電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第四版

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ioooioormin，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:10000.02(100.98)2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為nomax1500rmin，最低轉(zhuǎn)速特性為n0min150rmin，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落nN15rmin，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問(wèn)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dnmaxnmin（均指額定負(fù)載情況下）maxfmin2.4直流電動(dòng)機(jī)為Pz=74kW,

2、UN=220V,In=378A,nN=1430r/min,Ra=0.023Q。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%nmaxnOmaxnN1500151485nminnOminnN15015135Dnmaxnmin1485135112)靜差率snNn1515010%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(UnInRa)nN(2203780.023).14300.1478V；rpmnlNR.Ce378(0.0230.022).0.1478115rpmnNS.n(1s)14300.2115(10.2)3.1nNSn(1s)1

3、43003115(10.3)5.332.5某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)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(kāi)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=0.18Q,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)nNIN/min(2)SNnN,n0274.5(1000274.5)21.5%(3)nnNS,D(1s)10000.05200.952.63r/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)K

4、P2、晶閘管裝置放大系數(shù)KS15、反饋系數(shù)Y=0.7。求：（1）輸出電壓Ud；（2）若把反饋線斷開(kāi)，Ud為何值？開(kāi)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）UdKpKsU：/(1KpKs)2158.8(12150.7)12V(2) Ud8.8215264V，開(kāi)環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍U：Ud(1KpKs).KpKs12(12150.35)(215)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S5%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/m

5、in，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解：1）DnNs/nN1s1015002%/nN98%nN15002%/98%103.06r/min2)Kn°p/nci2.8某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為8r/min，如果將開(kāi)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：nop1Kncl1158128如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：ncinop/1K128/1304.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大nci1/nci21.937倍2.9有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)Pz=2.2kW,Un=220V,In=1

6、2.5A,nn=1500r/min，電樞電阻Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0Q,蟲(chóng)發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S<=10%。(1) 計(jì)算開(kāi)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(huà)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)nUN1NRa/CeCenUnInR/CenopINR/Ce/minnNnns/D1s150010%

7、(20*90%)8.33r/min所以，nc|8.33r/min(2)»4)n55IdR/Ce1KKUn/1KIdR/Ce1KKnop/nd1307.836/8.33135.955150035.95515/135.95512.53.3/0.134135.9550.0096Vmin/r2.10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Idbl21N，臨界截止電流Idcr1.2IN，應(yīng)該選用多大的比可以求得，Kp也可以用粗略算法：K*Ce35.955*0.13414.34Ks*35*0.0096*Un15UnUnn，0.01n1500KpKCe/2，Kp35.9550.1

8、34/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(guò)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(huà)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)1dbl2IN25A，Idcr1.2IN15AIdcrUcom/RsIdcrUcom/Rs15Ucom/RsIdblIdblUnUgm/Rs2515Ucom/RsRs1.5UcomUcom(2)不符合要求，取Rs1.1,1.1,Rs(R/3)需加電流反饋放大器由于需要的檢測(cè)電阻值大，說(shuō)明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿足檢測(cè)電阻小和電流信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)

9、進(jìn)行放大。為此,oooo(3)當(dāng)IdIder時(shí)，有nKpKsUn/Ce1KKpKsKiRsldUcom/Ce1KRldG1K*KpKsUnKiUcom/Ce1KRKpKsKiRsId/Ce1K當(dāng)n=0時(shí)，IdblKpKsU；KjUcom/RKpKsKiRs*U；KiUcom/KiRs251516.5K/1.1KiKi15/22.513.51.362.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD2=1.6Nm2，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9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(kāi)環(huán)放大系數(shù)是多少?解：L50mH,GD2

10、1.6Nm2,R3.3,Ce0.134V/rpmTmGD2R/375CeCm/5.28/Ts0.00333sKTmTTsTs2/T,Ts2/(0.0151*0.00333)2見(jiàn)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，K最大為30.52。2.12有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī):PN2.8kW，UN220V，IN15.6A，nN1500r/min，Ra=1.5Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=1Q，電樞回路電抗器電阻RL=0.8Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks35。(1) 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D30時(shí)的靜差率s值。(2) 當(dāng)d30，s10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允

