《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》習(xí)題解答(前三章)

《電力拖動(dòng)自動(dòng)把握系統(tǒng)》局部習(xí)題參考答案《電力拖動(dòng)自動(dòng)把握系統(tǒng)》局部習(xí)題參考答案第第1010頁(yè)《電力拖動(dòng)自動(dòng)把握系統(tǒng)》局部習(xí)題解答第一章什么叫調(diào)速范圍、靜差率？它們之間有什么關(guān)系？怎樣才能擴(kuò)大調(diào)速范圍？答：①調(diào)速范圍——nn之比叫做調(diào)速范圍，用D表示，即D maxn

max

與最低轉(zhuǎn)速n

minmin②靜差率——轉(zhuǎn)速降落nN

與抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速n0

SSnNn0③直流變壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍靜差率和額定速降之間的關(guān)系為D nNsn NnN的前提下擴(kuò)大調(diào)速范圍。

S不變某一調(diào)速系統(tǒng)測(cè)得的最高轉(zhuǎn)速特性為n ＝1500r/min，帶額定負(fù)載時(shí)的速降n ＝15r/minn

0max＝100r/min，額定速降不變，試問(wèn)系統(tǒng)能到達(dá)的調(diào)N 0min速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解：n ＝15r/min，有Nn

n

＝1500r/min－15r/min＝1485r/minmaxn

0maxn

N＝100r/min－15r/min＝85r/minmin 于是

Nn 1585D

max n 85min靜差率snN100%n0min

15100

100%15%17.4715%。為什么加負(fù)載后直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)降低，它的實(shí)質(zhì)是什么？答：當(dāng)負(fù)載電流增大后，電樞電阻上壓降增大，使En必定下降。實(shí)質(zhì)是電樞電阻的存在導(dǎo)致壓降增大。1500~150r/mins＝2%許的靜態(tài)速降是多少？假設(shè)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)放大系數(shù)應(yīng)有多大？解：D150010D150

n sNn NnN

n sDN

15000.02

3.06 r/min(1s) 10(10.02)也可以這樣計(jì)算snNn0

nNn nmin Nn

nmin

s1500.023.06r/minN 1s 10.02②由于ncl

nop1K所以Knop1100131.68ncl 3.06答：要求靜差率為s＝2%時(shí)，系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是3.06r/min；假設(shè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的100r/min31.68。IIRaaU*nUKUUnctPKSdeUnKU* R靜特性方程式為n

A n a I nnK(1K) Ke e

(1K)a

0cl cl對(duì)于轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變給定電壓能否轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？假設(shè)測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無(wú)抑制這種擾動(dòng)的力氣？答：轉(zhuǎn)變給定電壓能夠轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速n，由于閉環(huán)系統(tǒng)的輸出具有跟隨給定的性能。屬于反響環(huán)節(jié)上的擾動(dòng)，與給定作用一樣，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)其無(wú)法抑制。測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁發(fā)生轉(zhuǎn)變，也屬于反響環(huán)節(jié)上的擾動(dòng)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)其無(wú)法抑制。某調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)為158r/min，假設(shè)將開(kāi)環(huán)放大系數(shù)提高到30，它的轉(zhuǎn)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：依據(jù)ncl

nop1Kn 在K=15時(shí)，求出 (1K) (115)8n op clK2=30時(shí)，求得n

cl2

nop1K2

128130

4.13r/minn 再依據(jù)D Nn

，在同樣靜差率要求下n ND2ncl 8 1.94D

4.13304.13r/min；在同樣靜差率要求下，1.94倍。D＝20nN＝1500r/min，開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速降落nN＝240r/min105％，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益將如何變化？解：ns=10%ncl

nNs

15000.18.33，有Knop1240127.8nncl當(dāng)s=5%時(shí)，n nNs

15000.053.95，這時(shí)cl D(1s) 20(10.05)Knop1ncl

240159.83.9510527.859.8。閉環(huán)系統(tǒng)能夠降低穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)什么？運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速反響線突然斷了，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？答：不能。系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，輸出電壓極高，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，易發(fā)生“飛車(chē)”現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)速負(fù)反響系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)激磁電流、電樞電阻、力？為什么？答：轉(zhuǎn)速負(fù)反響系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)激磁電流、電樞電阻所引起上，屬于閉環(huán)外，所以得不到系統(tǒng)的抑制。NNN有一V-MPN3kU＝220I＝17n＝1500r/mi，NNNsRa＝1.5ΩRrec＝1Ω；觸發(fā)器-K＝40。要求系統(tǒng)滿sD＝25，靜差率s≤15％。計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降。承受轉(zhuǎn)速負(fù)反響組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的靜態(tài)構(gòu)造圖。U*＝15V時(shí)，I＝In＝n應(yīng)為多少？n N N計(jì)算放大器所需放大系數(shù)。解：e(1)Ke

anaN

2201.5170.13 V·min/r1500n

INRa

I (RN

Rrec

)17(1.51)326.92r/minop K Ke

0.13n sn DN

15000.15

10.59cl(2)

