電力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)第4版-思考題答案

習(xí)題解答(供參考

習(xí)題二

2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000-lOOminr,要求靜差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜差

轉(zhuǎn)速降是多少？解:1000(100.982.04(1nnsnrpmsA=xx=-

系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm°

2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為Omax1500minnr二，最低轉(zhuǎn)速

特性為Omin150minnr=，帶額定負(fù)載時(shí)的速度著陸I5minNn「△=，且在不同轉(zhuǎn)速下

額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大?系統(tǒng)允許的靜差率是多少？

解：I調(diào)速范圍maxminDnn=(均指額定負(fù)載狀況下

maxOmax1500151485Nnnn=-A=-=

minOmin15015135Nnnn=-△=-=

maxmin1IDnn===

2靜差率010%Nsnn=A==

2.4直流電動機(jī)為PN=74kW,UN=220V,IN=378A,nN=1430r/min,

Ra=0.023Qo相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022Q。采納降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求

s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。假如s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少?？

解:((2203780.0230.1478NNaNCeUIRnVrpm=-=-x=

378(0.0230220.1478115NnICe

rpmA=x+=

(1]14300.2[115(10,2]3.INDnn

S—△—-xx--

(1]14300.3[115(10,3]

5.33NDnns=A-=xx-=2.5某龍門刨床工作臺采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。

已知直流電動機(jī)

60,220,305,lOOOminNNNNPkWUVIAnr====,主電路總電阻

R=0.18Q,Ce=0.2V?min/r,求：

(1當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速著陸Nn△為多少？

(2開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率NS多少？

(3若要滿意D=20,s<5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速著陸Nn△又為多少？

解:(13050.180.2274.5/minNNnIRrA=x=x=

(20(1000274.521.5%NNSnn=△=+=(3(1]10000.95]2.63/minNnnSDsrA=-

=xx=

2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示,已知給定電壓*

8.8uUV=、比例調(diào)整器放大系數(shù)2PK=、晶閘管裝置放大系數(shù)15SK=、反

饋系數(shù)尸0.7。求：(1輸出電壓dU;

(2若把反饋線斷開,dU為何值?開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍?(3若把

反饋系數(shù)減至尸0.35,當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓*uU應(yīng)為多少？

解:(1*(1215(12150.712dpsupsUKKUKKVy=+=xx+xx=

(28.8215264dUV=xx=開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍

(3*(112(12150.35154.6udpspsUUKKKKVy=+=x+xxx=

2.7某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min~150r/min,要求系統(tǒng)的靜差率5%s

￡那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少?假如開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是lOOr/min,則閉環(huán)系

統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？

解:(1

enUIRCCVr

opNenUIRCnIRCrgZ=-x=A=x=x=

((/1150010%/20*90%8.33/minNNnnsDsrA=-=x=(

所以，min/33.8rncl=A

(2

(3(4(((([]

(([]KCRIKKUKCRIUKKnednednsp+-+=+-=**1/1/1/a

(/1307.836/8.33135.955opclKnn=AA-=-=

(((150035.95515/135.95512.53.3/0.134135.955/1」x+1-x+LJLJ

rVmin/0096.0==xz可以求得,*35.955*0.13414.34*35*0.0096

epsKCKKa===也可以用粗略算法：

nUUnna-*,01.01500

15*==nUna/pcsKKCKa=(35.9550.134/350.0113.76pK=xx=

2.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié),要求堵轉(zhuǎn)電流NdblI1

2S,臨界截止電流NdcrII2.1＞應(yīng)當(dāng)選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻?要

求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，假如做不到，須要增加電流反饋放

大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和

靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖,并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各

為多少？解：(1A11Ndb1252=<,A11Ndcr152.1=>

scomscomdcrRLRUI/15/==>=

((Q==H-==H--5.1/1525/*SScomscomndblRRURUUI,

VUcom5.225.115=x=

(2((/31.01.50.8/31.1,

(/31.1,ssRRRREZ=++=Q>=C不符合要求，取需加電流反饋放大器

由于須要的檢測電阻值大,說明要求的電流信號值也大。要同時(shí)滿意檢測電阻

小和電流信號大的要求則必需采納放大器，對電流信號進(jìn)行放大。為此，

取l.lsR=C，則151.116.5comdcrsUIRV=x=x

(3當(dāng)dcrdll＞時(shí)，有

([

](([

]

(|](

(([

](

((

[]

KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsisp

ecominspedecomdsispensp++-++=+-+—+=l/l/l/l/l/**

當(dāng)n=0時(shí)，

(((**//dblpsnicompsisnicomisIKKUKURKKKRUKUKR=++-+

((251516.5/1.115/22.513.51.36iiiKKK=+=>=-=

2.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH,系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量22

GD=1.6Nm,整流裝置采納三相零式電路,試推斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反

饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行?如

要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少？

解:mHL50二,2

26.INmGD=,3.3Rg=C,0.134/e

CVrpm

TGDRCCsTs

ZZ===xxxx===

((22

IITIISSSKTTTTTTF1[1<++=x++uuna(

可見與前面的K>35.955相沖突，故系統(tǒng)不穩(wěn)定,要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,K最

大為30.52。2.12有一個(gè)晶閘-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng),已知:電動機(jī):kWPN8.2=VUN

220=AIN6.15=1500=Nnr/min,aR=1.5Q,整流裝置內(nèi)阻rccR=1。,電樞回路電

抗器電阻LR=0.8Q,觸

發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)35=sK°

(1系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍30=D時(shí)的靜差率s值。

(2當(dāng)3OD,%10=s時(shí),計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。

(3如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反潴有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求30=D,%10=s，在VUn10*

二時(shí)Nd11二,

Nnn二,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)pKo

解：

(rVCcmin/1311.01500/5.16.15220=x-=

(1

/392.68/392.685088.7%

opNeopnIRCrnsnnZA=x=x====△△=+=

(2

(min

/56.59.0/550/1.Ornnn=A+AA=

(3

(dl

4

(=+-+=ZespedenspCKKKKCIRKCUKKn/l/l/*a((((

(IlH

I=-=-△△=+-+=g5

.52156.5/48.2971/1/6.151/15OO*clopeenspnnKKCRKCUKK2.13旋轉(zhuǎn)

編碼器光柵數(shù)1024,倍頻系數(shù)4,高頻時(shí)鐘脈沖頻率MHz1「0二,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈

沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采納16位計(jì)數(shù)器,M法測速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速

min/r1500n=和min/r150n=時(shí)的測速辨別率和誤差率最大值。

解：

(1M法:辨別率min/465.101

.04102460

60rZTQc=xx==

最大誤差率:一=

c

ZTMn1

60minZ1500rn=B\,102460

01

cnZTMmin/150rn=時(shí),4.10260

cnZTM

min/1500r時(shí),%098.0%1001024

l%1001%lmax=x=x=

M8min/150r時(shí),%98.0%1004

.IO21%l(X)l%lmax=x=x=

M8可見M法適合高速。

(2T法:辨別率：

2

02rZnfZnQ=xx-xxxx=-=min/150rn=時(shí),min/55.1150

02rZnfZnQ=xx-xxxx=-=

最大誤差率：2060ZMfn=

,Zn

fMO

2=xxx=

M當(dāng)min/150rn=3t,7.97150

4102410606

2=xxx=

Mmin/1500rn=K,%4.11%1001

77.91

%10011%2max=x-=

x-=

MS

min/150rn=W,%l%1001

7.971

%1OO1

%2max=x-=

X-=

M3

可見T法適合低速

習(xí)題三

3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR均為PI調(diào)整器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓*

nmU=15V,

Nn=1500r/min,NI=20A,電流過載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2Q,s

K=20,

eC=O127Vmin/r,求:(1當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在*nU=5V.dLI=10A時(shí).系統(tǒng)的n、

nU、*iU、

iU和cU各為多少?(2當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí),*iU和cU各為多少?

解：(1

**

**0*/15/15000.01/55,

5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*2

4.17520500,5,3.75,nmNn

n

imdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpm

uV

UVnrpm

Vrpm

UVVA

IA

UIVUUEIRCnIRUVKKKnrpmUVUUVUaa

pp====

=======+++=======當(dāng)轉(zhuǎn)速即

4.175v

(2堵轉(zhuǎn)時(shí),VIUdmi15*

==B，

(040*2420

edddmcsssCniRUIRUV

KKK+=====

3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)整器ASR,ACR均采納PI調(diào)整

器。已知參數(shù):電動機(jī):NP=3.7kW,NU=220V,NI=20A,Nn=1000r/min，電樞回

路總電阻R=1.5C,

設(shè)cmimnmUUU==:

