《電力拖動自動控制系統(tǒng)》

1－2試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進(jìn)行制動時，兩個VT是如何工作的。答：見教材。１－４某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為nomax=1500r/min，最低轉(zhuǎn)速特性為nomin=150r/min，帶額定負(fù)載時的速度降落ΔnN=15r/min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？系統(tǒng)允許的靜差率解系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為１－５某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500~150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s≤2%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？

解思路1－6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機(jī)的速降為8r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？解：因故：1－7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落ΔnNop=240r/min，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化？解：1—8轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？改變給定電壓能否改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？（2）改變給定電壓會改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，因為反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。（3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

答：（1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個基本特征①只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。②反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定。擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。③系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。

1—9在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機(jī)勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻變化時系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因為他們的變化最終會影響到轉(zhuǎn)速，都會被測速裝置檢測出來。再通過反饋控制作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。測速發(fā)電機(jī)勵磁各量發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

1—10有一V—M調(diào)速系統(tǒng)。電動機(jī)參數(shù)為：

PN=

2.2KWUN=220V，IN=

12.5A，nN=1500r/min，電樞電阻Ra=1.2Ω，整流裝置內(nèi)阻Rrec

=1.5Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤10%。

(1）計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降Δ

nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降Δ

ncl。（2）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。

(3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)U?n=15V時，Id=IN,n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α應(yīng)該是多少？（4）計算放大器所需的放大倍數(shù)。如取樣電阻RS≤（Ra+Rrec)/3=(1.2+1.5)/3=0.9歐則Ucom=1.2INRS=1.2×12.5×0.9=13.5V電流反饋放大器的放大系數(shù)Kfi=22.5/13.5=1.67nKpKs

1/CeUcUiIdEUd0Un++--RRs-UcomId

Rs

-

Ucom-++

Kf靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖Un*原理圖思考題：1.若Vs發(fā)生故障而開路或短路，對系統(tǒng)有何影響？2.若要使系統(tǒng)無靜差，應(yīng)對系統(tǒng)做何修改？nKpKs

1/CeUcUiIdEUd0Un++--RRs-UcomId

Rs

-

Ucom-++Un*系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(3)R1=KP×R0=12.3×20=246K(4)VBr=7.33V當(dāng)n=0時，R2=3.59K精確求KP代入?yún)?shù)得Kp=12.75=35.93=0.0145Vmin/r。（4）電壓負(fù)反饋：r/min從1-10可知，K=28.64<42.5系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行2-1在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定信號Un※；改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不行，改變電力電子變換器的放大倍數(shù)不行。改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)會改變轉(zhuǎn)速。若要改變電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流需要改變ASR的限幅值。2-2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)按什么要求來整定？電流調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)如何整定？答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是：（1）使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓Un※變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可以實現(xiàn)無靜差。（2）對負(fù)載變化起抗擾作用。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值應(yīng)按電樞回路允許的最大電流來進(jìn)行整定。電流調(diào)節(jié)器作用：（1）使電流緊緊跟隨給定電壓Ui※變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。電流調(diào)節(jié)器的最大值應(yīng)該按變換電路允許的最大控制電壓來整定。2-3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個PI調(diào)節(jié)器的輸入偏差（給定與反饋之差）是多少？它們的輸出電壓是多少？為什么？答：若都是PI調(diào)節(jié)器，則兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差為0，即Ui※=Ui，Un※=Un；輸出電壓為：Ui※=βId=Ui，Uc=Ud0/Ks=(RId+Cen)/Ks=

〔(RUi※/β)+(CeUn※/α)〕

/Ks。2-4如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而是比例調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會有什么影響？答：若采用比例調(diào)節(jié)器可利用提高放大系數(shù)的辦法使穩(wěn)態(tài)誤差減小即提高穩(wěn)態(tài)精度，但還是有靜差的系統(tǒng)，但放大倍數(shù)太大很有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓△Ui是否為0，為什么？答：反饋線未斷之前，Id=In，令n=n1，當(dāng)轉(zhuǎn)速反饋斷線，ASR迅速進(jìn)入飽和，Ui※=Ui※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞Tl，n↑，Id↓，△Ui出現(xiàn)，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此過程重復(fù)進(jìn)行直到ACR飽和，n↑，Id↓，當(dāng)Id=In，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，此時的速度n2＞n1，電流給定為Ui※max=Idmaxβ＞電流反饋信號Un=Inβ，偏差△Ui不為0。2-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號Un※未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？答：Un不變，因為PI調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時無靜差，即：Un※=Un，Un※未改變，則，Un也不變。2-7在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動機(jī)：Pnom=3.7kW，Unom=220V，Inom=20A，nnom=1000r/min，電樞回路總電阻R=1.5Ω，設(shè)Unm*=Uim*=Ucm=8V，電樞回路最大電流Idm=40A，電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40.試求：（1）電流反饋系數(shù)β和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α；（2）當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的Ud0、Ui、Uc值。解：（1）β=Uim*/Idm=8/40=0.2α=Unm*/nnom=8/1000=0.008（2）Ud0=IdmR=40×1.5=60VUi=Uim*=8V（極性相反）

Uc=Ud0/Ks=60/40=1.5A2-8在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到Uim=8V時，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時，試問：（1）Ui應(yīng)如何變化？（2）Uc應(yīng)如何變化？解：（1）β=Uim*/Idm=8/80=0.1

