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习题解答
1
第 1 章 单环控制直流调速系统
1-1 什么叫调速范围?什么叫静差率?调速范围与静态速降和最小静差率有什么关系?如
何扩大调速范围?为什么?
答:最高转速和最低转速之比叫做调速范围,
minmin
max
n
n
n
n
D
N
。
静差率是负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δ n
N
与理想空载转速n
0
之比
0
n
n
s
。
调速范围、静差率和额定速降之间的关系是:
(1 )
N
N
ns
D
ns
只有设法减小静态速降Δ n
N
才能扩大调速范围,减小静差率,提高转速的稳定度。
1-2 在直流调速系统中,改变给定电压能否改变电动机的转速?为什么?若给定电压不变,
调整反馈电压的分压比,是否能够改变转速?为什么?
答:改变给定电压可以电动机的转速,因为系统对给定作用的变化唯命是从;调整反馈电压
的分压比可以改变转速,因为
*
n
U
n
。
1-3 转速负反馈系统的开环放大系数为 10,在额定负载时电动机转速降为 50r/min,如果将
系统开环放大系数提高为 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:
50 / m in
N
nr
,
10K
又
K
n
n
op
cl
1
,则
550 / m in
op
nr
开环放大系数提高为 30,
,
550
17.74 / m in
1 1 30
cl
op
n
nr
K
由
(1 )
N
cl
ns
D
ns
,
s
和
N
n
不变,则
2 1 1
50
2.8 2
17 .74
D D D
所以,在同样静差率要求下,调速范围可以扩大 2.82 倍.
1-4 某调速系统的调速范围是 100~1000 r/min,要求 S=5%,系统允许的静态转速降是多少?
如果开环系统的静态转速降为 50 r/min,则闭环系统的开环放大系数应为多大?
解:
m ax
m in
1000
10
100
n
D
n
10 00 0.05
(1 ) (1 0.0 5)
N
cl cl
ns
D
n s n
,
5.26 / m in
cl
nr
又
K
n
n
op
cl
1
,则
50
1 8.5
5.2 6
K
1-5 某调速系统的调速范围 D=10,额定转速 n
N
=1000 r/min,开环转速降 Δn
N
=200 r/min,
若要求系统的静差率由 15%减小到 5%,则系统的开环放大系数将如何变化?
解:
1
100 0 0.15
17.65 / m in
(1 ) 10 (1 0.1 5)
N
cl
ns
nr
Ds
2
100 0 0.05
5.26 / m in
(1 ) 10 (1 0.0 5)
N
cl
ns
nr
Ds
1
200
1 1 10.33
17.65
op
cl
n
K
n
,
2
200
1 1 37 .02
5.26
op
cl
n
K
n

电力拖动自动控制系统与 MATLAB 仿真
2
2
1
37 .0 2
3.5 8
10 .3 3
K
K
,开环放大系数扩大 3.58 倍。
1-6 在转速负反馈系统中,当电网电压、负载转矩、励磁电流、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,问系统对它们有无调节能力?为什么?
答:见图。系统对反馈环内前向通道上的扰动作用能够调节,其它无能为力。测速发电机磁
场发生变化不能调节。
1-7 积分调节器有哪些主要功能特点?采用积分调节器的转速负反馈调速系统为什么能使
转速无静差?
答:积分调节器主要功能特点:( 1)延缓作用;(2)积累作用;(3)记忆作用;(4)动态放
大系数自动变化的作用。
在动态过程中,当ΔUn变化时,只要其极性不变,积分调节器的输出Uc便一直增长;只
有达到
*
nn
UU
, ΔUn =0时,Uc才停止上升;不到ΔUn变负,Uc不会下降。ΔUn=0时, Uc
并不是零,而是一个终值;如果ΔUn不再变化,这个终值便保持恒定而不再变化,这是积分
控制的特点。因此,积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无静差调速。
1-10 在无静差调速系统中,如果转速检测环节参数或转速给定电压发生了变化,是否会影
响调速系统的稳态精度?为什么?
答:受它们的影响。因为给定电源和测速发电机的扰动系统无法克服。
因为闭环系统的运作是依靠给定的电源电压发号施令的,如果“指令”发生偏差,系统
必然依令运作,偏离原来的给定值,可见系统的精度有赖于给定电源的精度,高精度系统需
要有高精度的给定电源。
反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。比如测速发电机励磁不稳定,转速
反馈回路中电位器阻值在运行中变大,直流测速发电机输出电压中出现纹波等,闭环系统对
这些误差引起转速的变化是无法克服的。
1-11 设某 V-M 调速系统,电动机参数为 P
N
=2.5kW,U
N
=220V,I
N
=14A,n
N
=1500r/min,电
动机内阻 R
a
=2Ω,整流装置等电阻 R
r
=1Ω,触发整流装置的放大系数 K
s
=30。要求调速范围
D=20,静差率 S≤8%。
(1)计算开环系统的静态速降和调速指标要求的静态速降。
(2)画出转速负反馈组成的单闭环有静差调速系统的静态结构图。
(3)调整该系统参数,使得当
*
n
U
=10V 时,I
d
=I
N
,n=1000r/min,计算转速反馈系数 α。
(4)计算所需放大器放大倍数。
解:(1)
22 0 14 2
0.1 2 8
1500
N N a
e
N
U I R
C
n
,
14 (2 1)
32 8.12 5
0.1 2 8
N
op
e
IR
n
C
)1( SD
Sn
n
N
cl
≤
150 0 0.08
20 (1 0.08)
=6.52(r/min)
328 .1 25
1 1 49.3
6.52
op
cl
n
K
n
(2)单闭环有静差调速系统的静态结构图:

