電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-第四版-課后答案

1、習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是i00oi00 r/min ,要求靜差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少?解:n1ns一 D(1-s)= 1000 0.02 (10 0.98) = 2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為 2.04rpm2.3 某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為n0max =1500r/min ，最低轉(zhuǎn)速特性為 n0min =150r/min ，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落 inN =15r/min ,且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問(wèn)系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少?解：1）調(diào)速范圍 d nmov /nmi （均指額定負(fù)載情況下） ma

2、x. minnmax =n°max - .N =1500-15 =1485 nmin =n°min - f =150-15=135D = nmax/nmin =1485135=112) 靜差率 snN ； n0 =15 150=10%2.4 直流電動(dòng)機(jī)為PN=74kW,UN=220V,IN=378A,nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022 Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果 s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？ ？ 解 Ce=(UN -INRa). nN =(220-378 0.023)/

3、1430 = 0.1478V. rpmAn = IN R Ce378 m(0.023+ 0.0?2) 0.1478 rpW5D =nNS ： n(1一胡=14300.2 115 -(10.2)3.1D =小S：r(1-5)= 14300.3 115 -(10.3)5.332.5 某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用 V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)，主電路總電阻R=0.18 Q ,Ce=0.2V ?min/r,求：(1)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落inN為多少？(2)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率SN多少？(3)若要滿(mǎn)足 D=20,s V5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落inN又為多少？解(1

4、) nN =IN R.Ce=305 0.18 0.2 = 274.5r/min SN f ： nN ： n0 -274.5. (1000 274.5)=21.5% :n =nNS； D(1 s) =1000 0.05 20 0.95 =2.63r/min2.6 有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓Uu =8.8V、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)KP =2、晶閘管裝置放大系數(shù)Ks =15、反饋系數(shù)丫 =0.7。求：(1)輸出電壓 U d ；( 2)若把反饋線(xiàn)斷開(kāi)， U d為何值？開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？ (3)若*把反饋系數(shù)減至丫 =0.35 ,當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓U

5、 u應(yīng)為多少？解 1)Ud =KpKsUu/(1+KpKj)=2M15M8.8(1 + 2M15M0.7) = 12V(2) Ud =8.8 2 15=264V ，開(kāi)環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的 22倍 Uu=Ud(1 KpKs ). KpKs=12 (1 2 15 0.35) (2 15) = 4.6V2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min ,要求系統(tǒng)的靜差率 s < 5% ,那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min ,則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解 D D =nNs/AnN(1-s)10 =1500 2%/ nN 98%nN =

6、1500 2% / 98% 10=3.06r/min2)K=(&nop/Ana )1=100/3.061 = 31.72.8 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為8 r/min ,如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30,它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？解n0P = 1 K ：ncl = 1 15 8 =128如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：ncl- nop /1 K ):128/1 30 )=4.13rpm在同樣靜差率要求下，d可以擴(kuò)大Anci1 /.：ncl2 =1.937 倍2.9 有一 V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù) Pn =2.2

7、kW, U n=220V, In=12.5A, n n=1500 r/min ,電樞電阻 Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 Q,整流裝置 內(nèi)阻Rrec=1.0Q觸發(fā)整流環(huán)節(jié)日勺放大倍數(shù) Ks=35。要求系統(tǒng)滿(mǎn)足調(diào)速范圍 D=20 ,靜差率S<=10%。(1)計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ) nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降A(chǔ)n,。(2)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。(3)調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng) Un*=15V時(shí)，Id=I N, n=nN ,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？(4)計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)n = Un -InRa /Ce二 C

8、e = 220 -12.5 1.5 /1500 =201.25/1500 = 0.134V min/ rn =(Un -In R三 /Ce=' 'nop =InR三/Ce=12.5 3.3/0.134 =307.836r/minnN =nNs/(D(1 s )=150010%/ (20*90% ) =8.33r /min所以，ncl =8.33r/min(2)* n =(K pKsUn I d R)口(1 + K 滬 ku ： / (1 + K )L |j d R/(Ce(1 十 K RK= ：n°p/ 仇 -1 = 307.836/8.33- 1 = 35.9551