11、許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D30,s10%，在U；10V時(shí)|dIN,nnN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)放大器放大系數(shù)kp。解：Ce220/15000.1311Vmin/r(1)nopINR/Ce/minnmin1500/3050snop/nomin392.68/392.685088.7%(2)0.1n/n50(3)nKpKsUn/Ce1KRId/Ce1s/CeKKKpK1500KpKsU；/Ce1KR15.6/Ce1KKnop/ncl1297.48/5.56152.52.13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f01MHz，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻

12、時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，m法測(cè)速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速n1500r/min和n150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解:(1)M法：分辨率Q60ZTC1.465r/min102440.01最大誤差率：n60MiZTCn1500r/min時(shí)，M1nZTc10246060n150r/min時(shí)，M1nZTc60150410240.0160102.41500r/min時(shí)，max%100%100%10240.098%150r/min時(shí)，max%1100%M11100%102.40.98%可見(jiàn)M法適合高速。(2)T法:分辨率:n1500r/min時(shí)，QZn210244150026OfoZ

13、n60110610254171r/min1500n150r/min時(shí)，QZn26010610241.55r/min4150最大誤差率：n空0，M2ZM260f。Zn1500r/min時(shí)，M2601069.776010697.71024415011n1500r/min時(shí)，max%100%100%11.4%M219.771n150r/min時(shí)，max%1100%1100%1%M2197.71可見(jiàn)T法適合低速習(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Unm=15V,nN=1500r/min,|N=20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2Q,Ks=20,Ce=0

14、.127Vmin/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在Un=5V,|ql=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、各為多少？（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui和Uc各為多少?解：（1）UiUiUc(2)Unm/nN5V,Uim1dmIdUd0Ks15V/1500rpm0.01V/rpm5V500rpm0.01V/rpm空0.375V/A40A0.375*10EIqlRKsn500rpm,U*堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui1dm3.75VCenNKs5V,U15V,UiIdLRiUi0.127*50010*23.75V,U204.175v4.175VUcUd0CenidRIdmR40*2KsKsKs204V3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系

15、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(dòng)機(jī)：Pn=3.7kW,UN=220V,|n=20A,n”=1000r/min電樞回路總電阻R=1.5Q,設(shè)U；mUmUcm=8V,電樞回路最大電流Idm=40A,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(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的ud0,U*UiUc值。d0，i，i，c解:1)*Uim8V0.2V/Au：m8Vnmu.008v/rpm1dm40AnN1000rpm2)Ud0EIdiRCenN1dlR40A*1.560V這時(shí)：*Un8V,Un0，ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。*Ui8V

16、,Ui8V,UcUdoKs60401.5V3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器3.3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Uim=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(wèn)：（1）Ui應(yīng)如何變化？（2）Uc應(yīng)如何變化？（3）Uc值由哪些條件決定?解：1）Um8V0.1V/AIdm80A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d0EIdlRCenNIdlRUcUd0CenIdRKsKs3.5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=

17、0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量<10%。(1)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。(2)計(jì)算過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr；(3)繪出開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr<0.25s,則K=?,%=?解：取KT0.69,0.6,%9.5%(i)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益：K0.69/T0.69/0.16.9(1/s)上升時(shí)間tr過(guò)度過(guò)程時(shí)間:ts6T6(3)如要求tr0.25s，查表3-1則應(yīng)取KT1,0.5,tr這時(shí)K1/T10，超調(diào)量=16.3%3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)Kis1,要求設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量0.

18、01s1(按線性系統(tǒng)考慮)。試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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KT0.5,0.707,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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為sW(s)110s(0.01s1)這樣，T=0.01,K=10/，已選11KT=0.5，則K=0.5/T=50,所以10/K10/500.2S，積分調(diào)節(jié)器：s0.2s3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)K1s(Ts1)，要求校正為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超s(0.02s1)調(diào)量30%(按線性系統(tǒng)考慮)調(diào)量30%(按線性系統(tǒng)

19、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(sD,校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)sW(s)心(s1)&ss(Ts1)對(duì)照典型"型系KKpK/KKpK/hT,選h=8，杳表3-4，%=27.2%，滿足設(shè)計(jì)要求hT8*0.020.16s，h1812h2T22*822175.78,2*0.02hT8*0.020.16s，h1812h2T22*822175.78,2*0.02KPIK/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，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN60kW,UN220VIN308a

