电力拖动自动控制系统习题与解答

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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 编某大学电气工程学院 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，故系统没有克服这种扰动的能力。12、某调速系统的调速X围是1500150rpm，要求是S=2%,那么，系统允许的静态速降是多

2、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

3、，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？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X围？9、如果采用电压负反馈和电流

4、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)=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、

5、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=355rpm=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

6、.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

7、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U，并选用稳压管5、 分析Kp、U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、，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，

8、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，U不变，下垂段特性的n0不变，增大，不变，U下垂段特性的n0减小，减小。6、 于发电机的附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

9、.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

10、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

11、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，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

12、，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=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=20

13、K，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

14、.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X围D和静差率S%来反映。1-13、调速X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，静差率越小，转速的稳定度就越高。但是硬度相同的机械特性，转差率并不一定相同。1-16、调速X围和静差率是调速系统的稳态指标，这两个指标能否彼此孤立的提？（否）1-17、D、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，两系统的开环速降2、 在同一n0下，两系统的静差率3、 当S