电力拖动自动控制系统习题集及解答

1、电传动自动控制系统的问题集及解决方案(内部参考)直长一边郑州大学电气工程学院第一章习题与解答1-1，改变给定的电压能改变电机的速度吗？为什么？如果给定的电压是恒定的，调节反馈电压的分压比能改变速度吗？为什么？如果转速表的激励发生变化，系统是否有能力克服这种干扰？解决方法：无论开环还是闭环速度控制系统，给定的速度都是服从的，所以这种变化必然会导致N的变化。对于有静差的系统：分压比的变化，即，k的变化在恒定时必然会发生变化(或改变N)，转速表的励磁变化相当于的变化，所以N不一定发生变化，所以系统没有能力克服这种扰动。1-2。速度控制系统的速度控制范围为1500 150转/分，要求为S=2%。那么，

2、系统允许的静态速度降是多少？如果开环系统是开环的，那么开环系统的放大倍数是多少？解决方案：众所周知，闭环允许的速度降是，如果是开环，闭环系统的开环放大倍数应大于或等于：1-3。有一个速度控制系统。电机参数为=2.5KW，=220V，=15A，=1500rpm，=2。整流器的内阻为=1，=30，要求为=20，=10%。试着找出：1 .计算开环系统的稳态速度降和速度控制系统的允许稳态速度降。2.画出速度负反馈系统的稳态结构。3.当=20 V和=1000转/分时，速度反馈系数应该是多少？4.系统的开环放大系数是多少？比例放大器的放大倍数是多少？5.如果主电路电压为L=60mH，=1.8，整流电路为三

3、相零型，满足D和S的速度负反馈系统能稳定运行吗？为了确保稳定性，最大允许开环放大倍数是多少？6.如果增加一个电流截止环节，要求2，1.2，=？=？如果需要电流反馈电阻，如果做不到，就必须增加电流放大器，并试着计算电流反馈放大系数，每个是多少？绘制系统原理图和静态结构图。7.如果速度负反馈系统的整流装置采用三相零电路，当最小电流为20%，系统GD2=2.94Nm2时，应选择主电路的平波电抗器以保证连续性。按D=20，S=5%设计的系统能稳定运行吗？如果系统不能稳定运行，动态校正系统并计算调节器参数。8.如果切换到电压负反馈，能否满足问题中给出的调速要求？如果放大器Kp恒定，=30V，当S=30%

4、时，采用电压负反馈最多能达到什么速度调节范围？9.如果使用负电压反馈和正电流反馈，能否满足问题中给出的速度调节要求？如何选择参数？试着画出系统的静态结构图。解决方案：1 .=(220-152)=0.127转/分开环系统的稳态速度降为=15(2 1)/0.127=354.33 ppm满足速度调节要求的允许稳态速度降为：=8.33转/分；2.速度负反馈系统的稳态结构图如下：3.在稳定状态下，=20/1000=0.02V/rpm。4 、=354.33/8.33-1=41.54=41.540.127/(300.02)=8.79 .5.因为=0.06/(21)=0.02 s，=1/(2350)=0.00

5、333s=0.09349s所以系统的临界稳定性是32.89，满足d和s的要求，K41.54，所以系统不能稳定运行。6、215A1.215=1.215=18A=0.02150030伏， 2.5，取=2.5，那么=45V如果需要，取=1，然后=18V，=45/18=2.5系统原理图和静态结构图如下：7、L=1.46220/(0.215)=107.07毫小时=0.109707/3=0.0357=1/(2350)=0.0033s=2.943/(3750.127230)=0.1527s系统稳定性的k为：=0.1527(0.0357 0.0033)0.00332/0.03570.0033=50.18=15

6、3/0.127=355转/分=15000.05/20(1-0.05)=3.947 rpm满足d和s:因此，稳态要求K88.94，而稳态要求K50.67，因此系统不能稳定运行。对象传递函数是：，校正阶段为：然后是：,取=20K、并满足近似条件。更正后的传输字母为：,8.静态特性：仅由电枢电阻引起的速度下降；，所以电压不能满足问题中的调速要求。9、如果为，则系统为1-4。某机器采用DC调速系统，晶闸管励磁，发电机组供电，如下图所示。发电机的额定功率为110千瓦，电动机的额定功率为100千瓦。该系统由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。试画出系统的稳态结构图，推导

