电力拖动自动控制系统习题与解答.docx

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电力拖动自动控制系统习题与解答

电力拖动自动控制系统习题集及解答

（内部参考资料）

支长义编

某大学电气工程学院

第一章习题集及解答

1－1、改变给定电压是否能够改变电动机的转速？

为什么？

如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比是否能够改变转速？

为什么？

如果测速机励磁发生变化，系统有没有克服这种扰动的能力？

解：

不管开环或是闭环调速系统，转速对给定是惟命是从的，所以变必然导致n变。

对于有静差系统：

分压比的变化即α的变化→K的变化，在不变时，必然变化，（或者→,α变→n变），测速机的励磁变化等效于α的变化，所以n不必然变化，故系统没有克服这种扰动的能力。

1－2、某调速系统的调速X围是1500～150rpm，要求是S=2%,那么，系统允许的静态速降是多少？

如果开环系统的,则开环系统的开环节放大倍数应有多大？

解：

由知：

闭环允许的速降为,如果开环，则闭环系统的开环放大倍数应大于等于：

。

1－3、有一V-M调速系统，电动机参数为=2.5KW,=220V，=15A，=1500rpm,=2Ω,整流装有置内阻为：

=1Ω,=30,要求：

=20，=10%。

试求：

1、计算开环系统的稳态速降和调速系统允许的稳态速降。

2、画出转速负反馈系统的稳态结构。

3、当＝20V时，＝1000rpm,则转速反馈系数应为多少？

4、系统开环放大系数是多少？

比例放大器放大倍数是多少？

5、若主电路电压L=60mH,=1.8整流电路为三相零式，则满足D、S的转速负反馈系统能否稳定运行？

为了保证稳定，允许最大的开环放大倍数是多少？

6、如果增设电流截止环节，要求≤2,≤1.2,=?

=?

