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交直流调速复习
交直流调速复习第1章 单闭环直流调速系统1. 调速有两种含义？答：2. 直流电动机的调速方法有？3种 。3. ?3）改变电枢附加电阻4. V-M调速控制系统电流断续时机械特性特点？答：高2、电流断续时，直流电动机的机械特性明显变软4.用 直流电动机
作为原动机的传动方式称为直流调速，用 交流电动机
作为原动机的传动方式称为交流调速。5．电气控制系统的调速性能指标可概括为和调速指标。6．位置随动系统的输出量____输入量的变化而变化。7．限止电流冲击的最简单方法是采用？答系统8．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，静差率越
？9．无静差调速系统中，调节器一般采用什么调节器？10．如果转速负反馈系统的反馈信号线断线（或者反馈信号线的极性接反）在系统运行中或起动时会有什么结果？（详细）参考： 反馈信号线断线：起动时断线，为开环状态，可加速起动过程； 运行中断线，会造成系统的不稳定，带载时使机械特性变软。 反馈信号线接反：起动过程加快，由负反馈转为正反馈；使系统不稳定，易产生振荡；当输入给定信号为零后，电动机仍然转。
11．为什么PI调节器构成的调速系统称为无静差调速系统，有何特点？（详细），P22、2312．给定电源和反馈检测元件的精度是否对闭环调速系统的稳态精度有影响？为什么？（详细）P1313．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？（详细）P13（１）放大器的放大倍数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a答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数 发生变化时系统有调 节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的 响。电动机励磁电流、电枢电阻 aR 发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反 馈环外。当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。当电压反馈系数γ 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。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。14．某一调速系统，测得的最高转速特性为n，最低转速特?1500r/min0max性为n，带额定负载的速度降落?，且不同转速?150r/minn15r/min0minN?下额定速降?nN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大？D?nmaxnomax??nN?nN (1-2)
S???100%(1-3) nminnomin??nNnomin15．闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min，要求系统的静差 S&=2%,那末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？ D??nop?nc1?nopnmax(1-3)
?nc1?(1-4)
nmink?1k??1(1-5)
16下图为单闭环转速控制系统。
17．(1)图中V是；(2)图中Ld是
平波电抗器
，它的作用是
抑制电流脉动和保证最小续流电流
；(3)图中采用的是调节器，它的主要作用是 统要求
(4)此系统主电路由
(5)此系统具有(6)改变转速，应调节___电位器；(7)整定额定转速1500转/分，对应8V，应调节电位器；(8)系统的输出量(或被控制量)是
第2～4章18．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是和
。19．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个的状态是？饱和、不饱和20．在设计双闭环系统的调节器时，先设计环
。21．转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？P34、35当出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用?P38 （详细）当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压都是零转速调节器 ASR 的输出电压?i??fi???dCe??n?R?dl??的输出电压 ?ct?do??S?S22．画出双极式H型PWM变换器的主电路图。P8723．画出双极式H型PWM变换器的主电路图。P8724．在电动机微机控制系统中，电动机是 被控对象
，微型计算机则是起
