交直流调速(A)卷答案

《交直流调速控制系统》课程A 卷答案

一、填空题（本大题15空，每空1分，共15分）

1．直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压U 、改变励磁通器、改变电枢回路电阻R

2. 可控直流电源有三种形式：旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器。

3. 直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速n N =900r/min ，高速机械特性的理想空载转速n 0= 1000r/min ；低速机械特性的理想空载转速n 0min =200r/min ，在额定负载下低速机械特性的转速n min =100r/min ，电动机在额定负载下运行的调速范围D= 9 ，静差率δ= 0.5 。

4. 在直流调速系统中，常用的校正方法有 串联校正、并联校正 两种。

5. 双闭环直流调速系统在突加给定启动时，动态过程有三个阶段分别是_电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段。

6. 直流调速系统的工程设计中,工程设计方法的基本指导思想是_预期特性典型化、典型系统性能指标与其参数的关系表格化。

二、名词解释（共4小题；每小题5分，共20分）

7．V-M 系统

答：直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管变流器，这种系统称为晶闸管—电动机直流调速系统，简称V-M 系统。其功能是进行功率放大，能量转换和传递，取得和处理系统中有关变量的信息，并按预定的控制规律产生控制信号或作用。

8．ASR 和ACR

答：双闭环系统中由转速调节器（ASR ）和电流调节器（ACR ）两个调节器组成，采用串级调速的方式。即用ASR 的输出去“驱动”ACR,再由ACR “驱动”晶闸管触发装置。

9．调速范围D

答：电动机在额定负载下运行的最高转速与最低转速之比，用D 表示，即max min n D=

n ，D 值越大，系统的调速范围越宽。

10．退饱和超调

答：双闭环系统在突加给定时，ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，ASR 在饱和时处于开环状态，起着饱和的非线性控制，只有当转速出现超调后，ASR 才退出饱和参与调节，这一现象称为退饱和超调状态。

三、简答题（共3小题，每题10分，共30分）

11.在转速、电流双闭环调速系统中转速调节器有那些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值又应如何整定？

答：转速调节器的作用：①使转速n 跟随给定电压Un 变化稳态进行无静差②在负载变化或给定电压变化或产生扰动而出现转速偏差时，则靠ASR 的调节起抗扰作用③当转速出现较大偏差时，ASR 的输出限幅值决定了允许的最大电流，作用于ACR 以获得较快的动态响应。

ASR 的输出限幅为Um ，主要用来限制最大电流dm I 。

电流调节器的作用：①对电网电压的波动起到及时的抗扰作用，几乎不对转速产生影响②在起动时，由于ASR 饱和，电流调节器获得允许的最大电流，使过渡过程加快，实现了快速起动③在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压U 变化④在电动机过载甚至堵转时，一方面限制了过大的电流起到快速的保护作用，另一方面使转速迅速下降实现了很陡的下垂特快。

ACR 的输出限幅值为ctm U ，主要限制晶闸管触发装置的最大电压d0m U 。

12.为抑制零漂，通常在PI 调节器的反馈回路中并联一个高阻值的电阻。试分析这对闭环调速系统的影响。

答：有时为了避免运算放大器长期工作时的零点漂移，故意将其放大系数压低一些，在R1—C1两端并接一个大电阻'

1R ，其值一般为几M Ω,这样调节器的稳态放大系数更低于无穷大，为''10P

R K R =, 系统也只是一个近似的无静差调速系统。如果需要的话，可以利用'P K 来计算系统的实际静差率。

13. 在突加给定启动时，转速调节器退饱和超调的条件是什么？在给定积分器启动时，转速调节器是否存在退饱和超调现象?

答：①当电动机转速达到给定值时，则有n n U U *=，此时ASR 的输入信号n U 0∆=，由于ASR 的积

分作用，其输出仍保持限幅值in U *，同时电流保持最大值dm I ，n U ∆改变极性，则ASR 退出饱和并参与调节作用，系统进入双闭环调节阶段。

②在给定积分器起动时转速调节器不存在退饱和超调现象，只有经过一定时间满足一定条件时才会出现腿饱和超调现象。

四、计算题（共2题；第1小题15分，第2小题20分，共35分）

14. 某典型Ⅰ型电流控制系统结构如图1所示，电流输出回路总电阻R=4Ω，电磁时间常数T 1=0.3s ，系统小时间常数T=0.01s ，额定电流n 45A I =，该系统要求阶跃给定的电流超调量σ<5%，试求直流扰动电压32V U ∆=时的电流最大动态降落(以额定电流的百分数/m n I I ∆表示)和恢复时间t v (按基准值C b 的5%计算)

解：查典型I 型系统，跟随性能表3-1，要求5%σ<，应选 11K=50220.01

T ==⨯ 根据系统两个时间常数的比值T/T 1=0.01/0.3=1/30，查表3-2，知最大动态降落为b ΔCmax/C =12.9%，恢复时间v t (5%)/T=30.4，

由已知得211K =

=(1/Ω)R 6

基准值b 2111C =NK =32226⨯⨯A=83A 电流最大降落m b ΔI =0.129C =0.344A 则m n

ΔI 0.007170.717%I ==， v v t (t /T)T=30.4T =30.4×0.01S=0.304S

15. 某个V-M 调速系统，电动机：2.5 kW 、220V 、15A 、1500r/min ，电枢内阻为2Ω；晶闸管装置内阻1Ω，触发晶闸管装置电压放大系数为30。要求调速范围D = 20，静差率s 8%≤。

(1)计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的稳态速降。

(2)采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的稳态结构图。

(3)调整该系统，使得*n U 10V =时，转速n=1000r/min ，计算所需放大器的放大系数K P 至少为多大？

解：(1) nom nom a e nom

U -I R C =n =0.13V ·min/r op Δn =

=346.15r/min d e I R C Δn = 4.79r/min (1)

nom nom n s D s ≈- (2) 系统的稳态结构图略。

(3) Δn = 4.79r/min (1)

nom cl n s D s ≈- 15(12)K =1171.70.13 4.79

nom e cl I R C n ⨯+-=-≈∆⨯ *

n nom

U α==0.01n