#《电力拖动自动控制系统》习题答案1.docx
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#《电力拖动自动控制系统》习题答案1
第一章闭环控制的直流调速系统
1－1为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？
答：
PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：
10000左右。
（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也
不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
1－2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。
答：
在制动状态中，为负值，就发挥作用了。
这种情况发生在电动运行过程中需要降
速的时候。
这时，先减小控制电压，使
di2VT1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电
压降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很
快使电流反向，截止，在
dUdEU>
di2VDont≤＜Ｔ时，2gU变正，于是导通，反向电流沿回路
3流通，产生能耗制动作用。
在＜Ｔ+时，关断，
2VTTt≤ont2VTdi.沿回路4经续流，向
电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。
在制动状态中，和
轮流导通，而始终是关断的。
1VD1VD1VT2VT1VT1VT
在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到
周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，
产生局部时间的制动作用。
1VTdi2VD2VD2VT
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”？
答：
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
maxminnDn=其中，和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。
maxnminn
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
0NnsnΔ=
或用百分比表示
0100%NnsnΔ=×
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速Nn
则
0minNNNnnsnnnΔΔ==
+Δ
min
（1）NNNnsnnssΔ.
∴=.Δ=
maxmin
（1）
NNnnSDnn==
Δ.
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，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。
NnΔ
１－４某一调速系统，测得的最高转速特性为max1500/minOnr=，最低转速特性为
，带额定负载时的速度降落min150/minOnr=15/minNnrΔ=，且在不同转速下额定速降
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？
NnΔ
解系统能够达到的调速范围为
maxmin15001115015nDn===
.
系统允许的静差率1115100%100%10%
15001115NNNDnsnDnΔ×=×=×=
+Δ+×
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，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？
2%s≤
解因为
0minNNNnnsnnnΔΔ==
+Δ
所以
min1500.023.06/min110.02Nnsnrs×Δ===
..
因为
1opclnnKΔΔ=
+
所以
1001131.73.06opclnKnΔ=.=.=
Δ
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clenCΔ=dRI（1+K）
所以clenC=Δ×dRI（1+K）=8（1+15）=128
则
1284.13/min130clenrCΔ===
+
dRI（1+K）
（2）由
（1）
NNnSDnS=
Δ.
，可知在s和不变的情况下，D只与NnNnΔ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1500/minNnr=，开环转速降落
，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？
240/minNopnrΔ=
解；当s=10%时，8.33/min20NNnsnrD×Δ===
×15000.1（1-s）（1-0.1）
此时
2401127.88.33opclnKnΔ=.=.=
Δ
当s=5%时，3.95/min20NNnsnrD×Δ===
×15000.05（1-s）（1-0.05）
此时
2401159.83.95opclnKnΔ=.=.=
Δ
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？
为什么？
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？
答：
（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？
答：
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：
2.2220NNPkWUV12.5NIA=，
，电枢电阻1500/minNnr=1.2aR=Ω，整流装置内阻1.5recR=Ω，触发整流环节的放
大倍数。
要求系统满足调速范围D=20，静差率35sK=10%s≤。
（1）计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降。
opnΔclnΔ
（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。
（3）调整该系统参数，使当时，15nUV.=dNII=N，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
22012.51.20.1367min/
150012.5246.9/minNNaeNNeUIRCVnIRrC..×===.
×Δ===op
则开环系数额定速降为
（1.2+1.5）
n0.1367
额定负载时的稳态速降应为
8.33/min20NnsrD×Δ=≤=
×cl15000.1n（1-s）（1-0.1）
（2）系统的静态结构框图如下所示
转速负反馈系统的原理图
（3）当时，15nU.=dNII=N，n=n，则转速负反馈系数α应该是
150.011500nnNUUnnα..
====
（4）闭环系统的开环放大系数应为
246.91128.648.33opclnKnΔ=.=.=
Δ
运算放大器所需的放大倍数
28.6411.19/0.0135/0.1367PSeKKKCα===
×
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2dblNII≤，临界
截止电流1.2dcrNII≥，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？
文本框:
UBn
KpKs
α
1/CeU*
nUcΔUnEnUd0
Un+
+
-IdR-
UnKs
文本框:
IBd
+
-
AGTMTG+
-
+
-
+
-
Utg
UdId
n+
-
-
+Un
ΔUn
U*
n
UcUPE+
-
MTIdUn
UdUcUntg
解：
因为
21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIR.+
=≤
=≥
且=15V，计算可得.
nU1.522.5sRV=Ω=com，U
21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIKR.+
=≤
=≥
1—12某调速系统原理图如图1-58所示，已知数据如下：
电动机；18NPkW=，220NUV=，
，941000/minNIAr==N，n0.15aR=Ω，整流装置内阻0.3recR=Ω，触发整流环节
的放大倍数。
最大给定电压，当主电路电流达到最大值时，整定电流
反馈电压
40sK=15nmU.=
10imUV=
设计指标：
要求系统满足调速范围D=20，静差率10%s≤，1.5dblNII=，。
1.1dcrNII=。
试画出系统的静态结构框图，并计算：
（1）转速反馈系数α。
（2）调节器放大系数。
pK
（3）电阻1R的数值。
（放大器输入电阻020Rk=Ω）
（4）电阻2R的数值和稳压管VS的击穿电压值。
解：
（1）转速负反馈系数α应该是
150.0151000nnNUUnnα..
====
（2）先计算电动机的电动势系数
220940.150.2059min/
100094205.4/minNNaeNNeUIRCVnIRrC..×===.
×Δ===op
则开环系数额定速降为
（0.15+0.3）
n0.2059
5.56/min20NnsrD×Δ=≤=
×cl10000.1n（1-s）（1-0.1）
闭环系统的开环放大系数应为
205.41135.95.56opclnKnΔ=.=.=
Δ
运算放大器所需的放大倍数
35.912.3/0.01540/0.2059PSeKKKCα===
×
1—13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调
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