电力拖动自动控制系统——运动控制系统 第4版 (阮毅 陈伯时 著) 机械工业出版社 课后答案【khdaw_lxywyl】.pdf

课后答案网 用心为你服务 大学答案 中学答案 考研答案 考试答案 最全最多的课后习题参考答案 尽在课后答案网 Khdaw团队一直秉承用心为大家服务的宗旨 以关注学生的学习生活为出发点 旨在为广大学生朋友的自主学习提供一个分享和交流的平台 爱校园 课后答案网 淘答案 电力拖动自动控制系统 运动控制系统 习题 2 2 调速系统的调速范围是 1000 100r min 要求静差率 s 2 那么系统允许的稳态速降是 多少 解 系统允许的稳态速降 min 04 2 02 01 10002 0 1 min r s sn nN 2 5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器 电动机调速系统 已知直流电动机kWPN60 VUN220 AIN305 min1000rnN 主 电 路 总 电 阻 18 0R rVCemin2 0 求 1 当电流连续时 在额定负载下的转速降落 N n 为多少 2 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 N s多少 3 额定负载下的转速降落 N n 为多少 才能满足 5 20 sD的要求 解 1 当电流连续时 在额定负载下的转速降落 min 5 274 2 0 18 0305 r C RI n e N N 2 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 5 21215 0 5 2741000 5 274 NN N N nn n s 3 额定负载下满足 5 20 sD要求的转速降落 min 63 2 05 01 20 05 01000 1 r sD sn n N N 2 6 有一晶闸管稳压电源 其稳态结构如图所示 已知给定电压 8 8 VUu 比例调节放大 系数 2 p K晶闸管装置放大系数 15 s K反馈系数7 0 求 1 输出电压 d U 2 若把反馈线断开 d U为何值 开环时的输出电压是闭环时的多少倍 3 若把反馈系数减至5 30 当保持同样的输出电压时 给定电压 u U应为多少 解 1 输出电压 V 128 8 7 01521 152 1 u sp sp d U KK KK U 2 若把反馈线断开 V 2648 8152 uspd UKKU 开环时的输出电压是闭环 时的2212264 倍 3 若把反馈系数减至5 30 当保持同样的输出电压时 给定电压 V 6 412 152 35 01521 1 d sp sp u U KK KK U w w w k h d a w c o m 课后答案网 解 1 22012 5 1 5 0 1341min 1500 Nda e N UI R CVr n 12 5 1 51 00 8 307 6 min 0 1341 N op e RI nr C 15000 1 8 33 min 1 20 10 1 N cl n s nr Ds 2 w w w k h d a w c o m 课后答案网 3 4 闭环系统的开环放大系数为 307 6 1135 93 8 33 op cl n K n 运算放大器所需的放大倍数 35 93 13 77 35 0 01 0 1341 p se K K KC w w w k h d a w c o m 课后答案网 解 4 8R 0 31251 3 s RR 图见 49 页 解 计算系统中各环节的时间常数 电磁时间常数 0 05 0 02 1 51 0 l L Ts R 机电时间常数 2 1 6 1 51 00 8 0 082 30 375 375 0 13410 1341 m em GD R Ts C C 晶闸管装置的滞后时间常数为0 00167 s Ts 为保证系统稳定 应满足的稳定条件 22 0 082 0 020 00167 0 00167 53 29 0 020 00167 mlss ls T TTT K TT 可以稳定运行 最大开环放大系数是 53 29 2 12 有一晶闸管 电动机调速系统 已知 电动机kWPN 82 VUN220 AIN 615 min1500rnN 5 1 a R 整流装置内阻 1 rec R 电枢回路电抗器电阻 8 0 L R 触发整流环节的放大倍数35 s K 求 1 系统开环时 试计算调速范围30 D时的静差率s w w w k h d a w c o m 课后答案网 2 当 10 30 sD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 10 30 sD 在V10 n