若要求电流反馈电阻如果做不到，须增加电流放大器，试计算电流反馈放大倍数，和各为多少？

画出系统的原理图和静态结构图。

7、如果转速负反馈系统的整流装置采用三相零式电路，主电路平波电抗器的选择要保证最小电流为20％时仍能连续，系统GD2=2.94Nm2。

按D=20，S=5%设计的系统能否稳定运行？

如果系统不能稳定运行，对系统过行动态校正，并计算调节器参数？

8、如果改用电压负反馈，能否达到题中所给的调速要求？

若放大器Kp不变，=30V，在S=30%时，采用电压负反馈最多能够达到多大的调速X围？

9、如果采用电压负反馈和电流正反馈，能否满足题中所给的调速要求？

参数如何选择？

试画出系统的静态结构图。

解：

1、＝（220－15×2）＝0.127rpm

开环系统的稳态速降为：

=15×（2+1）/0.127=354.33rpm

满足调速要求所允许的稳态速降为：

=8.33rpm；

2、采用转速负反馈系统的稳态结构图为：

3、在稳态时，→=20/1000=0.02V/rpm。

4、＝354.33/8.33-1=41.54

=41.54×0.127/（30×0.02）=8.79。

5、由于＝0.06/（2+1）=0.02s，=1/（2×3×50）=0.00333s

=0.09349s

所以系统临界稳定＝32.89,

要满足D、S的要求K≥41.54，故系统不能稳定运行。

6、≤2×15A

≥1.2×15取＝1.2×15＝18A

＝0.02×150030V

，≥2.5Ω，取＝2.5Ω，

则＝45V，如果要求，取＝1Ω，则＝18V，＝45／18＝2.5

系统的原理图和静态结构图为：

7、L＝1.46×220/（0.2×15）=107.07mH

=0.109707/3=0.0357s

=1/（2×3×50）=0.0033s

=2.94×3×π/（375×0.1272×30）=0.1527s

系统稳定的K为：

＝[0.1527（0.0357+0.0033）+0.00332]/0.0357×0.0033=50.18

=15×3/0.127=355rpm

=1500×0.05/[20（1-0.05）]=3.947rpm

满足D、S时：

所以稳态要求K≥88.94，而稳定时K≤50.67,故系统不能稳定运行。

对象传递函数为：

校正环节为：

，取则：

，

取＝20KΩ，,,,满足近似条件。

校正后的传函为：

。

，

8、由静态性：

仅由电枢电阻产生的速降：

，故电压达不到题中的调速要求。

9、

若使，则系统完全与转速负反馈相同。

则

1-4、某机械采用下图的晶闸管励磁、发电机组供电的直流调速系统，发电机的额定功率为110KW，电动机的额定功率为100KW。

系统采用电压负反馈和电流截止负反馈控制，电流信号取自发电机和电动机的附加极绕组与，试画出该系统的稳态结构图并推导系统的静特性方程式。

其中为发电机励磁回路总电阻，Kf为发电机放大系数，为发电机电枢电阻，，为电动机电枢电阻，为电流反馈系数，为电压反馈系数，为电流截止负反馈回路稳压管的反向击穿电压。

解：

静态特性为：

，，，

，，

当时，；当时，。

故其静态结构图如下：

通过结构图变换得静特性方程为：

当

时：

1-5、已知数据，发电机为励磁电压电动机：

，，设置放大器限幅值为，要求D=10，S=20%，堵转电流为：

截止电流。

试求：

1、计算系统所允许的稳态速降

2、计算各环节的传递函数

3、决定放大器结构和放大系数Kp

4、计算比较电压U，并选用稳压管

5、分析Kp、β、U等参数的变化对系统静特性的影响

6、为什么主回路中设有串入平波电抗器

解：

1、，系统允许的稳态速降为：

2、，，

电压反馈系数的计算：

根据稳态时，。

3、如果采用P调节器，则电动机的速降：

，所以用P放大器可以满足要求，且，设运算放大器的输入电阻R0=20KΩ，则放大器反馈电阻R1=Kp*R0=16.3*20=326KΩ,当然采用PI调节器时，被反馈环包围的速降为0，只有没有不被反馈包围的速降，能满足要求，在实际中常采用准PI调节器，那么准PI调节器的参数Kp也可以为16.3。

4、再将：

代入上式得，于是

，可选2CW15稳压管，其击穿电压为7～8.5V,两只对接。

5、Kp↑→工作段特性变硬，

U不变，↓→下垂段特性的n0不变，增大，

不变，U↓→下垂段特性的n0减小，减小。

6、于发电机的附加励磁绕组是一个大电感，足以克服电流的脉动，所以不需在主回路接入平波电抗器。

1-6、在下图所示的转速负反馈单闭环系统中，已知数据有：

电动机：

=2.2KW,=220V,=12.5A,=1500rpm,=1Ω。

整流电源采用三相桥式电路，整流电阻及平波电抗器电阻之和为1.9Ω，主电路总电感L=40mH，Ks=44，GD2=1.5Nm2，最大给定电压为10V，要求D=15，S=15%。

问：

1、该系统能否稳定运行，其临界开环放大系数为多少？

2、如果系统不能稳定运行，对其进行动态校正

解：

1、

所以要满足D、S，开环，，对于桥式整流电路：

，，要使系统稳定运行开环放大倍数：

，故系统满足D、S时不能运行。

2、满足D、S时开环传函数为：

，其中，，所以所以转折频率为：

，20lgk=33.8dB,

故未加校正时的开环幅频特性为①：

采用PI调节器进行校正，其校正传函为：

，取并使，取，则得L1=30dB,,即。

，如果取R0=40KΩ，则，取R1=30KΩ，，，故设计有效。

校正后：

幅值裕度为：

，

所以校正有效。

1-7、带电流正反馈的电压负反馈调速系统，采用三相桥式全控整流电路供电，系统整流变压器采用△/Y接线，一次绕组每相电阻为2Ω，二次绕组每相电阻为0.5Ω，电动机参数为：

