運動控制系統(tǒng)思考題課后習題答案

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1、思考題答案 1.1 直流電動機有哪幾種調速方式？各有那些特點？ 答：a改變電樞回路電阻調速法外加電阻Radd的阻值越大，機械特性的斜率就越大， 相同轉矩下電動機的轉速越低b減弱磁通調速法減弱磁通只能在額定轉速以上的范圍內 調節(jié)轉速c調節(jié)電樞電壓調速法調節(jié)電樞電壓調速所得的人為機械特性與電動機的固有機械特性平行，轉速的穩(wěn)定性好，能在基速以下實現平滑調速。 1.2 為什么直流PWMe換器-電動機系統(tǒng)比相控整流器-電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？ 答：aPWM變換器簡單來講調節(jié)的是脈沖串的寬度，直流成分沒有受到破壞，也就是說其最大值=峰值是不變的，變的是平均值；b相控整流，是由交流整流

2、得到的直流，雖 然也是平均值在變，但是其最大值、峰值也是隨著導通角的大小時刻在變，且導通角越小波 形的畸變越嚴重。從而影響了電機的輸出特性。 答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流PWM變換器的時間常數Ts等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc）,晶閘管整流裝置的時間常數Ts通常取其最大失控時間的一半（1/（2mf）。因fc通常為kHz級，而f通常為工頻（50或60Hz）為一周內），m整流電壓的脈波數，通常也不會超過20直流PWM變換器間常數通常比晶閘管整流裝置時間常數更小，從而響應更快，動態(tài)性能更好。 1. 3直流PWM變換器驅動電路的特點是什么？ 直流

3、PWM變換器采用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定，寬度可變的脈沖序列，通過調節(jié)占空比改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)直流電動機的轉速 1.4 簡述直流PWM變換器電路的基本結構。 答：直流PWM變換器基本結構如圖，包括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經過整流濾波后送往直流PWM變換器，通過改變直流PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來調節(jié)直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。 1.5 答：不會 1. 6PWM變換器主電路在什么情況下會出現直通？線路上可采取什么措施防止直 通現象？ 雙極性控制方式,四個開關在工作中都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且在

4、切 換時容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為防止直通，在上下橋臂的驅動脈沖之 間，應設先邏輯延時 1.7 靜差率s與調速范圍D有什么關系？靜差率與機械特性硬度是一回事嗎？ 答：關系見書上公式。靜差率與機械特性硬度是不同的概念，硬度是指機械特性的斜率， 一般說硬度大靜差率也大；但同樣硬度的機械特性，隨著起理想空載轉速的降低，其靜差率 會隨之增大。 1.8 直流PW般換器的開關頻率是否越高越好？為什么？ 答：不是。因為若開關頻率非常高，當給直流電動機供電時，有可能導致電樞電流還未 上升至負載電流時，就已經開始下降了，從而導致平均電流總小于負載電流，電機無法運轉。 1.9 泵升電壓是

5、怎樣產生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？ 答：泵升電壓是當電動機工作于回饋制動狀態(tài)時，由于二極管整流器的單向導電性，使 得電動機由動能轉變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網，而只能向濾波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過大將導致電力電子開關器件被擊穿。應合理選擇濾波電 容的容量，或采用泵升電壓限制電路。 1.10 在晶閘管整流器電動機開環(huán)調速系統(tǒng)中，為什么轉速隨負載增加而降低？ 答：負載增加意味著負載轉矩變大，電機減速，并且在減速過程中，反電動勢減小，于是電 樞電流增大，從而使電磁轉矩增加，達到與負載轉矩平衡，電機不再減速，保持穩(wěn)定。故負載增加，穩(wěn)態(tài)時，電機轉速會較增加之

6、前降低。 1.11 調速范圍和靜差率的定義是什么？為神馬說“脫離了調速范圍。要滿足給定的靜 差率也就容易的多了”？ 答：(1)生產機械要求電動機在額定負載的情況下所需的最高轉速Nmax與最低轉速 Nmin之比稱為調速范圍；當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時轉速的變化率，稱為靜差率。(2)s與D是一對矛盾的指標，要求D越大，則所能達到的調 速精度越大，s越大。 2.1 帶有比例放大器的轉速反饋閉環(huán)調速系統(tǒng)(轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng))特點 a只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調量仍是有靜差的；b反饋控制系統(tǒng)的作用 是抵抗擾動，服從給定；c系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測

7、的精度。 如果給定電壓不變，調節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調量的誤差，因為反饋控制功能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。 2.2 為什么用積分控制的調速系統(tǒng)是無靜差的？ 答：在積分調速系統(tǒng)中，當車t速偏差電壓等于零時Uc并不是零，而是一個終止Uf, 如果轉速偏差電壓不變話，這是積分調節(jié)控制不同于比例環(huán)節(jié)的特點。正應為如此，積分環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)在無靜差的條件下保持恒速運行，實現無靜差調速。 2.3 在無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機 精度的影響？是說明理由。 答：閉環(huán)系統(tǒng)的

8、精度依賴于給定和反饋檢測的精度，因此轉速的穩(wěn)定精度還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響。 (1)在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前減少了 (2)在無靜差調速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉速n不變，整流裝置的輸出電壓 Ud增減 (3)在采用PI調節(jié)器的單環(huán)自動調速系統(tǒng)中，調節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后PI調節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)達到穩(wěn)速前被調量不會出現超調。 2.4 —XR At4—Un—UniUn=ctxntUc=Kpx^Uni力。=KsxUCtn=— (l)放大器的放大系數/發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作