*=8V,

電樞回路最大電流dmI=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)sK=40。試求:

(I電流反饋系數(shù)0和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)明

(2當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的，0dUciiUUU,,*值。

解：1*

*880.2/0.008/40lOOOimnmdmNUV

UVVAVrpmIA

nrpm

Pa=

2040*1.560ddleNdlUEIRCnlRAV￡￡=+=+=Q=這時(shí)：

*

8,OnnUVU==,ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。*

8,8,iiUVUV==

0401.5CdSUUKV===

3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,調(diào)整器ASR,ACR均采納PI調(diào)整器。當(dāng)

ASR輸出

達(dá)到*

imU=8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A

時(shí),試問:

(1*iU

應(yīng)如何改變?(2cU應(yīng)如何改變?(3cU值由哪些條件確定？

解:1*80.1/80imdmUV

VAIA

P=

==因此當(dāng)電流從40A=70AB寸,*iU應(yīng)從4V=>7V改變。2CU要有所增加。

3CU取決干電機(jī)諛度和負(fù)載大小n因?yàn)镺ddleNdlUEIRCnIR1￡=+=+

(Oeddcss

CnIRUUKK+=

=3.5某反饋限制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=O.ls,要求階躍

響應(yīng)超調(diào)量10%0

(1系統(tǒng)的開環(huán)增益。

(2計(jì)算過渡過程時(shí)間st和上升時(shí)間rt;

(3繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。假如要求上升時(shí)間rt<0.25s,則K=?,o%=?解取

0.69,0.6,%9.5%KT儂===

(1系統(tǒng)開環(huán)增益069/0.69/0.16.9(1/KTs===(2上升時(shí)間3.3O.33rtTS==過

度過程時(shí)間：

3

660.10.6sn

tTs《co之

==x=

(3

如要求0.25rts<,查表3-1則應(yīng)取1,0.5KT,2.42.4*0.10.24rtTs===這時(shí)

l/10KT==,超調(diào)量=16.3%。

3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其限制對象的傳遞函數(shù)為I

01.010

1(1+=

+=

ssKsWobj要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng),在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量o%<

5%(按線性系統(tǒng)考慮。試對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正,決

定調(diào)整器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解:按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選05

0.707,

3-l%4.3%KT6===查表，得。

選I

調(diào)節(jié)器，I

(,Wss

T=

校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為110

(,

T0.01(0.011

WsssTT=+這樣,=,K=10/,已選KT=0.5,貝ljK=0.5/T=50,所以

10/10/500.2

KST===，積分調(diào)整器:11

(0.2Wsss

T=o

3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其限制對象的傳遞函數(shù)為

102.0(10

1((1+=

+=

ssTssKsWobj，要求校正為典型II型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量o%<

30%(按線性系統(tǒng)考慮。試確定調(diào)整器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。

解:應(yīng)選擇PI調(diào)整器，1

(1(1(,(d

PIPI

PIKsKsKWsWssssTs

二+校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，比照典型II型系統(tǒng)，1/,

h83-4PIKKKhTTTQ==,選=,查表，%=27.2%,滿意設(shè)計(jì)要

求c這樣8*0.020.16hTsT==,

12222

181

175.78,/175.78*0.16/102.8122*8*0.02

PIhKKKKhTT++=

3.8在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已

知電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：60=NPkW,220=NUV,308=NIA,1000=Nnr/min,電動

勢系數(shù)eC=0.196

V.min/r,主回路總電阻R=0.18Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)sK=35°電磁時(shí)

間常數(shù)IT=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)mT=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)iT00.0025s,

轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)nT0=0.015so額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*

N=10V,調(diào)整器ASR,ACR飽和輸出電壓Uim*

=8V,Ucm=6.5V。

系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量io<5%，空

載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量no<10%o試求：

(1確定電流反饋系數(shù)伙假設(shè)起動電流限制在L1NI以內(nèi)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。

(2試設(shè)計(jì)電流調(diào)整器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri,、Ci、COi。畫出其電路圖，調(diào)整器

輸入回路電阻R0=40Qk。

(3設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、COno(R0=40kC(4計(jì)算

電動機(jī)帶40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量on。

(5計(jì)算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。

解：(1*

/8/(l.l*8/3390.0236/imdmNUIVIVAVA。====

10/10000.0lmin/Vra==

(2電流調(diào)整器設(shè)計(jì)