20、,nN1000r/min,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.196V-min/r,主回路總電阻R=0.18Q,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(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量i<5%,空載起動(dòng)到額定轉(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(dòng)電流限制在1.1IN以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a(2

21、)試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)R,、C、COi。畫(huà)出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻Fb=40k(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=40kQ)(4) 計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量a(5) 計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間解：(1)Um/1dm8V/(1.1*In)8V/339A0.0236V/A10/10000.01Vmin/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a）Ts0.00333sb)Toib)Toi0.0025s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:c)TiT0iTs因?yàn)閕5%，可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用因?yàn)閕5%，可按

22、典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器,Wacr(S)K(iS1)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定0.012s,選K,Ti0.5,K,0.5/Ti185.76sdKiiRKiKs0.18350.01730.224。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:a）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:30.003331101.01cib）忽略反電勢(shì)的影響的近似條件:3Li79.06S1cic）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件:11331115.52sci3'-可見(jiàn)滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Rj40K，則:可見(jiàn)滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Rj40K，則:RKiR0，取瞅G

23、R0.012/(9103)1.33F由此C0i4T0i/Rj40.0025/401030.25F(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,Ti0.5則1/K,2Ti2b) Ton0.015sc) Tn1/K,Ton速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用Pi調(diào)節(jié)器，WASR(S)Kn(nS1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:KnKncnhTn,取hh12h2T2n5,nhTn0.1333s2520.026662(h1)CeTm2hRTnKN/1KN2168.82s168.8213Tia)電流環(huán)近似條件:Kib)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似:6.9411857640.43s10

24、.00583cn31185.76Ki3T0n25.2s30.015cn可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載Z=0)n%2*(n%2*(Cmax)(nNTnZ)nTm281.2%1.13080.180.026660.19610000.1211.23%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)。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：nhTn0.07998sKn(h1)/2h2T2n4/(290.026662)312.656s2Kn(h1)CeTm/2hRTn40.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.

25、6校驗(yàn)等效條件：cnKn/1Knn1/2a) 1/3(Ki/Ti)1/2b) 1/3(Ki/Ton)可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：1/211/3(85.76/0.00583)40.43scn/21/3(85.76/0.015)25.2scn1n272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10%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R040K，則尺KnR07.640304K,取31okCnn/Rn0.07998/3101030.258FCon4T)n/R040.015/401031.5F4)40%額定負(fù)載起動(dòng)到

26、最低轉(zhuǎn)速時(shí)n%272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%5)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書(shū)上無(wú)此公式)僅考慮起動(dòng)過(guò)程的第二階段。根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程:GD2dn375dtdnCm(Idm1dL)R(IdmIdL)(icgd2r(dmCeRIdL)CeTmdtGD2375375CmCet所以：CeTmn(IdmldL)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(dòng)機(jī)參數(shù)為:Pn=500kW,Un=750V,In=760A,nz=375r/

27、min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=1.82Vmin/r,電樞回路總電阻R=0.14Q,允許電流過(guò)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=40kQ。設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量j<5%，空載起動(dòng)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ci和

28、轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn，并考慮它們是否合理？解：(1)*Ujm1dm101.5*7600.00877V/AUnmnN103750.0267Vmin/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)Ti0.00367s電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：t=Ti=0.031s,KiT*=0.5,Ki=0.5/T=136.24s可見(jiàn)滿足近似等效條件。KjKiTiR/Ks0.14/75校驗(yàn)等效條件：Qci=Ki=136.24s-1a)1/3TS1/30.00167199.6s1ci1/21/2b)(1/TmTJ3(1/0.1120.031)150.9s1cic)1

29、/3(1/TsTJ/21/3(1/0.001670.002嚴(yán)182.39s1ci電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R°=40K，則RKjR00.8994035.96取36kCiT/R0.031/361030.86FC0i4T0i/R040.002/401030.2f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)镵iTe,=0.5則1/Ki=2T耳=2*°.°°367=°.°°734sb)T°n=0.02sb) c)Tm=1/Ki+Ton=0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差

