電力拖動自動控制系統(tǒng)第四版課后答案

1、習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是ioooioo r min，要求靜差率s=2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少?解:1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm8 / 22系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為 2.04 rpm2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為nomax 1500r min ，最低轉(zhuǎn)速特性為 n0min150r min ，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落nN 15r min ，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少?解：1）調(diào)速范圍d n max nmin （均指額定負(fù)載情況下）max minn maxn OmaxnN

2、1500151485n minn OminnN 15015135Dnmaxn mi n1485 135112)靜差率snN n 15 15010%2.4 直流電動機(jī)為 Pz=74kW,UN=220V , In=378A , nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流器內(nèi)阻 Rrec=0.022 Q。采用降壓調(diào)速。 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求 s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解：Ce （U n I n Ra h nN （220 378 0.023）.14300.1478V . rpmn lNR.Ce 378 (0.023 0.022) .0147

3、8 115rpmnNS. n(1 s)1430 0.2 115 (1 0.2)3.1nNS n(1 s)1430 0.3 115 (1 0.3)5.332.5某龍門刨床工作臺采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動機(jī)，主電路總電阻（1） 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN為多少？（2） 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率sn多少？R=0.18 Q ,Ce=0.2V ?min/r,求:(3)若要滿足 D=20,s < 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN又為多少?解：(1) nN I N R. Ce 305 0.18 0.2274.5r / min(2) SN nN, n0 274.

4、5 (1000 274.5)21.5%(3) n nNS, D(1 s) 1000 0.05 20 0.95 2.63r/min2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓U：8.8V 、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)KP 2、 晶閘管裝置放大系數(shù)KS 15、反饋系數(shù)Y =0.7。求：（1）輸出電壓 Ud ；（ 2）若把反饋線斷開，Ud為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？（3)若*把反饋系數(shù)減至Y=0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓U：應(yīng)為多少?解：（1） U dKpKsU： . (1 KpKs )2 15 8.8(1 2 15 0.7) 12V(2) U d 8.82152

5、64V，開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3) U： Ud(1 KpKs ). KpKs 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6V2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率 S 5%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解：1） D nN s/ nN 1 s10 1500 2%/ nN 98%nN 1500 2%/98% 10 3.06r / min2） K n°p/ nci 1100/3.06 131.72.8某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電

6、動機(jī)的速降為8 r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍?解：nop1 K nci115 8128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：ncln °p/1 K128/ 1304.13rpm在同樣靜差率要求下，d可以擴(kuò)大n cli / n cl21.937倍2.9 有一 V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù) Pz=2.2kW, U n=220V, In=12.5A, n n=1500 r/min，電樞電阻 Ra=1.5 Q,電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 Q,整流裝置 內(nèi)阻Rrec=1.0 Q,蟲發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=35。要

7、求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S<=10%。(1) 計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ)nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降A(chǔ)n。(2) 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。(3) 調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng) Un*=15V時(shí)，Id=lN, n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？(4) 計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)n U N 1 N Ra / CeCe220 12.5 1.5 /1500201.25/1500 0.134Vmin/rn Un In R / CenopIN R / Ce12.5 3.3/0.134 307.836r / minriNnns/ D 1 s

8、1500 10% (20*90% )8.33r / min所以，nc|8.33r /min(2)（3）（4）n KpKsUnIdR/Ce1KUn/ 1IdR/Ce1 K1500可以求得，Kpnop / nd35.955 15/0.0096V min/ rK*CeKs*307.836/8.3335.955* 0.13435* 0.009635.95512.514.3435.9553.3/ 0.134 1 35.955也可以用粗略算法:UnUn*Un150.01Kp KCe/Ks，Kp35.9552.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié),要求堵轉(zhuǎn)電流15000.134/350.0113

9、.76I dbl21N，臨界截止電流I dcr 1.21 N，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少?解：（1） I dbl2I N25A，I dcr 1.21 N 15AI dcrU com / Rs15U com / RskI dblU nU/ Rcoms2515 Ucom / RsRs1.5U com151.522.5V(R /3)1.0 1.5 0.8 /31.1,Rs (R /3)(2)不符合要求，取Rs

10、1.1 ,需加電流反饋放大器由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流信號值也大。要同時(shí)滿足檢測電阻小和電流信號大的要求，則必須采用放大器，對電流信號進(jìn)行放大。為此，取 Rs1.1 ，則 5呦 I dcrRs餡行 16.5V(3)當(dāng) IdA4S A a UPEDR-4IEI dcr時(shí)，有KpKsU：/Ce 1 KKpKsKiRsIdUcom /Ce1 K RId/CepKsU；KiU com / Ce心心砰Id/Ce1 K當(dāng)n=0時(shí),1 dblKpKs UnKU com / RKpKsQRsUnKU com /KiRs2515 16.5&/1.1Kj &15/ 22.513.51.