電流為40A時：Ui=Idβ=40×0.1=4V

電流為70A時：Ui=Idβ=70×0.1=7V（2）Uc增加。2-9在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點正常運行，現(xiàn)因某種原因電動機(jī)勵磁下降一半，系統(tǒng)工作情況將會如何變化？（λ=1.5）答：設(shè)突發(fā)狀況之前的磁通為?1，令此時的磁通為?2，之前的電磁力矩為Te1，此刻的電磁力矩為Te2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒為Tl，電機(jī)勵磁下降一半，則?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜Tl，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜Tl，n會一直下降到0。2-10有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）=10/（0.01s+1），要求設(shè)計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量σ≤5%（按線性系統(tǒng)考慮）。試對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：可選擇積分調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為：W（s）=ki/s，則校正成新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：W新（s）=10Ki/s（0.01s+1），將原系統(tǒng)校正成Ⅰ型系統(tǒng)WⅠ（s）=K/s（Ts+1）以實現(xiàn)無靜差，按σ≤5%要求查表?。篕T=0.5即：10Ki×0.01=0.5，得：Ki=5。2-11調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)],要求用調(diào)節(jié)器將其校正成典型Ⅰ型和Ⅱ系統(tǒng)，確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。解：（1）校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)：選擇調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，Wpi（s）=Kpi（τs+1）/τs；令τ=0.25，則校正之后的新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為W（s）=18Kpi/[τs(0.005s+1)]；WⅠ（s）=K/s（Ts+1），令KT=0.5，則，18Kpi/τ×0.005=0.5，代入τ=0.25，得：Kpi=1.4。（2）校正成典型ⅠI型系統(tǒng)：①傳遞函數(shù)近似處理：Wobj（s）=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)]≈18/[0.25s(0.005s+1)]；選擇調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，Wpi（s）=Kpi（τs+1）/τs；校正之后的新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為W（s）=18Kpi（τs+1）/[0.25τs2（0.005s+1)]；WⅡ（s）=K（τs+1）/s2（Ts+1），令h=5，h=τ/T=τ/0.005=5，則τ=0.025；K=（h+1）/2h2T2=18Kpi/0.25τ，代入τ，T，h，得：Kpi=1.67。解：要校正為II型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可為PI，其其中：因系統(tǒng)超調(diào)量б≤30%，查表h=7可滿足要求=hT=7×0.02=0.14(s)解：要校正為I型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可為PI，其其中：按б≤4.3%，取KT=0.5，則K=0.5/0.005=100,Ki=100/72=1.39,解：要校正為II型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可為PI，其其中：h=5查表：б≤37.6%，ts=9.55T=9.55×0.005=0.047(s)解：（1）轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)可為PI，其因б≤10%，取h=5,有而故故其中：（2）電流環(huán)為I型系統(tǒng)，其Wci=kI=136.24s-1校驗近似條件：（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件（2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的近似條件滿足近似條件（3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件解：U*n=5V時的轉(zhuǎn)速故（2）系統(tǒng)突然失磁時，故：n=0,Un=0,U*i=U*im=10v,Ui=-U*im=-10VId=Idm=30A(1)(3)轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：其中：h=5(4)當(dāng)h=5時，查表2-7可得：查表可得：解：ACR調(diào)節(jié)器校正成I型系統(tǒng)，采用PI調(diào)節(jié)器校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)電流超調(diào)量取ASR選用PI調(diào)節(jié)器取h=5,則查表2-6得4)適合像提升機(jī)這樣的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。答：待逆變指逆變器的控制角大于90°，但逆變器除環(huán)流外，沒有流過負(fù)載的電流，也就沒有電能回饋電網(wǎng)。答：在正向制動過程中，各變量的動態(tài)波形如下：I本橋逆變階段：Idl下降為0，ASR和ACR均飽和，Ui*=Uim*,Uc=-Ucm,VF處于逆變狀態(tài)，VR處于待整流狀態(tài)。電流和轉(zhuǎn)速同向，屬電動狀態(tài)。II1反向建流階段：ASR和ACR仍飽和限幅輸出，VF處于待逆變狀態(tài)，VR處于整流狀態(tài)。電動機(jī)反電動勢E與Ud0r共同作用，迫使Idl反向電流快速上升，電流和轉(zhuǎn)速反向，屬它組反接制動狀態(tài)。II2：它組逆變子階段：ASR仍飽和限幅輸出，Ui*=Uim*,ACR退出飽和參與電流調(diào)節(jié)。VF處于待整流狀態(tài)，VR處于逆變狀態(tài)。電機(jī)屬它組回饋制動，把動能---電能----回饋電網(wǎng)。II3：反向減流子階段：這過程狀態(tài)跟II2相同，只是由于電機(jī)不能維持電流恒值，電流不斷減少，最后電機(jī)速度減到0。交流變壓調(diào)速優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單，只要配置一套調(diào)壓器就行，缺點帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速范圍有限，只適合于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。如果需要帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，需要配置高電樞電阻的交流力矩電動機(jī)，再增加調(diào)節(jié)器和測速裝置，構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，就可以擴(kuò)大調(diào)速范圍。答：不能。電流源變頻器的諧波要小于電壓源變頻器。希望得到正弦波電流，才能使電機(jī)產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)矩就不會脈動。答：直流PWM用直流調(diào)制等腰三角波，交流PWM用正弦波調(diào)試等腰三角波。M3~電壓檢測泵升限制電流檢測溫度檢測電流檢測單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時兼有無功功率交換的作用。控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動逆變器工作的PWM信號，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動逆變器工作的PWM信號。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)，或用32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。PWM信號產(chǎn)生