9、500 = 35.955 x 15/« (1 +35.955 ) 12.5 父 3.3/( 0.134(1 + 35.955 )1二:-0.0096V min/ r可以求得,= 14.34K*Ce35.955*0.134一 Ks * : 一 35*0.0096也可以用粗略算法:*Uc 15U n U n =an，口 =0.01n nn 1500Kp =KCe/KsC(, Kp =35.955 M0.134 / (35 父 0.01 )=13.762.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流1dbi W 2I N，臨界截止電流 I dcr21.2I N，應(yīng)該選用多

10、大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過(guò)主電路總電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？解 1) Idb|M2I N =25A,Idcr -1.2In =15AI dcr=U com / Rs =15 =Ucom/RsIdbl : U： Ucom /Rs- 25= 15 Ucom / Rs = Rs =15Ucom =15 1.5 = 22.5Vcoi H（R：/3） = 1.0 1.5 0.8 /3 =1. =Rs （R；/3）（2） -不符合要求，取Rs=1.1C,需

11、加電流反饋放大器由于需要的檢測(cè)電阻值大，說(shuō)明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿(mǎn)足檢測(cè)電阻小和電流信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放 大。為此, 當(dāng)Id Alder時(shí)，有n = KpKsU；/Ce 1 K L KpKsKi RsId -Ueom /Ce1 K L Rid/Ce 1 K 1= kpKsU： KiUeom/Ce1 K R KpKsKi Rs Id / Ce 1 K 1當(dāng)n=0時(shí)，Idbl =KpKs Un KU com / R KpKsKiR : Un KU com /KiRs25 = 15 16.5Ki /1.1Ki Ki =15 / 22.5-13.5 =1.36222

12、.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感 L=50mH ,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD =1.6Nm，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)環(huán)放大系數(shù)是多少?解 L =50mH , GD2 =1.6Nm2, Ry = 3.3C , Ce = 0.134V / rpmT =L/ R： = 0.05/3.3 =0.015s2 二Tm =GD R</ 375CeCm =1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30/3.14=5.28/ 64.33 =0.082sTs =0.00333sK <Tm(T +Ts

13、 )+Ts2 /T1Ts =同.082父(0.015+0.00333)+0.0033321/(0.0151*0.00333)_2 ;i可-|0.0015 0.00333 / 0.00004983 =30.52見(jiàn)與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為30.52。2.12 有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)PN =2.8kW, U N =220V , I N =15.6A，nN =1500r/min , Ra =1.5Q,整流裝置內(nèi)阻 Rrec=1Q,電樞回路電抗器電阻 Rl=0.8Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =35。(1)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)

14、算調(diào)速范圍D =30時(shí)的靜差率 s值。(2)當(dāng)D =30，s =10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 *如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D =30, s =10% ,在Un =10V時(shí)1d = I N，n =nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) a和放大器放大系數(shù) k n。 p解：Ce = 220 -15.6 1.5 /1500 = 0.1311V min/r(1)nop =IN RjCe=15.6 3.3/0.1311 =392.68r/minnmin =1500/30 =50s = ；：nop/ ."-n0min =392.68/ 392.68 50 =88.7%(2)0.1 = n/ n

15、 50=n =5/0.9 =5.56r/min(3)n = KpKsUn /Ce(1 +K )-RiI d /Ce(1 + K )=K=KpGKs/CeJ500 =KpKsUn/Ce(1 +K HR工 15.6Ce(1 + K )K =(&nop/Ancl )1 =(297.48/5.56 )1 =52.5L_3P52.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024,倍頻系數(shù)4,高頻時(shí)鐘脈沖頻率 f0 =1MHz ,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，m法測(cè)速時(shí)間為0.01s,求轉(zhuǎn)速n = 1500 r/min和n =150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解:60(1

16、) M法：分辨率Q _ZTc601024 4 0.01= 1.465r/min最大誤差率:60M1 n =ZTcn =1500r /min 時(shí)，M 1nZTc c601500 4 1024 0.0160二 1024n=150r/min 時(shí)，M1=60150 4 1024 0.0160= 102.4111500r/min 時(shí)，6max % =x100% =父100% =0.098%M11024，.11150r/min 時(shí)，6max % =乂100% =黑100% =0.98%M1102.4可見(jiàn)M法適合高速。(2) T 法：分辨率：n =1500r /min 時(shí)，QZn260 f0 - Zn102