U时 Nd II N nn 计算转速反馈系数 和放大器放大系数 p K 解 先计算电动机的反电动势系数 minV 131 0 1500 5 16 15220 r n RIU C N aNN e 系统开环时的额定转速降落 min 393 131 0 8 015 1 6 15 r C RRRI n e LrecaN Nop 1 系统开环时 调速范围30 D时的静差率 788887 0 393301500 39330 NN N nDn nD s 2 当 10 30 sD时 系统允许的稳态速降 min 56 5 1 01 30 1 01500 1 r sD sn n N N 3 如组成转速负反馈有静差调速系统 要求 10 30 sD 则系统开环放大系数 8 6691 56 5 393 1 cl op n n K 转速反馈系数 minV 0067 0 1500 10 r n U N n 放大器放大系数3 938 0067 035 131 08 669 s e p K KC K 2 13 旋转编码器光栅数为 1024 倍数系数为 4 高频时时钟脉冲频率MHz1 0 f 旋转编 码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用 16 位计算器 M 法和 T 法测速时间均为 0 01s 求转速n 1500r min 和n 150r min 时的测速分辨率和误差率最大值 解 1 M 法测速 转速n 1500r min 和n 150r min 时的测速分辨率465 1 01 041024 6060 c ZT Q 转速n 1500r min 时 1024 60 01 040961500 60 1 c nZT M 误差率最大值 097 000097 0 1024 11 1 max M 转速n 150r min 时 4 102 60 01 04096150 60 1 c nZT M 误差率最大值 97 0 0097 0 4 102 11 1 max M 2 T 法测速 转速n 1500r min 时 8 9 15004096 1016060 6 0 2 Zn f M 测速分辨率 1500409610160 15004096 60 6 2 0 2 Znf Zn Q171 w w w k h d a w c o m 课后答案网 误差率最大值 3 10103 0 18 9 1 1 1 2 max M 转速n 150r min 时 98 1504096 1016060 6 0 2 Zn f M 测速分辨率 150409610160 1504096 60 6 2 0 2 Znf Zn Q1 55 误差率最大值 03 10103 0 198 1 1 1 2 max M 3 1 双 闭环 直流 调速 系统 的 ASR 和 ACR 均 为 PI 调 节器 设 系统 最大 给定 电压 V15 imnm UU min1500rnN A20 N I 电流过载倍数为 2 电枢回路总电阻 2R 20 s K rCeminV127 0 求 1 当系统稳定运行在V5 n U A10 dL I时 系统的 iin UUUn 和 c U各为多少 2 当电动机负载过大而堵转时 i U和 c U各为多少 解 转速反馈系数 minV 01 0 1500 15 r n U N nm 电流反馈系数 AV 375 0 202 15 dm im I U 1 当系统稳定运行在V5 n U A10 dL I时 V 5 nn UU min 500 01 0 5 r U n n V 75 310375 0 dLi IU V 75 3 ii UU V 175 4 20 210500127 0 0 s dLe s d c K RInC K U U 2 当电动机负载过大而堵转时 n 0 V 15202375 0 dmi IU V 4 20 2202 s dm c K RI U 3 2 在转速 电流双闭环直流调速系统中 两个调节器 ASR ACR 均采用 PI 调节器 已知 参数 电动机 min 1000A20V220kW7 3rnIUP NNNN 电枢回路 总电阻 5 1R 设V8 cmimnm UUU 电枢回路最大电流A40 dm I 电力电子变 换器的放大倍数40 s K 试求 1 电流反馈系数 和转速反馈系数 2 当电动机在最高转速发生堵转时的 0d U i U i U和 c U的值 w w w k h d a w c o m 课后答案网 解 1 电流反馈系数 AV 2 0 40 8 dm im I U 转速反馈系数 minV 008 0 1000 8 r n U N nm 2 当电动机在最高转速发生堵转时 n 0 V 605 1400 0 RInCU dmed V 8402 0 dmii