)速降落ns1000005N n=263(rmin)ND(1s)20(1005)*2-6 有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示，已知給定電壓Uu=88V,比例調(diào)節(jié)放大系數(shù)K=2,晶閘管裝置放大系數(shù)K=15,反饋系數(shù)=07。求：ps（1）輸出電壓U

3、；d （2）若把反饋線斷開， U 為何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)時的多少倍？ d （3）若把反饋系數(shù)減至 = 0.3 5 U 應為多少？ u 解：（1）輸出電壓 KK215ps*U=U=88=12(V)；du1+KK1+21507ps* （2）若把反饋線斷開，U=KKU=21588=264 (V)；開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)dpsu時的26412=22倍。（3）若把反饋系數(shù)減至=0.35，當保持同樣的輸出電壓時，給定電壓1+KK1+215035*psU=U=12=46(V)。udKK215ps；.UIR22012.51.5Nd a解：（1）C=0.1341Vmin/re n1500N RI12.5

4、(1.5+1.0+0.8)N n = = = 307.6 r / min op C0.1341e ns15000.1N n = = 8.33 r / min cl D(1s)20(10.1)（2） （3） n307.6op （4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為K=1=1=35.93n8.33cl K35.93運算放大器所需的放大倍數(shù)K=13.77pK/C350.01 / 0.1341se解： R =4.8R/R =0.31251 / 3s圖見 49 頁解：計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)L0.05電磁時間常數(shù)T=0.02slR1.5+1.02GDR1.6(1.5+1.0+0.8)機電時間常數(shù)T=0.082

5、sm 375CC30e m 3750.13410.1341 晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為T=0.00167ss為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足的穩(wěn)定條件：22T(T + T)+T0.082(0.02+0.00167)+0.00167m lssK=53.29TT0.020.00167l s可以穩(wěn)定運行，最大開環(huán)放大系數(shù)是 53.292-12 有一晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機=2.8kW，UN=220V，IN=15.6A，PNnN =1500 rmin，R=15，整流裝置內(nèi)阻 R = 1，電樞回路電抗器電阻R=08，arecL觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K=35。求：s （1）系統(tǒng)開環(huán)時，試計算調(diào)速范圍 =

6、 30 D 時的靜差率 s。 （2）當 D = 30, s = 10% 時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 * （3）如組成轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D=30,s=10%，在U=10V時I=I，ndNn =n，計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 和放大器放大系數(shù)K。Np解：先計算電動機的反電動勢系數(shù)UIR22015615NNaC=0131(Vminr)e n1500N 系統(tǒng)開環(huán)時的額定轉(zhuǎn)速降落 I(R+R+R)156(15+1+08)NarecLn=393(rmin)NopC0131e（1）系統(tǒng)開環(huán)時，調(diào)速范圍D=30時的靜差率Dn30393N s=0887=88.7%；n+Dn1500+30393NN（2）當D

7、=30,s=10%時，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降ns150001N n = = 5 56( r min ) N D(1s)30(101)（3）如組成轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D=30,s=10%，則系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)n393 op K=1=169.68；n556cl * Un10轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=00067(Vminr)n1500N KC69 .680131e 放大器放大系數(shù) K = = 38.9 3 。 p K3500067s 2-13 旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為 1024，倍數(shù)系數(shù)為 4，高頻時時鐘脈沖頻率 f = 1MHz ，旋轉(zhuǎn)編 0 碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用 16 位計算器，M 法和

8、 T 法測速時間均為 0.01s，求轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 和 n=150r/min 時的測速分辨率和誤差率最大值。 解：（1）M 法測速 6060轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 和 n=150r/min 時的測速分辨率Q=1465ZT10244001c nZ 轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 時，M=1024，誤差率最大值1606011=000097=0097%；max M10241 nZT1504096001c 轉(zhuǎn)速 n=150r/min 時，M=1024，誤差率最大值1606011=00097=097%。max M10241 （2）T 法測速 6 60f6011

9、00轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 時，M=98，測速分辨率2Zn4096150022Zn40961500Q=1716 60fZn60110409615000 誤差率最大值 11=0103=103%。max M19812 6 60f601100 轉(zhuǎn)速 n=150r/min 時， M = = 98 ，測速分辨率 2 Zn409615022Zn4096150Q=1.55660fZn6011040961500誤差率最大值11=00103=103%。max M19812 3-1雙 閉 環(huán) 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 ASR 和 ACR 均 為 PI 調(diào) 節(jié) 器 ， 設 系 統(tǒng) 最 大 給 定 電 壓*U

