电力拖动控制系统习题

“电力拖动控制系统”习题
第一章习题
1-1 某V-M 系统，电动机数据为：P nom =10kW ，U nom =220V ，I nom =55A ，n nom =1000r/min ，R a =0.1Ω。

若采用开环控制系统，且仅考虑电枢电阻引起的转速降。

1．要求s =10%，求系统调速范围。

2．要求调速范围D =2，则其允许的静差率s 为多少？ 3．若要求D =10，s =5%，则允许的转速降Δn nom 为多少？
1-2 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数变化时系统对其是否有抑制调节作用，为什么？
1．放大器的放大系数K p 。

2．供电电网电压。

3．电枢电阻R a 。

4．电动机励磁电流。

5．电压反馈系数γ。

1-3 某调速系统的调速范围是150~1500r/min ，即D =10，要求静差率s =2%，此时系统允许的稳态速降是多少？如果开环系统的稳态速降是100r/min ，此时闭环系统的开环放大系数应有多大？
1-4 在教材图1-23（P 19）所示的转速负反馈有静差系统中，当U n *不变时调整转速反馈电位计RP 2，使转速反馈系数α增大至原来的2倍。

试问电动机转速n 是升高还是下降？系统的稳态速降比原来增加还是减小？对系统稳定是有利还是不利？为什么？
1-5 在带电流截止环节的转速负反馈系统中，如果截止比较电压发生变化，对系统的静特性有什么影响？如果电流反馈电阻R s 的大小发生变化，对静特性又有什么影响？ 1-6 某调速系统原理图如下：
已知数据如下：电动机：P nom =30kW ，U nom =220V ，I nom =157.8A ，n nom =1000r/min ，R a =0.1Ω。

采用三相桥式整流电路，等效内阻R rec =0.3Ω，K s =40。

最大给定电压为U nm *=15V ，当主电路电流最大时，整定U im =10V 。

设计指标：D =50，s =10%，I dbl =1.5I nom ，I dcr =1.1I nom 。

试画出该系统的稳态结构图，并计算：
1．转速反馈系数α。

2．调节器放大系数K p 。

3．电阻R o 、R 1的数值。

4．电阻R2的数值和稳压管VST的击穿电压。

1-7 在教材图1-23所示转速负反馈有静差调速系统中，已知数据为：P nom=2.2kW，
U nom=220V，I nom=12.5A，n nom=1500r/min，R a=1Ω，主电路总电阻R=2.9Ω，触发整流环节的放大系数K s=75，采用ZYS-231/110型测速发电机，其U Tnom=110V，n Tnom=1900r/min，测速反馈回路中电位器RP2的分压系数α2=1/8。

运算放大器采用LF353，R0=40kΩ。

生产机械要求调速范围D=20，静差率s=5%。

要求：
1．画出系统的稳态结构图。

2．当给定稳压电源为15V时，采用α2=1/8的分压系数能否满足要求？
3．计算调节器的K p和R1值。

1-8 有一V-M系统，已知：P nom=2.8kW，U nom=220V，I nom=15.6A，n nom=1500r/min，R a=1.5Ω，R rec=1Ω，K s=37。

1．系统开环工作时，试计算D=30时的s值。

2．当D=30、s=10%时，计算系统允许的稳态速降。

3．如为转速负反馈有静差调速系统，要求D=30，s=10%，在U n*=10V时使电动机在额定点工作，计算放大器放大系数K p和转速反馈系数α。

4．如改为电压负反馈有静差调速系统，仍要在U n*=10V时使电动机在额定点工作，并保持系统的开环放大系数不变，试求在D=30时的静差率。

1-9 试回答下列问题：
1．在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压U d较之负载变化前是增加、减少还是不变？
2．在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速n和整流装置的输出电压U d是增加、减少还是不变？
3．在采用PI调节器的单闭环自动调节系统中，调节对象包含有几分环节，突加给定后PI调节器没有饱和，系统到达稳态前被调量会出现超调吗？
第二章习题
2-1 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K p、触发整流放大系数能行否？如果要改变堵转电流应调节什么参数？
2-2 试回答下列问题：
1．双闭环调速系统中，给定信号U*n未变，增加转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压U n是增加、减少还是不变？
2．ASR、ACR均采用PI调节器的双闭环调速系统，在带额定负载运行时转速反馈线突然断线，当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号ΔU i是否为零？
2-3 在双闭环调速系统稳态特性的平直段和下降段，ASR和ACR分别工作在线性状态还是限幅状态？
2-4 双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的偏差输入（给定和反馈之差）是多少？它们的输出电压是多少？为什么？
2-5 某双闭环调速系统，ASR、ACR均采用近似PI调节器。

1．试问调试中怎样才能做到U*im=6V时I dm=20A，如欲使U*nm=10V时n=1000r/min，应调什么参数？
2．试画出整个调速系统的n=f(U*n)关系曲线。