IUU V 5 1 40 60 0 s d c K U U 3 5 某反馈系统已校正成典型 I 型系统 已知时间常数T 0 1s 要求阶跃响应超调量 10 1 系统的开环增益 2 计算过渡过程时间 s t和上升时间 r t 3 绘出开环对数幅频特性 如果要求上升时间str25 0 则K 解 典型 I 型系统开环传递函数为 1 Tss K sW 1 要求阶跃响应超调量 10 则要求69 0 KT 为获得尽量短的上升时间 r t 选 择69 0 KT 则9 61 069 0 K 2 过渡过程时间 6 01 066sTts 上升时间 33 0 1 03 33 3sTtr 3 如果要求上升时间str25 0 1 196 0017 0 3 1 3 1 1 满足近似条件 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 ci lm s TT 8 180 002 00017 0 1 3 11 3 1 1 满足近似条件 校验电流环传递函数近似条件 cn i I s T K 7 63 0037 0 1 135 3 1 3 1 1 满足近似条件 校验转速环小时间常数近似条件 cn on I s T K 4 27 02 0 1 135 3 1 3 1 1 满足近似条件 校核转速超调量 w w w k h d a w c o m 课后答案网 10093 0 112 0 0274 0 375 82 1 14 0760 05 1 812 02 2 max max m nN b b b n T T n n z C C n n C C 满足设计要求 w w w k h d a w c o m 课后答案网 解 1 15 0 01min 1500 Vr 5 500 min 0 01 n U nr 0 104 ded UC nI RV 0 3 47 d c s U UV K 2 当电动机突然失磁 电机停转 0 n U 10 iim UUV 10 i UV 2 ddm IIV 3 2 1 1 Ks W s s Ts 0 25hTs 2 22 1 48 2 N h Ks h T 2 48 0 251 0 051 s W s ss 4 8 80 44 vm tTs w w w k h d a w c o m 课后答案网 2 93 75 min ndmdL b em RTII nr C T max max 76 12 min b b C nnr C 5 1 一 台三 相鼠 笼异 步 电动 机的 铭牌 数 据为 额 定电 压V380 N U 额定 转速 min960rnN 额定频率zfNH50 定子绕组为 Y 联接 由实验测得定子电阻 35 0 s R 定子漏感H006 0 ls L 定子绕组产生气隙主磁通的等效电感H26 0 m L 转子电阻 5 0 r R 转子漏感H007 0 lr L 转子参数已折算到定子侧 忽略铁芯损耗 1 画出异步电动机 T 形等效电路和简化电路 2 额定运行时的转差率 N s 定子额定电流 N I1和额定电磁转矩 3 定子电压和频率均为额定值时 理想空载时的励磁电流 0 I 4 定子电压和频率均为额定值时 临界转差率 m s和临界转矩 em T 画出异步电动机的机 械特性 解 1 异步电动机 T 形等效电路 异步电动机简化电路 2 由于额定转速min960rnN 同步转速 min 1000 3 506060 1 r n f n p N 额定运行时的转差率04 0 1000 9601000 1 1 n nn sN 由异步电动机 T 形等效电路 023 1004 0023 1 26 0100 35 0 26 0 006 0 1 2 11 1 1 1 jj Lf R j L L Lj LjR C mN s m ls m lss 可得转子相电流幅值 w w w k h d a w c o m 课后答案网 A 9735 15 0953 175939 172 220 007 0023 1006 0 100 04 0 5 0 023 135 0 220 2 2 2 2 1 2 1 2 1 lrls N r s s r LCL s R CR U I 气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 7352 2028361 4 25 1569735 15 22 1 2 lr N r rg L s R IE V 额定运行时的励磁电流幅值 A 482 2 26 0100 7352 202 1 0 m g L E I 由异步电动机简化电路 额定运行时的定子额定电流幅值 A164 316 96 6716225 1165 220 007 0006 0 100 04 0 5 0 35 0 220 22 2 