電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課后參考答案第二章

第二章作業(yè)

思考題：

2-1直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點(diǎn)？

1.電樞回路串電阻調(diào)速

特點(diǎn)：電樞回路的電阻增加時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性的硬度變軟。

反之機(jī)械特性的硬度變硬。

2.調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速

特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著外加電源電壓的降低而下降，從而達(dá)到降速的目的。

不同電源電壓下的機(jī)械特性相互平行，在調(diào)速過(guò)程中機(jī)械特性的硬度不變，

比電樞回路串電阻的降壓調(diào)速具有更寬的調(diào)速范圍。

3.弱磁調(diào)速

特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著勵(lì)磁電流的減小而升高，從而達(dá)到弱磁降速的目的。

調(diào)速是在功率較小的勵(lì)磁回路進(jìn)行，控制方便，能耗小，調(diào)速的平滑性也較

22簡(jiǎn)述直流PWM變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。

IGBT,電容，續(xù)流二極管，電動(dòng)機(jī)。

2-3直流PWM變換器輸出電壓的特征是什么？

直流電壓

2-4為什么直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？

直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，

電動(dòng)機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響

應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；電力電子開(kāi)關(guān)

器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適中時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而

裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。

2-5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí)，電樞兩端是否還有電壓？

電路中是否還有電流？為什么？

電樞兩端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓僅取決于

直流。

電路中無(wú)電流，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)處已斷開(kāi)，構(gòu)不成通路。

2-6直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會(huì)產(chǎn)生什

么后果？

反并聯(lián)二極管是續(xù)流作用。若沒(méi)有反并聯(lián)二極管，則IGBT的門(mén)極控制電壓為負(fù)

時(shí)，無(wú)法完成續(xù)流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電樞電壓不近似為零。

2-7直流PWM變換器的開(kāi)關(guān)頻率是否越高越好？為什么？

不是越高越好，因?yàn)樘叩脑捒赡艹霈F(xiàn)電容還沒(méi)充完電就IGBT關(guān)斷了，達(dá)不到

需要的輸出電壓。

2-8泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對(duì)系統(tǒng)有何影響？如何抑制？

對(duì)濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高。

過(guò)高的泵升電壓將超過(guò)電力電子器件的耐壓限制值。

選取電容量較大且合適的電容。

2-9在晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？

負(fù)載增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)速度就

不變了，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。T-TL=J*dn/dt

270靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機(jī)械特性硬度是一回事嗎？舉個(gè)例

子。

朋*s

D二---------------

?胴*(1-s)

不是一回事。靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。

機(jī)械特性硬度是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的降落的。是機(jī)械特性的斜

率。如：變壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是相互平行的，機(jī)械特性硬度是

一樣的，但是靜差率卻不同，空載轉(zhuǎn)速高的靜差率小。

2-11調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什么必須同時(shí)提才有

意義？

nN*s

D=-------------------------

?胴*(1_s)

若只考慮一個(gè)量，其余兩個(gè)量在一個(gè)量一定的情況下另一個(gè)量就會(huì)不滿(mǎn)足要求。

2-12轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？

為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如

果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無(wú)克服這種干擾的能力？

特點(diǎn)：減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。

?Un=U*-Un.Un=aXn,Uc=KPX?Un>Ud0=KsXUc>n

Ud0-ldXR

改變給定電壓能改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，因?yàn)楦淖兘o定電業(yè)會(huì)改變電壓變化值，進(jìn)而改

變控制電壓，然后改變輸出電壓，最后改變轉(zhuǎn)速。

如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是能夠改變轉(zhuǎn)速，因?yàn)檎{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

會(huì)改變反饋電壓，進(jìn)而改變電壓變化值，控制電壓，輸出電壓，最終改變轉(zhuǎn)速。

如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，會(huì)造成Ce的變化，會(huì)影響轉(zhuǎn)速，被測(cè)速裝

置檢測(cè)出來(lái)，再通過(guò)反饋控制的作用，減小對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。系統(tǒng)有克服這種

干擾的能力。

2-13為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)

積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓△WO時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些

因素？

比例調(diào)節(jié)器的愉出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸

入偏差量的全部歷史。雖然到穩(wěn)態(tài)時(shí)?Un=0,只要?dú)v史上有過(guò)?Un,其積分就有

一定的數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓Uc。

2-14在無(wú)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(cè)