10、=15V，nN =1500 rmin，I=20A，電流過載倍數(shù)為 2，電樞回路總電阻nm UimNR= 2，K=20，Ce=0127Vminr，求：s * （1）當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U n = 5V ，I=10A時，系統(tǒng)的n、U、U、U和U 各為多少？dLniicU和U 各為多少？ic解：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) * U15nm =001(Vminr)n1500N 電流反饋系數(shù) * U15im =0375(VA)I220dm （1）當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U n = 5V ， = 10A I 時， dL * = = 5( V ) n U n * U5n n=500(rmin)001U=I=037510=375(V

11、)idL* U=U=375(V)iiUCn+IR0127500+102d0edLU=4175(V)。c KK20ss（2）當電動機負載過大而堵轉(zhuǎn)時，n=0; * U=I=0375220=15(V)idmIR2202dm U = = = 4( V ) 。 c K20s 3-2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器 ASR、ACR 均采用 PI 調(diào)節(jié)器。已知 參數(shù)：電動機：P=37kW，U=220V，I=20A，n=1000rmin,電樞回路NNNN*總電阻 R = 1 .5 ；設U=U=U=8V，電樞回路最大電流I=40A，電力電子變nmimcmdm換器的放大倍數(shù)K=40。試求：s（1）

12、電流反饋系數(shù) 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ；（2）當電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的UU，U 和U 的值。d0iic解：（1）電流反饋系數(shù) * U8im=02(VA)I40dm 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) * U8nm=0008(Vminr)。n1000N （2）當電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，n=0; U=Cn+IR=0+4015=60(V)d0edm* U=U=I=0240=8(V)iidmU60d0U=15(V)。c K40s 3-5 某反饋系統(tǒng)已校正成典型 I 型系統(tǒng) 。已知時間常數(shù) T=0.1s ，要求階躍響應超調(diào)量 10%。（1）系統(tǒng)的開環(huán)增益。（2）計算過渡過程時間t 和上升時間t。sr（3）繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特

13、性。如果要求上升時間tr025s，則 K=?=?解：典型 I 型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為KW(s)=s(Ts+1)（1）要求階躍響應超調(diào)量10%，則要求KT069，為獲得盡量短的上升時間t，選r擇KT=069；則K=06901=69（2）過渡過程時間ts=6T=601=06(s)；上升時間tr=33T=3301=033(s)。（3）如果要求上升時間tr，滿足近似條件；ci 3T300017s 校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 113=35091(s1 )，滿足近似條件；ci 3TsToi3000170002校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)近似條件 1K11351I 1 =637(s)，滿足近似條件；cn

14、3T300037i校驗轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似條件1KI11351=274(s1 )，滿足近似條件。cn 3T3002on 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 Cnmaxb=n*Cnb CnTmaxNn=2(z)*CnTbm76001400274182=20812(150)3750112009310%滿足設計要求。 15 解：（1） =0.01Vmin/r1500*U5nn=500r/ min0.01U=Cn + IR=104Vd0edUd0U=3.47Vc K s （2） 當電動機突然失磁，電機停轉(zhuǎn)。 U=0n*U=U=10ViimU= 10ViI=I=2VddmK(s+1)（3）W(s)=2 s(Ts+1) =h

15、T=0.25sh+12K=48sN222hT48(0.25s+1)W(s)=2s(0.05s+1)（4）t=8.8T=0.44svm2RT(II)n dmdLn=93.75r/ minb C C max ( %) n = 76.12 b T e mr/ min C b 5-1 一 臺 三 相 鼠 籠 異 步 電 動 機 的 銘 牌 數(shù) 據(jù) 為 ： 額 定 電 壓 380V = U ， 額 定 轉(zhuǎn) 速 N nN =960 rmin，額定 頻率fN=50Hz，定子 繞組為 Y 聯(lián)接 。 由實驗測得 定子電阻R=035，定子漏感L=0006H，定子繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感L=026H，slsm轉(zhuǎn)

16、子電阻R=05，轉(zhuǎn)子漏感L=0007H，轉(zhuǎn)子參數(shù)已折算到定子側(cè)，忽略鐵芯損耗。rlr（1）畫出異步電動機 T 形等效電路和簡化電路。（2）額定運行時的轉(zhuǎn)差率s，定子額定電流I1和額定電磁轉(zhuǎn)矩。NN（3）定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流I。0（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率s和臨界轉(zhuǎn)矩T，畫出異步電動機的機mem械特性。 解：（1） 異步電動機 T 形等效電路 異步電動機簡化電路 60f6050N （2）由于額定轉(zhuǎn)速 nN = 960 r min ，同步轉(zhuǎn)速 n = = = 1000( r min ) ， 1 n3pnn10009601額定運行時的轉(zhuǎn)差率sN=004n

17、10001 由異步電動機 T 形等效電路， R+jLLR0006035s1lslssC=1+=1+j=1+j1023j000410231jLL2fL0261000261mmNm可得轉(zhuǎn)子相電流幅值 U s I=r 2 Rr22R+C+(L+CL)s11ls1lrs N220=20522035+1023+(100)(0006+10230007)004220=1725939+170953=159735(A)氣隙磁通在定子每相繞組中的感應電動勢2Rr22E=I+L483612027352（V）gr1lrs N額定運行時的勵磁電流幅值Eg2027352I=2482 (A)0 1