9、用，因為心發(fā)生龕化時，控制電壓”就會改變，然后輸出電壓U加就會改變，轉速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進?一步調節(jié)輸出電壓和轉速達到調節(jié)作用■, (2)供電電網電壓山發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用，因為5發(fā)生變化肘，會使凡變化,進而改變輸出電壓和轉速，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進■一步調節(jié)輸出電壓和轉速達到調節(jié)作用口 (3)電樞電阻Ra發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用.因為Ra發(fā)生變化時，會使電樞電路總電阻變化，使得轉速改變，反饋電壓隨之改變，改變也壓偏差進一步調節(jié)輸出電壓和轉速達到調節(jié)作用。 (4)電動機勵磁電流If發(fā)生變化時系統(tǒng)的調節(jié)作用，因為If發(fā)生變化時，使得值變化，轉速改變，反饋電

10、壓隨之改變，改變電壓偏差進一步調節(jié)輸 出電壓和轉速達到調節(jié)作用, (5)轉速反饋系數。發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用，因為口發(fā)生變化時，使反饋電壓改變.改變電壓偏差進一步調?在輸出電壓和轉速達到調節(jié)作用. 2.5 2-16(1)在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時品閘管整流裝置的輸出電樂ud較之負載變化前是增加、誠少還是不變？ C)在無都差調速系統(tǒng)中，突加負線后進入穩(wěn)態(tài)時轉速n和整流裝置的輸出電壓Ud是增加、減少還是不變？ =[/；-Un,Un=。xnrUc=Kp艾口=&義uc,n=內。二"*' 在物速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突誠負載后又進入穩(wěn)定

11、運行狀態(tài)，此時轉速有所增大，反饋電壓增大，電壓偏差減小，控制電樂減小，品閘管整流裝苴的輸出電至Ud較之負載變化前減小口 在無靜差調速系統(tǒng)中,突加負載后引起動態(tài)速降時，產生電壓偏差?控制電壓Uc從Ud不斷上升，使電樞電壓也由Udi不斷上升，從而使轉速n在下降到一定程度后乂回升，達到新的穩(wěn)密時，電壓偏差又恢復為零，但Uc已從Ucl上升到Uc2,使電樞電壓由Udi上升到Ud2,以克服負載電流增加的壓降,所以轉速是不變的.輸出電壓Ud是增加的e (3)在采用PI調節(jié)器的單環(huán)自動調速系統(tǒng)中，調節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后PI調節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)達到穩(wěn)速前被調量不會出現超調。 2.6 采用P

12、I調節(jié)器的轉速負反饋調速系統(tǒng)，為什么能夠較好地解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾？ 答：采用比例積分控制的轉速負反饋調速系統(tǒng)，其輸出有比例和積分兩部分組成，比例 部分快速響應輸入信號的變化，實現系統(tǒng)的快速控制，發(fā)揮了比例控制的長處，同時，可以 滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求。此后，隨著電容電壓的電壓不斷變化，輸出電壓逐步增長，直到穩(wěn)態(tài)， 可以實現穩(wěn)態(tài)無靜差，又可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，采用PI調節(jié)器的轉速負反饋調速系統(tǒng)能夠較好地解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾。 2.7 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，給定電壓Un*不變，增加轉速負反饋系數a,系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓Un和實際轉速n是增加、減小還

13、是不變? 答：轉速反饋系數”增加，則轉速反饋電壓Un增加，給定電壓Un*,則轉速偏差電壓減小，則ASR給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小，則轉速n減?。晦D速n減小，則轉速反饋電壓Un減小，直到轉速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時轉速反饋電壓Un不變，且實際轉 速n減小。 2.8 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調試時，遇到下列情況會出現什么現象？ (1)電流反饋極性接反(2)轉速極性接反 (3)啟動時ASR未達到飽和，轉速還處于閉合狀態(tài) (4)啟動時ACR達到飽和，速度環(huán)開環(huán)2.13是從下述5個方面來比較轉速，電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)。 (1)調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性：a單閉環(huán)在

14、系統(tǒng)穩(wěn)時實現轉速無靜差b雙閉環(huán)可實現轉 速無靜差和電流無靜差。 (2)動態(tài)限流性能a單閉環(huán)只能在超過臨屆電流Idcr后，限制電流沖擊b雙閉環(huán)電流調節(jié)器通過電流反饋系統(tǒng)隨時調節(jié)控制電流。 (3)啟動的快速性a單閉環(huán)快，不平穩(wěn)b雙閉環(huán)快，平穩(wěn) (4)抗負載擾動的性能a單閉環(huán)差b雙閉環(huán)強 (5)抗電源電壓波動的性能 2.9 某雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，ASRACR均采用PI調節(jié)器，調試中怎樣才能做到Uim*=6V 時，Idm=20A;欲使Un*=10V時，n=1000rpm,應調什么參數？ 答：(1)調節(jié)電流反饋系數”0.3;(2)調節(jié)轉速反饋系數a=0.01o 2.10 在轉速、電流雙閉環(huán)

15、直流調速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉速，應調節(jié)什么參 數？改變轉速調節(jié)器的放大倍數Kn行不行？改變電力電子變換器的放大倍數Ks行不行？ 改變轉速反饋系數a行不行？若要改變電動機的堵轉電流，應調節(jié)系統(tǒng)中的什么參 數？ 答：通常可以調節(jié)Z^定電壓。改變Kn和Ks都不行，因為轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)對前向通道內的階躍擾動均有能力克服。也可以改變a,但目的通常是為了獲得更理想的 機械特性。若要改變堵轉電流，應調節(jié)電流反饋系數3 2.11 2-2轉速，電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？ 答；當兩個調節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零。