速發(fā)電機(jī)精度的影響？為什么？

受影響。因?yàn)闊o(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)若給定電源發(fā)生偏移或者測(cè)速發(fā)電機(jī)精

度受到影響會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速改變，進(jìn)而反饋電壓改變，使電壓偏差為零，所以轉(zhuǎn)速的

穩(wěn)態(tài)精度會(huì)受影響。

2-15在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否

有調(diào)節(jié)作用？為什么？

(D放大器的放大系數(shù)Kpo

(2)供電電網(wǎng)電壓Udo

(3)電樞電阻Ra0

(4)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流If。

(5)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)ao

?Un=U*-Un.Un=aXn,Uc=KPX?Un>Ud0=KsXUc>n

Ud0-ldXR

(D放大器的放大系數(shù)L發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镵.發(fā)生變化時(shí)，

控制電壓”就會(huì)改變，然后輸出電壓必。就會(huì)改變，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓

隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。

習(xí)題

2-1

有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，VT1始終不

導(dǎo)通。VT2導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)；VT2不導(dǎo)通時(shí)，VD1續(xù)流，電動(dòng)

機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。

2-2

nrrax1000

D二——二-------

nNXs1000X0.02

,N-D(1-s)~10X(1-0.02)

2-3

nrraxn0max一？八||1500一15

D-.........--------------------------

-

nminn0min一？h115015

1_1

-1500-15

1+--------1+---------

DX?nN11X15

2-4

UN一INXRa

Ce=------------=0.148

朋

INX凡+Rs)

=--------------=115.1r/min

Ce

n?Xs

s二20%,D=HE二3J1

r?NXs

s=30%D=?nfj(1_s)=5.32

2-5

lNXR

?皿---------------=274.5r/min

?胴

SN：K二21.54%

□NXs

?nN二2.63r/min

2-6

U：XKpXKs

UdeI=12V

1+yXKPXKs

Udop=U*XKPXKs=264V

Udop264

UdeI

UdeI

U：K*…4.6V

2-7

nrrax1500

D二

nmin150

r)NXs

?皈=7.89r/min

K=

2-8

?n°p=?n0|(K+1)=128r/min

?n°p

?nci=------=4.13r/min

K+1

HNXs「NXs

D二

?nN(1-s)?nci(1-s)

D

1.94

D

?nc|

2-9

*Ud0-ldxR

?Un=U*-Un,Un=aXn,Uc=KpX?Un,Ud0=KsXUc,n=-丁

(1)

R=Ra+R|_+Rrec=3.3Q

UN-INXRa

Ce二-------------------------二0.134

nN

INXRlNX(Ra+/+Rrec)

圖一系統(tǒng)的原理圖

圖二系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

(3)(4)

K=1=35.96

Ud0-IN*RKp義Ksxu：-IN*R

nNXCcX(K+1)+IN*R

K二----------------------------二14.23

PKsXU*

CeXK

0.0097

KPXKs

2-10

KpXKsx(U：+Uconi)

Idbl

R+KpXKsXRs

一般KpXKsXRS?R,因此

U*+Uc所

?dbl*W2I

RsN

Ucom

Idcr=~Z~21.2IN

KS

由習(xí)題2-5知電路總電阻R=Q

1

RsW十二0.06Q

若取Rs=0.06Q,Ucom212INXRs=21.96V

題目中未出U：,條件不足，解不出來(lái)。

2-11

此題為三相零式電路，同樣的輸入電壓下，三相零式電路輸出電壓頻率是三相橋

式電路的一半。所以飛二2X0.00167=0.0034

30

若按習(xí)題2-5的主電路總電阻，R=Q,Ce=0.2V?m,Cm=-X0.2=1.9

L

T|=-=0.278

GD?XR

0.002

375XCeXGn

TmX(T|+T$)+11

<=61

KT|XTS°,

30

若按習(xí)題2-9的主電路總電阻，R=Q,Ce=0.2V?m,Cni=-X0.21.9

T|=-=0.015

GD?XR

Tm-375XCeXCm"°,037

TmX(T(+Ts)+11

K<——丁F------二13.58

T|XTs

按2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)"，不能穩(wěn)定運(yùn)行。

如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K=o

2-12

(1)

R=Ra+R|_+Rrec=3.3Q

UN-INXRa

Ce二------------二0.131

nN

?n=--——=----------------------=392.977r/min

opCeCe

二0.887

DX?nop

(2)

r)NXs

?n|=?