17、4 4 1500260 1 106 -1025 4 1500=171r/minn =150r / min 時(shí),Q=n60 fo - Zn1024 4 1502占=1.55r /min60 1 106 -1024 4 150最大誤差率:60 fo60 f0n 0，M20ZM2Zn當(dāng) n =1500r /min 時(shí)，M 260 1061024 4 1500= 9.77當(dāng) n =150r / min 時(shí)，M 260 106= 97.71024 4 15011n =1500r/min 時(shí)，6max% =父100% =父100% =11.4%M2 -19.77-111n =150r/min 時(shí)，6max

18、 % =父100% =父100%=1%M2 -197.7 -1可見(jiàn)T法適合低速習(xí)題三*3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR勻?yàn)镻I調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓U nm=15V,nN=1500r/min , I n =20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R =2Q, Ks=20, Ce =0.127V min/r ,求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在*U=5V, I .n ' dL*=10A時(shí)，系統(tǒng)的 n、Un、Ui、Ui 和U n i i c一 * 一各為多少？ ( 2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，U i和U c各為多少？i c解：*二二Unm/nN = 15V / 1500rpm = 0.0

19、1V / rpm*U 5V當(dāng) Un =5V, 轉(zhuǎn)速 n=500rpm0.01V / rpm*=0.375V / AIdm 40AUi* = - Id =0.375*10 = 3.75V =UiUd0 E IdLR CenN IdLR 0.127*50010*2Uc即=4.175VKsKsKs20* . n =500rpm,Un -5V,Ui -Ui =3.75V,Uc =4.175v堵轉(zhuǎn)時(shí)，u：=P1dm =15V，UcU d0Cen，RKsKsIdmRKs40*2204V3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ASR, ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù):電動(dòng)機(jī)：PN =3.7kW,

20、U N =220V, I N =20A, nN=1000 r/min ,*電樞回路總電阻R =1.5 Q ,設(shè)Unm*=Uim =Ucm =8V,電樞回路最大電流1dm =40A,電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40。試求：（D電流反饋系數(shù) 0和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0,*Ui ,Ui,Uc值。*PU im8VU nm 8V=0.2V/A =0.008V/rpmIdm 40AnN1000rpm2)Ud0 =EIdlR% =CenN IdR= 40A*15-60V這時(shí):*Un =8V,U n =0,ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。*Ui =8V,Ui =8V,

21、UC =Ud0 ks =60 40 =1.5V3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器、，一一 . * 一 .ASR, ACR均米用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到 Uim =8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問(wèn):*（1） Ui應(yīng)如何變化？ （ 2） U應(yīng)如何變化？ （ 3） U r值由哪些條件決定?iccim8V解：i）dm 80A-0.1V / A2)3)因此當(dāng)電流從 40A=.70AU c要有所增加。*時(shí)，Ui應(yīng)從4VS 7V變化。U c取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁d0 =E IdlR =CehNIdRUcU d0Cen IdRKsKs3.5某反

22、饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù) T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量CT v 10%。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。(2)計(jì)算過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr ；(3)繪出開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr <0.25s,則 K=?, CT %=?解:KT =0.69, =0.6,。 =9.5%系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益：K =0.69/T =0.69/0.1 =6.9(1/s)(2)上升時(shí)間tr -3.3T -0.33S過(guò)度過(guò)程時(shí)間:=6T =6 0.1 =0.6s(3)如要求tr <0. 2s5,查表3-1則應(yīng)取 KT =1,亡= 0.5tr =2.4T =2.4*0.1 = 0.24s 這時(shí)

23、K =1/T =10 ，超調(diào)量=16.3%3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為K 10W0bj (s) =L =，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng),s 10.01s 1在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量Q-5%(按線(xiàn)性系統(tǒng)考慮)系試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選 KT =0.5,1=0.707, 查表 3-1,得仃=4.3%選I調(diào)節(jié)器， W(s),校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為s110.s (0.01s - 1)這樣，T = 0.01, K=10/f,已選11KT =0.5,則 K = 0.5/T=50,所以110/ K 10/ 500 2S，積分調(diào)節(jié)器： W (s)=