16、 若輸入偏差電壓不為零,PI調節(jié)器的輸出就會繼續(xù)變化,達不到穩(wěn)態(tài)& P1調節(jié)器的輸出電壓決定于后續(xù)環(huán)節(jié)的需要士 對ASR：q="『供小 對ACR*也二卷土弛」⑹匕+&K) 」0KKKea也 2.12 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調節(jié)器改為比例調節(jié)器，或電流調節(jié)器改為比例調節(jié)器， 對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？ 答：有靜差。速度調節(jié)器^?階躍擾動的靜差由0變?yōu)?/(1+Kn),或電流調節(jié)器對階 躍擾動的靜差由0變?yōu)?/(1+Kc),而對斜坡擾動的靜差變得更大。 2.13 從下述五個方面來比較轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和帶電流截止負反饋環(huán)節(jié) 的轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)：（1）調速系統(tǒng)的靜

17、態(tài)特性。（2）動態(tài)限流性能。（3）起動 的快速性。（4）抗負載擾動的性能。（5）抗電源電壓波動的性能。 答：（1）轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速n是由給定電壓* nU決定的。ASR的輸出量*iU是由負載電流IdL決定的?？刂齐妷篣C的大小則同時取決于n和Id,或者說，同時取決于*nU和IdL。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負反饋 的作用相當于在主電路中串入一個大電阻KpKsRs,因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下 垂；比較電壓Ucom與給定電壓*nU的作用一致，好象把理想空載轉速提高了。這樣的兩段

18、式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。 （2）二方面均具有動態(tài)限流性能，性能相似的。 （3）雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉速超調、準時間最優(yōu)控制。 （4）由動態(tài)結構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉速調節(jié)器ASR 來產生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，應要求有較好的抗擾性能指標。 （5）在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動的作用點離被調量較遠，調節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié) 的延滯，因此單閉環(huán)調速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電 流內環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，不必等它影響到轉速以后才能反 饋回來

19、，抗擾性能大有改善。 2.14 2-5在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中.兩個調節(jié)器均果用PI調節(jié)器，當系統(tǒng)帶額定負載運行時，轉速反饋戰(zhàn)突然斷線，系統(tǒng)重新進入穩(wěn)態(tài)后，電流調節(jié)器的輸入偏差電壓是否為蜜？為什幺？答！分析過程如下. ,轉速反饋線斷線后.4=0,.ASR即可進入飽和狀態(tài)，輸出限幅值巴而邛 ? 電機加速，UPE輸出電壓心和控制電壓Uh也跟著同步上升； ? 當If升高到飽和值時，輸出電壓達到最大輸出值U如，但此時電流仍大于負載電流，電機繼續(xù)加速； ? 隨著電機轉速的進一步升高.感應電動勢升高.電樞電流下降，但只要電樞電流大于負載電流.電機就一直升速C直到電樞繞組電流等于負載電流時，

20、達到一個新的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)重新役定下來，電機以較高轉速運行0 ?進入新穩(wěn)態(tài)后,電流調節(jié)器的輸入偏差電壓不等于零，輸出始終是限幅值■時對應UPE始終輸出最大電壓 u：=U：m=仆5豐02.34U2c^ffmin-IdLR打= C 2.15在轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速給定信號Un※未改變，若增大轉速反饋系數 “，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？ 答：Un不變，因為PI調節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時無靜差，即：Un^=Un,Un^未改變，則，Un也不變。 4.1 異步電動機變頻調速時，為何要電壓協(xié)調控制？在整個調速范圍內，保持電壓恒定 是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓

21、頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？ 答：因為定子電壓頻率變化時，將導致氣隙磁通變化，影響電動機工作。在整個調速范 圍內，若保持電壓恒定，則在基頻以上時，氣隙磁通將減少，電動機將出力不足；而在基頻以下時，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵磁電流將過大，電動機將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵磁電流過大，破壞電動機，故應保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比 控制；而在基頻以上時，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電 壓恒定。 4.2 異步電動機變頻調速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功

22、率還是恒轉矩調速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉矩調速方式，是否指輸出功率或轉矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉矩調速究竟是指什么？ 答：在基頻以下調速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉矩恒定，因此屬于恒轉矩調速方式。在基頻以下調速，采用恒電壓控制，則在基頻以 上隨轉速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉矩減小，因此允許輸出功率 基本保持不變，屬于恒功率調速方式。恒功率或恒轉矩調速方式并不是指輸出功率或輸出轉矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉矩恒定。 4.3 基頻以下調速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通。ms恒氣隙磁通。m和恒轉子磁

23、 通。mr的控制方式，從機械特性和系統(tǒng)實現兩個方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點。 答：恒壓頻比控制最容易實現，其機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一 般調速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。恒定子磁通。ms＞恒 氣隙磁通jm和恒轉子磁通。mr的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。恒定子 磁通。ms和恒氣隙磁通。m的控制方式雖然改善了低速性能，機械特性還是非線性的，仍受 到臨界轉矩的限制。恒轉子磁通。mr控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械 特性，性能最佳。 恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實現，它的變頻機械特性基本上是平行下移，

