电力拖动自动控制系统运动控制系统答案Word文档格式.docx

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在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有达到

周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。

１－３调速范围和静差率的定义是什么？

调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关

系？

为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？

生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即

D=nmax

nmin

其中，nmax

和nmin

一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负

载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

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时所对应的转速降落，与理

想空载转速之比，称作静差率s，即或用百分比表示

s=ΔnN

n0

s=ΔnN×

100%

在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速nN作为最高转速

则s=ΔnN

=ΔnN

nmin+ΔnN

∴nmin

s

−ΔnN

=（1−s）ΔnN

=nNS

ΔnN（1−S）

由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。

对于同一个调

速系统，ΔnN值一定，如果对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够允许的调速

范围也越小。

一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范

围。

１－４某一调速系统，测得的最高转速特性为nOmax=1500r/min，最低转速特性为

nOmin=150r/min，带额定负载时的速度降落ΔnN=15r/min，且在不同转速下额定速降

ΔnN不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？

系统允许的静差率是多少？

解系统能够达到的调速范围为

=1500

150−15

=11

系统允许的静差率

s=DΔnN

nN+DΔnN

×

100%=

11×

15

1500+11×

100%=10%

１－５某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min，要求系统的静差率s≤2%，那么系

统允许的静态速降是多少？

如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍

数应有多大？

解因为

Δn=nmins=150×

0.02=3.06r/min

所以N

1−s

1−0.02

因为Δncl

=Δnop

1+K

Δn100

K=op−1=−1=31.7

所以Δncl

3.06

1－6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8r/min，如果

将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？

在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？

解

（1）因为

Δn=RId

clC（1+K）

所以RId=Δn（

C

cl

e

1+K）=8×

（1+15）=128

RI128

则Δn

=d==4.13r/min

C（e1+K）

1+30

（2）由

D=nNS

，可知在s和nN

不变的情况下，D只与ΔnN有关

调速范围扩大1.94倍。

1－7某调速系统的调速范围D=20，额定转速nN=1500r/min，开环转速降落

ΔnNop=240r/min，若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将如何变

化？

解；

当s=10%时，Δn=

nNs

=1500×

0.1

=8.33r/min

ND（1-s）

Δnop

20×

（1-0.1）

240

此时K=−1=−1=27.8

当s=5%时，

Δncl

Δn=

8.33

nNs=

1500×

0.05

=3.95r/min

N

D（1-s）

（1-0.05）

此时K=−1=−1=59.8

3.95

则若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将变大。

1—8转速单闭环调速系统有那些特点？

改变给定电压能否改变电动机的转速？

为什么？

如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？

如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？

（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作用是：

抵抗扰动，服从给定。

扰动性能是反馈控制系统最突出的特征之一。

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。

（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。

反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？

为什么？

当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。

因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。

负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。

因为他们的变化最终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。

再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。

测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。

反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—10有一V—M调速系统。

电动机参数为：

PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，电枢电阻Ra=1.2Ω，整流装置内阻Rrec=1.5Ω，触发整流环节的放

大倍数Ks=35。

要求系统满足调速范围D=20，静差率s≤10%。

（1）计算开环系统的静态速降Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl。

（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。

ndNN

（3）调整该系统参数，使当U∗=15V时，I=I，n=n，则转速负反馈系数α应该是

多少？

（4）计算放大器所需的放大倍数。

解：

（1）先计算电动机的电动势系数

C=UN−INRa

nN

=220−12.5×

1.2=0.1367V⋅min/r

1500

则开环系数额定速降为

（1.2+1.5）

=INR=12.5×

=246.9r/min

Ce0.1367

额定负载时的稳态速降应为

≤1500×

clD（1-s）

（2）系统的静态结构框图如下所示

U*n+

∆Un

Uc

KpKs

Ud0

+

-IdR

En

1/Ce

-Un

α

转速负反馈系统的原理图

Id

Un

Ud

U

tg

I

+*

+nn

∆U

--

AUcGT

d

UPEUdM

-

-Un+-

-tg

n

TTG

（3）当U∗=15V

时，Id=IN，n=nN，则转速负反馈系数α应该是

∗∗

α=Un

=Un=15

=0.01

nnN

（4）闭环系统的开环放大系数应为

Δn246.9

K=op−1=−1=28.64

运算放大器所需的放大倍数

KP=

K

αKS/Ce

=28.64

0.01×

35/0.1367

=11.19

1—11在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流Idbl≤2IN，临界

截止电流Idcr≥1.2IN，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？

要求电流反馈采样

电阻不超过主电路总电阻的1/3，如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原

理图和静态结构框图，并计算电流反馈放大系数。

这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

R

U∗+

I=n

Ucom

≤2I

解：

因为

dblN

S

I=Ucom

≥1.2I

dcrN

且U∗=15V，计算可得R

=1.5Ω，U

=22.5V

nscom

db