30、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VT=hT刀n=0.1367s,KN=(h+1)/(2h2T2En)=6/2*25*0.027342=160.54s-2Kn=(h+1)PeTm/(2haRTe)=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/31=KNt=160.54*0.1367=21.946s-2a) 1/3(Ki/Te,)1/2=1/3(136.24/0.00367)1/2=64.22s-1>q”1/3(Ki/Ton)1/2=

31、1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s-1>q”可見(jiàn)滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Rq=40K，則Rn=Kn*Rc=10.5*40=420K由此Cn=t/R”=0.1367/420*103=0.325疔取0.33C0n=4T0n/R0=4*0.02/40*103=2疔2)電流環(huán)的截止頻率是：oci=Ki=136.24s-1速度環(huán)的截止頻率是：q”=21.946s-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

32、，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)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nz=1500r/min;電流給定信號(hào)最大值Um*=10V時(shí)，允許最大電流Idm=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(dòng)機(jī)額定電流In=20A,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.128Vmin/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在Uh*=5V,Idi=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(dòng)機(jī)突然失磁(=0),系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？試分析并說(shuō)明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái)，則穩(wěn)定后n=?Un=?U*=?Ui=?Id=?Uc=?(3) 該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典

33、型n型系統(tǒng)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)Tn=0.05S,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開(kāi)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(dòng)態(tài)過(guò)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(dòng)態(tài)速降nmax和恢復(fù)時(shí)間tv。1) aU*nm/nN=15/1500=0.01Vmin/r佞U*im/Idm=10/30=0.33V/AU*n=5V,n=U*n/a=5/0.01=500r/minUc=Udc/Ks=(E+IdRz)/Ks=(Cen+IdLiRz)/Ks=(0.128*500+2

34、0*2)/30=3.467V在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突然失磁(30)則電動(dòng)機(jī)無(wú)電動(dòng)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+IdR可/Ks=(0+30*2)/30=2V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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是：WnsKNns1s2Tns1T=hTEn=5*0.05=0.25sTEn=0.05sKN=(h+1)/2h2T2=6/2*25*0.052=48s-2nb=2(Nz)AnNTm/Tm=2*(1-0)*20

35、*2/0.128*(0.05/0.05)=625r/min5=2FK2T=2IdNRTEn/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625r/min最大動(dòng)態(tài)速降：Anmax=(ACmax/Cb)*Mb=81.2%*625=507.5r/min恢復(fù)時(shí)間：tv=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81表)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(kāi)通，“0"表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，寫(xiě)出其開(kāi)關(guān)函數(shù)。根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)寫(xiě)岀其電壓空間矢量表達(dá)式，畫(huà)岀空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路:UdUxUdSx1Sx0Ux1)以直流電源

36、中點(diǎn)O為參考點(diǎn)SASBSCUaUbUcUsUo000Ud2Ud2Ud20Ui100Ud2Ud2Ud24UdU2110Ud2Ud2Ud2U3010Ud2Ud2Ud2點(diǎn)U/U4011蟲(chóng)2土22U50012Ua2土2U61012b2Ua2U71112Ua2Ua20UsUs(UaUBejj2UceJ空間電壓矢量圖:iU6U5UAO、uBO、uCO和合成矢量us,寫(xiě)出他們的表達(dá)式。UAO、uBO、uCO和合成矢量us,寫(xiě)出他們的表達(dá)式。5.9當(dāng)三相電壓分別為Uao、Ubo、Uco，如何定義三相定子電壓空間矢量解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:合成矢量:UAOUBOUCOUsUAO

37、UBOe'j2UcoeJUAOUBOUCOUAOUBOej2ucoeA(ej0)5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量us與定子磁鏈Us的關(guān)系，當(dāng)三相電壓uAO、UBO、UCO為正弦對(duì)稱時(shí)，寫(xiě)出電壓空間矢量us與定子磁鏈us的表達(dá)式，畫(huà)出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:UsRsisd叭dt忽略定子電阻的影響,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(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量ej(譏s電壓空間矢量:Usj(1se1US2嘰1Us3Us1収25.11采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓UHd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輸出頻率w1開(kāi)關(guān)周期T03NWUs,QUsTot1，t2，Tt1t2，零矢量作用時(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0005.12兩電平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Us的幅值小于直流電壓Ud,空間角度任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來(lái)逼近期望的輸出電壓矢量。確定所在的扇區(qū)，然解：兩電平PWM逆變器有六