2 2 1 2 2 1 lrlss s N LL s R R U I 额定电磁转矩 37 91 04 0 5 0 9735 15 100 33 3 22 1 mN s R I n P T N r r p m m e 依据 T 形等效电路 或 33 95 04 0 5 0 3164 16 100 33 3 22 1 1 mN s R I n P T N r N p m m e 依据简化等效电路 3 定子电压和频率均为额定值时 理想空载时的励磁电流 A 633 2 26 0006 0 100 35 0 220 2222 2 1 2 0 mlss s LLR U I 4 定子电压和频率均为额定值时 临界转差率 122 0 007 0006 0 100 35 0 5 0 2222 2 1 2 lrlss r m LLR R s 临界转矩 83 155 007 0006 0 100 35 035 0200 22033 2 3 222 2 2 2 1 2 1 2 mN LLRR Un T lrlsss sp em w w w k h d a w c o m 课后答案网 异步电动机的机械特性 e T em T m S Sn 0 1 n 01 5 2 异步电动机参数如习题 5 1 所示 画出调压调速在 N U 2 1 和 N U 3 2 时的机械特性 计算临 界转差率 m s和临界转矩 em T 分析气隙磁通的变化 在额定电流下的电磁转矩 分析在恒转 矩负载和风机类负载两种情况下 调压调速的稳定运行范围 解 定子相电压改变 临界转差率不变 即 122 0 007 0006 0 100 35 0 5 0 2222 2 1 2 lrlss r m LLR R s 当调压至 N U 2 1 时 临界转矩min 96 3883 155 4 1 4 1 max NTT eem 当调压至 N U 3 2 时 临界转矩min 26 6983 155 9 4 9 4 max NTT eem 气隙磁通 Nss s m kNf U 1 44 4 随定子电压的降低而减小 5 6 异步电动机参数如习题 5 1 所示 输出频率f等于额定频率fN时 输出电压U等于额定 电压UN 考虑低频补偿 若频率f 0 输出电压U 10 UN 1 求出基频以下电压频率特性曲线U f f 的表达式 并画出特性曲线 2 当f 5Hz 和f 2Hz 时 比较补偿与不补偿的机械特性曲线 两种情况下的临界转矩Temax 解 1 UN 220 A 斜率 w w w k h d a w c o m 课后答案网 96 3 050 22220 0 1 0 N NN f UU k 考虑低频补偿时 电压频率特性曲线2296 3 fU 不补偿时 电压频率特性曲线ffU4 4 50 220 2 当f 5Hz 时 A 不补偿时 输出电压 V 224 4 fU 临界转矩 84 078 007 0006 0 10 35 035 020 2233 2 3 222 2 2 2 1 2 1 2 mN LLRR Un T lrlsss sp em B 补偿时 输出电压 V 841226 93 fU 83 8281 007 0006 0 10 35 035 020 84133 2 3 222 2 2 2 1 2 1 2 mN LLRR Un T lrlsss sp em 当f 2Hz 时 A 不补偿时 输出电压 V 884 4 fU 临界转矩 66 637 007 0006 0 4 35 035 08 8833 2 3 222 2 2 2 1 2 1 2 mN LLRR Un T lrlsss sp em B 补偿时 输出电压 V 2 929226 93 fU 19 4435 007 0006 0 4 35 035 08 2 92933 2 3 222 2 2 2 1 2 1 2 mN LLRR Un T lrlsss sp em 5 8 两电平 PWM 逆变器主回路 采用双极性调制时 用 1 表示上桥臂开通 0 表示 上桥臂关断 共有几种开关状态 写出其开关函数 根据开关状态写出其电压矢量表达式 画出空间电压矢量图 解 w w w k h d a w c o m 课后答案网 w w w k h d a w c o m 课后答案网 5 11 采用电压空间矢量 PWM 调制方法 若直流电压 d u恒定 如何协调输出电压与输出频 率的关系 解 在一个周期内 6 个有效工作矢量顺序作用一次 定子磁链矢量是一个封闭的正六边形 1 33 2 3 2 d dss u tutkukk 正六边形定子磁链的大小与直流侧电压成正比 而与电源角频率成反比 在基频以下调速时 应保持正六边形定子磁链的最大值恒定 若直流侧电压恒定 则 1 越小时 t 越大 势必 导致 k s 增加 因此 