控制的作用。25．PID控制中P、I、D的含义分别是? 答：26．脉冲式传感器检测转速的方法有? 答： 第5~8章 27．晶闸管调压器的控制方式有__P12828．哪种适用于风机、泵类负载？ 调压调速29．在晶闸管交流调压调速电路中，采用相位控制和通断控制（又叫周波控制）各有何优缺点？适用于何种场合？（详细）P12830．SPWM中的调制波信号采用，载波信号采用31．交直交通用型变频器通常采用调整调制波的频率改变输出电压的频率。32.无换向器电动机可用作________调速，还可用作____________调速。33．无刷直流电动机调速系统属于____电动机调速系统范畴，其转子采用__ _永磁体_____，用三相逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷。P16434．变频调速过程中，按载波比的不同，控制方式分为?同步35．SPWM称 什么是SPWM控制方式?（详细）P154、15536．PWM逆变器根据电源类型不同可以分为填空题、37．交流调速按转差功率的不同怎么分类？P125Ps消耗型、Ps回馈型、Ps不变型38．电压型变频器中制动电路的作用是将_______功率消耗，以免直流电路__ __泵升______电压过高。39．交流异步电动机的调速方法中，最广的是？答：40．画出三相桥式逆变器的主电路图。P14441．通用变频器主要由三大部分组成。 P17742．变频器的加速时间是指？答：42.变频器的主电路由整流、滤波和逆变三大部分组成，试述各部分的工作过程。（详细）P139、14343．变频器的频率给定方式有哪几种？（详细）参考：（1）面板给定方式：通过变频器面板上的键盘或电位器进行频率给定。（2）外部给定方式：从变频器的输入端子输入频率给定信号来调节变频器输出频率的大小。 主要的外部给定方式有：1）外接模拟量给定。通过变频器的外接给定端子输入模拟量信号进行给定，并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率。包括电压信号和电流信号两种。2）外接脉冲给定。通过变频器的外接给定端子输入脉冲序列进行给定。3）通信给定。由PLC或计算机通过变频器的通信接口进行频率给定。4）外接数字量给定。通过变频器的外接给定端子输入开关信号进行给定。5) 频率给定方式：外部电位器给定、程序给定、参数给定44.如图所示为FR-S540变频器的主回路端子接线图，请将主回路各端子的名称填入所给表格中。
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电力拖动自动控制系统陈伯时 第一章习题1-1 为什么 PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态特性？解：省掉了平波电抗器，电磁时间常数小；开关频率高，时间响应滞后时间短，动态响应加快，抗干扰能力增强，提高了系统动态性能。1-2 试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。解：制动时：当 Ug1 为正时，由于 VD1 的续流作用，VT1 不能导通，Ug2 为负，VT2 截止；当 Ug1 为负时，VT1 截止，此时 Ug2 为正，VT2 导通。1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？” 解：调速范围：生产机械对电动机所提出的最高转速 nmax 与最低转速 nmin 之比叫做调速范围，用字母 D 来表示。nmax 与 nmin 通常指额定负载下的转速。静差率：负载由理想空载增加到额定负载所产生的转速降落 ΔnN，与理想空载转速 n0 的比值，称作静差率，用字母 s 表示，一般用百分数表示。调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系如下式：最低转速越高，对应 s 值越小，当要求的 s 值一定时，如果没有调速范围限制，可以容易的通过提高最低转速来满足对 s 的要求。1-4 某一调速系统，测得的最高转速特性为 n0max=1500r/min, 最低转速特性为n0min=150r/min，带额定负载时的转速降落 ΔnN=15r/min ，且在不同转速下 ΔnN 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： 1-5 某闭环调速系统的调速范围是 r/min，要求系统的静差率 s≤2% ，那么系统容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： 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，调速范围可以扩大多少倍？解： 扩大的倍数为：1-7 某调速系统的调速范围 D=20，额定转速 nN=1500r/min，开环转速降落ΔnNop=240r/min，若要求系统的静差率由 10%降到 5%，则系统的开环增益将如何变化？??snDN???1????NnnDmi0axiax NnDs??????in/06.3891501rssnNb ????? 1??bkK??1281???Knbk ??13.42???Knkb937.2b解： 1-8 转速单闭环调速系统有哪些特点？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，调节测速反馈电位器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？解： 闭环调速系统可以得到比开环调速系统硬的多的稳态特性，从而在保证一定静差率要求的情况下，能够提高调速范围，代价是增设放大器以及检测和反馈装置。改变给定电压可以改变电机的转速，给定改变时，偏差改变，变流器输出改变，电机转速改变； 给定不变，调反馈分压比可以改变电机转速，理由同上；测速机励磁变化对转速的影响，无法克服，效果相当于改变反馈电位器分压比，转速变化是必然的。 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、测速发电机的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？解：其中电网电压变化、电动机励磁电流变化、电枢电阻变化等反馈闭环都能调节，因为它们都作用在闭环所包围的前向通道上；而测速发电机励磁变化对转速的影响闭环无法调节，因为它作用在反馈环之外。1-10 有一 V-M 调速系统，电动机参数为：PN=2.2kW，UN=220V ，IN=12.5A，nN=1500r/min, 电枢电阻 Ra=1.2Ω,整流装置内阻Rrec=1.5Ω，触发整流环节的放大倍数 Ks=35。