当α增大时，该曲线如何变化？
3．系统的下垂特性n=f(I d)呈什么形状？当U*im增大或β减小时，特性如何变化？分别
画出两种情况下的n=f(I d)曲线。

4．如发现下垂特性下移或工作特性不够硬，应调什么参数？
2-6 双闭环调速系统中已知数据为：电动机：U nom=220V，I nom=20A，n nom=1000r/min，电枢回路总电阻R=1Ω。

设：U*nm=U*im=U ctm=10V，电枢回路最大电流I dm=40A，K s=40，ASR 和ACR均采用PI调节器。

试求：
1．电流反馈系数β和转速反馈系数α；
2．当电动机在最高转速发生堵转时的U do、U*i、U i和U ct的值。

2-7 ASR和ACR均采用PI调节器的双闭环调速系统，U*im=10V，主电路最大电流I dm=100A，当负载电流由20A增到30A时，试问：
1．U*i应如何变化?
2．U ct应如何变化？
3．U ct由哪些条件决定？
2-8 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，哪些调节器起作用？
2-9 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？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？其限幅值如何整定？
2-10 试从下述几方面来比较双闭环调速系统和带电流截止负反馈的单环系统：
1．静特性；
2．动态限流性能；
3．起动快速性；
4．抗负载扰动性能；
5．抗电源电压波动的性能；
2-11 双闭环调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象：
1．电流反馈极性接反；
2．转速反馈极性接反；
3．起动时ASR未达到饱和；
4．起动时ACR达到饱和。

2-12 在转速、电流双闭环调速系统中，若ASR和ACR均采用PI调节器，则：
1．试作出负载突增时I dL、I d与n在调整过程中的波形。

2．若U*nm=15V，n=1500r/min，U*im=10V，I dm=20A，R=2Ω，K s=20，C e=0、127V.min/r。

当U*n=5V，I dL=10A时，求稳态运行时的n、U n、U*i、U i和U ct。

3．若系统中测速机励磁和电网电压发生变化，系统有没有克服这两种扰动的能力？为什么？
2-13 如果双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静动态性能会有什么影响？
2-14 某双闭环系统的电流变化曲线如下图所示。

要求：
1．画出与此对应的转速变化曲线；
2．这样的电流变化是在什么情况下发生的；
3．在图中的t1、t2、t3和t4四个瞬间，电流和转速值各有什么特点？
1234
2-15 有一个系统，其控制对象的传递函数为 ，要求设 计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量小于5%，试对系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。

2-16 有一闭环直流调速系统，其控制对象的传递函数为 ，要求校正为典型II 型系统，在阶跃输入下系统超调量σ%<30%，试决定调节器结构，并选择其参数。

2-17 有一双闭环V-M 调速系统，采用三相桥式全控整流电路，整流变压器采用d 、y 联结，二次相电压有效值U 2=110V ，主电路在最小电流为10%时仍能连续。

已知电动机参
数为：Z 2-61型，P nom =10kW ，U nom =220V ，I nom =53.5A ，n nom =1500r/min ，电动机的GD 2d =5.5N.m 2；
又U *nm =10V ，U *im =U ctm =8V 。

要求对电网扰动和负载扰动有较好的抗扰性，试设计ACR 和
ASR 的参数。

2-18 某双闭环调速系统,采用三相桥式全控整流电路，已知电动机参数为：P nom =550KW ，U nom =750V ，I nom =780A ，n nom =375r/min ，C e =1.92V .min/r ，允许电流过载倍数
λ=1.5，R =0.1Ω，K s =75，T L =0.03s ，T m =0.084s ，T oi =0.002s ，T on =0.02s ，U *nm =U *im =U ctm =12V ，
调节器输入电阻R 0=40K Ω。

设计指标：稳态无静差,电流超调量σi %≤5%,空载起动到额定转速时的超调量σn %≤10%，电流调节器已按典型I 型系统设计，并取KT =0.5。

试：
1．选择转速调节器结构，并设计其参数。

2．计算电流环和转速环的截止频率ωci 和ωcn ，并考虑它们是否合理？
2-19 在具有电流变化率调节器的三环调速系统中，采用电流变化率环的目的是什么？在I d 从零上升到最大值之前，ASR 、ACR 和ADR 分别工作线性还是限幅状态？
2-20 试分析带电流率内环调速系统，为什么能削弱电流断续对系统动态品质的影响。

2-21 试将下述五种控制系统按抗电网电压波动能力的强弱次序排列：
1．开环系统；
2．采用PI 调节器的单闭环无静差系统； 3．转速、电流双闭环系统；
4．带电流变化率调节器的三环系统；
5．带电压调节器的三环系统。

第三章习题
3-1 V —M 系统反并联可逆线路的四种工作状态如图所示。

试在图中指出整流装置是正组还是反组、给出控制角α的数值、整流电压U d 和反电动势E 的极性、功率P 的传递方向以及直流电流I d 、转矩T 和转速n 等的方向。

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3-2 试从有无能量回馈至电网、能量转换关系、电动机工作状态和电动机电枢电流是否改变方向等方面对本组逆变和反组回馈制动列表作一比较。

