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1、电力拖动自动控制系统习题集及解答(内部参考资料)支长义 编郑州大学电气工程学院 目录第一章 习题集及解答 1-1第二章 习题集及解答 2-1第四章 习题集及解答 4-1第五章 习题集及解答 5-1第一章 习题集及解答11、改变给定电压是否能够改变电动机的转速?为什么?如果给定电压不变,调整反馈电压的分压比是否能够改变转速?为什么?如果测速机励磁发生变化,系统有没有克服这种扰动的能力?解:不管开环或是闭环调速系统,转速对给定是惟命是从的,所以变必然导致n变。对于有静差系统:分压比的变化即的变化K的变化,在不变时,必然变化,(或者,变n变),测速机的励磁变化等效于的变化,所以n不必然变化,故系统没
2、有克服这种扰动的能力。12、某调速系统的调速范围是1500150rpm,要求是S=2%,那么,系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的,则开环系统的开环节放大倍数应有多大?解:由知:闭环允许的速降为,如果开环,则闭环系统的开环放大倍数应大于等于:。13、有一V-M调速系统,电动机参数为=2.5KW,=220V,=15A,=1500rpm,=2,整流装有置内阻为:=1,=30,要求:=20,=10%。试求:1、计算开环系统的稳态速降和调速系统允许的稳态速降。2、画出转速负反馈系统的稳态结构。3、当20V时,1000rpm,则转速反馈系数应为多少?4、系统开环放大系数是多少?比例放大器放大倍数是多
3、少?5、若主电路电压L=60mH,=1.8整流电路为三相零式,则满足D、S的转速负反馈系统能否稳定运行?为了保证稳定,允许最大的开环放大倍数是多少?6、如果增设电流截止环节,要求2,1.2,=?,=?若要求电流反馈电阻如果做不到,须增加电流放大器,试计算电流反馈放大倍数,和各为多少?画出系统的原理图和静态结构图。7、如果转速负反馈系统的整流装置采用三相零式电路,主电路平波电抗器的选择要保证最小电流为20时仍能连续,系统GD2=2.94Nm2。按D=20,S=5%设计的系统能否稳定运行?如果系统不能稳定运行,对系统过行动态校正,并计算调节器参数?8、如果改用电压负反馈,能否达到题中所给的调速要求
4、?若放大器Kp不变,=30V,在S=30%时,采用电压负反馈最多能够达到多大的调速范围?9、如果采用电压负反馈和电流正反馈,能否满足题中所给的调速要求?参数如何选择?试画出系统的静态结构图。解:1、 (220152)0.127rpm开环系统的稳态速降为:=15(2+1)/0.127=354.33rpm满足调速要求所允许的稳态速降为:=8.33rpm;2、采用转速负反馈系统的稳态结构图为:3、在稳态时,=20/1000=0.02V/rpm。4、354.33/8.33-1=41.54 =41.540.127/(300.02)=8.79。5、由于0.06/(2+1)=0.02s,=1/(2350)=
5、0.00333s=0.09349s所以系统临界稳定32.89,要满足D、S的要求K41.54,故系统不能稳定运行。6、215A1.215 取1.21518A0.02150030V,2.5,取2.5,则45V,如果要求,取1,则18V,45182.5系统的原理图和静态结构图为:7、L1.46220/(0.215)=107.07mH=0.109707/3=0.0357s=1/(2350)=0.0033s=2.943/(3750.127230)=0.1527s系统稳定的K为:0.1527(0.0357+0.0033)+0.00332/0.03570.0033=50.18=153/0.127=355r
6、pm=15000.05/20(1-0.05)=3.947rpm满足D、S时:所以稳态要求K88.94 ,而稳定时K50.67,故系统不能稳定运行。对象传递函数为:,校正环节为:,取则: ,取20K,,满足近似条件。校正后的传函为:。,8、由静态性:仅由电枢电阻产生的速降:,故电压达不到题中的调速要求。9、若使,则系统完全与转速负反馈相同。则1-4、某机械采用下图的晶闸管励磁、发电机组供电的直流调速系统,发电机的额定功率为110KW,电动机的额定功率为100KW。系统采用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与,试画出该系统的稳态结构图并推导系统的静特性方程式。其
7、中为发电机励磁回路总电阻,Kf为发电机放大系数,为发电机电枢电阻,为电动机电枢电阻,为电流反馈系数,为电压反馈系数,为电流截止负反馈回路稳压管的反向击穿电压。解:静态特性为:,,当时,;当时,。故其静态结构图如下:通过结构图变换得静特性方程为:当 时:1-5、已知数据,发电机为励磁电压电动机:,设置放大器限幅值为,要求D=10,S=20%,堵转电流为:截止电流。试求:1、 计算系统所允许的稳态速降2、 计算各环节的传递函数3、 决定放大器结构和放大系数Kp4、 计算比较电压Ucom,并选用稳压管5、 分析Kp、Ucom等参数的变化对系统静特性的影响6、 为什么主回路中设有串入平波电抗器解:1、