要求系统满足调速范围 D=20，静差率s≤10%。（1）计算开环系统的静态速降 Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降 Δncl。（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*=15V 时，Id=IN，n=nN ，则转速反馈系数 α 应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1） （2）??8.271.0nDNop1?????K??8.5910.????NopnDKrVnIRUCNae min/137.0152.0?????????i/5.46.ercaop???in/381.021rSDsnNcl ????R1++-+-MTG+-RP2nRP1U*n R0R0RbalUcLIdUnUd-+MTG)1()1(ede*nspKCRIUK???（3）可近似计算为： （4） 1-11 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 Idbl≤2IN，临界截止电流 Idcr≥1.2IN，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采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土图，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rVmi/0.5?? rVnKCRInUspeN min/.7.0721 ??????????5.83.246?clo 4..37528???sepKC少？解：1-12 某调速系统原理图如图 1-58，已知数据如下：电动机：PN=18kW，UN=220V ，IN=94A，nN=1000r/min, 电枢电阻 Ra=0.15Ω,整流装置内阻Rrec=0.3Ω，触发整流环节的放大倍数 Ks=40。最大给定电压 Unm*=15V，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压 Uin=10V。设计指标：要求系统满足调速范围 D=20，静差率s≤10%，Idbl≤1.5IN ，Idcr ≥ 1.1IN。试画出系统的静态结构框图，并计算：(1) 转速反馈系数 α。(2) 调节器放大系数 Kp。(3) 电阻 R1 的数值。 （放大器输入电阻 R0=20kΩ）(4)电阻 R2 的数值和稳压管 VS 的击穿电压值。 解：（1）近似计算为：（2） （3）（4）ssNsdcrcomRIRIU152.????scomcomndblons RUII 6.004.??????5.1Vcom2????9.03' recasR????23.0'2'' ????? sprecaNomsNifnm KRIUIK??64.1'2.'?cosifIrVnRIUCNae min/2.015.9420????? rVKKCpspe in/0145.13???????rnNmin/05.1????????min/5.2.94IRercaop ??i/61.021rSDsNcl ??37??clopnK9.?sepC??kR AVIUdblim/.945.??? VIUdcrVS 4.791.07.????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。解：放大器放大系数、供电电网电压波动能够调节，因为作用在反馈环的前向通道上；电枢电阻变化、电动机励磁电流变化及电压反馈系数变化无法调节，作用在反馈环外。1-14 有一 V-M 调速系统，已知：电动机：PN=2.8kW，UN=220V ，IN=15.6A，nN=1500r/min, 电枢电阻 Ra=1.5Ω,整流装置内阻Rrec=1Ω，触发整流环节的放大倍数 Ks=35。（1）系统开环工作时，试计算调速范围 D=30 时的静差率 s 值。（2）当 D=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 D=30，s=10%，在 Un*=10V 时Id=IN,n=nN，计算转速反馈系数 α 和放大器放大系数 Kp。（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 Un*=10V 时Id=IN,n=nN，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。解：（1）（2）（3）（4）???????????? kURnmVSi2 47.31520.70 rVnRIUCNae min/13.0156.20?????????i/.ercaop???min/5031min?%7.853in??ops???in/6.101rsDNcl ????Vmin/7.50??5216.3????clopespCK70.52??sp min/183.rIRneNaop??????i/26.5.01KCIerccl ??1-15 在题 1-10 的系统中，若主电路电感 L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量GD2=1.6N·m2，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？解：在题 1-10 中，为满足静态指标要求，求出 ，但系统不稳定； 时系统才稳定。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，当积分调节器的输入偏差电压 ΔU=0 时，调解器的输出电压是多少？它取决于哪些因素？解：积分的保持作用，决定了在稳态时调节器的输入偏差一定为零，即静差为零；零或任一常数，取决于对历史上对非零偏差电压的积累。