24、硬度 也較好，能夠滿足一般的調速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。在對于相同的電磁轉矩，角頻率越大，速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調速 相似。在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點，但負載變化時定 子壓降不同，將導致磁通改變，因此需采用定子電壓補償控制。根據定子電流的大小改變定 子電壓，以保持磁通恒定。 恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉矩的限制。頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉矩恒定不變。恒定子磁通控制的臨界轉差率大于恒 壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品?/p>

25、式均需要定 子電壓補償，控制要復雜一些。 恒氣隙磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉矩的限制。保持氣隙磁通恒定，除了補償定子電阻壓降外，還應補償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉差率和臨界轉矩更大，機械特性更硬?？刂品绞? 均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。 恒轉子磁通：機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特性，這正是高性能交流變頻調速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。 4.4 常用的交流PWMI"三種控制方式，分別為SPWMCFPWMRSVPWM論述它們的基本特征、各自的優(yōu)缺點。 答： SPWM特征：以頻率與期望

26、的輸出電壓波相同的正弦波作為調制波，以頻率比期望波高 得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得幅值 相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點：普通的SPW歐頻器輸出電壓帶有一定的 諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數的諧波。 CFPWM特征：在原來主回路的基礎上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點：在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWME得更好的性能。精度高、響應快，且易于實現。但功率開關器件的開關頻率不定。 SVPWM:特征：把逆變器

27、和交流電動機視為一體，以圓形旋轉磁場為目標來控制逆變器 的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現的。優(yōu)缺點：8個基本輸 出矢量，6個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉周期內，每個有效工作矢量只作用1 次的方式，生成正6邊形的旋轉磁鏈，諧波分量大，導致轉矩脈動。 用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。 開關周期越小，旋轉磁場越接近于圓，但功率器件的開關頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相PW瞰，計算簡便。與一般的SPWM目比較，SVPW肺制方式的輸出電壓最多可提高15% 4.5 分析電流滯環(huán)跟蹤PW配制中，環(huán)寬h對電流波動于開

28、關頻率的影響。 答：當環(huán)寬h選得較大時，開關頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關頻率卻增大了。 4.6 三相異步電動機丫聯(lián)結，能否將中性點與直流側參考點短接？為什么？ 答：能。雖然直流電源中點和交流電動機中點的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相 等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關。可以將中性點與直流側參考點短接。 4.7 當三相異步電動機由正弦對稱電壓供電，并達到穩(wěn)態(tài)時，可以定義電壓向量J電 流向量I等，用于分析三相異步電動機的穩(wěn)定工作狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有 何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時，兩者有何聯(lián)系？ 答：相量是從時間域

29、的三角函數到復指數函數的映射，空間矢量是從空間域的三角函數 到復指數函數的映射。 相量的正弦性表現為時間域的正弦性，空間矢量的正弦性表現為空間域的正弦性。從本 質看它們都是正弦性，但從形式上看，相量的正弦性還表現為復數在旋轉，而空間矢量的正弦性則僅表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當然，也有旋轉的空間矢量，但此時空間矢量的旋轉 性也是由于電流在時間上按正弦規(guī)律變化而引起的，并不起因于空間矢量本身的正弦性。 4.8 采用SVPW臟制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電 壓矢量是連續(xù)可調的，因此，定子磁鏈矢量軌跡可以是圓，這種說法是否正確？為什么？ 答：實際的定子磁

30、鏈矢量軌跡在期望的磁鏈圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓， 但開關頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。 4.9 總結轉速閉環(huán)轉差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若Us=f3，設置不當，會產生什么影響？一般說來，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉速閉環(huán)轉差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？ 答：轉差頻率控制的規(guī)律為：（1）在切sE^sm范圍內，如果氣隙磁通保持不變，轉矩 Te基本上與cos成正比。（2）定子電流不同時，按照一定的Us=f（81，Is）函數關系控制 定子的電壓和頻率，可以保持氣隙磁通恒定。若Us=f（01,Is）設置不當，則氣隙磁

31、通 無法保持恒定，控制將出現紊亂。因為轉差頻率控制的被控量是頻率差cos,在外環(huán)通過負 反饋控制已經實現控制要求，在內環(huán)控制中，因為輸出量要控制定子的實際頻率，而0s+切 才能得到實際的頻率值31,因此需采用正反饋相加，由于內環(huán)調解器不是普通的PI調解器,輸出不受正反饋的影響，引起的擾動可通過外環(huán)進行調節(jié)，所以系統(tǒng)能實現穩(wěn)定要求。 習題習題一 1.1試分析有制動電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)進行制動時，兩個VT是 如何工作的？ 【解答】先減小控制電壓，使1gU得正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電壓d U降低。但是由于機械慣性，轉速和反電勢還來不及變化，因而

32、造成dEU>的局面，很快電 流di反向， VD2截止，在onttTW〈期間2gU為正，于是VT2導通反向電流產生能耗制動作用。在onTtTtw<+期間，VT2關斷，di-經VD1續(xù)流，向電源回饋能量。同時VD1兩端壓降鉗住VT1,使他不能導通。在制動狀態(tài)，VT2和VD1輪流導通，VT1始終關斷。 1.3 2-5在曳流脈寬調速系統(tǒng)中，當電動機停止不動時,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，因為在直流脈寬調速系統(tǒng)中，電動機電樞兩端電壓僅取決于直流.電路中無電流，因為電動機處已斷開，構不成通路. 1.4 系統(tǒng)的調速范圍是1000~100r/min,要求靜

