电力拖动控制系统第三章习题复习资料

习题三

3.1双闭环调速系统的和均为调整器，设系统最大给定电压=15V,

即二1500,/A，=20A,电流过载倍数为2,电枢回路总电阻H=2Q,&

=20,C=0.127V,，求：(1)当系统稳定运行在"”=5V,&=10A时，

系统的〃、U”、5、S和S各为多少？(2)当电动机负载过大而堵

转时，，和心各为多少？

解：⑴

6(=1］；/nN=15V/1500，p〃z=0.0IV/rpm

当U；=5匕转速n=^=—————=5007小

aO.OW/rpm

U+15V

4=*=——=0.375V/A

540A

U；=01d=0.375*10=3.75V=Ui

TJL0一E+/“/C/N+I/R0.127*500+10*27"

c

K、KsK、20

即n=5Q0rpm,Un=5V,U：=Ui=3.75V,t/t,=4.175v

(2)堵转时，U：=%m=15V,

U=%=dX>"=$=4V

cK•、VK、JK、320

3.2在转速、电流双闭环调速系统中，两个调整器，均采纳调整器。

已知参数：电动机：&=3.7,%=220V,/“=20A,〃N=1000，电枢

回路总电阻区-1.5Q,%殳UE=u=Ucm=3V,电枢国路最大电流=40A,

电力电子变换器的放大系数&EO。试求：

(1)电流反馈系数尸和转速反馈系数。。

(2)当电动机在最高转速发生堵转时的力。，u；""值。

n=^L=—=O.2V/A。=%=———=0.008V//77/H

朝至：］)/前40AnN1000/7”〃

2)UdQ=E+ItJIK=qAv+；X=40A*1.5Q=60V

这时：

*

u〃=w,u“=o,处于饱和，输出最大电流给定值。

u；=8v,q=w,

4=力0//=60/40=1"

3.3在转速、电流双闭环调速系统中，调整器，均采纳调整器。当输

出达到%=8V时，主电路电流达到最大电流80Ao当负载电流由40A

增加到70A时，试问：(1)0；应如何改变？(2)上应如何改变？

(3)4值由哪些条件确定？

H,QVZ

0=*=——=0AV/A

解：1)心804

因此当电流从40A=70A时，u：应从4V=7V改变。

2)“。要有所增加。

3)0c取决于电机速度和负载大小。因为

Ug=E+idK=C,〃N+/"K

U二Udo=

'_K、「K、

3.5某反馈限制系统已校正成典型I型系统。已知时间常数0.1s,要求

阶妖响应鸡调量。工10%。

(1)系统的开环增益。

(2)计算过渡过程时间’、和上升时间0；

(3)绘出开环对数幅频特性。假如要求上升时间。＜0,25s,则？，

。%=?

解.取Kr=0.69,J=0.6,b%=9.5%

(1)系统开环士曾益：K=0.69/T=0.69/0.1=6.9(1/s)

(2)上升时间。=3.3T=0.33S

过度过程时间：

3

«---=6T=6x0.1=0.6s

(3)

如要求frvO.25s,查表3/则应取AT=1,4=0.5

tr=2AT=2,4*0,1=0,245这时K=1/T=10,超调贵=16.3%。

w（.；）二所10

3.6有一个系统，其限制对象的传递函数为附$一^7?_0.ois+i,要求

设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量。％W5%（按线性系

统考虑）。试对系统进行动态校正，确定调整器结构，并选择其参数。

解：按典型I型系统设计，选

KT=0.5,=0.707,查表3-1,得。％=4.3%O

W(s)=—,

选I调整器，TS校正后系统的开环传递函数为

W(s)=-------,这样，T=0.01,K=10/r

r5(00,5+,),已选=0.5,则K=0.550,所以

w(5)=—=―!—

r=10/Af=10/50-0.25,积分调整器："62so

(2)试设计电流调整器，计算其参数，、、o画出其电路图，调整器输

入回路电阻R0=40^o

(3)设计转速调整器，计算其参数、、。(R0=40kQ)