11、362 22-92.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH，系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量GD =1.6Nm，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少？解： L250mH ， GD 21.6Nm2 ， R3.3， Ce0.134V /rpmTlL / R 0.05/3.30.015sTmGD 2R / 375CeCm1.63.3/ 3750.1340.13430 /3.145.28/ 64.33 0.082sTs0.00333sK2Tm Tl TsTs2/Tl Ts0.0820.0150.0033320.00

12、3332 （/ 0.0151* 0.00333）0.0015 0.003332 / 0.00004983 30.52K 最大為 30.52可見與前面的 K>35.955 相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，2.12 有一個(gè)晶閘 - 電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機(jī)：PN 2.8kW，UN 220V ，I N15.6A ，nN 1500 r/min ， Ra =1.5Q,整流裝置內(nèi)阻Ryc=l Q，電樞回路電抗器電阻Rl =0.8 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks 35。系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D 30時(shí)的靜差率s值。(2) 當(dāng) D 30 ， s 10% 時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降

13、。(3) 如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30，s 10%，在 U；10V 時(shí) |dI N ， n nN ，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)放大器放大系數(shù) K p 。解：Ce 220 15.6 1.5 /1500 0.1311V min/ r（1）nop |N R /Ce 15.6 3.3 / 0.1311 392.68r /minnmin 1500/ 30 50snop / n0min 392.68 / 392.68 50 88.7%（2）0.1 n/ n 50n 5/0.9 5.56r /min（3）n KpKsUn /Ce 1 KR |d /Ce 1 s /CeKKK p K1500K pK

14、sU n*/Ce 1K R 15.6/Ce 1 KKnop /ncl1297.48 /5.561 52.52.13 旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024，倍頻系數(shù) 4，高頻時(shí)鐘脈沖頻率f0 1MHz ，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16 位計(jì)數(shù)器，m法測速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速n 1500r/min和n150r/min時(shí)的測速分辨率和誤差率最大值。解:M法：分辨率Q竺ZTc601.465r / min1024 40.0160M 1最大誤差率：nZTcn 1500r / min 時(shí)，MnZTc6015004 1024 001102460n 150r / min 時(shí)，M1nZTc6015

15、0 4 1024 0.0160102.41500r / min 時(shí)， max %M1100%1100%10240.098%150r / min 時(shí) ， max %100%M11 100%102.40.98%可見M法適合高速。(2)T 法:分辨率:n 1500r / min 時(shí)，QZn21024 41500260f0 Zn60 1 106 1025 4171r/ m in1500n 150r / min 時(shí)，QZn21024 4 150260f0 Zn60106 10241.55r / min4 150最大誤差率：n空0，M2zm260 f。Zn1500r / min 時(shí)，M 2601069.7

16、7150r / min 時(shí)，1500r / min 時(shí)，max150r / min 時(shí)，1024 4 150060 10697.71024 4 150% M219.77 1100%11.4%max %M2197.7 1100% 1%11100%11100%10 / 22可見T法適合低速23 / 22習(xí)題二3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓U nm=15V, nN =1500r/min , I N =20A，電流過載倍數(shù)為 2,電樞回路總電阻R =2Q, Ks=20, Ce =0.127V min/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n =5V, I ql

17、=10A時(shí)，系統(tǒng)的 n、各為多少？ （ 2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，U i和U c各為多少?解：（1）U nm / nN 15V /1500rpm0.01V / rpm當(dāng)un 5V,轉(zhuǎn)速n 蟲 5 500rpm0.01V / rpmUim15V40A0.375V / AUiId0.375*103.75VUiUcU d0E IqlRCenNIqlR0.127*50010*2KsKsKs20即n500rpm,U n5V,U*Ui3.75V,Uc 4.175v1 dm4.175V堵轉(zhuǎn)時(shí)，U * Idm 15V ,UcUd0KsCenIdRKsIdmR 40*2Ks 204V3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)