习题解答
3
(3)
1000
10
*
N
nm
n
U
=0.01(V·min/r)
(4)
49 .3
21 .0 3
/ 0 .0 1 3 0 / 0.1 28
P
Se
K
K
KC
1-12 某调速系统如图 1-8 所示,已知数据如下:电动机的 P
N
=30 kW,U
N
=220V,I
N
=160A,
n
N
=1000r/min,R
a
=0.1Ω,整流装置内阻 R
r
=0.3Ω,K
s
=40,额定转速时给定电压
*
n
U
=12V,
主回路电流最大时电流反馈电压整定为 10 V。
调速系统要求是 D=40,S≤0.1,堵转电流 I
dbl
=1.5I
N
,截止电流 I
dcr
=1.1I
N
。
(1)试画出调速系统静态结构图。
(2)计算转速反馈系数。
(3)计算放大器的放大系数 K
P
及其参数 R
0
和 R
1
。
(4)计算稳压管的稳压值。
解:(1)调速系统静态结构图:
(2)
*
12
1000
nm
N
U
n
=0.012(V·min/r)
(3)
22 0 160 0.1
0.20 4
1000
N N a
e
N
U I R
C
n
,
16 0 (0.1 0.3)
313
0.2 04
N
op
e
IR
n
C
)1( SD
Sn
n
N
cl
≤
100 0 0.1
40 (1 0 .1)
=2.78(r/min)
313
1 1 1 11.6
2.78
op
cl
n
K
n
11 1.6
48
/ 0 .012 40 / 0.20 4
P
Se
K
K
KC
,
10
48 2 0 960
p
R K R k
(4)
10
0.0 417
1.5 160
im
dm
U
I
1.1 0.0417 1.1 160 7.33
br dcr N
U I I V

电力拖动自动控制系统与 MATLAB 仿真
4
1-13 某调速系统原理图如图 1-26 所示,已知数据如下:直流电动机 P
N
=18kW,U
N
=220V,
I
N
=94A,n
N
=1000r/min,R
a
=0.15Ω,整流装置内阻 R
r
=0.3Ω,触发整流环节的放大倍数 K
s
=40。
最大给定电压
*
n
U
=15V,当主电路电流达到最大值时,整定电流反馈电压 U
im
=10V。
设计指标:要求系统满足调速范围 D=20,静差率 S≤10%,堵转电流 I
dbl
=1.5I
N
,截止
电流 I
dcr
=1.1I
N
。
(1)试画出调速系统静态结构图。
(2)计算转速反馈系数。
(3)计算放大器的放大系数 K
P
。
(4)计算电阻 R
1
的数值(放大器输入电阻 R
0
=20kΩ)。
(5)计算电阻 R
2
的数值和稳压管 VS 的击穿电压值。
解:(1)调速系统静态结构图:
(2)
*
15
0.015
1000
nm
N
U
n
(3)
22 0 94 0.1 5
0.2 0 59 m in/
1000
N N a
e
N
U I R
C V r
n
94 (0.15 0.3)
20 5.44 / m in
0.2 0 59
N
op
e
IR
nr
C
)1( SD
Sn
n
N
cl
=
100 0 0.1
20 (1 0 .1)
=5.56(r/min)
205 .44
1 1 35.9 79
5.56
op
cl
n
K
n
,取 K=36
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