3-3 两组晶闸管装置反并联的可逆线路中有哪几种环流？他们是怎样产生的？各有哪些害处和益处？
3-4 配合控制的三相有环流可逆系统采用线性触发特性，如果αf0=αr0=120º，会不会出现直流环流？试画出αf= f（αr）关系曲线，并指出这时αf和αr各在什么范围内会产生瞬时脉动环流？
3-5 解释待逆变、正组逆变和反组逆变，并说明这三种状态常出现在何种场合下。

3-6 有环流可逆系统和无环流可逆系统相比较，有何优缺点？并说明有环流可逆系统的适用场合？
3-7 可控环流系统如教材图3-15和图3-16所示，给定环流为10%I nom，R=R0，试问当整流电流增大到何值时才能把环流抑制到零。

3-8 可控环流系统如教材图3-15所示，其中电流调节器如教材图3-16所示。

已知电动机的额定电流I nom=160A，U*im=8V，R0=20KΩ。

要求U*i=0时，空载给定环流I f0=I r0=16A，当负载电流上升到I f =30%I nom时环流I r=0，试求：
1．环流给定电压U*c应整定为多大？
2．计算电阻R值。

3．当环流I r=0时，电流给定的最小值U*i为多大？
3-9 逻辑无环流可逆系统中，需要设置封锁延时时间t dbl和开放延时时间t dt。

有人从简化电路出发，想取消t dbl，把开放延时时间延长到t dbl+t dt；或者取消t dt，把封锁延时时间延长到t dbl+t dt，试问这两种设想可行否，为什么？
3-10 错位控制无环流系统中，采用锯齿波移相时，无环流的临界状态时αf0=αr0=150º。

如果采用正弦波移相，当处于无环流临界状态时，触发脉冲的零位应整定在多少度？
3-11 带电压内环的错位无环流系统，为什么能缩小反向时的电压死区与加快系统的切换过程？
3-12 试分析工作于下述几种系统时，α与β间的大小关系：
1．配合控制的有环流可逆系统。

2．可控环流的可逆系统，当负载较轻时和负载增大到一定值时。

3．错位控制无环流可逆系统。

第四章习题
4-1 为什么晶体管PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能获得更高的工作性能？
4-2 何谓H型PWM变换器的双极式、单极式和受限单极式控制方式？在这几种控制方式下会不会出现电流断续现象，为什么？
4-3 双极式H型PWM变换器控制的直流调速系统，已知数据为：电源电压U s=100V，电枢回路总电感L=20mH，电枢回路总电阻R=1Ω，开关频率f = 2500Hz，电动机最高理想空载转速n0s=1000r/min，机电时间常数T m=30ms。

试求：当占空比ρ=0.5时的电流脉动量Δi d、最大电流脉动量Δi dmax、最大角转速脉动量Δωmax和它占电动机最高理想空载角转速的百分比。

4-4 在单极式PWM直流调速系统中，已知电源电压U s=160V，电枢回路总电感L=10mH，最小负载电流（平均值）I0=1A，试求I0=1A时电流仍能连续的开关频率f。

4-5 H型单极式PWM变换器供电的直流调速系统，采用宽调速直流电动机，额定力矩为4.9N.m，电枢电阻R a=1.64Ω，电枢回路总电感L=10.2mH，额定电流I nom=6A，额定电压U nom=110V。

调速系统的最小负载电流I0=1A，电源电压U s=122V，电力晶体管集电极电阻R c=2.5Ω，设K1=K2=2。

试确定满足总损耗最小和最小负载电流时电流仍能连续的PWM 变换器的开关频率，若电力晶体管选用3DD15或D202时能否满足要求？（3DD15：开通时集电极电流的上升时间t r=0.0131ms，关断时的电流下降时间t f=0.0077ms，D202：t r=0.11μs，t f=0.061μs）
交流调速系统习题
7-1．交流调速技术引起人们广泛重视的原因是什么？
7-2．晶闸管交流调压调速系统中，对触发脉冲有何要求，为什么？
7-3．试简述交流调压调速系统的优缺点和适用场合。

7-4．采用电压闭环控制的交—直—交电压源变频调速系统，电压反馈信号可从何处取出，为什么？
7-5．交—直—交电压源变频调速系统，要求逆变器输出线电压基波有效值为380V，当分别采用180º导电型和120º导电型工作时，试计算直流侧电压U d。

7-6．采用电压、电流闭环控制的交—直—交电流源变频调速系统，电压、电流反馈信号应从何处取出，为什么？
7-7．在转速开环的交—直—交电压源和电流源变频调速系统中，为何要使用频率给定动态校正器，两者有何区别？
7-8．电流源交—直—交变频调速系统能否采用转速、电压、电流均开环的控制，为什么？7-9．试说明转速开环变频调速系统中的函数发生器和转差频率控制系统中的函数发生器的作用。

7-10．保持E g/ω1为常数的恒磁通控制系统，在低速空载时会发生什么问题？采用何种控制的变频系统可以解决这个问题？
7-11．转速闭环、转差频率控制的变频调速系统，能否采用交—直—交电压源变频器，为什么？。