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？试说明理由。解：受影响；这两种干扰作用在反馈所包围的前向通道之外，对转速造成的影响无力调节。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？为什么？试说明理由。解：有静差；电枢电阻造成的转速下降无力调节，它作用在电压负反馈环之外。第二章习题2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变速度调节器的放大倍数 Kn 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变速度反馈系数 α 行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？解：调节给定电压或速度反馈电位器的分压比； 而改变 、 均不行，调 α 可以； min/26.18.0rnclop????%57.56182mins rVnIRUCNae min/137.0152.0?????ANem /.37.30?????2rcaRsLTl ?? sCGDmem .6?????9.23.185.0.422 ?????slTK7?K?KpKs改变速度调节器的输出限幅值或电流反馈系数可以改变堵转电流。 2-2 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？解：ASR 、ACR 采用 PI 调节器，稳态运行时其输入偏差电压一定为零， 而输出电压分别是：若输入偏差不为零，系统不是稳态；速度调节器的输出由负载电流决定，电流调节器的输出由速度给定与负载电流决定。2-3 如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是 PI 调节器，而改为 P 调节器，对系统的静、动态性能会产生什么影响？答：稳态：由无静差变为有静差；动态：响应加快、稳定性变差。 2-4 试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：（1）调速系统的静特性；（2）动态限流性能；（3）起动的快速性；（4）抗负载扰动的性能；（5）抗电源电压波动的性能。答：（1）前者优于后者；（2）前者优于后者；（3）前者优于后者；（4）相差不多；（5）前者优于后者。2-5 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用 PI 调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压 ΔUi 是否为零？为什么？答：ΔUi 不为零，速度调节器输出限幅值，整流电路饱和输出，电机达最高转速，电流反馈对应负载电流，电流调节器给定大于反馈，故差值非零。2-6 在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号 Un*未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压 Un 是增加还是减少？为什么？答：速度减少，稳态时 ，故 α 增大，n 成比例减少。2-7 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器 ASR、ACR 均采用 PI 调节器。已知参数：电动机：PN=3.7kW，UN=220V，IN=20A，nN=1000r/min,电枢回路总电阻 R=1.5Ω,设Unm*=Uim*=Ucm=8V，电枢回路最大电流 Idm=40A，电力电子变换器的放大系数Ks=40。试求：（1）电流反馈系数 β 和转速反馈系数 α；（2）当电动机在最高转速发生堵转时的 Ud0、Ui*、Ui、Uc 值。dLiIU??? sdLnecKRIUC???/Un???解：（1） （2） 2-8 在转速、电流双闭环调速系统中，调节器 ASR、ACR 均采用 PI 调节器。当 ASR 输出达到 Uim*=8V 时，主电路电流达到最大电流 80A。当负载电流由 40A 增加到 70A 时，试问：（1）Ui*应如何变化？（2）Uc 应如何变化？（3）Uc 值由哪些条件决定？答：（1）由 4V 增加到 7V；（2）增大；（3）2-9 在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因使电动机励磁电源电压突然下降一半，系统工作情况将会如何变化？写出Ui*、Uc、Ud0 、Id 及 n 在系统重新进入稳定后的表达式。解：速度提调节器不饱和：速度不变，电枢电流增大一倍；速度调节器饱和：速度为零，电流为堵转电流；2-10 某反馈控制系统已校正成典型Ⅰ型系统。已知时间常数 T=0.1s，要求阶跃响应超调两σ≤10%。（1）求系统的开环增益；（2）计算过渡过程时间 ts 和上升时间 tr；（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间 tr<0.25s，则 K=？，σ=？ 解： （1）取 ，则 ，满足要求，于是（2）（3） ，取 10，则2-11 有一个系统，其控制对象的传递函数为 ，要求设计一个rVnUNmmin/08.1?????AIdi /2.4?Rm650? VIUdmii 8402.?????VKUsc.1?Vii8AV/1.08??sdLnecKRIUC???/NiiIU?2?? sNecKRIC2/???RInCUNed20??NdI2?0ndmiiI?sdc0?IdmdmI0n????1.0??sKTsW69.K%5?9.610.?Kts 6.?0?? sTtr3.?2.5.3' 1??10.1??ssWobj?无静差系统，在阶跃输入下系统超调量 σ≤5%（按线性系统考虑） 。