8、,系统允许的稳态速降为:2、,电压反馈系数的计算:根据稳态时,。3、如果采用P调节器,则电动机的速降:,所以用P放大器可以满足要求,且,设运算放大器的输入电阻R0=20K,则放大器反馈电阻R1=Kp*R0=16.3*20=326K,当然采用PI调节器时,被反馈环包围的速降为0,只有没有不被反馈包围的速降,能满足要求,在实际中常采用准PI调节器,那么准PI调节器的参数Kp也可以为16.3。4、再将:代入上式得,于是,可选2CW15稳压管,其击穿电压为78.5V,两只对接。5、Kp工作段特性变硬,Ucom不变,下垂段特性的n0不变,增大,不变,Ucom下垂段特性的n0减小,减小。6、 于发电机的附
9、加励磁绕组是一个大电感,足以克服电流的脉动,所以不需在主回路接入平波电抗器。1-6、在下图所示的转速负反馈单闭环系统中,已知数据有:电动机:=2.2KW, =220V, =12.5A, =1500rpm, =1。整流电源采用三相桥式电路,整流电阻及平波电抗器电阻之和为1.9,主电路总电感L=40mH,Ks=44,GD2=1.5Nm2,最大给定电压为10V,要求D=15,S=15%。问:1、该系统能否稳定运行,其临界开环放大系数为多少?2、如果系统不能稳定运行,对其进行动态校正解:1、所以要满足D、S,开环,对于桥式整流电路:,要使系统稳定运行开环放大倍数:,故系统满足D、S时不能运行。2、 满
10、足D、S时开环传函数为:,其中,所以所以转折频率为:,20lgk=33.8dB,故未加校正时的开环幅频特性为:采用PI调节器进行校正,其校正传函为:,取并使,取,则得L1=30dB,即。,如果取R0=40K,则,取R1=30K,故设计有效。校正后: ,幅值裕度为:, 所以校正有效。1-7、带电流正反馈的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,电动机参数为:=3KW, =220V, =17.5A, =1500rpm, =2.2,平波电抗器电阻,设计指标:D=20,S=10%,运算放大器限幅值为8V。1、 计算不
11、包含平波电抗器时的整流装置内阻,电流反馈电阻,电压反馈系数和调节器放大系数Kp等参数。2、 分析等参数对系统静特性的影响。解:1、,为整流变压器绕组折算到二次侧的等效电阻,它包括绕组电阻及一次绕组电阻折算到二次侧的电阻;是由整流变压器漏抗引起的换向压降所对应的电阻。本题中,整流变压器采用/Y接线,为便于计算把它换算成Y/Y接线。设变压器一次侧每相电阻为R11,二次侧每相电阻为R21,则R11=2,R21=0.5,换成Y/Y接线后,一次侧每相电阻为,折算到二次侧后每相电阻为:,U1为一次侧相电压有效值220V,U2为二次相电压有效值,可按下式计算,95%为电网电压波动系数;对于不可逆系统,可取,
12、则U2=102V,于是,所以,又,式中Uk为变压器的阻抗百分比,对于容量小于1000KV.A的变压器Uk值一般取5,m为整流电压一周期内脉动次数,对三相桥式电路m=6。,,根据得,根据D、S得系统速降为:,根据带电流补偿电压负反馈电流的静特性方程:,由此式看出速降主要是由所产生,为补偿其速降可使,由于,由于,为简单计,取,3、 若不变,KpKs值随Rs值增大而减小。1-8、某调速系统原理图如图所示:已知数据如下:电动机=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,整定。设计指标:D=50,S=
13、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:当,;当,根据知,允许的,取R0=20K,则取R1=KpR0=940K,当时,Ui=10V,Ui=0.042Id,当时,即为稳压管的击穿电压。系统的静态结构图为:系统的静态方程为:在时,n=0,,。1-9、单闭环有静差调速系统,已知=2.2KW, =220V, =12.5A, =1500r/min, =1主电路总电阻R=2.9, =75,测速机采用ZYS-231/110型测速发电机,其的分压系数。要求D=20,S=5%。1、 当采用的分压系数是否满足要求?2、 计算Kp、R1的值。解:,允
14、许速降,当RP2的分压比为1/8时,在最高速时产生的电压为,故满足要求。分压比是1-10、有V-M系统,已知=2.8KW, =220V, =15.6A, =1500rpm, =1.5, 1, 37。1、 系统开环工作时,试计算D=30时的S值。2、 当D=30、S=10%时,计算允许的稳态速降。3、 如为转速负反馈有静差调速系统,要求D=30、S=10%,在=10V时,使电动机在额定工作点工作,计算Kp和。4、 如改电压负反馈有静差调速系统,仍要在=10V时,使电动机在额定工作点工作,并保持系统的开环放大系数不变。试求D=30时的静差率。解:1、,2、3、4、电压反馈的速降为:,1-11、对于调速系统的转速控制要求是各式各样的,归纳起来,有三个方面:1、调速;2、稳速;3、加、减速。1-12、调速和稳速是调速系统的稳态的两个指标,它由调速范围D和静差率S%来反映。1-13、调速范围D定义为,对于调压调速系统。1-14、静差S%的定义: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所对应的转速降落,与理想空载转速之比,即。1-15、静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的,它和机械特性的硬度有关,特性越硬,