电力拖动自动控制系统-运动控制系统

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题

2-2 调速系统的调速范围是1000~100r/min，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？

解：系统允许的稳态速降

?nN?

snmin0.02?100??2.04(rmin) (1?s)(1?0.02)2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机PN?60kW，

UN?220V，IN?305A，nN?1000rmin，主电路总电阻R?0.18?，Ce?0.2V?minr，求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落?nN为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率sN多少？

（3）额定负载下的转速降落?nN为多少，才能满足D?20,s?5%的要求。

解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落

?nN?INR305?0.18??274.5(rmin) Ce0.2（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率

?nN274.5??0.215?21.5%

nN??nN1000?274.5（3）额定负载下满足D?20,s?5%要求的转速降落

sN??nN?

nNs1000?0.05??2.63(rmin)

D(1?s)20?(1?0.05)

第2章

三、思考题

2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？

答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。

2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。

2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？

答：脉动直流电压。

2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？

答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。

2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否

第2章

三、思考题

2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？

答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。

2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。

2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？

答：脉动直流电压。

2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？

答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。

2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否

实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

一、实验学时：3学时 二、实验类型：验证性 三、开出要求：必修 四、实验目的：

1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

五、实验原理：

晶闸管直流调速系统由晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

六、实验条件：

1．教学实验台主控制屏MCL-32T。 2．MCL—33组件 3．MEL—03组件

4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）

5．直流电动机M03

6．双踪示波器 7．万用表

七、实验步骤：

（一）安全讲解

实验指导人员讲解自动控制系统实验的基本要求，安全操作和注意事项。介绍实验设备的使用方法。

（二）操作步骤

1．电枢回路电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn

为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可

南阳理工学院2011-2012学年第二学期试卷（A卷）

课程：《电力拖动自动控制系统》

考核方式：（闭卷）课程性质：_专业必修课 适用对象：11级电气工程及其自动化专升本 题号 满分 得分

一 30 二 三 四 总分 复核人 评卷人 得分 一、填空题：（每题1分，共30分）

1．运动控制系统的本质是反馈控制，控制对象为 。

2．调节直流电动机转速的三种方法：改变电枢回路电阻调速、减弱磁通调速和 。

3. 调速系统的两个稳态性能指标是调速范围和 。

4. 在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速静差率是开环系统的 。 5. 为了解决直流电机转速负反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题，只在电流大到

一定程度时才出现的电流负反馈称为 。

6. 交—直—交变频器先将恒压恒频的交流电整成直流，再将直流电逆变成电压与频率均可调

的交流，称为

一、判断题

1、自动控制的直流调速系统，往往以调节电枢供电电压为主。（√） 2、在V-M系统中，设置平波电抗器可以抑制电流脉动。（√）

3、在电流断续时，V-M系统机械特性很软，理想空载转速翘得很高。（√） 4、与晶闸管-电动机调速系统相比，直流脉宽调速系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都小。（√）

5、转速、电流双闭环直流调速系统中，当电动机过载甚至堵转时，转速调节器可以限制电枢电流最大值，起快速自动保护作用。（X）

6、按照典型II型系统设计转速调节器时，中频宽h可以任意选择。（X）

7、按照典型II型系统设计转速调节器时，由典型II型系统的开环传递函数可知，K、T、τ都是待定符号。（X）

8、转速、电流双闭环直流调速系统中，对负载变化起抗扰作用的是转速调节器。（√） 9、积分控制可以使直流调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。（√） 10、闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流或转矩间的稳定关系。（√） 1、弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ）

2、采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3、只有一

习题解答（供参考）

习题二

2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：?n?nnsD(1?s)?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm

系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为

n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降

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：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下）

nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11

2) 静差率 s??nNn0?15150?10%

2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？

解：C

习 题 二

2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？

ns解：?n?n?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm D(1?s)系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为 n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降 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：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下）

nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11

2) 静差率 s??nNn0?15150?10%

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000rmin，主电路总电阻R=0.18

Ω,Ce=0.2V?min/r,求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落?nN为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速

电力拖动自动控制系统课程综述

电力拖动自动控制系统课程综述

姓 名：宋文钦

学 号：0705071040

班 级：自动化（1）班

一、 课程简介

电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换，而电力拖动自动控制系统——运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学的发展，对运动控制系统提出新的更为复杂的要求，同时也为研制和生产各类新型控制系统提供了可能。

现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。由此可见，现代运动控制技术已成为电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。

电力拖动自动控制系统是电气工程及其自动化专业的必修课。电力拖动自动控制系统课程的内容包括闭环控制的直流调速系统、多环控制的直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统和位置随动系统。使学生掌握经典直流调速系统的基本概念、基本原理和

实验一 双闭环不可逆直流调速系统调试

一、 实验目的

1、 掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统中的应用。

2、 掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。 二、 系统组成及所需挂件

详见附录一。 三、 实验内容

(一)双闭环调速系统调试原则

①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。 ②先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均

为负反馈后，才可组成闭环系统。

③先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。 ④先调整稳态精度，后调整动态指标。 (二)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试

①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 ③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发