(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量on。

(5)计算空载起动到额定转速的时间。

解：(1)///加=8丫/(11*〃)=8V/3394=0.0236V/4

a=10/1000=0.0IVmin/r

(2)电流调整器设计

确定时间常数：幻7；=0.00333$

/?)/；„.=0.00255

c)为=",+(=0.0025+0.00333=0.005835

电流调整器结构确定：

K,(2+l)

叱心(S)=

因为，工5%,可按典型I型系统设计，选用调整器,"S

电流调整器参数确定：G=E=0.012s,选K/G=0.5,K/=0.5/q=85.76s

85.76x0012x0.18

=0.224

Ksp35x0.0173

校验等效条件：%=舄=85.76s

涧力电子装置传递函数的近似条件*=春而

份忽略反电势的影响的近似条件：3—=3J——!----=79.06S7<〃,.

\TJtV0.12x0.0120

c)电流环小时间常数的近似条件」=115.52s1>co

3ei

可见满怠近似等效条件，电流调整器的实现：选％=40K,则：

R=KR=0.224x40K=8.96K取9K

C,=T,./Rj=().012/(9xl()3)=1.33//F

由此=4",/&=4x0.0025/40X103=0.25"

（3）速度调整器设计

确定时间常数：

a)电流环等效时间常数"勺：因为K/G=°・5

1/K,=2g=2x0.00583=0.01166s

b)7；,,,=0.0155

C)«”=1/(+7；v,=0.01166+0.015=0.02666s

速度调整器结构确定：

根据无静差的要求，应选用调整器,

除（小1）

WASR(S)=

速度调整器参数确定：

&=此>,取〃=5,&=叫“=。1333s

h+16

=168.82<2

2X52X0.026662

K+6x0.0236x0.196x0.12

2haRT02x5x0.01x0.18x0.02666校验等效条件：

%=KN1CO.=A；、.&=168.82x0.1333=22.5$T

幻电流环近似条件」185.76-1

-----------40.43s>co

33V0.00583

〃）转速环小时间常数近似r2=252「>/

43V0.015

可见满意近似等效条件。

转速超调量的校验（空载0）

。％=2*(2叼…*=2x8L2%xLlx匹U”陋

"CbnTm0.196x10000.12

=11.23%>10%

转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设

计。

查表，应取小一些的h,选3进行设计。

按3,速度调整器参数确定如下：&=饵>=°・07998S

=(/?+!)/2/Z27^,=4/(2x9x0.026662)=312.656A-2

Kn=(h+\)flCJm/2haRTz.=4x0.0236x0.196x0.12/(2x3x0.01x0.18x0.02666)=7.6

校盼等效条件：QLK"助=KNrn=312.656x0.07998=25s”

Q)1/3(K//&j)"2=1/3(85.76/0.00583)"2=40.43S"

力1/3(扁/7；“严=1/3(85.76/0.015严=25.2『

可见满怠近似等效条件。

转速超调量的校验：

5,=2x72.2%xl.lx(308x0.18/0.196xl000)x(0.02666/0.12)=9.97%<10%

超速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。

速度调整器的实现：选"。"0K，则Rtl=K“xR°=7.6x40=304K，取3IOK。

3

C„=rn/R“=0.07998；31OxlO=0.258〃尸

Con=4Tn/R°=4x0.015/40x1CT=15〃7r

4)40%额定负载起动到最低转速时：

。”％=2x72.2%x(l.l-0.4)x(308x0.18/0.196xl00)x(0.02666/0.12)=63.5%

5)空载起动到领定转速的时间是：(书上无此公式)

仅考虑起动过程的其次阶段。

根据电机运动方程黑片一口而一砥/加-热.)R

=(『/Q。T

dtGDcGD?R

~315'375cq

CJn_0.196*0.12*1000_

/------m----------------------U.

