电力拖动自动控制系统习题与解答.docx

1、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11、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：分压比的变化即的变化K的变化，在不变时，必然变化，（或者,变n变），测速机的励磁变化等效于的变化，所以n不必然变化，故系统没有克服这种扰动的能力。12、某调速系统的调速X围是1500150rpm，要求是S=2%,

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

3、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？

4、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、 （220152）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=41.540.127/(300.02)=8.79。5、由于0.06/(2+1)=0.02s，=1/(2350)=0.00333s=0.09349s所以系统临界稳定32.89,要满足D、S的要求K41.5

5、4，故系统不能稳定运行。6、215A1.215 取1.21518A0.02150030V，2.5，取2.5，则45V，如果要求，取1，则18V，45182.5系统的原理图和静态结构图为：7、L1.46220/(0.215)=107.07mH=0.109707/3=0.0357s=1/(2350)=0.0033s=2.943/(3750.127230)=0.1527s系统稳定的K为：0.1527(0.0357+0.0033)+0.00332/0.03570.0033=50.18=153/0.127=355rpm=15000.05/20(1-0.05)=3.947rpm满足D、S时：所以稳态要求K

6、88.94 ，而稳定时K50.67,故系统不能稳定运行。对象传递函数为：,校正环节为：，取则： ，取20K，,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

7、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Kp4、计算比较电压U，并选用稳压管5、分析Kp、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

8、器可以满足要求，且，设运算放大器的输入电阻R0=20K，则放大器反馈电阻R1=Kp*R0=16.3*20=326K,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78.5V,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

9、：电动机：=2.2KW, =220V, =12.5A, =1500rpm, =1。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1.9，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：采用PI调节器进行校正

10、，其校正传函为：，取并使，取，则得L1=30dB,即。，如果取R0=40K，则，取R1=30K，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2，二次绕组每相电阻为0.5，电动机参数为：=3KW, =220V, =17.5A, =1500rpm, =2.2,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

11、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=2，R21=0.5，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

12、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, =0.1,采用三相桥式整流电路，等效内阻=0.3, =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、；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

13、=20K，则取R1=KpR0=940K,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, =1主电路总电阻R=2.9, =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, =1

14、5.6A, =1500rpm, =1.5, 1, 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。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

15、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：