《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时课后标准答案.doc

闭环控制的直流调速系统
1-1 为什么 PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能? 答:PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性:
(1) 主电路线路简单,需用的功率器件少。
(2) 开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。
(3) 低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,可达 1:10000 左右。
(4) 若与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强。
(5) 功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率较高。
(6) 直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。
1-2 试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时,两个 VT 是如何工作的。
答:在制动状态中,id 为负值,VT2 就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时,先减小控制电压,使U g1 的正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电
压U d 降低。但是,由于机电惯性,转速和反电动势还来不及变化,因而造成 E > U d ,很快使电流 id 反向,VD2 截止,在 ton ≤ t <T时,U g 2 变正,于是VT2 导通,反向电流沿回路
3 流通,产生能耗制动作用。在T ≤ t <T+ ton 时,VT2 关断,−id 沿回路 4 经VD1 续流,向
电源回馈制动,与此同时,VD1 两端压降钳住VT1 使它不能导通。在制动状态中,VT2 和VT1
轮流导通,而VT1 始终是关断的。
在轻载电动状态,这时平均电流较小,以致在VT1 关断后 id 经VD2 续流时,还没有达到
周期T,电流已经衰减到零,这时VD2 两端电压也降为零,VT2 便提前导通了,使电流反向, 产生局部时间的制动作用。
1-3 调速范围和静差率的定义是什么?调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关
系?为什么说“脱离了调速范围,要满足给定的静差率也就容易得多了”? 答:生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围,用字母D表示,即
D = nmax
nmin

其中,nmax

和 nmin

一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速,对于少数负
载很轻的机械,可以用实际负载时的最高和最低转速。
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时所对应的转速降落,与理
想空载转速之比,称作静差率 s,即或用百分比表示
s = ΔnN
n0
s = ΔnN ×100%
n0
在直流电动机变压调速系统中,一般以电动机的额定转速 nN 作为最高转速
则 s = ΔnN
n0
= ΔnN
nmin + ΔnN
∴ nmin
= ΔnN
s
−ΔnN
= (1 − s)ΔnN
s
D = nmax
nmin
= nN S
ΔnN (1 − S )
由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调
速系统, ΔnN 值一定,如果对静差率要求越严,即要求 s 值越小时,系统能够允许的调速
范围也越小。一个调速系统的调速范围,是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范
围。
1-4 某一调速系统,测得的最高转速特性为 nO max = 1500r / min ,最低转速特性为
nO min = 150r / min ,带额定负载时的速度降落ΔnN = 15r / min ,且在不同转速下额定速降
ΔnN 不变,试问系统能够达到的调速范围有多大?系统允许的静差率是多少?
解 系统能够达到的调速范围为
D = nmax
nmin

= 1500
150 − 15

= 11
系统允许的静差率
s = DΔnN
nN + DΔnN
×100% =
11×15
1500 + 11×15
×100% = 10%
1-5 某闭环调速系统的调速范围是 1500~150r/min,要求系统的静差率 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 100r/min,则闭环系统的开环放大倍
数应有多大?
解 因为
s = ΔnN
n0
= ΔnN
nmin + ΔnN
Δn = nmin s = 150 × = / min
所以 N
1 − s
1 −
因为 Δncl
= Δnop
1 + K
Δn 100
K = op − 1 = − 1 =
所以 Δncl

1-6 某闭环调速系统的开环放大倍数为 15 时,额定负载下电动机的速降为 8r/min,如