试对该系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。解：校正成典型Ⅰ型系统，且选 ，选积分调节器，传函为：闭环系统的开环传递函数：于是，有2-12 有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为 ，要求校正为典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统超调量 σ≤30%（按线性系统考虑） 。试决定调节器的结构，并选择其参数。解：选 PI 调节器： ，开环传递函数为：选 ，查表， ，满足要求；2-13 调节对象的传递函数为 ，要求用调节器分别将其校正为典型Ⅰ型和典型Ⅱ系统，求调节器的结构与参数。解：校正成典型Ⅰ型：取 PI 调节器，且 ，即有;取 KT=0.5，则校正成典型Ⅱ型：大惯性近似处理为积分环节，再取 PI 调节器； 取中频宽 ，则 ，而2-14 在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：PN=60kW，UN=220V，IN=308A，nN=1000r/min,电动势系数Ce=0.196V·min/r，主回路总电阻 R=0.18Ω,触发整流环节的放大倍数 Ks=35。电磁时间常5.0?KT??sKWII???????10.10.10. ???ssKsWs IIobjI.1.0.10??IIITK5????102.1??sTsobj???sKWpipi1????? ????102.122 ??? sKTsss piiobji ?7h%8.9?47pipiK43.71??86.02.43.. ????ThKpi ????15.2.0?ssWobj s.1?????????105..01????? sKssKsWpipi 397.?pi????????105..2.8 ?????? ssssobj ?..7. 2211 ??? KKKsWippi ???5?hs025. 67.105.035. 22???pi数 Tl=0.012s，机电时间常数 Tm=0.12s，电流反馈滤波时间常数 Toi=0.0025s，转速反馈滤波时间常数 Ton=0.015s。额定转速时的给定电压（Un*）N=10V，调解器 ASR、ACR 饱和输出电压 Uim*=8V，Ucm=6.5V。系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围 D=10，电流超调量 ，空载起动到额定转速时的转速超调量试求：（1）确定电流反馈系数 β（假设起动电流限制在 339A 以内）和转速反馈系数 α；（2）试设计电流调节器 ACR，计算其参数 Ri、Ci、C0i。画出其电路图，调节器输入回路电阻 R0=40kΩ；（3）设计转速调节器 ASR，计算其参数 Rn、Cn、Con, （R0=40kΩ） ；（4）计算电动机带 40%额定负载起动到最低转速时的转速超调（5）计算空载起动到额定转速的时间。解：（1）（2）电流调节器设计：按系统指标，校正成典型Ⅰ型，取被控制对象的传递函数：取 PI 调节器：取 ,系统校正后开环传递函数： （3）速度环设计：确定时间常数：取 PI 调节器，校正成典型Ⅱ型，按指标要求，取，（4）计算：40%负载启动到最低转速 100r/min，超调量%10?n?AVIUdmi /0236.98??? rVnUmmin/01.ax?????sTs3.sToisi 058...??????1/???TRKsWilobj???Ksippi?1Tli012.???????????21058.12../36/ ???????? sKsssRsW Ipipiiip?5.0?iIK.I 2.6.IpiK???kRpii 9402.0 FRCii ??3.109???FTCoioi ?25.1436? sTonin 26.5.8.2???3?hshTn???? 222 1.340.11???KnN9.76.1.03)(2)1( ????nmenRCK?? ?kRKn609.7Fn ???? FTCon?5.140.360???????%7.612.096.8.1%2.72max ?????????????mnNbn TzC??n?%5?i?（5）计算：空载起动到额定转速超调量与启动时间2-15 有一转速、电流双闭环调速系统，主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：PN=555kW，UN=750V ，IN=760A，nN=375r/min, 电动势系数 Ce=1.82V·min/r，电枢回路总电阻 R=0.14Ω,允许电流过载倍数 ，触发整流环节的放大倍数 Ks=75，电磁时间常数 Tl=0.031s，机电时间常数 Tm=0.112s，电流反馈滤波时间常数 Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数 Ton=0.02s。设调节器输入输出电压 Unm*=Uim*=Ucm=10V，调节器输入电阻 R0=40kΩ。设计指标：稳态无静差，电流超调量空载起动到额定转速时的转速超调量电流调节器已按典型Ⅰ型系统设计，并取参数 KT=0.5。（1）选择转速调节器的结构，并计算其参数；（2）计算电流环的截止频率 和转速环的截止频率 ，并考虑它们是否合理。解：确定时间常数：电流环的等效时间常数：按指标要求：速度环应校正成典型Ⅱ型系统，取 PI 调节器，选 ，取，取，取?? %96.12.096.831.%2.72max ???????????????mnNbn TzC?? sIUKht ndLin 0.89312 ?????????????5.1??%?i?10nci?cn?sTs017.? sToisi 037.2.7.????SKiI 043.2?sion4.2???5?hhTn17..5????.11????sTKnN????46..2 ???????nNmeinRUhCI???kKnFCn ??.4237??F?3.0RTo10.30?21.674.2????sKiIci? 