要保持正六边形定子磁链不变 必须使 1 d u为常数 这意味着 在变频的同时必须调节直流电压 造成了控制的复杂性 有效的方法是插入零矢量 当零矢量作用时 定子磁链矢量的增量0 k s 表明 定子磁链矢量停留不动 有效工作矢量作用时间tt 1 和 1 和 1 时 设 1s 0 tt s 则 cos sin 2 3 cos sin 2 3 0 0 tI tI tI tI i i sm sm m m sq sd 6 3 按转子磁链定向同步旋转坐标系中状态方程为 w w w k h d a w c o m 课后答案网 坐标系的旋转角速度为 st rr m i T L 1 假定电流闭环控制性能足够好 电流闭环控制的等效传递函数为惯性环节 11 11 st i st i st sm i sm i sm i T i Tdt di i T i Tdt di i T为等效惯性时间常数 画出电流闭环控制后系统的动态结构图 输入为 sm i和 st i 输出为 和 r 讨论系统稳定性 解 电流闭环控制后系统的动态结构图如下 1 sT L r m 1 1 sTi 1 1 sTi r m p L L n Js np sm i st i sm i st i e T L T r 转子磁链环节为稳定的惯性环节 转速通道存在积分环节 系统不稳定 必须加转速外环使 之稳定 6 4 鼠笼异步电动机铭牌数据为 额定功率kWPN3 额定电压V380 N U 额定电流 A9 6 N I 额定转速min1400rnN 额定频率zfNH50 定子绕组 Y 联接 由实 验测得定子电阻 85 1 s R 转子电阻 658 2 r R 定子电感H294 0 s L 转子自感 H2898 0 r L 定 转子互感H2838 0 m L 转子参数已折合到定子侧 系统的转动惯 量 2 1284 0mkgJ 电动机稳定运行在额定工作状态 试求转子磁链 r 和按转子磁链定 向的定子电流两个分量 sm i和 st i 解 额定转速min1400rnN 额定频率zfNH50 则电动机极对数2 p n 额定转 速 6 146 60 2 srad nN m 2 293sradn mp 设三相正弦对称电流 100sin 758 9 2sin ttfIi NmA 3 2 100sin 758 9 3 2 2sin ttfIi NmB w w w k h d a w c o m 课后答案网 3 2 100sin 758 9 3 2 2sin ttfIi NmC 100cos 951 11 100sin 951 11 3 2 2sin 3 2 2sin 2sin 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 t t tfI tfI tfI i i Nm Nm Nm s s 转子电磁时间常数 109 0 658 2 2898 0 s R L T r r r 电动机稳定运行在额定工作状态时 rrsmr rrsmr TiL TiL 得 100cos 1060 0 100sin 0033 0 109 02 2931 100cos 951 11 2838 0109 02 293 100sin 951 112838 0 1 22 22 tt tt T iLTiL r smrsm r 100sin 1060 0 100cos 0033 0 109 0 2 2931 100sin 951 112838 0109 0 2 293 100cos 951 11 2838 0 1 22 22 tt tt T iLTiL r smrsm r 100 cos1060 0 100cos 100sin 0006996 0 100 sin0033 0 22222 tttt r 100 sin1060 0 100cos 100sin 0006996 0 100 cos0033 0 22222 tttt r 1061 01060 00033 0 2222 rrr 100sin 9991 0 100cos 0311 0 1061 0 100sin 1060 0 100cos 0033 0 sin tt tt r r 100cos 9991 0 100sin 0311 0 1061 0 100cos 1060 0 100sin 0033 0 cos tt tt r r 9402 11 3717 0 9991 0 0311 0 951 11 100cos 100sin cossin sincos 951 11 cossin sincos A t t i i i i s s st sm 6 5 根据习题 6 3 得到电流闭环控制后的动态结构图 电流闭环控制等效惯性时间常数 sTi001 0 设计矢量控制系统转速调节器 ASR 和磁链调节器 A