18、調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù): 電動機(jī)：PN =3.7kW, U N =220V, I N =2°A nN=1000 r/min電樞回路總電阻R =1.5 Q ,設(shè)U ；m u mU cm =8V,電樞回路最大電流| dm =4°A,電力電子變換器的放大系數(shù)Ks =40。試求:（1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（2）當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0, UiUjUc值。解:1)UimI dm8V0.2V/ A40AU nm8V1000rpm0.008V / rpm2) U d0 E I di RCen” Idi R 40A*1.560V

19、這時(shí)：kUn8/從 0 ,ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。U： 8V,Ui 8V,Uc Udo Ks 60 401.5V3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到U im =8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問：（1）U i應(yīng)如何變化？（2）U c應(yīng)如何變化？ （3）Uc值由哪些條件決定?解：1）Um 8V0.1V / AI dm80A因此當(dāng)電流從 40A70A時(shí)，u *應(yīng)從4V7V變化。2)Uc要有所增加。3)Uc取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁d0E I dl RCe nNIdlRUcUd0Ce

20、n IdRKsKs3.5某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量< 10%。(1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2)計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr ；(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr <0.25s,則 K=?,% =?解：取KT 0.69,0.6, %9.5%(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K 0.69/T0.69/0.16.9(1/s)(2)上升時(shí)間tr 3.3T0.33S過度過程時(shí)間:ts6T 60.10.6s(3)6.9tr0.25s ， 查表 3-1貝U應(yīng)取KT 1,0.5 , tr 2.4T2.4*0.10.24s 這時(shí)K 1/T10

21、，超調(diào)量=16.3%3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)Kis 1,要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量0.01s 1(按線性系統(tǒng)考慮)。試對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選 KT 0.5,0.707, 查表 3-1，得 %4.3%。選i調(diào)節(jié)器，W(s)1校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為sW(s)1 10s (0.01s 1)這樣，T = 0.01, K=10/ ，已選1 1KT = 0.5，則 K = 0.5/T=50,所以 10/ K 10/500.2S，積分調(diào)節(jié)器：s 0.2s3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wo

22、bj (s)K1s(Ts 1)，要求校正為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超s(0.02s 1)調(diào)量30 % (按線性系統(tǒng)考慮)試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：應(yīng)選擇 pi調(diào)節(jié)器， Wpi (s)Kpi(s D,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)sW(s)心(s 1)&s s(Ts 1)對照典型"型系K KPIK1/hT ,選h =8，查表3-4，%=27.2%，滿足設(shè)計(jì)要求hT 8*0.020.16s，h 12h2T22*82 *0.02175.78,KPI K / K1175.78*0.16 /102.813.8在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已知

23、電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN60 kW , U N 220VI N 308a , nN1000r/min ,電動勢系數(shù) Ce = 0.196 V - min/r ,主回路總電阻R =0.18 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =35。電磁時(shí)間常數(shù)Tl =0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm =0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*)N =10V,調(diào)節(jié)器 ASR，ACR 飽和輸出電壓 Uim*=8V,Ucm =6.5V。系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量i < 5% ,空載起動到額

24、定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n < 10%。試求：(1) 確定電流反饋系數(shù)B(假設(shè)起動電流限制在1.1I N以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(2) 試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri,、Ci、COi。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R=40 k 。(3) 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、C。"。(R0=40k Q )(4) 計(jì)算電動機(jī)帶40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量an。(5) 計(jì)算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：(1)Uim /1 dm 8V /(1.1* In) 8V /339A 0.0236V / A10/1000 0.01V min/r(2 )電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確

25、定時(shí)間常數(shù)：a）Ts 0.00333sb)Toi0.0025sC)T iT0iTs 0.0025 0.003330.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因?yàn)?i 5%，可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器,Wacr(S)K( iS 1)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定0.012s,選K,T i 0.5, K,0.5/T i185.76 s< Ki iRKiKs85.76 0.0120.1835 0.01730.224。校驗(yàn)等效條件：ci1K,85.76sa）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3 0.003331101.01 cib）忽略反電勢的影響的近似條件:c）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件:3Ts3 0.1

26、2 0.01279曲1ci0.00333 0.0025115.52s 1 ci可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R040 K，則:RKiR0 0.224 40K 8.96K，取瞅G R 0.012/(9 103) 1.33 F由此C0i 4T0i / R,4 0.0025/40 1030.25 F(3 )速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/ K| ：因?yàn)镵,T i 0.5則 1/ K, 2T i 2 0.005830.01166sb) Ton 0.015sc) T n 1/ K, Ton 0.01166 0.015 0.02666s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要

