电力拖动自动控制系统习题解答

《电力拖动自动控制系统》部分习题解答

第一章

1. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？ 答：

①调速范围——电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速max n 与最低转速min

n 之比叫做调速范围，用D 表示，即min max n n

D =

②静差率——当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的

转速降落N n ∆与理想空载转速0n 之比，称作静差率S ，即0

N n n

S ∆=

③直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)

1(s n s n D N N -∆=

④采用闭环控制方式，使转速降落N n ∆能够大幅度下降，才能保证在静差率S 不变的前提下扩大调速范围。

2. 某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max ＝1500 r/min ，带额定负载时的速降N n ∆＝15 r/min ，最低速特性为n 0min ＝100 r/min ，额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解：

已知N n ∆＝15 r/min ，有

n max ＝n 0max －N n ∆＝1500 r/min －15 r/min ＝1485 r/min n min ＝n 0min －N n ∆＝100 r/min －15 r/min ＝85 r/min

于是

调速范围47.17851585

min

max ===n n D

静差率%15%100100

15

%100min

0=⨯=⨯∆=n n s N

答：系统能达到的调速范围是；允许的静差率是15%。

3. 为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么？

答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E 减小，导致转速n 必然下降。实质是电枢电阻的存在导致压降增大。

4. 某调速系统的调速范围是1500 ~ 150 r/min ，要求静差率为s ＝2% ，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有多大？

解：

①已知10150

1500==D ，又)

1(s n s n D N N -∆=

06.3)

02.01(1002

.01500)1(N N =-⨯=-=

∆s D s n n r/min

也可以这样计算

n n n n n s N

N

N ∆+∆=

∆=

min 0 min r/06.302

.0102.01501min N =-⨯=-=

∆s s n n ②因为 K

1op cl +∆=∆n n

所以 68.31106

.31001K cl

op =-=-∆∆=n n

答：要求静差率为s ＝2%时，系统允许的静态速降是min ；如果开环系统的静态速

降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有。

5. 试绘出转速负反馈单闭环调速系统的静态结构图，并写出其静特性方程式。 答：转速负反馈单环控制调速系统静态结构图为

静特性方程式为 cl cl 0a a

e *

n A )

1()1(n n I K K R K K U K n e ∆-=+-+=

∑ 6. 对于转速单闭环调速系统，改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比，能不能达到调节转速的目的？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种扰动的能力？

答：

改变给定电压能够改变转速n ，因为闭环系统的输出具有跟随给定的性能。 如果给定电压不变，改变反馈电压分压比能够改变转速n ，因为它改变了反馈电压，属于反馈环节上的扰动，与给定作用相同，闭环系统对其无法抑制。

测速发电机励磁发生改变，也属于反馈环节上的扰动，闭环系统对其无法抑制。 7. 某调速系统的开环放大系数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大系数提高到30，它的转速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？

解：

根据 K

n n +∆=

∆1op

cl 在K = 15时，求出1288)151()1(cl op =+=∆+=∆n K n r/min 当K 2=30时，求得min r/13.430

1128

12op cl2=+=+∆=∆K n n 再根据 )

1(s n s n D N N -∆=

，在同样静差率要求下 94.113

.4822==∆∆=n n D D cl cl 答：如果开环放大系数提高到30，它的转速降为min ；在同样静差率要求下，调速范围可以扩大到倍。

8. 某调速系统的调速范围 D ＝20，额定转速n N ＝1500 r/min ，开环转速降落N

n ∆＝240 r/min ，若要求系统的静差率由10％减少到5％，则系统的开环增益将如何变化？

解：

当s =10%时，33.8)

1.01(201

.01500)

1(cl =-⨯=

-=∆s D s

n n N ，有

8.27133

.8240

1=-=

-∆∆=

n n K cl

op 当s =5%时，95.3)

05.01(2005.01500)1(cl =-⨯=-=∆s D s n n N ，这时 8.59195

.3240

1cl

op =-=

-∆∆=

n n K 答：系统的静差率由10％减少到5％时，开环增益将由增大到。 9. 闭环系统能够降低稳态速降的实质什么？

答：实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压。 10. 如果转速闭环调速系统的转速反馈线切断，电动机还能否调速？如果在电动机运行中，转速反馈线突然断了，会发生什么现象？

答：不能。系统处于开环状态，输出电压极高，电机转速上升，易发生“飞车”现象。

11. 在转速负反馈系统中，当电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻、测速发电机磁场各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？

答：转速负反馈系统中，电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻所引起的转速变化，系统有调节能力，因为它们属于反馈环包围着的前向通道上的扰动，系统对其有抑制能力；而测速发电机磁场变化时，系统则无调节能力，因为它处于反馈通道上，属于闭环外，所以得不到系统的抑制。

12. 有一V-M 调速系统：电动机为P N ＝3 kW ，U N ＝220 V ，I N ＝17 A ，n N ＝1500 r/min ，R a ＝Ω；整流装置内阻R rec ＝1 Ω；触发器-整流环节的放大系数K s ＝40。要求系统满足