33、差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜差轉速降是 多少? 解: = nns 一 .D(1-s) = 1000 0.02 (10 0.98) = 2.04rpm 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm 1.5 某一調速系統(tǒng)，在額定負載下，最高轉速特性為n°max=1500r/min,最低轉速特性為 n0min=150r/min,帶額定負載時的速度降落AnN=15r/min,且在不同轉速下額定速降 不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？ 解：1）調速范圍D=nmax/nmin（均指額定負載情況下） nmax=n0max」nN=1500-15=1485 nm

34、in=n0min-nN=150-15=135 D=nmax,nmin=1485135=11 2)靜差率s=AnN/n0=15/150=10% 1.6 直流電動機為PN=74kW,UN=220V,In=378A,nN=1430r/min,Ra=0.023◎。相控整流器內阻Rrec=0.022Q。采用降壓調速。當生產機械要求s=20%時，求系統(tǒng)的調速范圍。如果s=30%時，則系統(tǒng)的調速范圍又為多少？？ 解：Ce=(UN—INRa)/nN=(220—3780.023)1430=0.1478Vrpm n-INRCe378(0.0230..022)0.=147r8)m115 D=小$[

35、△n1—$]=143毛/0.2[115(1=0.2)]3.1 D=小S[:Q1-$]=1430..0.3[115(1Q3)]5.33 1.7 某龍門刨床工作臺采用V-M調速系統(tǒng)。已知直流電動機 PN=60kW,UN=220V,In=305A,nN=1000r/min,主電路總電阻R=0.18Q,Ce=0.2V ?min/r,求： (1)當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉速降落AnN為多少？ (2)開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉速時的靜差率SN多少？ (3)若要滿足D=20,sw5%的要求，額定負載下的轉速降落AnN又為多少？ 解：⑴nN=INRCe=3050.180.2=274.5

36、r/min (2) SN=：nN,n0=2745(1000274.5)=21.5% _ _ * _ __ _ Uu =8.8V、比例調節(jié)器 (3) nn-nNS/[D(1-s)]-10000.05[200.95]=2.63r/min 1.8有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結構圖如圖所示，已知給定電壓 放大系數KP=2、晶閘管裝置放大系數KS=15、反饋系數丫=0.7。求：(1)輸出電壓Ud; (2)若把反饋線斷開，Ud為何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？(3)若把反饋 系數減至丫=0.35,當保持同樣的輸出電壓時，給7E電壓Uu應為多少？ 解：(1)Ud=KpKsU；/(1+

37、KpKs?)=2父15M8.8(1+2父15Mo.7)=12V (2) Ud=8.8x2x15=264V,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍 *_一」」 (3) Uu=Ud(1KpKs),KpKs=12(12150.35).,(215)=4.6V 2.1 某閉環(huán)調速系統(tǒng)的調速范圍是1500r/min~150r/min,要求系統(tǒng)的靜差率s<5%,那么 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min,則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大 倍數應有多大？ 解：1)D=nNs/.：nN1-s 10=15002%/nN98% ?4=15002%/98%10=3.06r/min 2) K=

38、：nop/：ncl-1=100/3.06-1=31.7 2.2 某閉環(huán)調速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數為15時，額定負載下電動機的速降為8r/min,如果將 開環(huán)放大倍數提高到30,它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調速范圍可以擴大多少 倍？ 解：n0P=1Kncl=1158=128 如果將開環(huán)放大倍數提高到30,則速降為： ncl=.；nop/1K)=128/130)=4.13rpm 在同樣靜差率要求下，D可以擴大△ncl1/&ncl2=1.937倍 1唱在轉速負反饋調速系統(tǒng)中，當電網電壓，負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電SL測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉速的變化，問系統(tǒng)對

39、上述各量?有無調節(jié)能力？為什么？答：當電網電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調節(jié)能力。因為電網電壓的波動招導致電力電子變換器輸出電壓的變化，該變化或撓動處在反饋環(huán)包國的前向通道上，(先意響電機的轉速，被測速裝置拴測出來，再通過反饋控制作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉速的影響)□ 負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時系統(tǒng)對也具有調節(jié)能力C因為它仃的變化或撓動都處于反饋環(huán)包圍的前向通道上， 測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，宣不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被謔量的誤差.反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動，時與反饋通道上的撓動,得不到抑制, 2.5 有一V-M調速系統(tǒng)：電動機參數P

40、N=2.2kW,Un=220V,In=12.5A,nn=1500r/min,電樞電阻Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8Q,整流裝置內阻Rrec=1.0◎觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調速范圍D=20,靜差率S<=10%。 (1)計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降An0P和調速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降Ancl。 (2)采用轉速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結構圖。 (3)調整該系統(tǒng)參數，使當Un*=i5V時，id=iN,n=nN,則轉速負反饋系數a應該是多少？ (4)計算放大器所需的放大倍數。 解：(1) n=Un-InRa/Ce 二Ce=220-

41、12.51.5/1500=201.25/1500=0.134Vmin/r n=Un—InRt/Ce =Rp=InR^/Ce=12.53.3/0.134=307.836r/min ncl=1s/D1-s)：)；=150010%/(20*90%)=8.33r/min 所以，.ncl=8.33r/min Cl (2) ⑶(4)n=(KpKsUn—IdR)(Ce(1+K))=kUn/c((1+K)LUdR/(Ce(1+K))] K=nop/nd-1=307.836/8.33-1=35.955 1500-||35.95515/：135.955)-112