27、求，應(yīng)選用 Pi調(diào)節(jié)器，WASR ( S)Kn( nS 1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:KnKncnhT n,取hh 12 2""2hT n5, nhT n 0.1333s22 52 0.026662168.82s(h 1) CeTm2h RT nK N /1 KN6 0.0236 0.196 0.125 0.01 0.18 0.02666168.82 0.133322.5s13Tia)電流環(huán)近似條件:Ki140.43s30.00583185.766.94cnb)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似:1185.76Ki3T0n25.2s3 0.0151cn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空

28、載z=o)n%2*(Cmax )(nN TnZ) nTm2 81.2% 1.1308 0.180.026660.196 10000.1211.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。(0.02666 /0.12)9.97%10%查表，應(yīng)取小一些的 h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：n hT n 0.07998sKn(h 1)/2h2T2n4/(2 9 0.026662)312.656s2Kn(h1) CeTm / 2hRTn4 0.02360.196 0.12/(2 3 0.01 0.18 0.02666) 7.6校驗(yàn)等效條件：cnK N

29、 /1 Knn 312.65610.0799825s1/2a) 1/3(Ki /T i)1/2b) 1/3(Ki /Ton)可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：1/2 11/ 3(85.76/0.00583)40.43scn/21/ 3(85.76/0.015)25.2scnn2 72.2% 1.1 (308 0.18/0.196 1000)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R。40K,則尺Kn R07.6 40304K ,取 31okCn n/R, 0.07998/310 103 0.258 FCon 4Ton /R0 4 0.015/40 103 1.5

30、 F4) 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)n% 2 72.2% (1.1 0.4) (308 0.18/0.196 100) (0.02666 /0.12) 63.5%5)空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書上無此公式)僅考慮起動過程的第二階段。根據(jù)電機(jī)運(yùn)動方程:GD2 dn375 dtdnCm( 1 dm1 dL )R(I dm IdL)(ic gd2r( dmCeRIdL)CeTmdtGD2375375CmCet所以：CeTmn(I dm ldL)R0.196*0.12*1000(1.1*3080)*0.180.385s3.10有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動機(jī)

31、參數(shù)為:Pn =500kW, Un =750V, In =760A, nz=375 r/min，電動勢系數(shù)Ce =1.82V min/r, 電樞回路總電阻 R=0.14 Q ,允許電流過載倍數(shù)入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù) T| =0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=°.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n =0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Um*=U/=Unm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 Rj=40k Q。設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量j < 5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n < 10%。電流調(diào)節(jié)器

32、已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5。(1) 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。(2)計(jì)算電流環(huán)的截止頻率*Umci和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn，并考慮它們是否合理？dm解：(1)*U nmnN101.5*760103750.00877V /A0.0267V min/r電流調(diào)節(jié)器已按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下:a)Ts0.00176s確定時(shí)間常數(shù)：b)Toi0.002sc)T j0.00367 s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?lt;7%S5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，Wacr(s)=K(ts+1)/ TTi/T e=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：t=T

33、i=0.031s , KiT*=0.5 , Ki= 0.5/T=136.24 sKiKiTiR/ Ks136.24 0.0310.14 / 750.00877 0.899校驗(yàn)等效條件：5=K i=136.24s-1a) 1/ 3Ts 1/ 3 0.00167 199.6s 11/2 1/2b) (1/ TmTl )1/23(1/ 0.112 0.031)1/2c) 1/ 3(1/ TsToi )1/2 1/ 3(1/ 0.00167ci150.9s 10.002)1/2ci182.39s 1 ci可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R°=40K，則RKjR00.899 4035

34、.96 取36kCiTi /Ri0.031/ 36 1030.86 FC0i4T0i / R04 0.002/ 40 1030.2 f速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/Ki :因?yàn)?KiTe,= 0.5 則 1/K i=2TE1=2*0.00367=0.00734sb) b)T°n=0.02sc) c)T m=1/K i+T on =0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用 Pi 調(diào)節(jié)器，WASR(S)=Kn( TS+1)/ TS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：T=hT 刀n,選 h=5，貝V T=hT刀n=0.1367s,KN

