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宿迁学院自动化专业试题库之：自动控制系统——运动控制系统——陈伯时（3、4）版

第一章 闭环控制的直流调速系统

第一节 可控直流电源—电动机系统——暨直流驱动单元

1．对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以（调节电枢供电电压）的方式为最好。改变（电阻）只能有级调速；减弱（磁通）虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

2．调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。

3．常用的可控直流电源有以下三种：

? 旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 ? 静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

? 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

4．简称为G-M的系统，具有四象限连续运行的功能，国际上通称Ward-Leonard系统。 5．晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Udo ，从而实现平滑调速。

6．用触发脉冲的相位角（控制角）? 控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。Ud0

与触发脉冲相位角（控制角） ? 的关系因整流电路的形式而异；不同整流电路的整流电压值

整流电路 Um m Ud0 单相全波 2U2* 2 0.9U2cos? 三相半波 2U2 三相全波 6U2 六相半波 2U2 3 6 6 1.17U2cos? 2.34U2cos? 1.35U2cos?

7．在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：

? 设置平波电抗器； ? 增加整流电路相数； ? 采用多重化技术。 8．平波电抗器的计算

? 单相桥式全控整流电路L?2.87U2 Idmin? 三相半波整流电路L?1.46U2 IdminU2 Idmin? 三相桥式整流电路L?0.6939．晶闸管触发与整流装置动态结构：考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节

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WS(s)?Udo(s)1 ?KS?Uct(s)TS?s?1 整流电路形式 最大失控时间 Tsmax（ms） 平均失控时间 Ts（ms） 单相半波 20 10 10 5 单相桥式（全波） 三相半波 6.67 3.33 3.33 1.67 三相桥式、六相半波

9．脉冲宽度调制（PWM）变换器的作用是：用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、幅值一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

10．采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM—M调速系统

11．可逆PWM变换器——直流电动机的主电路有多种形式，最常用的是桥式，也称为H形主电路。

12．H形主电路的PWM—M系统，电路中A、B两点间电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，现代最常用的是双极式控制的可逆PWM变换器—电动机系统。

13．双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为

Udo?tonT?ton2tUS?US?(on?1)USTTTton如果设占空比：??T U设调压系数：do??US则：??2??114．双极式控制可逆PWM变换器—电动机系统即PWM——M系统 调速时， ? 的可调范围为0~1， –10.5时， ? 为正，电机正转； ? 当? <0.5时， ? 为负，电机反转； ? 当? = 0.5时， ? = 0 ，电机停止。 15．双极式控制方式的不足之处是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间应设置逻辑延时环节。

16．对于PWM变换器—电动机系统中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，电机制动时不可能回馈电能，只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”

电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。

在大容量或负载有较大惯量的系统中，为了限制电容器过高的泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻Rb 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通。

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第二节 单闭环直流调速系统

17．对于调速系统的转速控制的基本要求有以下三个方面

（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min，额定速降 ?n N = 115r/min，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？

解：

要求S?30%时：D?nN?S1430?0。3??5。3

?n（。7N1?S）115?0nN?S1430?0。2??3。1

?n（。8N1?S）115?0D??nN10?115??0。446?44。6%

nN?D??nN1430?10?115要求S?20%时：D?希望D?10时，静差率：S?19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min，要求静差率S=2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？

解：

1000?10；100

nN?S1000?2则：?nN???2。041ｒ／ｍｉｎD（1?S）10?98根据给定条件：D?20．[2-3；1。5] 某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max=1500r/min ，最低转速为 n 0min=150r/min，带额定负载时的速度降落?nN?15r/min，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？ 解：

根据给定条件，D?n0max??nN1500?15??11；n0min??nN150?15?nN15??0。1?10%；n0min150

根据静差率的定义，S?D??nN11?15或：S???0。1?10%（n0max??nN）?D??nN1485?11?15

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21．[2-4；1。6] 直流电动机：

PN?74kW,UN?220V,IN?378A,Ra?0.023?,nN?1430r/min

晶闸管整流器内阻RS?0.022?

系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S=20%，求系统的调速范围有多大？如果要求静差率S=30%，则系统的调速范围又有多大？

解：

首先求取额定负载下的速度降落：U?INRa220?378?0。023Ce?N??0。1477V/rpmnN1430?nNop?IN?R?378?0。045??115rpmCe0。1477

nN?SD??n（N1?S）1430?20?3。1115?801430?30要求S?30%；D??5。3115?70要求S?20%；D?22---1．[例题]

某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW、220V、

305A、1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R??0.18?，电动机电动势系数Ce?0.2V/rpm。如果要求调速范围 D = 20，静差率5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？

解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm?nNop?D?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2nN?S?n（N1?S） 1000?5要求S?5%；D??0.19274.5?95D??nN20?274.55490要求D?20则S????0.8?80%nN?D??nN1000?20?274.56490开环系统不能满足要求，满足这个要求需要负反馈：nN?S1000?5要求?nNcl???2。63r/minD（?1?S）20?95

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22---2。[2-5；1.7] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：

求： PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。18?。⑴ 当电流连续时，在额定负载下的转速降落

⑵ 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率

⑶ 额定负载下的转速降落为多少，才能满足D = 20，静差率S≤5%的要求 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm⑴?nNop?⑵SN?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2 ?nN?nN274。5???0。215?21。5%n0nN??nN1000?274。5⑶满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?nN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?9522---3。[尔例2-1——2-2] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，

已知电动机额定数据如下：

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。18?。

V/rpm 且已知晶闸管与触发装置的放大倍数KS?30，转速负反馈系数??0.015为满足D = 20，静差率S≤5%的要求：⑴ 开环系统能否满足要求？⑵ 接成转速负反馈单闭环系统，为满足要求，计算放大器的电压放大系数！

解：

首先求取额先求取额定速度降落：?Ce?0。2/rpm⑴?nNop?⑵SN?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2?nN?nN274。5???0。215?21。5%?5%n0nN??nN1000?274。5不能满能满足⑶满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?K??nN?op?nN?clnN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95274.5?1??1?103.42.63 KP?KCe103.4?0.2??45.94KS??30?0.015宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 5 - 2010年10月4日星期一

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