所以：QOR(1.1*308-0)*0.18

3.10有一转速、电流双闭环调速系统，主电路采纳三相桥式整流电路。

已知电动机参数为：=500,=750V,=760A,375,电动势系数

=1.82V-,电枢回路总电阻0.14Q,允许电流过载倍数入=1.5,触发整流环

节的放大倍数75,电磁时间常数％=0.031s,机电时间常数%=0.112s,电

流反馈滤波时间常数%=0.002s,转速反馈滤波时间常数6=0.02so设

调整器输入输出电压**==1()V,调整器输入电阻R0=40kQo

设计指标:稳态无符差，电流超调量0，5%,空载起动到额定转速时的

转速超调量0”W10%。电流调整器已按典型I型系统设计，并取参数0.5o

(1)选择转速调装器结构，弁计算其参数。

(2)计算电流环的截止频率外和转速环的截止频率。"，并考虑它们

是否合理？

夕=%=-12—=0.00877V/4

般，1.5*760

a=^=—=0.0267Vmin/r

解：(1)/375

电流调整器已按典型I型系统设计如下：

a)Ts=0.00176.?

b)&=0.002$

确工出定—u时-4-间1'-I六借人曲数&：c)G,=0.00367s

电流调整器结构确定：因为。％至5%,可按典型I型系统设计，选用

调整器，(S)(T1)/T,E0.031/0.00367=8.25<10

电流调整器参数确定：TO.O31S,Z050.5^136.241

&=~邛/KJ3=136.24x0.03lx0.14/75x0.00877=0.899

校验等效条件：co136.241

a)l/37；=l/3x0.00167=199.6『>q

与(1/工工严=3(l/0.il2x0.031),/2=50.9<,<七

c)l/3(1/(7；»)"2=1/3(1/0.00167x0.002严二182.39$T〉/

可见满怠近似等效条件。

电流调整器的实现：选R0=40K,则

R.=Ktx=0.899x40=35.96取36K

G=TJ&=0.031/36xl()3=().86〃/

3

Coi=4〃/%=4x0.002/40X10=°.2〃/

速度调整器设计

确定时间常数：

a)电流环等效时间常数1：因为Z0.5则J12Tz2*0.00367=0.00734s

b)b)0.02s

c)c)T》0.00734+0.02=0.02734s

速度调整器结构确定：

根据无狰差的要求，应选用调整器，

(S)(T1)/T

速度调整器参数确定：

iXn，选5,则启0.1367s,

(1)/(2h2T2gn)=6/2*25*0.027342=160.542

(l)p(2ha£n)=6*().()()877*1.82*0.112/2*5*().()267*().14*0.()2734=10.5

校验等效条件：(D(D1T160.54*0.1367=21.9462

a)l/3(Ei)l/2=l/3(136.24/0.00367)l/2=64.221>co

b)1/3()1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51l>co

可见满意近似等效条件。

速度调整器的实现：选RO40K,则*R0=10.5M0=420K

由此<0.1367/420*103=0.325巧取0.33"

C04T00=4*0.02/40*103=2四

2)电流环的截止频率是：col36.241

速度环的截止频率是：co21.9462

从电流环和速度环的截止频率可以看出，电流环比速度环要快，

在保证每个环都稳定的状况下，再求系统的快速性，充分体现了多环

限制系统的设计特点。

3.11在一个转速、电流双闭环系统中，转速调整器，电流调整器均采

纳调整器。

(1)在此系统中，当转速给定信号最大值*=15V时1500;电流给定信

号录大值*=10V时,允许最大电流30A,电框回路总电阻2Q,晶闸管装

置的放大倍数30，电动机额定电流二20A，电动势系数=0.128V-o现

系统在*=5V20A时稳定运行。求此时的稳态转速？的输出电压=?

(2)当系统在上述状况下运行时，电动机突然失磁(①=0),系统将会

发生什么现象？试分析并说明之。若系统能够稳定下来，则稳定后？？

*二???=？

(3)该系统造速