24、s 0.2s七人才 K13.7 有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為WObj (S) =1s(Ts 1)調(diào)量。V 30% (按線(xiàn)性系統(tǒng)考慮)。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。10s(0.02s 1),要求校正為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，WPI (s) =KPI (Ts *),校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)W(s) =KPI (貨+1)_K_ ,對(duì)照典型n型系s 's s(Ts - 1)統(tǒng)， K=KpiKi/t,h =hT,選h = 8, 查表3-4,仃=27.2% ,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 這樣t =hT =8*0.02 =0.16s ,h 18 1K 丁=22 =17

25、5.78, KPI =K /K1 =175.78*0.16 /10 =2.812h T 2*8 *0.023.8 在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN =60kW , UN =220vI n =308 A , n n =1000r/min ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce =0.196 V - min/r ,主回路總電阻 R =0.18 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。電磁時(shí)間常數(shù)Tl =0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) T0i =0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) T0 n =0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電

26、壓 (Un*)N=10V,調(diào)節(jié)器 ASR , ACR 飽和輸出電壓 Uim*=8V,Ucm =6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10，電流超調(diào)量<5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量OnV10%。試求：(1)確定電流反饋系數(shù)B (假設(shè)起動(dòng)電流限制在 1.1| N以?xún)?nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)«。(2)試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)R,、Ci、Co。畫(huà)出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40 kQ。(3)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、COn。(R°=40kQ)(4)計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶 40%K定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量bn。(5)計(jì)算

27、空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解 1)P =Um /1dm =8V/(1.1*In) =8V/339A = 0.0236V/A 二10/1000 = 0.01V min/ r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)： a)Ts = 0.00333sb)% =0.0025sc)Ti =T°iTs =0.0025 0.00333 = 0.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因?yàn)槎?i <5%,可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì),選用PI調(diào)節(jié)器，Wacr(S)=K iS電流調(diào) 節(jié)器參 數(shù)確定Ti =T = 0.012s,選 KITS =0.5,Ki =0.5/T5 = 85.76sKiKi iR 85.76 0.

28、012 0.1835 0.0173= 0.2241校驗(yàn)等效條件：.ci K，85.76s ca)電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3TS3 0.003331 -101.01%Cib)忽略反電勢(shì)的影響的近似條件:3;30.12 0.0121=79.06S ： ： cic)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件:13 0.00333 0.0025115.52s,ci可見(jiàn)滿(mǎn)足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Ro =40K，則R =KiR0 =0.224父40K =8.96K，取9K.Ci = i / R =0.012/(9 103) =1.33,FIC0i =4T°i/R0 =4 0.0025 / 4

29、0 103 =0.25,F(3)速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1/ KI :因?yàn)?KIT、=0.5則 1 /KI = 2rx = 2 0.005830.0116b) Ton u0.015sc) T%=1/K| Ton =0.01166 0.015 = 0.02666s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器,WASR ( s)Kn( nS 1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:nS% = hTx，取 h=5,Tn =h=0.1333sKnKnh T62h2T2n -2 52 0.026662-168.82s-(h 1)一5 一 2h: RTn6 0.0236 0.196

30、 0.12=6.942 5 0.01 0.18 0.026661 cn =KN /；：；1 - KN - n =168.82 0.1333 = 22.5sa)電流環(huán)近似條件：1 KI85.76 = 40.43s.3T3 0.00583b)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似：1 叵=1,1fll71 = 25.2 s，切cn 31T°n3 0.015可見(jiàn)滿(mǎn)足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載Z=0)二 n% =2*()(一心。:2 81.2% 1.1308 0.180666Cbn Tm0.196 10000.12= 11.23% 10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。

31、查表，應(yīng)取小一些的h,選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)按h=3,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下:n =hTn =0.07998sKN =(h 1)/2h2T：n =4/(2 9 0.026662)=312.656$/Kn =(h 1>CeTm/2h： RT'n =4 0.0236 0.196 0.12/(2 3 0.01 0.18 0.02666)=7.61校驗(yàn)等效條件：n = KN/ 1 = KN n =312.656 0.07998= 25s-1/2-一一 1/2_1a)1/3(KI/Tx)=1/ 3(85.76/0.00583) -40.43s&_-1/2-=1/2/b)1/3(KI /T

32、on) =1/ 3(85.76/0.015)= 25.2s-cn可見(jiàn)滿(mǎn)足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：二”2 72.2% 1.1 (308 0.18/0.196 1000) (0.02666/0.12) = 9.97% 二 10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R0 =40"R =KnxR =7.6X40 = 304K,取 310K。Cn =Kn/Rn =0.07998/310 103 -0.258 JFCon =4Ton/R0 =4 0.015/40 103 =1.5F4) 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)二n%=2 72.2% (1.1-0.4)