IIRaaU*nUKUctUdnPKSeUn轉(zhuǎn)速負(fù)反響單環(huán)把握調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造圖n(3)當(dāng)U15VIInN

nn 時(shí)，NU 15 n 0.01V·min/rn 1500N(4)Knop1326.92129.87KK

，所以nclKK

10.5929.870.13

P s ePK ePP Ks

0.0140

9.71K＝10du在上題(12.)的轉(zhuǎn)速負(fù)反響系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流Idu

≤I，2N2NIbj≥1.2I，應(yīng)中選用多大的比較電壓和電流反響電阻？假設(shè)要求電流反響N電阻不超過(guò)主電路總電阻的1/4，假設(shè)做不到，還可以實(shí)行什么措施？試畫(huà)出系統(tǒng)的原理解：由I Ubj1.2I ，有bj RiU

NUUR i 1.2IN

，代入I du

n bj2IR i

中，有nU

)1.2Ibj bj

2IN

，于是U n

151.222.5Vbj 21.2 0.8UR bj i 1.2IN

22.51.217

1.1Ω＞1(R4 a

Rrec

1(1.510.625，明顯不能滿足要求，故應(yīng)增設(shè)4電流反響放大器。其系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造圖如圖1-201-21所示。系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造圖如下：TGR2TGR2nr2LdUnRfRGTVIa0UR1ct1UMAdEanR”Ri電流反響放大器VDUiUbjUb系統(tǒng)原理圖UUbjIaRiK RT anUiUKUUEnctKda1/KPSeUn系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造圖由于要求電流反響電阻不超過(guò)主電路總電阻的1/4Ri0.625Ω。這時(shí)，比較電壓為U I R1.2I R 1.2170.62512.75Vbj bj i N i電流反響放大器的放大系數(shù)為UUK TUbj2

22.5V12.75V

1.76積分調(diào)整器在輸入偏差電壓U為零時(shí)，為什么它的輸出電壓仍能連續(xù)保持？答：積分(I)調(diào)整器，其輸出的數(shù)學(xué)表達(dá)式為U

1Udt，當(dāng)U0時(shí)，U 是ct

n ctUctf。所以，在U0時(shí)，積分調(diào)整器的輸出電壓仍能連續(xù)保持。差？答：會(huì)造成偏差。為什么通常承受兩級(jí)電流互感器檢測(cè)電流？50.15安/0.1安的電流互感器〔變流器，接在標(biāo)準(zhǔn)互感器后面，實(shí)現(xiàn)把握匹配。其次章求額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，u-E為輸入量，i

為輸出量。d a答：I(s) 1/Ra aU(s)Ed

(s) 1sa如何解決調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間的沖突？動(dòng)態(tài)指標(biāo)，解決靜、動(dòng)態(tài)之間的沖突。為什么說(shuō)確定的“無(wú)靜差”調(diào)速系統(tǒng)是不存在的？答：要想真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)靜差Un，也就是說(shuō)，仍有很小的靜差n，確定的“無(wú)靜差”只是理論上的。在電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，最常用又比較簡(jiǎn)潔的動(dòng)態(tài)校正方案是什么？答：串聯(lián)校正。某無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，實(shí)測(cè)參數(shù)有：U*＝10V，n＝1000r/min。求轉(zhuǎn)速n負(fù)反響系數(shù)α。答：U U U n n n0.01n n nN哪些生產(chǎn)機(jī)械需引入給定積分器進(jìn)展把握？系統(tǒng)的加速度大小怎樣調(diào)整？據(jù)生產(chǎn)工藝條件，對(duì)其加速度有嚴(yán)格的限制，如高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)、礦井提升機(jī)、冷熱連軋機(jī)等消滅，也應(yīng)當(dāng)限制給定信號(hào)電壓的變化速率。因此，對(duì)要求加速度受限制的生產(chǎn)機(jī)械，系統(tǒng)的給定信號(hào)就不能再承受階躍方式，而需要引入給定積分器進(jìn)展把握?！惨砸韵聢D〕為例，要轉(zhuǎn)變加速度，即轉(zhuǎn)變斜率有三個(gè)方法：1)R；2)C；3)U得到任意的加速度，實(shí)現(xiàn)工藝給出的速度圖。