確定時(shí)間常數(shù):0.00333saTs=

0.0025oibTs=

00.00250.003330.00583iiscTTTs￡=+=+=

電流調(diào)整器結(jié)構(gòu)確定：

因?yàn)?%i。工可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用P1調(diào)整器,(1

(iiACRiKSWSS

TT+=

電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：10.012,0.5,0.5/85.76ilIiIiTsKTKTsT-

注一=選，

liisKRKK巾xx二

==xo校驗(yàn)等效條件:185.76ciIKsco-==

11111101.01330.0033379.06115.52ci

Sci

aTbScs333--==>x=<===>忽視反電勢的影響的近似條件:

可見滿意近似等效條件，電流調(diào)整器的實(shí)現(xiàn):選040RK=,則:

00.224408.96iiRKRKK==x=,取9K.

由此

33

000/0.012/(9101.334/40.0025/40100.25iiiiiCRFCTRF

ip|i==x===xx=

(3速度調(diào)整器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：

a電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1〃K:因?yàn)?.51iKTZ=

則1/2

20.005830.01

IiKTs￡=x=

b0.015onTs=

c1/0.011660.0150.02666nIonTKTsz=+=+=速度調(diào)整器結(jié)構(gòu)確定:

依據(jù)無靜差的要求,應(yīng)選用PI調(diào)整器.

(1

(nnASRnKsWss

TT+=

,速度調(diào)整器參數(shù)確定：

,5,0.1333nnnnhThhTs取

2

222216

6.94

NnemnnhKshThCTKhRTpa-￡X+===xx+xxx=

=XXXX校驗(yàn)等效條件:

ll/168.820.133322.5cnNNnKKsCOCOT-===X=

1140.4325.2cn

asbscoco-==>==>

1El叵

3年而

可見滿意近似等效條件。

轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載z=0

%2*((281.2%1.10.19610000.1211.23%10%

nNnbmTCnzCnToX^AAx=-=xxxx

x=>轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。

查表,應(yīng)取小一些的h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。

按h=3,速度調(diào)整器參數(shù)確定如下:0.07998nnhTs/==

2222

(1724/(290.02666312.656(1/240.02360.1960.12/(230.010.180.026667.6

NnnemnKhhTs

KhCThRT0a-ZZ=+=xx==+=xxxxxxx=校驗(yàn)等效條

件：11/312.6560.0799825cnNNnKKsWCDT===x=

1/21/211/2

1/2

1

1/3(/1/3(85.76/0.0058340.431/3(/

1/3(85.76/0.015

25.21icnIoncn

aKTsbKTs(0?-￡-==>==>

可見滿意近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：

272.2%1.1(3080.18/0.1961000(0.02666/0.129.97%10%no=xxxxxx=<

轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。

速度調(diào)整器的實(shí)現(xiàn):選040RK=,則07.640304nnRKRK二x二x二，取310K。

33

0/0.07998/310100.2584/40.015/40101.5nnnononCRFCTRF

邛|i=x==xx=

440%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)：

%272.2%(1.10.4(3080.18/0.196100(0.02666/0.1263.5%no=xx-xxxx=

5空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(

書上無此公式

僅考慮起動過程的其次階段。

222((,

(375375375mdmdLdmdLeLdmdL

em

e

me

GDdn

dnC11R11RTT11GDGDRdt

dtCTCCC??=?==■所以:*0.196*0.12*1000

0.385((1.1*3080*0,18

emdmdLCTnts11R==='

3.10有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路采納三相橋式整流電路。已知電

動機(jī)參數(shù)為:PN=500kW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動勢系數(shù)Ce

=1.82Vmin/r,電樞回路總電阻R=0.14Q,允許電流過載倍數(shù)入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的

放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)1T=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)mT=0.112s,電流反饋濾

波時(shí)間常數(shù)iT0=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)

間常數(shù)nT0=0.02so設(shè)調(diào)整器輸入輸出電壓Unm*=Uim*

=Unm=10V,調(diào)整器輸入電阻R0=40kC。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i

g5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量nog10%。電流調(diào)整器已按典型I型系

統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5O(1選擇轉(zhuǎn)速調(diào)整器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。

(2計(jì)算電流環(huán)的截止頻率ci3和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn3,并考慮它們是否合埋？