33、 (308 0.18/0.196 100) (0.02666/0.12) = 63.5%5)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書(shū)上無(wú)此公式)僅考慮起動(dòng)過(guò)程的第二階段。根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程:GD2 dndnCmddm -IdL)R(Idm-IdL)375 dtdtGD23752GD2RCe 一375cmee-(I dm - IdL)CeTm* CeTmn t =所以： (Idm-IdL)R0.196*0.12*1000(1.1*308 -0)*0.18=0.385s3.10有一轉(zhuǎn)速、電流雙15環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:Pn =500kW, Un =750V, I n =7

34、60A, nz=375 r/min ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)ce =1.82V min/r,電樞回路總電阻R=0.14Q,允許電流過(guò)載倍數(shù)入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)人=75,電磁時(shí)間常數(shù) Tl =0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm*=Um*= Unm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 R=40k Q 。設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量狂V5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量0n V10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5(1)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。(2)

35、計(jì)算電流環(huán)的截止頻率 0i和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 8皿 并考慮它們是否合理 ？ ccn*=Um =10=0.00877/AIdm 1.5*760解：(1)*Unm 10二二3 0.0267V min/ rnN375電流調(diào)節(jié)器已按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：a)TS -0.00176s確定時(shí)間常數(shù)： b)Toi =0.002sc)Tvi = 0.00367s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?7賒5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器， WACR(s)=Ki(qs+1)/用,T/T E=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：尸Ti=0.031s, KiTe,= 0.5 , Ki= 0

36、.5/Te,=136.24 sKi =K|T|R/Ks： =136.24 0.031 0.14/75 0.00877 = 0.899校驗(yàn)等效條件：d=K i=136.24 s-1a)1/3Ts -1/3 0.00167 =199.6s.氣1/21/2_1b)(1/TmTl)=3(1/0.112 0.031) -50.9s 七c)1/3(1/TsToi)1/2 =1/3(1/0.00167 0.002)1/2 =182.39s,外可見(jiàn)滿(mǎn)足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R°=40K,則R = Ki M E = 0.899 M 40 = 35.96 取 36KCi =T /R =0.0

37、31/36x103 =0.86NFC0i =4n/&=4 0.002/ 40 103 =0.2f速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1/K|：因?yàn)?K"ei=0.5 貝l1/K|=2TE=2*0.00367=0.00734sb) b)Ton=0.02sc) c)TEn=1/K i+T on =0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，WaSR=Kn"s+1)/ 用速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：m=hT選 h=5,貝U T=hT en=0.1367s,Kz=(h+1)/ (2h2T2e.) =6/2*25

38、*0.02734 2=160.54 s-2Kn=(h+1) peTm/ (2haRTo) = 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5校驗(yàn)等效條件： cocn=KN/M1=KN in=160.54*0.1367 =21.946 s -2a) 1/3(K 1/Te,)1/2 =1/3(136.24/0.00367) 1/2=64.22s-1>小b) 1/3(K i/Ton)1/2=1/3(136.24/0.02) 1/2=27.51s-1> 如可見(jiàn)滿(mǎn)足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R0=40K ,則Rn=Kn*R0=10

39、.5*40=420K由此 Cn= -n/Rn=0.1367/420*10 3=0.325 正 取 0.33 F C0n =4T0n/R0=4*0.02/40*10 3=2 曠2)電流環(huán)的截止頻率是：34Ki=136.24 s-1速度環(huán)的截止頻率是：% =21.946 s-2從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR,電流調(diào)節(jié)器 ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。(1)在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=l5V時(shí),n=nz=1500 r/min

40、;電流給定信號(hào)最大值um*=10V時(shí)，允許最大電流I dm=30A,電樞回路總電阻R=2Q,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流In=20A ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce =0.128V min/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在 Un*=5V ,I di =20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓 UC =?(2)當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)突然失磁(6=0),系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？試分析并說(shuō)明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái)，則穩(wěn)定后n=? U n=?*U =? U i=? I d=? u c=?(3)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且才gMrmin準(zhǔn)則選才?參數(shù)，取中頻寬h=5,已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間