7、出系统的静态特性方程。其中，Kf为发电机励磁回路的总电阻，Kf为发电机放大系数、发电机电枢电阻、电机电枢电阻、电流反馈系数、电压反馈系数和电流截止负反馈回路调压器的反向击穿电压。解决方案：静态特性是：，当时，那时，因此，其静态结构图如下：由结构图转换的静态特性方程为：当当：1-5。根据已知数据，发电机为励磁电压电机：放大器的极限值设置为D=10，S=20%，堵转电流为：切断电流。试着问一下：1.计算系统允许的稳态速度降2.计算每个环节的传递函数3.确定放大器结构和放大系数Kp4.计算比较电压Ucom，并选择稳压器5.分析Kp、Ucom等参数对系统静态特性的影响6.为什么主电路中有一个串联的平滑

8、电抗器解决方案：1 .系统允许的稳态速度下降为：2、电压反馈系数的计算：根据稳态。3.如果使用功率调节器，电机的速度降为0，因此功率放大器可以满足要求。如果运算放大器R0的输入电阻=20K，则放大器R1的反馈电阻=Kp * R0=16.3 * 20=326k。当然，当使用比例积分调节器时，反馈回路包围的速度降为0，只有没有被反馈包围的速度降才能满足要求。实际上，4.代入：变成上面的公式，所以可选择2CW15调压器，击穿电压为7 8.5v，两者对接。5、Kp工作段特性变硬、Ucom不变，下垂截面特征的n0不变并增加，如果没有变化，Ucom下垂截面特性的n0会不断减小。6.发电机的附加励磁绕组为大

9、电感，足以克服电流脉动，因此无需在主电路中连接平滑电抗器。1-6。在下图所示的速度负反馈单闭环系统中，已知数据为：电机：=2.2kw，=220v，=12.5a，=1500rpm，=1。整流电源采用三相桥式电路，整流电阻和平滑电抗器电阻之和为1.9，主电路总电感为L=40mH，Ks=44，GD2=1.5Nm2，最大给定电压为10V，要求为D=15，S=15%。问题1。系统能稳定运行吗？什么是关键的开环放大系数？2.如果系统不能稳定运行，进行动态校正。解决方案：1 .因此，为了满足D和S，开环，对于桥式整流电路，为了使系统稳定运行，开环放大倍数为0，所以当D和S满足时，系统不能运行。2.当满足d和

10、s时，开环传递函数为：，其中，因此转动频率为：，20lgk=33.8dB分贝，因此，未经校正的开环幅频特性为:采用比例积分调节器进行校正，其校正传递函数为：取并使，取并使L1=30dB，即。如果R0=40K，那么R1=30k，所以设计是有效的。校正后，振幅裕度为。因此，修正是有效的。1-7。电流正反馈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 ，电机参数为：=3kw，=220v，=17.5a，=1500rpm，=2.2，平波电抗器1.计算整流装置的内阻、电流反馈电阻、电压反馈系数和调节器放大系数Kp(不包括平波电

11、抗器时)。2.分析其他参数对系统静态特性的影响。解决方案：1 .从整流变压器绕组转换到次级侧的等效电阻，包括绕组电阻和从初级绕组电阻转换到次级绕组的电阻本课题中整流变压器采用/Y接线，为便于计算，将其转换为Y/Y接线。假设变压器每相的一次侧电阻为R11，二次侧电阻为R21，则R11=2，R21=0.5。Y/Y连接后，各相一次侧电阻为，转换为二次侧电阻后，各相为：U1是220伏一次相电压的有效值，U2是二次相电压的有效值，可按下式计算。，95%是电网电压波动系数；对于不可逆系统，U2=102V，因此，在公式中，Uk是变压器的阻抗百分比，对于容量小于1000千伏的变压器。a，Uk值一般取5，m为一