=3KW,=220V,=17.5A,=1500rpm,=2.2Ω,平波电抗器电阻,设计指标：

D=20，S=10%，，运算放大器限幅值为8V。

1、计算不包含平波电抗器时的整流装置内阻，电流反馈电阻，电压反馈系数和调节器放大系数Kp等参数。

2、分析等参数对系统静特性的影响。

解：

1、，为整流变压器绕组折算到二次侧的等效电阻，它包括绕组电阻及一次绕组电阻折算到二次侧的电阻；是由整流变压器漏抗引起的换向压降所对应的电阻。

本题中，整流变压器采用△/Y接线，为便于计算把它换算成Y/Y接线。

设变压器一次侧每相电阻为R11，二次侧每相电阻为R21，则R11=2Ω，R21=0.5Ω，换成Y/Y接线后，一次侧每相电阻为，折算到二次侧后每相电阻为：

，

U1为一次侧相电压有效值220V，U2为二次相电压有效值，可按下式计算，

→，95%为电网电压波动系数；对于不可逆系统，可取，则U2=102V，于是，所以，又，式中Uk为变压器的阻抗百分比，对于容量小于1000KV.A的变压器Uk值一般取5，m为整流电压一周期内脉动次数，对三相桥式电路m=6。

，根据得，根据D、S得系统速降为：

，

根据带电流补偿电压负反馈电流的静特性方程：

，由此式看出速降主要是由所产生，为补偿其速降可使，，由于，，由于，为简单计，取，

3、若不变，KpKs值随Rs值增大而减小。

1-8、某调速系统原理图如图所示：

已知数据如下：

电动机=30KW,=220KW,=157.8A,=1000rpm,=0.1Ω,

采用三相桥式整流电路，等效内阻=0.3Ω,=40,,当主电路电流最大时，整定。

设计指标：

D=50，S=10%，,试画出系统的稳态结构图，并计算：

1、α；2、Kp；3、R0、R1；4、R2和VST的击穿电压。

解：

当，；

当，

，根据知，，，允许的，

，取R0=20KΩ，则取R1=KpR0=940KΩ,当时，Ui=10V,,,Ui=0.042Id,当时，，即为稳压管的击穿电压。

系统的静态结构图为：

系统的静态方程为：

在时，n=0,

，，。

1-9、单闭环有静差调速系统，已知=2.2KW,=220V,=12.5A,=1500r/min,=1Ω主电路总电阻R=2.9Ω,=75，测速机采用ZYS-231/110型测速发电机，其的分压系数。

要求D=20，S=5%。

1、当采用的分压系数是否满足要求？

2、计算Kp、R1的值。

解：

，

，允许速降，，，当RP2的分压比为1/8时，，在最高速时产生的电压为，故满足要求。

分压比是

1-10、有V-M系统，已知=2.8KW,=220V,=15.6A,=1500rpm,=1.5Ω,＝1Ω,＝37。

1、系统开环工作时，试计算D=30时的S值。

2、当D=30、S=10%时，计算允许的稳态速降。

3、如为转速负反馈有静差调速系统，要求D=30、S=10%，在=10V时，使电动机在额定工作点工作，计算Kp和α。

4、如改电压负反馈有静差调速系统，仍要在=10V时，使电动机在额定工作点工作，并保持系统的开环放大系数不变。

试求D=30时的静差率。

解：

1、，，

2、

3、

4、电压反馈的速降为：

1-11、对于调速系统的转速控制要求是各式各样的，归纳起来，有三个方面：

1、调速；2、稳速；3、加、减速。

1-12、调速和稳速是调速系统的稳态的两个指标，它由调速X围D和静差率S%来反映。

1-13、调速X围D定义为，对于调压调速系统。

1-14、静差S%的定义：

当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，即。

1-15、静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。

但是硬度相同的机械特性，转差率并不一定相同。

1-16、调速X围和静差率是调速系统的稳态指标，这两个指标能否彼此孤立的提？

（否）

1-17、D、S、之间的关系是：

1-18、开环系统与闭环系统的比较

1、在相同负载下，两系统的开环速降

2、在同一n0下，两系统的静差率

3、当S%相同时，两系统的调速X围

解：

1、在相同负载下，两系统的开环速降为：