42、.53.3/0.134135.955 二=-0.0096Vmin/r 可以求得, Kp K*Ce 35.955*0.134 = Ks* : = 35*0.0096 = 14.34 也可以用粗略算法: * Un&Un=otn,a=--==0.01 n1500 Kp=KCe/KsOf,Kp=35.955M0.134/(35M0.01)=13.76 2.6 在題2.5的轉速負反饋系統(tǒng)中增設電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉電流Idbl<2IN,臨界截止 電流Idcr21.2In,應該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，如果做不到，

43、需要增加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和 靜態(tài)結構圖，并計算電流反饋放大系數。這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？ 解：(1)Idb|M2lN=25A,Idcr之1.2In=15A I dcr 二 U com / Rs = 15=Ucom/Rs Idbl：U：Ucom/Rs=25=15Ucom/Rs=Rs=15」 Ucom-151.5-22.5V (2) (R三/3)=：［1.01.50.8/3=1.1,,Rs(Rt/3) 不符合要求，取Rs=1.1C,需加電流反饋放大器 由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流信號值也大。要同時滿足檢測電阻小和電流

44、信號大的要求，則必須采用放大器，對電流信號進行放大。為此， 取Rs=1.1Q,則Ucom—IdcrRs=151.1=16.5V （3）當IdAlder時，有 n=KpKsU：/Ce1KLKpKsKiRsId-Ucom/Ce1K1-Rld/Ce1K1 =KpKsU：KiUcom/Ce1KL[rKpKsKiRsId/Ce1K1 當n=0時， Idbl=KpKs(Un+KUcomy(R+KpKsKiRs憐(Un+KUcom)/KiRs 25=1516.5Ki/1.1Ki=Ki=15/22.5—13.5=1.362_ 2.7 在題2.5的系統(tǒng)中，若主電路電感L=5

45、0mH,系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD=1.6Nm 整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設計的轉速負反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數是多少? 解：L=50mH,GD2=1.6Nm2,R^=3.3Q,Ce=0.134V/rpm T=L/R：=0.05/3.3=0.015s 2二 Tm=GDRJ375CeCm=1.63.3/3750.1340.13430/3.14 =5.28/64.33=0.082s Ts=0.00333s Kc^mfT+Ts)+Ts2]/TTs=0.082x(0.015+0.00333)+0.0033321/(0.015

46、1*0.00333) -||0.00150.003332/0.00004983=30.52 可見與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，K最大為30.52。 1-13某調速系統(tǒng)原理圖如圖1-26所示，已知數據如下:直流電動機Fn=1曲W.日產220V,A=94R,?w=]D00i/inin.乩二0一15~，整流裝區(qū)內阻跖=0.30觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數位二40.最大給定電壓U；=15V,當主電路電流達到最大值時，整定電流反饋電壓4^lOVs 設計指標：要求系統(tǒng)滿足調速范圍D=20,群差率SW1O%,堵轉電流加尸15幾，截止電流加產L1品。m試畫出調速系統(tǒng)降態(tài)

47、結構圖。 C2)沖算轉速反饋系數。 (3) H算放大器的放大系數用收 3)計停電阻刷的數值(放大器輸入電阻&=20gK (5)計停電阻鼻的數位和超東管VS的擊穿電壓值。 解：(1)調速系統(tǒng)靜態(tài)結構圖： (3) c 二 u k -1 貫 R0 220-94x0,15 …… = 二 0 2059P imn/ r 1OOO 二四二竺932 二 2。"/皿 0.2059 nNS1000x0.1 二一-——--=5.56(r/inin) DQ-S)20x(1-0.1) An勵與44 K=-^―1=——1=35.979,取心36 55.56 aKs/Cf

48、i0.015x40/0.2059 =12 354 .取 K=13 (4)取入=20K,則Rj="o=13x20K=260K (5) /J6j=1,5/v=L5x94=141J 5=1,1底=1,1x94==103.4/) P=沁=10/141=0,07IF；A%=*―/?—OSlxl034-73W 由靜態(tài)結構圖可以得到<嵋=%/公)； …g：>CJl十用)一人:父,《一匕%+C-LR!J{1+A) =krW；十號匕%bcu+K)_(K/N0+加JCU+r) 博轉時，h一/眼 -—K國配+號5寫歡FK禺"亦①:_&U喀)/Ktfl4.咯R) 通助+55/3-〃加-10

49、U：=15,L%=7.33,代入. 15+7J3^=IOJTPK,=15/2.67=5.618 ￡_//陽,&/匕-20*，5-61@_3布黛.也餐一生 2.9有一個V-M系統(tǒng)，已知：電動機：Pn=2.8kW,UN=220V,In=15.6A,nN=1500r/min, Ra=1.5Q,整流裝置內阻Rrec=1Q,電樞回路電抗器電阻Rl=0.8Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數Ks=35。 (1)系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調速范圍D=30時的靜差率s值。 (2)當D=30,s=10%時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 (3)如組成轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)，要求D=30,s=10%,在U；=10

50、V時Id=In, n=nN,計算轉速負反饋系數a和放大器放大系數Kp。 解： (1)Ce=(220-15.6黑1.5y1500=0.1311Vmin/r e (2) (3) 2.10 △noD=IN RJCe=15.6 3.3/0.1311 =392.68r/min op N 二 e nmin =1500/30 =50 SK.nop / . ：n0min =392.68/ 392.68 50)=88.7% D . nN or s = nN D . nN 0.1 -. ：n/ . ：n 50 = 5/0.9 =5.56r/min * 一 一 一 一 = Kp