35、=(h+1)/ (2h2T2En) =6/2*25*0.02734 2=160.54 s-2Kn=(h+1) PeTm/ ( 2h aRTe) = 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5校驗(yàn)等效條件：3cn=KN/M=KN t=160.54*0.1367 =21.946 s -2a) 1/3(K i/Te,)1/2 =1/3(136.24/0.00367) 1/2=64.22s-1> q”b) 1/3(K i/Ton )1/2=1/3(136.24/0.02) 1/2=27.51s -1> q”可見滿足近似等效條件。速度調(diào)

36、節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K ，則 Rn=K n*R0=10.5*40=420K由此 Cn= t/R”=0.1367/420*10 3=0.325 疔 取 0.33(F Ccn =4T0n/Rq=4*0.02/40*10 3=2 疔2) 電流環(huán)的截止頻率是：qci=Ki=136.24 s-1速度環(huán)的截止頻率是：qcn=21.946 s-2從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。L/dB3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器 ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。(1)在此系統(tǒng)中，當(dāng)

37、轉(zhuǎn)速給定信號最大值Unm*=15V時(shí),n=nz=1500 r/min;電流給定信號最大值Um*=10V時(shí)，允許最大電流I dm=30A,電樞回路總電阻 R=2Q ,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動機(jī)額定電流In=20A ,電動勢系數(shù)Ce =0.128V min/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在Uh*=5V ,I di =20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓 UC =?(2) 當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)突然失磁(=0),系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象？試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后 n=? U n=?U*=? U i=? I d=? U c=?(3) 該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)

38、設(shè)計(jì)，且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù)，取中頻寬h = 5,已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T n =0.05S ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù)，并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。(4) 該系統(tǒng)由空載(|dL=0)突加額定負(fù)載時(shí)，電流Id和轉(zhuǎn)速n的動態(tài)過程波形是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm =0.05s,計(jì)算其最大動態(tài)速降nmax和恢復(fù)時(shí)間tv1) a U* nm /nN =15/1500=0.01 Vmin/r佞 U* im/Idm = 10/30=0.33 V/AU* n =5 V , n=U* n/ a=5/0.01=500 r/minUc=Udc/Ks=(E+I dRz)/K s=(C en+Id

39、Li Rz)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動機(jī)突然失磁(30)則電動機(jī)無電動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0, Un=0U*i=U* im =10 , Ui=U* i =10Id=Idm =30AUc=Ud0/Ks=(E+I dR可/K s=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：Wn sK N ns 1s2 T ns 1T=hT En=5*0.05=0.25sT En=0.05sKN=(h+1)/2h

40、 2T2=6/2*25*0.052=48s-24)空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。(p93,94)nb=2( Nz) AnNTm/Tm=2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/min5=2FK 2T=2I dN RTEn/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動態(tài)速降：Anmax =(ACmax/Cb)* Mb=81.2%*625 =507.5 r/min恢復(fù)時(shí)間：tv=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81 表)224 / 22習(xí)題五5.8兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，用“1”表示上橋臂開

41、通，“0"表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫岀其電壓空間矢量表達(dá)式，畫岀空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：UdUxUdSx 1Sx0UxUd(2Sx1)以直流電源中點(diǎn)O為參考點(diǎn)SASBSCUaUbUcUsUo000Ud2Ud2Ud20Ui100Ud2Ud2Ud2U2110Ud2Ud2Ud2器SBU3010Ud2Ud2Ud2JfujU4011厶2丄2山2U50012匕2b2JfudXU61012Ua2Ua2Jfude耳U71112L2L20Us(UaUBejj2UceJ空間電壓矢量圖:5.9當(dāng)三相電壓分別為Uao、Ubo、Uco，如何定義三相定

42、子電壓空間矢量U AO、U BO、U 8和合成矢量Us，寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:34 / 22合成矢量:UAOUBOUCOUAOUBOej 2uc°ejUAO UBOUCOUAOUBOe'j2ucoe5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量A(ej0)u S與定子磁鏈“ S的關(guān)系，當(dāng)三相電壓u AO、u BOUco為正弦對稱時(shí)，寫出電壓空間矢量Us與定子磁鏈的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：UsRsid®ss(dt忽略定子電阻的影響，Usd如dts収Usdt,即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。當(dāng)三相電壓為正弦對稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量sej(it )電壓空間矢量：Us1sej( it)i 25.11采用電壓空間矢量 PWM調(diào)制方法，若直流電壓d恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值一定，輸出頻率w1開關(guān)周期T0 3NWUs Qus存存2訓(xùn)t1，t2，T t1t2，零矢量作用時(shí)間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系0fU105.12兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。Us的幅值小