。從而2mRR* C*1 11K 1.5μF1M20KC20K20K20KRUsrF1UFFU1m23scR”R”WUR”2m調(diào)整限幅值電路典型給定積分器第三章n假設(shè)要轉(zhuǎn)變雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)整什么參數(shù)？轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速調(diào)整器的放大系數(shù)K行n不行？轉(zhuǎn)變晶閘管裝置的放大系數(shù)Ks

α行不行？假設(shè)要轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：α假設(shè)要轉(zhuǎn)變雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)整U或；αn轉(zhuǎn)變k 不行；n轉(zhuǎn)變k 也不行；sα行；假設(shè)要轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)整電流反響系數(shù)β。當(dāng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)整器的輸入偏差是多少？寫(xiě)出它們各自的輸出電壓值。答：aL穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)整器ASR、ACR0。aLASR輸出電壓U Ui i

I

IctACR輸出電壓Uct

U knI d e k k

RakkUenILRas s s假設(shè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整器不是PIP動(dòng)態(tài)性能會(huì)有什么影響？答：改為P簡(jiǎn)潔不穩(wěn)定。ASR、ACR均承受PI調(diào)整器，在帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速反響線突然斷線，當(dāng)系統(tǒng)重進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流調(diào)整器的輸入偏差信號(hào)U是否為零？i答：當(dāng)系統(tǒng)重進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流調(diào)整器的輸入偏差信號(hào)UiI 運(yùn)行。amax

N N 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中數(shù)據(jù)為：電動(dòng)機(jī)：U＝220V，I＝20A，n＝1000r/minN N Ra

1.5Ω。設(shè)U*nm

U*im

Uctm

8VI

＝40A，Kdms＝40，ASR與ACR均承受PI調(diào)整器。試求：dmsβα。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的U，U*，U和U 值。d i i ct答：①U Ii

，U nnU im 0.2UI 40duUnmnN

8 0.0081000②堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0U knI R 401.560Vd e a aUUi U

Id60

0.2408VU dct ks

1.5V40在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)消滅電網(wǎng)電壓波動(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，哪個(gè)調(diào)整器起主要調(diào)整作用？答：d電網(wǎng)電壓波動(dòng)U 的影響由ACR調(diào)整負(fù)載擾動(dòng)IL的影響由ASR調(diào)整d承受PI調(diào)整器的雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度受下述哪些因素波動(dòng)的影響？運(yùn)算放Kn，KiIUα，β及給定電壓U*。L 2 n答：α，β及給定電壓U*。n設(shè)把握對(duì)象的傳遞函數(shù)為K1W1obj

(s)

1

2

3

s1)4K1

2；1

0.4s；2

0.08s；3

0.015s；4

0.005s。要求階躍輸入時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量＜5%。分別用I，PI和PID調(diào)整器校正成典型It。seeN直流電動(dòng)機(jī)：PN＝60kW，UN＝220V，IN＝305A，nN

＝1000r/min，K＝0.2V·min/r；主Ra

0.18Ω；晶閘管裝置放大系數(shù)K＝30；電磁時(shí)間常數(shù)sas

0.012s；機(jī)電時(shí)間常數(shù)m

0.12soi

0.0025s；on

0.014s定電壓(U*)N＝10V；調(diào)整器ASR、ACR的飽和輸出電壓U*8V，U

8V；系統(tǒng)的nD＝10。

im ctmi

≤5%，起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量n

10%。βα336A以?xún)?nèi)。i試設(shè)計(jì)電流調(diào)整器ACR，計(jì)算其參數(shù)Ri

C，畫(huà)出其電路圖。調(diào)整器輸入oiR＝40kΩU

，U*，U和U 值。0n n 試設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR參數(shù)R，C，C n n

d0 i i ct計(jì)算最低速起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量

。nmin2計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間t 。2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR和電流調(diào)整器ACR均承受PI調(diào)整器。在此系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值U*nm

＝15V時(shí)，n＝n

＝1000r/min，電流給N定信號(hào)最大值U*＝10V，允許最大電流I ＝30A，電樞回路總電阻RN

2Ω，晶閘管im amax as N K＝30I＝20AK＝0.127V·min/rs N LU*＝5V，InL

＝20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n和ACR的輸出電壓U 。ct(Φ＝0),系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？試ct分析說(shuō)明之。假設(shè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái)，求穩(wěn)定后以下各量的值：n；U；U*；