51、KsUn/Ce 1 K -Rdd/Ce1 K K =Kp：Ks/Ce ■ * 一 一 1500 = KpKsUn/Ce 1 K )T,R三 15.6 /Ce 1 K K = .Tiop/ Eci -1 = 297.48/5.56 -1 =52.5 雙閉環(huán)倜速系統(tǒng)的 ASR和ACR均為PI倜節(jié)器，設系統(tǒng)最大給定電壓 Unm=15V, nN =1500r/min , I N =20A,電流過載倍數為2,電樞回路總電阻R=2" Ks =20 , Ce =0.127V min/r ,求：（1）當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U n =5V, IdL=10A 時，系統(tǒng)的 n、Un、Ui、 _ _ _

52、_ _ 一 _ * _ _ _ 一 --- Ui和Uc各為多少？ （ 2）當電動機負載過大而堵轉時， Ui和Uc各為多少? 解：⑴ * :二Unm/nN = 15V /1500rpm = 0.01V / rpm * * Uc 當Un=5V, 轉速 n=W a 5V 二500rpm 0.01V / rpm * Uim * Ui Uc I dm =:Id U d0 15V 0.375V / A 40 A =0.375*10 -3.75V 二5 (2) Uc 2.11 E /R Ks n =500rpm,Un 堵轉時, U d0

53、 Ks C^J^,127*500 10* 2 = 4.175V Ks * = 5V,Ui =Ui Ui = PIdm =15V ， Cen IdR IdmR Ks Ks 20 = 3.75V,Uc =4.175v c 40*2 20 4V 在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器 ASR, ACR均采用PI調節(jié)器。 已知參 數：電動機：PN=3.7kW, UN =220V, IN =20A, nN =1000 r/min , 電樞回路總電阻 R=1.5 Ks=40。 "設Unm=Uim=Ucm=8V,電樞回路最大電流Idm=40A,電力電子變換

54、器的放大系數 試求： (1)電流反饋系數P和轉速反饋系數a。 (2)當電動機在最局轉速發(fā)生堵轉時的Ud0,Ui,Ui,Uc值。 ** -Uim8VUnm8V 解：1)P=」m=——=0.2V/Aa=-m==0.008V/rpm Idm40AnN1000rpm 2)Ud0=E1d艮=CenN1dlR,=40A*15,「60V 這時： __*______.... Un=8V,Un=0,ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。* Ui=8V,Ui=8V, UC-Ud0.KS-6040-1.5V 2.12在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，調節(jié)器ASR,ACR均采用PI調節(jié)器。當AS

55、R輸出 達到Ui*n=8V時，主電路電流達到最大電流80A。當負載電流由40A增加到70A時，試問: (1)U*應如何變化？(2)Uc應如何變化？(3)Uc值由哪些條件決定? 解：1) 「Uim=8V=0.1V/A Idm80A 因此當電流從 40A =70A時, Ui*應從4V = 7V變化。 2) Uc要有所增加。 3) UC取決于電機速度和負載大小。因為Ud0=E*IdlRg=CenN+IdlRg Uc Ud0 Ks Cen IdR K 2.14某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時間常數T=0.1s,要求階躍響應超調量仃 W10%。

56、 (1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。 (2)計算過渡過程時間ts和上升時間tr; (3)繪出開環(huán)對數幅頻特性。如果要求上升時間tr<0.25s,則K=?,仃%=? 解：取KT=0.69,=0.6,。％=9.5% (1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K=0.69/T=0.69/0.1=6.9(1/s) (2)上升時間tr=3.3T=0.33S 過度過程時間： ts =6T =6 0.1 =0.6s (3) 如要求tr<0.25s,查表3-1則應取KT=1d=0.5,tr=2.4T=2.4*0.1=0.24s這時 K=1/T=10,超調量=16.3%。 2-13調節(jié)對象的傳遞函數為叱^G

57、)=要求用調節(jié)器分別將其校正為典型I (0.25^-I-1)(0.0055+1) 型和I1型系統(tǒng)，求調節(jié)器的結構與參數。 解?,■II- 18^/0.25 j(0.005s+1) (1)典型1系統(tǒng)：用P1調節(jié)器，/,=取工曰一25 ，取&T6SPl!lK-l/(2*0.005)=100.也25門和13日戶 典型2型系虢士把大慣性環(huán)節(jié)做積分環(huán)節(jié)近似處理, 用PI調節(jié)器.取b=5,r.=hT=5*0.0650、02￡=2二=480。. b = 3,6艙 2ftT1 rIS1i025rL, 2.17 有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數為Wobj(s)=^1-=一10—,要求設

58、計一個無靜差 s10.01s1 系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量<1%w5%(按線性系統(tǒng)考慮)。試對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，決 定調節(jié)器結構，并選擇其參數。 解：按典型I型系統(tǒng)設計，選KT=0.5,0=0.707,查表2-1,得仃％=4.3% O 1 選I調節(jié)器，W(s)=~,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為 110 W(s)10—,這樣，T=0.01,K=10/T,已選KT=0.5,則K=0.5/T=50,所以 1 1 W(s)FF。 s(0.01s1) .=10/K=10/50SOy即分調節(jié)器: 2.18 有一個閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數為Wobj⑸=K1=——-一，要求校

