电力拖动自动控制系统第4版复习要点(2)

电动机励磁电流、电枢电阻 Ra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?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。

（例题2-1 ）某直流调速系统电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降?nN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率s≤20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？

解：在要求s≤ 30%时，允许的调速范围为

nNs1430?0.3D???5.3 ?nN(1?s)115?(1?0.3)若要求s≤ 20%，则允许的调速范围只有

1430?0.2D??3.1 115?(1?0.2)若调速范围达到10，则静差率只能是

D?nN10?115s???0.446?44.6% nN?D?nN1430?10?115

（例题2-2 ）某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18Ω，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降?nN最多能有多少？ 解：当电流连续时，V-M系统的额定速降

IR305?0.18?nN?dN?=275r/min Ce0.2开环系统在额定转速时的静差率为

?nN275sN???0.216?21.6%

nN??nN1000?275

如要求 D?20，s?5%，即要求

nNs1000?0.05?nN???2.63r/min

D(1?s)20?(1?0.05)（例题2-3 ）在例题2-2中，龙门刨床要求D=20，s≤5%，已知 Ks=30，?= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速系统满足上述要求时，比例放大器的放大系数应该有多少？ 解： 已知开环系统额定速降为?nop =275 r/min， 闭环系统额定速降须为?ncl?2.63 r/min， 由式?ncl?则得Kp??nop1?K可得K??nop?ncl?1?275?1?103.6 2.63K103.6??46

Ks?/Ce30?0.015/0.2即只要放大器的放大系数等于或大于46。

（例题2-4 ）在例题2-3中，系统采用的是三相桥式可控整流电路，已知电枢回路总电阻R?0.18?，电

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感量L?3mH，系统运动部分的飞轮惯量GD?60N?m，试判别系统的稳定性。 解：电磁时间常数Tl?L0.003??0.0167s R0.1860?0.18?0.075s

30375?0.2??0.222GD2R机电时间常数Tm??375CeCm?晶闸管装置的滞后时间常数为Ts?0.00167s 为保证系统稳定，应满足的稳定条件：

Tm(Tl?Ts)?Ts20.075?(0.0167?0.00167)?0.001672K???49.5

TlTs0.0167?0.00167闭环系统的动态稳定性和例题2-3中稳态性能要求K?103.6是矛盾的。

（例题2-5 ）

在上题的闭环直流调速系统中，若改用全控型器件的PWM调速系统，电动机不变，电枢回路参数为：R?0.1?，L?1mH，Ks?44，PWM开关频率为8kHz。按同样的稳态性能指标D=20，s≤5%，该系统

能否稳定？如果对静差率的要求不变，在保证稳定时，系统能够达到的最大调速范围有多少？ 解：电磁时间常数Tl?L0.001??0.01s R0.160?0.1?0.0417s

30375?0.2??0.2GD2R机电时间常数Tm??375CeCm?晶闸管装置的滞后时间常数为Ts?1?0.000125s 8000为保证系统稳定，应满足的稳定条件：

2Tm(Tl?Ts)?Ts20.0417?(0.01?0.000125)?0.000125??339.4 K?TlTs0.01?0.000125

s ? 5%D按照稳态性能指标 ? 20 、 要求

（见例题1-2） ?n?2.63r/min clIR305?0.1? n?152.5r/min op ?N?Ce0.2

?n 152.5K?op?1??1?57 ?ncl2.63

PWM调速系统能够在满足稳态性能指标要求下稳定运行。 若系统处于临界稳定状况，

K?339.4?nop 152.5?ncl???0.45r/min1?K1?339.4

nNs1000?0.05

Dcl???117?ncl(1?s)0.45(1?0.05)

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第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统

1 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用?

答：转速调节器和电流调节器的作用： (1) 转速调节器ASR的作用：

*1）转速n跟随转速给定电压Un变化，稳态无静差。

2) 突加负载时转速调节器ASR和电流调节器ACR均参与调节作用，但转速调节器ASR处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。

3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。 (2) 电流调节器ACR的作用

1) 起动过程中保证获得允许最大电流。

*2) 在转速调节过程中，使电流跟随其电流给定电压Un变化。

3) 电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。 4) 当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。

2 在转速、电流双闭环调速系统中，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? 答：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用。 3下图为双闭环直流调速系统的稳态结构图，如果要改变双闭环有静差V-M系统的转速，可调节什么参数?改变转速调节器放大系数Kp 触发整流环节放大系数Ks和改变转速反馈系数 转电流应调节什么参数?

?能行否?如果要改变堵

?-转速反馈系数 ?-电流反馈系数

*答：要改变转速，可以调节给定电Un或转速反馈系数?。，要改变堵转电流，应调节转速调节器的限幅值

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Ui*或改变电流反馈系数?

4 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是什么？ 答：转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是： 1) 饱和非线性控制

ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统； ASR不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.

2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽可能最快。 3）转速超调：只有转速超调才能使ASR退饱和。

5下图为转速、电流反馈控制直流调速系统原理图，ASR、ACR均采用PI调节器。（1）突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR的输出电压Uc、变流装置输出电压Ud，电动机转速n，较之负载变化前是增加、

*减少，还是不变？为什么？（2） 如果速度给定Un不变时，要改变系统的转速，可调节什么参数？

TL??IdL*Cen?ILRCeUn?IdLR??Uc????Ud?KsUc?KsKs

答：(1)

*Un?c,n?c,所以调节?可以改变转速n。

?6 直流调速系统有哪些主要性能指标?

答：直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标两个部分。

静态主要性能指标有调速范围D、静差率s、?nN。动态性能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下两类性能指标。给定控制信号作用下的动态性能指标有上升时间tr，调节时间ts(亦称过滤过程时间)和超调量?%。扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降?nmax、恢复时间tv

?Un??n,n?*(2) 因为Un*Un7调节器的设计过程可以简化为哪两步? 答：1.选择调节器的结构

2.选择调节器的参数

8转速、电流双闭环调速系统中分别按什么典型型系统进行设计？为什么？ 答：转速环按典型（II）型系统设计，抗扰能力(强)，稳态（无静差）。

电流环按典型（I）型系统设计，抗扰能力(稍差)，超调 （小）。

9 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、动态性能将会产生什么影响？

答：改为 P 调节器时其输出量总是正比于输入量，PI 调节器的输出量在动态过程中决定于

9

输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关而是由它后面环节的需要 决定的。

（3-6）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？改变转

速调节器的放大倍数Kn 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行？改变转速反馈系数? 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？

答：双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系

*Un?Un??n??n0

*因此 转速 n是由给定电压Un决定的；改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。改变转速调节器

的放大倍数Kn和电力电子变换器的放大倍数Ks不可以。

（3-7）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？

答：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 的输出限幅电压Uim 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器 ACR的输出限幅

电压Ucm 限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。

（3-9）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）调速系统的静态特性；（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）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速n是由给定电压Un 决定的。ASR 的输出量 Ui**是由负载电流IdL 决定的。控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时取决于Un和 IdL。双

闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计算相似。

（2）带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入

*一个大电阻KpKsRs，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压Ucom与给定电压 Un的作用一致，好

象把理想空载转速提高了。这样的两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。

（3）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。 （4）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR 来产生抗负载扰动的作用。在设计 ASR 时，应要求有较好的抗扰性能指标。

（5）在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。

第5 章 基于稳态模型的异步电动机调速系统

1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率Pm 中，有一部分是与转差成正比的转差功率Ps 根据对 Ps 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。

答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。

转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。

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