18、Lm100026由異步電動機簡化電路，額定運行時的定子額定電流幅值 U220s I=1N22R2052222R+(L+L)035+(100)(0006+0007)s1lslrs004220=165 .1225+16 .6796=16 .3164A）額定電磁轉(zhuǎn)矩P3nR3305mp2r2T=I=1597359137(Nm)（依據(jù) T 形等效電路）ers100004m1N或P3nR3305mp2r2T=I=1631649533(Nm)（依據(jù)簡化等效電路）e1Ns100004m1N（3）定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流 U220sI=2633(A)0222222035+(100)(0

19、006+026)R+(L+L)s1lsm（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率 R05r sm=0122222222R+(L+L)035+(100)(0006+0007)s1lslr臨界轉(zhuǎn)矩223npUs33220T=em 222222200035+035+(100)(0006+0007)2R+R+(L+L)1ss1lslr=15583(Nm)異步電動機的機械特性： S n 0n 1Sm10TTeme125-2 異步電動機參數(shù)如習題 5-1 所示，畫出調(diào)壓調(diào)速在U和U時的機械特性，計算臨NN23界轉(zhuǎn)差率s和臨界轉(zhuǎn)矩T，分析氣隙磁通的變化，在額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩，分析在恒轉(zhuǎn)mem矩負載和風

20、機類負載兩種情況下，調(diào)壓調(diào)速的穩(wěn)定運行范圍。 解： 定子相電壓改變，臨界轉(zhuǎn)差率不變，即 R05r s=0122m 222222R+(L+L)035+(100)(0006+0007)s1lslr111當調(diào)壓至U時，臨界轉(zhuǎn)矩T=T=15583=3896(Nmin)，Nememax244244當調(diào)壓至U時，臨界轉(zhuǎn)矩T=T=15583=6926(Nmin)。Nememax399U s 氣隙磁通：隨定子電壓的降低而減小。m444fNk1sNs5-6 異步電動機參數(shù)如習題 5-1 所示，輸出頻率 f 等于額定頻率 fN時，輸出電壓 U 等于額定 電壓 UN，考慮低頻補償，若頻率 f=0，輸出電壓 U=10

21、%UN。 （1）求出基頻以下電壓頻率特性曲線 U=f(f)的表達式，并畫出特性曲線。 （2）當 f=5Hz 和 f=2Hz 時，比較補償與不補償?shù)臋C械特性曲線，兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)矩 Temax。 解：（1）UN=220(A) 斜率 U01U22022NNk=396，f0500N 考慮低頻補償時，電壓頻率特性曲線U=396f+22；220不補償時，電壓頻率特性曲線U=f=44f50（2）當 f=5Hz 時A、不補償時，輸出電壓U=44f=22(V), 臨界轉(zhuǎn)矩223npUs3322T=em 22222220035+035+(10)(0006+0007)2R+R+(L+L)1ss1lslr=78.

22、084(Nm)B、補償時，輸出電壓U=3.96f+22=41.8(V)223npUs3341.8T=em 22222220035+035+(10)(0006+0007)2R+R+(L+L)1ss1lslr=281.883(Nm)當 f=2Hz 時A、不補償時，輸出電壓U=44f=8.8(V), 臨界轉(zhuǎn)矩223nU338.8psTem=2222228035+035+(4)(0006+0007)2R+R+(L+L)1ss1lslr=37.666(Nm)B、補償時，輸出電壓U=3.96f+22=29.92(V)223npUs3329.92Tem=2222228035+035+(4)(0006+000

23、7)2R+R+(L+L)1ss1lslr=435.419(Nm)5-8 兩電平 PWM 逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時，用“1“表示上橋臂開通，”0“表示 上橋臂關斷，共有幾種開關狀態(tài)，寫出其開關函數(shù)。根據(jù)開關狀態(tài)寫出其電壓矢量表達式， 畫出空間電壓矢量圖。 解： 5-11 采用電壓空間矢量 PWM 調(diào)制方法，若直流電壓u恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻d 率的關系。 解：在一個周期內(nèi)，6 個有效工作矢量順序作用一次，定子磁鏈矢量是一個封閉的正六邊形。 22ud(k)=(k)=u(k)t=ut=ssd3331正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比，而與電源角頻率成反比。在基頻以下調(diào)速時，應保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。若直流側(cè)電壓恒定，則越小時， t 越大，勢必1導致(k)增加。因此，要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使u為常數(shù)，這意味著sd1在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復雜性。有效的方法是插入零矢量，當零矢量作用時，定子磁鏈矢量的增量(k)=0