解：(1

*

*100.00877/1.5*760

10

0.0267min/375imdmnm

NUVA

IUVrnpa===

電流調(diào)整器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下:確定時(shí)間常數(shù):0.001760.002O.OO367S

oiiaTs

bTs

cTs

x=

電流調(diào)整器結(jié)構(gòu)確定:因?yàn)?。?5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)整器,W

ACR(s=Ki(ris+l/ris,Tl/T￡i=0.031/0.00367=8.25<10

電流調(diào)整器參數(shù)確定:ti=T1=0.03Is,KITh=0.5,K1=0.5/Tgi=136.24s-1

/136.240.0310.14/750.008770.899i11sKKTRKp==xxx=

校驗(yàn)等效條件：(oci=KI=136.24s-1

11/21/211/21/211/31/30.00167199.6(1/3(1/0.1120.03150.91/3(1/

1/3(1/0.001670.002182.39sci

m1ci

soici

aTsbTTscTTscoco①一=x=>=x=<=x=>

可見滿意近似等效條件。

電流調(diào)整器的實(shí)現(xiàn):選R0=40K,則

00.8994035.96iiRKR=x=x=取36K

33

000/0.031/36100.864/40.002/40100.2iiiiiCTRFCTRf

pg=x===xx=

速度調(diào)整器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：

a電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI:因?yàn)镵ITgi=0.5則1/KI=2Tgi

=2*0.00367=0.00734sbbTon=0.02s

ccT￡n=l/KI+Ton=0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)整器結(jié)構(gòu)確定：

依據(jù)無靜差的要求,應(yīng)選用PI調(diào)整器,WASR(s=Kn(xns+l/xns速度調(diào)整器參

數(shù)確定：

in=hTgn,選h=5,則xn=hT2n=0.1367s,

KN=(h+l/(2h2T22n=6/2*25*0.027342=160.54s-2

Kn=(h+1pCeTmz(2haRT￡n=

6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=105校驗(yàn)等效條件：cocn=KN

/(ol=KNin=160.54*0.1367=21.946s-2

a1/3(KI/T^il/2=l；3(136.24/0.003671/2=64.22s-l>cocnb1/3(K1/Ton

1/2=1/3(l36.24/0.021/2=27.51s-l>ocn可見滿意近似等效條件。

速度調(diào)整器的實(shí)現(xiàn):選R0=40K,則Rn=Kn^R0=10.5*40=420K

由此Cn=E/Rn=0.1367/420*103=0.325pF取0.33|iFCOn=4T0n

/R0=4*0.02/40*103=2|iF2電流環(huán)的截止頻率是:coci=KI=136.24s-1

速度環(huán)的截止頻率是:<ocn=21.946s-2

從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快,在保證每個(gè)環(huán)都

穩(wěn)定的

狀況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR，電流調(diào)整器ACR

均采納PI調(diào)整器。

(1在此系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號最大值Unm*=15V時(shí),n=nN=1500r/min;電流

給定信號最大值Uim*

=IOV時(shí)，允許最大電流Idm=30A,電樞回路總電阻R=2C,晶閘管裝置的放大

倍數(shù)Ks=30，電動機(jī)額定電流IN=20A，電動勢系數(shù)Ce=0.128Vmin/ro現(xiàn)系統(tǒng)在

Un*

=5V,Idl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=?ACR的輸出電壓Uc=?

(2當(dāng)系統(tǒng)在上述狀況下運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)突然失磁(①=0,系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)

象？試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后n=?Un=?Ui*

-?Ui-?Id-?Uc-?

(3該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù)，取中頻寬

h=5,已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TZn=0.05s，求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞

函數(shù)，并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。

(4該系統(tǒng)由空載(dLI=0突加額定負(fù)載時(shí)，電流dI和轉(zhuǎn)速n的動態(tài)過程波形

是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)mT=0.05s,計(jì)算其最大動態(tài)速降maxn△和復(fù)原時(shí)

間Vtu

1a=U*nm/nN=15/1500=0.01Vmin/rp=U*im/Idm=10/30=0.33V/A

U*n=5V,n=U*n/a=5/0.01=500r/min

Uc=UdO/Ks=(E+IdRg/Ks=(Cen+IdLlRg/Ks=(0.128*500+20*2/30=3.467V

2在上述穩(wěn)定運(yùn)行狀況下，電動機(jī)突然失磁(中=0則電動機(jī)無電動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速快速

下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)整器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)

