电力拖动自动控制系统第三版陈伯时Word格式.docx
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_nnnx
知-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no之比，称作静差率S,即
s壬
"
0。
调速范国、静态速降和最小静差率之间的关系是：
D—E\』min
△"
（l—Sgn）按上述关系可得出：
D越小，S越小，D越大，S越大；
D与S相互制约,所以说“脱离了调速范用，要满足给左的静差率也就容易得多了“。
1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为=1500r/nin?
最低转速特性为5曲=150,/nin,带额定负载时的速度降落4小=15"
min,且在不同转速下额定速降山臥不变，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：
思路一：
系统能够达到的调速范围为：
D="
niax="
oniax=1500=〔|
舁伽5伽一街5150一15
系统允许的静差率:
DA/?
v
s=:
nN+DA/?
V
xlOO%=
11x15
1500+11x15
xl00%=10%
思路二:
AnvAn首
5=—xl00%=—1nQ,7（）niin
xl00%=^xl00%=10%
系统能够达到的调速范禺为:
nNS_”0ma"
_1500x0.1
（1—s）Zn（1-5）15x（1-0.1）
=11
1-5某闭环调速系统的调速范圉是
1500~150r/min,要求系统的静差率$<
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：
D=n^=1500=1（）
从曲150
所以系统允许的静态速降:
g=上丄=如二=1500x002=3.06皿
D（l-5）£
（1一s）10x（1-0.02）乂.
biop=lOOr/nin
故闭环系统的开环放大倍数：
kQ亠型亠31.68
A/2r/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，调速范圉可以扩大多少倍？
因为:
Q（l+K）所以:
nNs_1500x0.05
D（l-5）"
20x（1-0.05）
=3.95/7min
240
?
95
-1=59.8
=4如（1+K）=（1+15）=128
电动机在额定负载下的速降为:
K=30时,
=旦=4.13皿
乂因为:
dC4+K）1+30
D=T
山5（1-£
）所以在同样静差率要求下，且“不变，D的变化只与山5有关，即调速范围D扩大了8/4」3=1.49倍。
1-7某调速系统的调速范围D=20,额定转速"
N=1500"
min,开环转速降落△%p=24O"
min,若要求系统的静差率由g%减少到5%,则系统的开环增益将如何变化？
静差率s=10%时，
1500x0.1
A/1,v=£
）（1-5）=20x（l-0.1）=833r/niinA^~1=833_1=27'
8
当静差率s=5%时,
因此，若要求系统的静差$11110%减少到5%,则系统的开环增益将从27.8变化到
59.8o
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？
（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，其被调量仍是有静差的。
2抵抗扰动，服从给定。
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会改变转速，因为反馈信号与给定信号的比较值发生了变化，破坏了原先的平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号与给定信号达到新的平衡为止。
（4）如果测速发电机的励磁发生了变化，系统没有克服这种干扰的能力。
因为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、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时，系统对其均有调节能力。
当测速发电机励磁各量发生变化时，系统没有调节能力。
因为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。
1-10V-M系统，电动机参数为：
E、'
=2.2kW,UA，=220V,=12.5A,，h，=1500r/min,电枢电阻&
=1.2Q,整流装置内阻Rw=1.5Q,触发整流环节的放大倍数位二35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率s<
10%o
（1）计算开环系统的静态速降山G和调速要求所允许的闭环静态速降街乙。
（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Un工15V时，Id=lN,g】N,则转速负反馈系数a应该是多少？
（4）计算放大器所需的放大倍数。
（1）先计算电动机的电动势系数：
U科_5巴220—12.5x1.2
G二5二1500二0]37U・min/y
故开环系统的静态速降
RIn（1.2+1.5）x12.5
叫二：
=0.137=246.35r/min
调速要求所允许的闭环静态速降
nNs1500x10%
W（l-S）<
20x（1-10%）_833r/min
（2）系统的原理图如下：
系统静态结构框图如下:
⑶当ur=i5v时，xin,I匸叽则转速负反馈系数：
U：
15
a-nN二1500=0.01Umin/厂
卜切_i246.35t
（4）闭环系统的开环放大系数K=山咕=&
33=28.57
K2&
57
放大器所需放大倍数Kp=°
匚心=0.01x35/0.137=11.18,取KP=12
111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53“,临界截止电流/木『》5,应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？
要求
电流反馈釆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？
解:
ldbl
Ucom
可
'
5所以％七“
R、・=1.5Q
因为主电路总电阻尺=1・2+1.5=2.7V,要求电流反馈采样电阻不超过主电路
总电阻的1/3,即要求电流反馈采样电阻不超过0.9G,而求得的^=L5°
需要增加电流反馈放大器。
系统原理图如下：
R1
系统静态结构框图如下：
？
因为&
不能超过0・9。
，令Rs=090,故有U“〃”=0.9x1.2/n=13.5U
所以电流反馈放大系数为
U2250=_^=^^=167_
%13.5这时的电流反馈采样电阻Ry®
。
比较电压
心”=13"
1-12某调速系统原理图见教材P51,1-58,已知数据如下：
电动机；
&
=0・15°
整流装置内阻
Un=220VIN=94AnN=1000r!
