電力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)_課后參考答案

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1、第二章作業(yè) 思考題： 2-1直流電動機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點(diǎn)？ 1. 電樞回路串電阻調(diào)速 特點(diǎn)：電樞回路的電阻增加時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械特性的硬度變軟。 反之機(jī)械特性的硬度變硬。 2. 調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速 特點(diǎn)：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著外加電源電壓的降低而下降，從而達(dá)到降速的目的。 不同電源電壓下的機(jī)械特性相互平行，在調(diào)速過程中機(jī)械特性的硬度不變， 比電樞回路串電阻的降壓調(diào)速具有更寬的調(diào)速范圍。 3. 弱磁調(diào)速 特點(diǎn)：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著勵(lì)磁電流的減小而升高，從而達(dá)到弱磁降速的目的。 調(diào)速是在功率較小的勵(lì)磁回路進(jìn)行，控制方便，能耗小，調(diào)速的平滑性也較 2-2簡述直流PW

2、M變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。 IGBT,電容，續(xù)流二極管，電動機(jī)。 2-3直流PWM變換器輸出電壓的特征是什么？ 直流電壓 2-4為什么直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？ 直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少， 電動機(jī)損耗及發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響 應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)；電力電子開關(guān) 器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適中時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而 裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 2-5在直流脈寬調(diào)速系

3、統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)停止不動時(shí)，電樞兩端是否還有電壓？電 路中是否還有電流？為什么？ 電樞兩端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)電樞兩端電壓僅取決于 直流。 電路中無電流，因?yàn)殡妱訖C(jī)處已斷開，構(gòu)不成通路。 2-6直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生 什么后果？ 反并聯(lián)二極管是續(xù)流作用。若沒有反并聯(lián)二極管，則IGBT的門極控制電壓為負(fù) 時(shí)，無法完成續(xù)流，導(dǎo)致電動機(jī)電樞電壓不近似為零 2-7直流PWM變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么? 不是越高越好，因?yàn)樘叩脑捒赡艹霈F(xiàn)電容還沒充完電就IGBT關(guān)斷了，達(dá)不到 需要的輸出電壓。 2-8泵升

4、電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制? 對濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高。 過高的泵升電壓將超過電力電子器件的耐壓限制值。 選取電容量較大且合適的電容。 2-9在晶閘管整流器-電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？ 負(fù)載增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)速度就 不變了，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。T-TL=J*dn/dt 2-10靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機(jī)械特性硬度是一回事嗎？舉個(gè)例 ?????? D= ?????(1-s)不是一回事。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。機(jī)械特性硬度是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速

5、的降落的。是機(jī)械特性的斜 率。如：變壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是相互平行的，機(jī)械特性硬度是 一樣的，但是靜差率卻不同，空載轉(zhuǎn)速高的靜差率小。 2-11調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什么必須同時(shí)提才有意義？ ?????? D= ?????(1-s)若只考慮一個(gè)量，其余兩個(gè)量在一個(gè)量一定的情況下另一個(gè)量就會不滿足要求。 2-12轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？ 特點(diǎn)：減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范

6、圍。 ????= ???- ??????= ??X??U??= ??? x ???? ???o = ???x ?????= ???o- ??XR ???~ 改變給定電壓能改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，因?yàn)楦淖兘o定電業(yè)會改變電壓變化值，進(jìn)而改 變控制電壓，然后改變輸出電壓，最后改變轉(zhuǎn)速。 如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是能夠改變轉(zhuǎn)速，因?yàn)檎{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)會改變反饋電壓，進(jìn)而改變電壓變化值，控制電壓，輸出電壓，最終改變轉(zhuǎn)速。 如果測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，會造成Ce的變化，會影響轉(zhuǎn)速，被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制的作用，減小對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。系統(tǒng)有克服這種干擾的能力。 2-13

7、為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓△U=0時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？ 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然到穩(wěn)態(tài)時(shí)？?？?=0,只要?dú)v史上有過？???，其積分就有一定的數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓Uco 2-14在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的影響？為什么？ 受影響。因?yàn)闊o靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)若給定電源發(fā)生偏移或者測速發(fā)電機(jī)精度受到影響會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速改變，進(jìn)而反饋電壓改變，使電壓偏差為零，所以轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精

8、度會受影響。 2-15在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用？為什么？ (1)放大器的放大系數(shù)Kpo (2)供電電網(wǎng)電壓Udo (3)電樞電阻Ra (4)電動機(jī)勵(lì)磁電流If。 (5)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。 ????= ???- ??????= ??x??U??= ??? x ???? ???o = ???x ?????= ???0- ??XR ???~ (1)放大器的放大系數(shù)Kp發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镵p發(fā)生變化時(shí)，控制電壓Uc就會改變，然后輸出電壓Ud0就會改變，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)

9、到調(diào)節(jié)作用。 (2)供電電網(wǎng)電壓Ud發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)閁d發(fā)生變化時(shí)，會使Ks變化，進(jìn)而改變輸出電壓和轉(zhuǎn)速，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 (3)電樞電阻Ra發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镽a發(fā)生變化時(shí)，會使電樞電路總電阻變化，使得轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 (4)電動機(jī)勵(lì)磁電流If發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镮f發(fā)生變化時(shí)，使得Ce變化，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸 出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 (5)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)閍發(fā)生變化時(shí)

10、，使反饋 電壓改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 2-16(1)在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前是增加、減少還是不 (2)在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸 出電壓Ud是增加、減少還是不變？ o???0-??XR ????=???-??????=??x?1??=???x???????0=???x?????=— ??? 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)速有所增大，反饋電壓增大，電壓偏差減小，控制電壓減小，晶閘管整流