41、常數(shù)TEn=0.05s ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。(4)該系統(tǒng)由空載(IdL=0)突加額定負(fù)載時(shí)，電流Id和轉(zhuǎn)速 n的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.05s,計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降Lhmax和恢復(fù)時(shí)間tv。1) 而 U*nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r戶(hù) U* 3二=10/30=0.33 V/AU*n=5 V, n=U* n/行5/0.01=500 r/minUc=Ud0/Ks=(E+I dR力/K s=(C en+IdLi R力/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2)在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，

42、電動(dòng)機(jī)突然失磁(30)則電動(dòng)機(jī)無(wú)電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0, Un=0U*i=U*im =10, Ui=U* i =10Id=Idm=30AUc=Ud0/Ks=(E+I dR.)/K s=(0+30*2)/30=2 V3)在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線(xiàn)性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是：wns=*qs2 TZns15=hT 3 n=5*0.05=0.25sTsn=0.05sKN=(h+1)/2h 2T2=6/2*25*0.052=48s-24)空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動(dòng)態(tài)降落。 (p93,94)=2( %z) A

43、nzT?11/Tm=2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/minCb=2FK 2T=2I dN RT.n/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動(dòng)態(tài)速降：Anmax =(ACma*/Cb)* Anb=81.2%*625 =507.5 r/min恢復(fù)時(shí)間：tv=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81 表)習(xí)題五5.8兩電平PW隨變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，用" 1"表示上橋臂開(kāi)通，"0"表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，寫(xiě)出其開(kāi)關(guān)函數(shù)。根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)寫(xiě)出其電壓空間矢量表

44、達(dá)式，回出空間電壓矢量圖。解：兩電平PW曬變器主回路： Ui*匕A采用雙極性調(diào)制時(shí)，忽略死區(qū)時(shí)間影響，用UxUa 2 %2Sx=1Sx=0Ud2片五1”表示上橋臂開(kāi)通，"0"表示下橋臂開(kāi)通，逆變器輸出端電壓:Ux以直流電源中點(diǎn)(2Sx-1)為參考點(diǎn)Us = (Ua UBejUcej2 )SaSBSCUaUbUcUsUo000_U12工 2U120Ui100Ud2工 2_U£ 2序U2110Ud2Ud2U2U3010_U±2Ud2U2U4011Ud 2Ud2Ud2AUdjU5001Ud 2Ud 2Ud22jUde 3U6101Ud2Ud 2Ud2J'

45、;Ude 3U7111Ud2Ud2Ud20空間電壓矢量圖:U5U65.9當(dāng)三相電壓分別為UAO、UBO、UCO ,如何定義三相定子電壓空間矢量UAO UBO UCO和合成矢量Us,寫(xiě)出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線(xiàn)，定義三相電壓空間矢量:合成矢量:uAOuBOj uBOeuCOej2uAO uBOuCOuAOjuBOe uCOej25.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量間矢量口 s與定子磁鏈u s與定子磁鏈s的表達(dá)式，畫(huà)出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:dt忽略定子電阻的影響,usdhdtA(ej0)S的關(guān)系，當(dāng)三相電壓uAO uBO uCO

46、為正弦對(duì)稱(chēng)時(shí)，寫(xiě)出電壓空即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。當(dāng)三相電壓為正弦對(duì)稱(chēng)時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量j(it -) se電壓空間矢量:usj(- it - -)221 se解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流5.11 采用電壓空間矢量 PWMRI制方法，若直流電壓 ud恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值一定，開(kāi)關(guān)周期丁0=房, 3Nw1kU1 2 U2;芻Ud 254一屋To To To ToTo To輸出頻率w1 J,us -,( Us -r t1 Y，t2 Y，T _t1 _t2，零矢量作用時(shí)間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系5.12 兩電平PWM®變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量Us的幅值小于直流電壓ud ,空間角度任任意，如何用有限的6確定所在的扇區(qū)，然PWM®變器輸出電壓矢量來(lái)逼近期望的輸出電壓矢量。解：兩電平PW潼變器有六個(gè)基本空間電壓矢量，這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個(gè)扇區(qū)，根據(jù)空間角度 后用扇區(qū)所在的兩個(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。習(xí)題六6. 1按磁動(dòng)勢(shì)等效、功率相