59、正 s(Ts1)s(0.02s1) 為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量仃％430%(按線性系統(tǒng)考慮)。試決定調節(jié)器 結構，并選擇其參數。 解：應選擇PI調節(jié)器，Wpi(s):Kpi(等+1),校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數W(s)=Kpi()s+1)— s.ss(Ts1) 對照典型n型系統(tǒng)，K=KpiK1/t,E=hT,選h=8,查表3-4,仃％=27.2%,滿足設計要 求。這樣T=hT=8*0.02=0.16s,h181 K22=22=175.78,KPI=K./K1=175.78*0.16/10=2.81 2hT2*8*0.02 2.20 在一個由三相零式晶閘管整流裝置供

60、電的轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，已知電動機的額定數據為：Pn=60kW,Un=220V,In=308A,nN=1000r/min,電動勢系數 Ce=0.196Vmin/r,主回路總電阻R=0.18◎，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數Ks=35。電磁時間 常數Tl=0.012s,機電時間常數Tm=0.12s,電流反饋濾波時間常數T0i=0.0025s,轉速反饋濾 波時間常數T0n=0.015s。額定轉速時的給定電壓(Un)N=10V,倜節(jié)器ASR,ACR飽和輸出電壓Uim*=8V,Ucm=6.5V。 系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調速范圍D=10，電流超調量5W5%，空載起動到額定轉速時的轉速

61、超調量onw10%。試求： (1)確定電流反饋系數3(假設起動電流限制在1.1IN以內)和轉速反饋系數”。 (2)試設計電流調節(jié)器ACR,計算其參數R,、Ci、COio畫出其電路圖，調節(jié)器輸入回路電阻R0=40kQ。 (3)設計轉速調節(jié)器ASR,計算其參數Rn.Cn.COno(R0=40kQ) (4)計算電動機帶40%額定負載起動到最低轉速時的轉速超調量bn。 (5)計算空載起動到額定轉速的時間。 解：(1)p=Uim/Idm=8V/(1.1*In)=8V/339A=0.0236V/A ?=10/1000=0.01Vmin/r (2)電流調節(jié)器設計 確定時間常數：a)Ts=0

62、.00333s b)%=0.0025s c)Ti=T0iTs=0.00250.00333=0.00583s 電流調節(jié)器結構確定: 因為叼＜5% ,可按典型I型系統(tǒng)設計，選用 PI調節(jié)器，Wacr(S)= Ki( iS 1) iS 電流調節(jié)器參數確定： & =T = 0.012s,選KITS =0.5,KI =0.5/叼=85.76s, Ki Ki iR Ks： 85.76 0.012 0.18 = 0.224° 35 0.0173 校驗等效條件: ._ 1 ci =KI 85.76s a)電力電子裝置傳遞函數的近似條件 b)忽略反電勢的影響

63、的近似條件: c)電流環(huán)小時間常數的近似條件: ci 」「ci 可見滿足近似等效條件，電流調節(jié)器的實現：選 R =40K，則: R =KiR0 =0.224父40K =8.96K,取 9K. Ci =」/ R =0.012/(9 103) =1.33-F 由此 3 C°i =4T°i/Ro =4 0.0025/40 10 =0.25」F (3)速度調節(jié)器設計 確定時間常數： a) 電流環(huán)等效時間常數1/ KI :因為KITg =0.5 則 1 /KI = Ti = 2 0. 00583 0.sO1 b) Ton = 0.015s c) T、n =1/Ki Ton

64、 =0.01166 0.015 = 0.02666s 速度調節(jié)器結構確定： 按照無靜差的要求，應選用 PI調節(jié)器， K( °s 1) WASR (s)= 321——), 速度調節(jié)器參數確定: ns In=hTS，Mh=5,Tn =hTS = 0.1333s Kn Kn h212=——2—62=168.82s- 校驗等效條件 2hTxn250.02666 (h1).CeTm60.02360.1960.12… ===6.94 2h:RTn250.010.180.02666 1 ；.-?cn=KN/；：:1KKN.n=168.820.1333=22.

65、5s a）電流環(huán)近似條件：1KIJ85.76=40.43s」.「cn3\Ti30.00583 b）轉速環(huán)小時間常數近似：1叵=1,叵I=25.2s」＞8cn31T°n3\0.015 可見滿足近似等效條件。 轉速超調量的校驗（空載Z=0） 二n%=2*（'）（，.z）jt=281.2%1.13080.18^2666 CbnTm0.19610000.12 =11.23%10% 轉速超調量的校驗結果表明，上述設計不符合要求。因此需重新設計。 查表，應取小一些的h,選h=3進行設計。 按h=3,速度調節(jié)器參數確定如下：卻=hTn=0.07998s KN=(h1)/2h2T：n=4

66、/(290.026662)=312.656s^ 7.6 Kn=(h1>CeTm/2h：RTn=40.02360.1960.12/(230.010.180.02666) 校驗等效條件：cn=KN/1=KNn=312.6560.07998=25s」 a)1/3(KI/Ti)1/2-1/3(85.76/0.00583)1/2=40.43s,《 b)1/3(Ki/Ton)1/2-1/3(85.76/0.015)1/2=25.2s,官 可見滿足近似等效條件。 轉速超調量的校驗： "272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)=9.97%：二10% 轉速超調量的校驗結果表明，上述設計符合要求。 速度調節(jié)器的實現：選R0=40K惻Rn=KnMR0=7.6M40=304K，取310K。 Cn=n/Rn-0.07998/310103-0.258JF Con=4Ton/R。=40.015/40103=1.5」F 4)40%額定負載起動到最低轉速時： 二n%=272.2%(1.1-0.4)(3080.18/0.196100)(0.02666