電力拖動自動控制系統(tǒng)(第三版)-陳伯時-習題答案(全部)

...wd......wd......wd...第一章：閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)000001-1為什么PWM-電動機系統(tǒng)比晶閘管-電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能答：PWM系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在很多方面有較大的優(yōu)越性：〔1〕主電路線路簡單，需用的功率器件少；〔2〕開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；〔3〕低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1：10000左右；〔4〕假設(shè)與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；〔5〕功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也大，因而裝置效率較高；〔6〕直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高；1-2試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進展制動時，兩個VT是如何工作的。答：如圖P13，1-17，制動狀態(tài)時，先減小控制電壓，使Ug1的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢還來不及變化，因而造成E＞Ud，很快使電流id反向，VD2截止，在ton≤t＜T時，Ug2變正，于是VT2導通，反向電流沿回路3流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在T≤t＜T+ton(即下一周期的0≤t＜Ton)時，VT2關(guān)斷，-id沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回饋制動，與此同時，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導通。在制動狀態(tài)中，VT2和VD1輪流導通，而VT1始終是關(guān)斷的。有一種特殊狀態(tài)，即輕載電動狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在VT1關(guān)斷后id經(jīng)VD2續(xù)流時，還沒有到達周期Ｔ，電流已經(jīng)衰減到零，這時VD2兩端電壓也降為零，VT2便提前導通了，使電流反向，產(chǎn)生局部時間的制動作用。1-3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系?為什么說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了〞?答：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示,即：當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s，即。調(diào)速范圍、靜態(tài)速降和最小靜差率之間的關(guān)系是：按上述關(guān)系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D與s相互制約，所以說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了〞。1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負載時的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠到達的調(diào)速范圍有多大系統(tǒng)允許的靜差率是多少解：思路一：系統(tǒng)能夠到達的調(diào)速范圍為：系統(tǒng)允許的靜差率：思路二：系統(tǒng)允許的靜差率：系統(tǒng)能夠到達的調(diào)速范圍為：1-5某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500~150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，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：因為：，所以系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降：又：，，故閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)：1-6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負載下電動機的速降為8r/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)速范圍可以擴大多少倍解：因為：所以：K=30時，電動機在額定負載下的速降為：又因為：所以在同樣靜差率要求下，且不變，D的變化只與有關(guān)，即調(diào)速范圍D擴大了8/4.13=1.49倍。1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落，假設(shè)要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化解：當靜差率s=10%時，當靜差率s=5%時，因此，假設(shè)要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將從27.8變化到59.8。1-8轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點改變給定電壓能否改變電動機的轉(zhuǎn)速為什么如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反響電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速為什么如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無抑制這種干擾的能力答：〔1〕轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個根本特征：①只用比例放大器的反響控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。②抵抗擾動，服從給定。③系統(tǒng)的精度依賴于給定和反響檢測的精度?！?〕改變給定電壓會改變電動機的轉(zhuǎn)速，因為反響控制系統(tǒng)完全服從給定作用。〔3〕如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反響電壓的分壓比會改變轉(zhuǎn)速，因為反響信號與給定信號的比擬值發(fā)生了變化，破壞了原先的平衡，調(diào)速系統(tǒng)就要繼續(xù)動作，使反響信號與給定信號到達新的平衡為止。〔4〕如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)沒有抑制這種干擾的能力。因為反響控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-9在轉(zhuǎn)速負反響調(diào)速系統(tǒng)中，當電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力為什么答：當電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時，系統(tǒng)對其均有調(diào)節(jié)能力。當測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)能力。因為反響控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-10V-M系統(tǒng)，電動機參數(shù)為：=2.2kW，=220V,=12.5A,=1500r/min,電樞電阻=1.2Ω，整流裝置內(nèi)阻=1.5Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s10%?！?〕計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降?！?〕采用轉(zhuǎn)速負反響組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造框圖?！?