穩(wěn)定后,n=0,Un=0

U*i=U*im=10,Ui=U*i=10Id=Idm=30A

Uc=UdO/Ks=(E+IdR￡/Ks=(0+30*2/30=2V

3在跟隨給定作用下,轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：

((112

++=

￡sTssKsWnnNm

in=hT^n=5*0.05=0.25sT￡n=0.05s

KN=(h+l/2h2T2=6/2*25*0.052=48s-24空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動態(tài)著

陸。(p93,94

Anb=2(X-zAnNT%/Tm=2*(1-0*20*270.128*(0.05/0.05=625r/min[Cb

=2FK2T=2IdNRT￡n/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625r/min]最大動態(tài)速

降:Anmax=(ACmax/Cb*Anb=81.2%*625=507.5r/min復(fù)原時(shí)間:tv

=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81

表

習(xí)題五

5.8兩電平PWM逆變器主回路，采納雙極性調(diào)制時(shí)，用“1”表示上橋臂開通,“0”

表示上橋臂關(guān)斷,共有幾種開關(guān)狀態(tài),寫出其開關(guān)函數(shù)。依據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓

空間矢量表達(dá)式,畫出空間電壓矢量圖。解:兩電平PWM逆變器主回路：

采納雙極性調(diào)制時(shí)，忽視死區(qū)時(shí)間影響，用“I”表示上橋臂開通,“0”表示下橋臂

開通,逆變器輸出端電壓：

120

2

d

xxdxUSuUS(=11=

I-=lI(212d

xxUuS=

以直流電源中點(diǎn)

。為參考點(diǎn)

2(

jjABCuueue=++yysu

八2ic」F2i」K

B

o'c

八加匕《

21:c*」la

SAS“Sc"A““%",

旦一”一匕

%0000

22o

U「朋

100旦

%272

LUd一”

w110

20o

2M

一AW

衛(wèi)U.即‘丁

*010

22

%U0

〃6101

2~T2

以以

1I10

222

空間電壓矢量圖:

1

U

6

5

5.9當(dāng)三相電壓分別為AO

BO

u、

CO

u,如何定義三相定子電壓空間矢量

AO

BO

u、

CO

U和合成矢量

U,寫出他們的表達(dá)式。

解:A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:

2AOjBOjCOuueuc===yy

AOBOCOuuu

合成矢量：

2jjAOBOCOuueue=++=+HyysAOBOCOuuuu

(0

jeA

5.10忽視定子電阻的影響，探討定子電壓空間矢量

u與定子磁鏈

S

V的關(guān)系，當(dāng)三相電壓AO

U、

BO

CO

U為正弦對稱時(shí)，寫出電壓空間矢量

S

U與定子磁鏈

S

V的表達(dá)式，畫出各自

的運(yùn)動軌跡。

解:用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：

dt

dRs

sss\|/iu+

二忽視定子電阻的影響，

dt

ds

S\|/U-

dtA-Jss\|/u,

即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。當(dāng)三相電壓為正弦對稱時(shí),定子磁

鏈旋轉(zhuǎn)矢量

(1Mw+=tjscsv

電壓空間矢量:

1(

2

ljtse

兀3++g0\|/SU

5.11采納電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓

d

u恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率

的關(guān)系。

解:直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值肯定，

=11I

4I尸+=+口II開關(guān)周期輸出頻率UUU

1212,,ttTtt/.口-4,零矢量作用時(shí)間增力口,所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓

與輸出

頻率的關(guān)系。

u2ust2u2TO03tlulTOul5.12兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢

量是有限的，若期望輸出電壓矢量于直流電壓US的幅值小ud,空間角度隨

意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來靠近期望的輸出電壓矢量。解：

兩電平PWM逆變器有六個(gè)基本空間電壓矢量，這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓

空間矢量分成六個(gè)扇區(qū)，依據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū)，然后用扇區(qū)所在的

兩個(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。習(xí)題六

6.1按磁動勢等效、功率相等的原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換

矩陣為C3/212233021232現(xiàn)

有三相正弦對稱電流iAImcos(t.iBImcos(I22,iCIm

cos(t,求33變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is和is分析兩相電流的

基本特征與三相電流的關(guān)系。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is

1122330203iB21iA2iB

3iC23iC20iA23

01iB23iB21iC23iC23iA223

0其中,iAiBiC0

3iAis223s03

cos(t22Im3322iBiC2|cos(t

3cos(t3]223cos(22Im222

233ej(3e3ej(t3