nin
9
略=0.3G,触发整流环节的放大倍数心=40。
最大给定电压U爲=15匕当
主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压Ui-=10V。
设计指标：
要求系统满足调速范围D=20，静差率s<
10%,
/沏T・5，n,/仙T」*。
试画出系统的静态结构框图，并计算：
（1）转速反馈系数ct。
（2）调节器放大系数Kp。
（3）电阻&
的数值。
（放大器输入电阻&
=20胚1）
（4）电阻心的数值和稳压管VS的击穿电压值。
（1）因为°
跡严UNnux=1lNa
77*IS
a==0.015V・min"
所以u1000
（2）电动机的电动势系数为
rUn-】nRq220—94x0.15v・/
Ce===0.2059V・min/r
n1000开环系统的静态速降为
.1应+%）94x（0.15+0.3）蔬,―
△%===205・44/7nun
502059闭环系统的静态速降为
nNs/1000x0.1
20x0.9
=5.56/7niin
闭环系统的开环放大系数为
205.44
5.56
-1=35.9
调节器放大系数为
K=K=35.9=123
paKs/Ce0.015x40/0.2059,取K〃=13
（3）取R（）=，则&
=K“&
）=20x13=260心
（4）求解心的核心应放在运放上，利用虚地点求解电流：
U；
U”U「Ubr_Uc1510—7.3—匕
R°
&
）R?
n20r2260①
对特殊点：
当电机堵转时，”=°
故"
“二。
，；
且此时，电枢回路中/=/nux=Idbl
U如詁险
又/dhl=1.5I^cKsdmKs
将上式带入①式即可得到：
R?
=3.58AQ当VS被击穿时，Uvs=herP
乂Ujm=10U〕dbi■P=U/iIdbl=L5gIdcr=1•I/”
所以，Ss=7.34H
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节作用，为什么？
①放大器的放大系数Kp；
②供电电网电压；
③电枢电阻Ra;
④电动机励磁电流；
⑤电压反馈系数丫。
当放大器的放大系数、供电电网电压、电枢电阻、电动机励磁电流发生变化时，系统有调节作用，当电压反馈系数丫发生变化时，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。
因为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。
1-14有一个V-M系统，已知：
电动机：
4=220"
IN=\5.6Af
力=1500厂/min，心=1.5Q,整流装置内阻賂=1。
，触发整流环节的放大倍数
K$=35
O
（1）系统开环工作时，试讣算调速范围°
=30时的静差率s值。
（2）当》=30,s=10%时，计算系统允许的稳态速降。
（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求°
=30,5=10%,在S；
=10V时
0=5,"
=计算转速负反馈系数Q和放大器放大系数Kg
（4）如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求在"
；
=1°
卩时,
并保持系统原来的开环放大系数K不变，试求在D=30时的静差率。
U_220-15.6x1.5
1500
=0.1311V-nin/r
则开环系统的额左速降:
叫=2叽）="
（I”）=297碱/简
501311所以系统开环工作时，调速范围
°
=30时的静差率:
30x297.48八十
s-p=
==0.856
“N+Df
1500+30x297.48
（2）当D=30,s=10%时，系统允许的
稳态速降
△%-2=
D（l-s）
=1500X01=5.56r/nin‘『
30x（l-0.1）（3）在匕=1°
U时川一，5,转
速负反馈系数°
为
心乞=-^-=0.007
nn1500
297.48
-1=52.5
调节器放大系数K"
K
aKJCe
52.5
0.007x35/0.1311
=2&
09
取K厂29
（4）在电压负反馈有静差调速系统中,
RJ+空Ce（\+K）Ce
1x15.61.5x15.6
0.1311x（l+52.2）0.1311
=180.73/7niin
^*=I0V时"
=并保持原开环放大系数K不变，在Q=30时
nmin=50r/min,静差率：
Mv+gin
180.73
180.73+50
=0.783
115在题1・10的系统中，主电路电感L=5SH、系统运动部分飞轮惯量GD2=\.6Nm\整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？
如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数K是多少？
计算系统中各环节的时间常数：
L_0.05/7_
电磁时间常数'
R（1・2+1・5）。
-'
Tm-
GD2R1.6x（1.2+1.5）cc—
==—s=0.0645
375CC30
375x0.137x-x0.137
机电时间常数
71
对于三相零式电路（即三相半波整流电路），晶闸管装置的滞后时间常数为
「=0003335为保证系统稳定，开环放大系数应满足稳定条件：
TM+TJ+T；
_0.064x（0.0185+0.00333）+0.00333?
_"
g6
K<
帀0.0185x0.00333'
而题1-10中汁算得到的闭环系统的开环放大系数为
山切_1246.35’
K二少咕=8.33=28.57>
22.86
因此，此转速负反馈系统不能稳定运行。
1・16为什么用积分控制的调速系统是无静差的？
在转速单闭环调速系统中，、”|积分调节器的输入偏差电压△□=（）时，调节器的输出电压是多少？
它取决于那些因素？
在动态过程中，当变化时，只要其极性不变，即只要仍是"
”，积分调节器的输出/便一直增长；
只有达到"
="
”，时，/才停止上升;
不到丛7“变负，/不会下降。
特别要注意的是，当7"
时，S并不是零，而是一个终值如果入”"
不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，这是积分控制的特点。
因此，积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。
当积分调节器的输入偏差电压厶时，调节器的输出电压/不是零，而是一个终值"
“，它取决于输入偏差量的全部历史。
1・17在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？
并说明理由。
转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响，因为系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度，U；
=Un=cai。
例如，若给定应为15V〜1500转；
当给定发生错误为13V时，转速n不为1500转。
当反馈检测环节的精度不准时，即a有误差时，转速n也不为1500转。
1-18
采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？
试说明理由。
稳态运行时的速度有静差。
因为电压负反馈系统实际上是一个自动调压系统,所以只有被反馈环包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到匚斤，而电枢电阻速降Q处于反馈环外，电压反馈无法消除，其大小仍和开环系统一样。
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