〕調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當Un*=15V時，Id=IN，n=nN,則轉(zhuǎn)速負反響系數(shù)α應(yīng)該是多少〔4〕計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：〔1〕先計算電動機的電動勢系數(shù)：Ce===0.137故開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降===246.35r/min調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降==8.33r/min(2)系統(tǒng)的原理圖如下：系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造框圖如下：(3)當Un*=15V時，Id=IN，n=nN,則轉(zhuǎn)速負反響系數(shù)：α≈==0.01(4)閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K===28.57放大器所需放大倍數(shù)Kp===11.18，取Kp=121-11在題1-10的轉(zhuǎn)速負反響系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流，臨界截止電流，應(yīng)該選用多大的比擬電壓和電流反響采樣電阻要求電流反響采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反響放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造框圖，并計算電流反響放大系數(shù)。這時電流反響采樣電阻和比擬電壓各為多少解：所以，因為主電路總電阻，要求電流反響采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，即要求電流反響采樣電阻不超過，而求得的，需要增加電流反響放大器。系統(tǒng)原理圖如下：系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造框圖如下：因為不能超過，令，故有所以電流反響放大系數(shù)為這時的電流反響采樣電阻，比擬電壓1-12某調(diào)速系統(tǒng)原理圖見教材P51，1-58，數(shù)據(jù)如下：電動機；，，，，，整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當主電路電流到達最大值時，整定電流反響電壓。設(shè)計指標：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤10%，,。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)構(gòu)造框圖，并計算：〔1〕轉(zhuǎn)速反響系數(shù)α?！?〕調(diào)節(jié)器放大系數(shù)?！?〕電阻的數(shù)值?！卜糯笃鬏斎腚娮琛场?〕電阻的數(shù)值和穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓值。解：〔1〕因為所以系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造框圖如下：〔2〕電動機的電動勢系數(shù)為開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為，取〔3〕取，則〔4〕求解的核心應(yīng)放在運放上，利用虛地點求解電流：……①對特殊點：當電機堵轉(zhuǎn)時，,故，；且此時，電樞回路中又,將上式帶入①式即可得到：當VS被擊穿時，又，，，所以，1-13在電壓負反響單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當以下參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么①放大器的放大系數(shù)Kp；②供電電網(wǎng)電壓；③電樞電阻Ra；④電動機勵磁電流；⑤電壓反響系數(shù)γ。答：當放大器的放大系數(shù)、供電電網(wǎng)電壓、電樞電阻、電動機勵磁電流發(fā)生變化時，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，當電壓反響系數(shù)γ發(fā)生變化時，它不能得到反響控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。因為反響控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-14有一個V-M系統(tǒng)，：電動機：，，，,,整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)?！?〕系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調(diào)速范圍時的靜差率s值?！?〕當，時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降?！?〕如組成轉(zhuǎn)速負反響有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求，，在時，，計算轉(zhuǎn)速負反響系數(shù)和放大器放大系數(shù)?！?〕如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負反響有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要求在時，，，并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)不變，試求在時的靜差率。解：〔1〕先計算電動機的電動勢系數(shù)：則開環(huán)系統(tǒng)的額定速降：所以系統(tǒng)開環(huán)工作時，調(diào)速范圍時的靜差率：〔2〕當，時，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降〔3〕在時，，轉(zhuǎn)速負反響系數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為，取〔4〕在電壓負反響有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，故當時，，并保持原開環(huán)放大系數(shù)K不變，在時nmin=50r/min，靜差率：1-15在題1-10的系統(tǒng)中，主電路電感,系統(tǒng)運動局部飛輪慣量，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設(shè)計的轉(zhuǎn)速負反響系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少解：計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)機電時間常數(shù)對于三相零式電路〔即三相半波整流電路〕，晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足穩(wěn)定條件：＜而題1-10中計算得到的閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為K===28.57＞22.86因此，此轉(zhuǎn)速負反響系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。1-16為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少它取決于那些因素答：在動態(tài)過程中，當變化時，只要其極性不變，即只要仍是＞，積分調(diào)節(jié)器的輸出便一直增長；只有到達，時，才停頓上升；不到變負，不會下降。特別要注意的是，當時，并不是零，而是一個終值；如果不再變化，這個終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。當積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓不是零，而是一個終值，它取決于輸入偏差量的全部歷史。1-17在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響并說明理由。答：轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響，因為系統(tǒng)的精度