11、裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前減小。 在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后引起動態(tài)速降時(shí)，產(chǎn)生電壓偏差，控制電壓 Uc從Uc1不斷上升，使電樞電壓也由Ud1不斷上升，從而使轉(zhuǎn)速n在下降到一定程度后又回升。達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，電壓偏差又恢復(fù)為零，但Uc已從Uc1上升 到Uc2,使電樞電壓由Ud1上升到Ud2,以克服負(fù)載電流增加的壓降。所以轉(zhuǎn)速是不變的，輸出電壓Ud是增加的。 2-17閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差的實(shí)質(zhì)是什么？ 基本特征：閉環(huán)，有反饋調(diào)節(jié)作用，減小速降，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。 實(shí)質(zhì)：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中參數(shù)變化時(shí)會影響到轉(zhuǎn)速，都會被測速裝置檢測出來，冉

12、 通過反饋控制的作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響從而減小或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差。 習(xí)題 2-1 有制動電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動時(shí)，VT1始終不導(dǎo)通。VT2導(dǎo)通時(shí)，電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)；VT2不導(dǎo)通時(shí)，VD1續(xù)流，電動機(jī)處于回饋制動狀態(tài)。 2-2 「？7ax1000，八 D===10 ??in100 ???X?? ???o=: ????(1-??) 1000X0.02=2.04??/??????10X(1-0.02) 2-3 2-4 s=20% s=30% 2-5 2-6 ??= ??= 2-7 ?7ax?0m ?7in s=

13、—— 1+ ???x???????(1-??) ???x?? ???>?(1-??) ax-????1500-15 ax =150-15= 1 =01 d1500-15 1+ 111X15 ??min-???? 1_ ???=一 DX???? ???= ????= =3.11 =5.32 ???-??X??? ??? =0.148 ??X(???+??? ????= ???= ????= ??? ??x?? ??? ???? 115.1r/min =274.5r/min ???+???? ???X?? =21.54% -

14、-——=2.63r/min??(1-??) ???X?④X??? ???cl=—????=12?? 1+??x???X??? ???op=???X???X???=264V ???op264 =2212 ???cl ???？??cl+ ?=+ ?????x??? ???clX??=4.6V ??ax ????= …1500 D===10 ?min150 ???x?? -~~=7.89r/min??(1-??)

15、 2-8 ?????? — ?????? 1=11.67 ??????=?????K+1)=128r/min ?????? ?????=??W413r/min ??= ???x??_???乂1-??)一 L ??_?????? =L= ????????  ???X?? ??????-??) 1.94 2-9 ???o- ??XR ???x ?????= 一 ??? ????=???-??????=??X??U??=???

16、X???????o= (1) ??=???+???+?2c=3.3 ???= ???-??x??? cc——-'=0.134??? —――???3 ?-X??-X(???+???+?&) ?—? ——— ?—?義—— =307.84r/min ——?—-=----=8.33r/min""——(1-——) (2) 圖一系統(tǒng)的原理圖 圖二系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (3)(4) ?????? -?????? 1=35.96

17、 ??o-???R?&x???x???-???R ??=???=-—=———-——-一-一 ?????(K+1) ??? = =14.23 ?2X???X(??+1)+???R ???x?% 2-10 ??= ?MK ???義??? =0.0097 Idbl= ???X???X(???+??om) ??+???X???X??? 股？??x???x??????因此 Idbl Idcr ?%+??omc” <2?????? ??om、 =~~~~11.2??? ???

18、 由習(xí)題2-5知電路總電阻R=0.18Q 1 ???<-??=0.06Q 3 若??？??=0.06拿??0m》1.2??X???=21.96V題目中未出？??，條件不足，解不出來。 2-11 此題為三相零式電路，同樣的輸入電壓下，三相零式電路輸出電壓頻率是三相橋 式電路的一半。所以？??=2X0.00167=0.0034 若按習(xí)題 2-5 的主電路總電阻，R=0.18Q , ???= 0.2 V?m , ??? = 30? X 0.2 1.9 ??= ?? ??= -o 0.278 ?? ????x ?? =0.002 375 X??

19、?X??? ??? X(???+ ?? + ???_ ???x ?? = 0.61 若按習(xí)題2-9的主電路總電阻, 30 R=3.3Q , ???= 0.2 V?m , ???二虧 X0.2 = 1.9 ???= ???二里 0.015 ?? ????x ?? =0.037 375 x???x??? ??? X(???+ ?? + ??? ???X ??? =13.58 按2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù) 如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大倍數(shù) K=35.96,不能穩(wěn)定運(yùn)行 K=13.58o 2-12 (1) (2) (3)

20、?????= R = ???+ ???+ ?2c = 3.3 Q ???= ???- ??X??? ??? =0.131 ?? x ?? ???= ??x(???+ ???+ ??ec) 瓦 =392.977 r/min 1 s = ?^— = 0.887 1 + ———" ?_ 1 D X ?????? ??? X ?? ?????= ????= ???r^)= 5.56 r/min ??0-????R???x???x???-及？R ??=???=??一=———??——??一一 ??????(K+1) ?????? ?????? 1

21、=70.68 ???= ???X???X(??+1)+????R ???X??? =40.39 2-13 Z= 4 X1024 = 4096 60 X?? n = ??x?? n=1500 r/min ??9XK ??=—-=0.00655 ??9X??9 —-- = 1024 60 n=150 r/min ??= 60 Q = --- = 1.465 ??X?? n x ??x ?2 ——-=102.4 60 ?。?？ = 102 60 Q=——=1.465 ??x?多 nx??x?2 1 ??ax=-X100%=0.097% 1 ?.ax=X100%=0.98%