12、个周期内整流电压的脉冲次数，三相桥式电路m=6。,根据，根据d和s，系统速度下降为：根据带电流补偿的电压负反馈电流静态特性方程：从这个公式可以看出，速度降主要是由产生的，为了补偿速度降、和，为了简单起见，取、3.如果不变，KpKs值随着Rs值的增加而减小。1-8。速度控制系统的示意图如下所示：已知数据如下：电机=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设置。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。解决方案：何时，当，

13、根据知道、允许、，R0=20K，然后R1=kpr0=940k，此时Ui=10V，Ui=0.042Id，此时，是稳压器的击穿电压。系统静态结构图如下：系统的静态方程为：在，n=0，1-9。单闭环有一个静态速度控制系统，已知为=2.2kw，=220v，=12.5a，=1500r/min，=1。主电路的总电阻为r=2.9，=75。转速表采用分压系数ZYS-231/110测速发电机。要求是D=20，S=5%。1、当分压系数符合要求时？2.计算Kp和R1的值。解决方案：、允许降速、当RP2的分压比为1/8时，最高速度时产生的电压为0，满足要求。分压比是1-10，V-M系统，已知为=2.8kw，=220v

14、，=15.6a，=1500rpm，=1.5，=1，=37。1.当系统工作在开环状态时，试着计算D=30时的s值。2.当D=30且S=10%时，计算允许的稳态速度降。3.如果有速度负反馈的静态速度控制系统，要求D=30，S=10%。当=10V时，使电机在额定工作点工作，计算Kp和。4.如果电压负反馈系统发生变化，仍有必要使电机工作在额定工作点=10V，并保持系统的开环放大系数不变。当D=30时，试着找出静态错误率。解决方案：1、2、3、4.电压反馈的速度降为：1-11。速度控制系统对速度控制有多种要求。综上所述，有三个方面：1 .速度控制；2.速度稳定；3.加速和减速。1-12。调速和稳速是调速

15、系统稳态的两个指标，分别由调速范围和静态转差率反映。1-13，速度控制范围d定义为，用于电压调节和速度控制系统。1-14。静态误差S%的定义：当系统以某一速度运行时，负载从理想空载增加到与额定值对应的速度下降到理想空载速度的比值，即1-15。静态转差率用来衡量速度控制系统在负载变化下的稳定性，它与机械特性的硬度有关。特性越硬，静态滑移率越小，速度稳定性越高。然而，对于具有相同硬度的机械性能，滑移率不一定相同。1-16，速度范围和静态速率是速度控制系统的稳态指标，这两个指标能否单独提及？(否)1-17、d和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，两个系统的开环速度下降

16、2.在相同的n0下，两个系统的静态错误率3.当S%相同时，的调速范围1-19。静态差单闭环调速系统中、和的变化过程如下图所示。众所周知，Ce=0.1V/rpm，主电路电阻r=1，Kp=20，Ks=40，=0.01V/rpm。试试、和。解决方案：扭矩变化前的稳态，扭矩变化后达到稳态时，,1-20，单闭环PI调节器调速系统，当负载从5A变化到10A时，n，U和Uct曲线表明主电路总电阻为r=1，Ks=40。寻找：解决方法：在负载不变前的稳定状态：负荷变化后的稳态是：从到:从-:1-21。单闭环功率调节器的波形图如下。尝试标记哪个部分是稳定的，哪个部分是瞬态的。1-22。单闭环PI调节器的波形图如下所示。尝试标记哪个部分是暂时的，哪个部分是稳定的？1-23、调速系统分为DC调速系统和交流调速系统。1-24。DC速度控制系统的主要优点是：a、良好的起动和制动性能；b、适用于宽范围的平稳调速。1-25、DC速度控制系统的主要缺点：一、复杂；b，价格更高。1-26、交流调速系统的主要优点：一、简单；b、低成本。1-27，在DC调节系统中，对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统，最好调整电枢供电电压。改变阻力只能分阶段调整速度；虽然减小的磁通可以平稳调速，但调速范围不大，通常只配合调压