112??sKnNcn??合理2-16 在一个转速、电流双闭环 V-M 系统中，转速调节器 ASR，电流调节器 ACR 均采用 PI调节器。（1）在此系统中，当转速给定信号最大值 Unm*=15V 时，n=nN=1500r/min；电流给定信号最大值 Uim*=10V 时，允许最大电流 Idm=30A，电枢回路总电阻 R=2Ω，晶闸管整流装置的放大倍数 Ks=30，电动机的额定电流 IN=20A，电动势系数 Ce=0.128V·min/r。现系统在 Un*=5V， IdL=20A 时稳定运行。求此时的稳态转速 n=?ACR 的输出电压 Uc=?(2)当系统在上述情况下运行时，电动机突然失磁（Φ=0） ，系统将会发生什么现象？试分析并说明。若系统能够稳定下来，则稳定后 n=? Un=? Ui*=？Ui=？Id=? Uc=?（3）该系统转速环按典型Ⅱ型系统设计，且按 Mmin 最小准则选择参数，取中频宽 h=5，已知转速环小时间常数 ，求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数，并计算出放大系数及各时间常数。（4）该系统由空载（IdL=0）突加额定负载时，电流 Id 和转速 n 的动态过程波形是怎样的？已知机电时间常数 Tm=0.05s，计算其最大动态速降 和恢复时间 。解：先求相关常数：（1）（2）因为电磁转矩为零，在负载的作用下转速下降到零；（3）（4）基准值：2-17 有一转速、电流双闭环控制的 H 形双极式 PWM 直流调速，系统，已知电动机的参数为：PN=200W，UN=48V ，IN=3.7A，nN=200r/min, 电枢电阻 Ra=6.5Ω,电枢回路总电阻R=8Ω,允许的电流过载倍数 ，PWM 环节的放大倍数 ，电势系数Ce=0.12V·min/r，电磁时间常数 Tl=0.015s，机电时间常数 Tm=0.2s，电流反馈滤波时间常数 Toi=0.001s，转速反馈滤波时间常数 Ton=0.05s。设调节器输入输出电压Unm*=Uim*=Ucm=10V，调节器输入电阻 R0=40kΩ。已计算出电力晶体管 D202 的开关频率 试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量 ；过度过程时间 解：应用工程设计法：电流环设计：校正成典型Ⅰ型系统，取 PI 调节器：sTn05.?? ?tmax?AVIUdmi ???3.01? rVUNnin/01.5?????in/50.rn???KRICsdec 47.33228.????0?nnVUimi1? VUii10??? AIdm3VKIUsdmc20???2???sTKsWnNn? shTn25..?? 2481????ThnN??? in/650..3012 rTCRIzmnedNmNb ?????i/.max r?? stn.8?2?.4?sKkHzf1? %5?i?%20?n?sts1.0?AVIUNim????35.1720?? min/5.2rUNnm???sTs01.?sTli.?sToisi ..1.??? 10.0??KiI速度环设计：校正成典型Ⅱ型系统，取 PI 调节器：第四章习题4-1 晶闸管- 电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？解：快速回馈制动时，必需建立制动电磁转矩的电流的通路，该电流的流动方向必须与电动运行时的电流的方向相反，而单组晶闸管是无法提供与电动电流方向相反的制动电流的通道的，为此必需采用可逆线路。4-2 试画出采用单组晶闸管装置供电的 V-M 系统在整流和逆变状态下的机械特性，并分析这种机械特性适合于何种性质的负载。解：机械特性见图 4-3，这种特性适合位势性负载，如起重机。4-3 解释待逆变、正组逆变和反组逆变，并说明这三种状态各出现在何种场合下。解：当工作组处于整流状态时，另一组处于逆变状态，但不存在平均逆变电流，故称待逆变；反向制动的第二阶段，反接制动子段结束后，正组工作于逆变状态，此时生产机械及电动机储存的能量通过正组的逆变回馈到电网；正向制动时，在制动的第二阶段的反接制动子段结束后，反组进行逆变，生产机械及电动机储存的能量通过反组的逆变回馈到电网。4-4 分析配合控制的有环流可逆系统反向起动和制动的过程。画出各变量的动态波形，并说明在每个阶段中 ASR 和 ACR 各起什么作用？VF 和 VR 各处于什么状态。解：（动态波形见下页图片） ，反向起动过程：加上阶跃起动信号后，速度调节器迅速饱和限幅输出，电枢回路电流由零快速增加，在很短的时间内达到并超过最大值，电流环在最大给定值下闭环调节，电动机恒流反向加速，达到速度给定且略有超调后，速度调节器退出饱和状态，在速度环的调节下，电枢电流减少，但电流减至负载电流后，反向起动结束；反向制动：本组逆变—它组整流—它组逆变—减流（零速） 。63.45.18402?????siIiKR4-5 试分析图 4-13 所示逻辑选触无环流可逆系统的工作原理，说明正向制动时各处电压极性及能量关系。解：逻辑选触无环流正向制动过程中的转速、电流曲线4-6 试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。解：1）系统的被调量不同：一个是位置，另一个是速度；2）调速系统的给定量一经设定，就保持恒值，系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；位置系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟踪给定量的变化，更突出快速响应 。
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