电力拖动自动控制系统问题解答.docx
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1、习题解答(供参照)习题二2.2 系统的调速范围是IoOO-100min,规定静差率s=2%,那么系统容许的静差转速降是多少?解:z=%(1_*=100OX0.02/(10X0.98)=2.04w系统容许的静态速降为2.04加。2.3 某一调速系统,在额定负载下,最高转速特性为他max=1500rmin,最低转速特性为“min=150”min,带额定负载时的速度降落AiN=15min,且在不一样转速下额定速降不变,试问系统可以到达的调速范围有多大?系统容许的静差率是多少?解:1)调速范围O=%mn(均指额定负载状况下)max=max-1500-15=1485wmin=minnN=150-15=1
2、35=axin=1485/135=112) 静差率S=A%=15/150=10%2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V,In=378A,nN=1430r/min,Ra=O.023。相控整流器内阻RreC=O.022Q。采用降压调速。当生产机械规定s=20%时,求系统的J调速范围。假如s=30%时,则系统的调速范围又为多少?解:Ce=(UN-=(220-378x0.023)1430=0.1478V6mn=INRlCe=378(0.023+0.022)/0.1478=115rpmD=IINS/n(l-s)=14300,2115(1-0.2)=3.1D=Sn(l-5)=14300.3l1
3、5(1-0.3)=5.332.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机PN=6(洪W,UN=220V,=3()5A,nN=l(XX)rmin,主电路总电阻R=0.18,Ce=0.2Vmin/r,求:(1)当电流持续时,在额定负载下的转速降落/V为多少?(2)开环系统机械特性持续段在额定转速时口勺静差率S,V多少?(3)若要满足D=20,sW5%的规定,额定负载下的转速降落又为多少?解:(1)njv=ZjvXRICe=3050.18/0.2=274.5r/min(2) SN=NInO=274.5/(1000+274.5)=21.5%(3) n=11nSD(-s)l(XX)0.052
4、00.95=2.63rmin2.6有一晶闸管稳压电源,其稳态构造图如图所示,己知给定电压U:=8.8V、比例调整器放大系数Kp=2、晶闸管装置放大系数KS=I5、反馈系数Y=O.7。求:(1)输出电压Uq(2)若把反馈线断开,Ud为何值?开环时的输出电压是闭环是的多少倍?(3)若把反馈系数减至=0.35,当保持同样的输出电压时,给定电压U:应为多少?解:(1)Ud=KpKsU/(1+KpKs)=2158.8(1+2150.7)=12V(2) Ud=8.8x2x15=264V,开环输出电压是闭环的22倍(3) U:=Ud(1+KpKs)/XTpXT5=12(1+2150.35)/(215)=4.
5、6V2.7某闭环调速系统的调速范围是1500rmin150rmin,规定系统H勺静差率S5%,那么系统容许的静态速降是多少?假如开环系统的静态速降是100rmin,则闭环系统的开环放大倍数应有多大?解:1)D=nNs/11n(-s)10=15002%,zv98%ZIN=15002%/98%10=3.06r/min2) K=/wcJ-l=1003.06-l=31.72.8 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8rmin,假如将开环放大倍数提高到30,它的速降为多少?在同样静差率规定下,调速范围可以扩大多少倍?解:P=(1+K)Ancl=(1+15)8=128假如将开环放
6、大倍数提高到30,则速降为:ncl=np(l+K)=128/(l+3)=4.13pm在同样静差率规定下,D可以扩大/A&2=1.937倍2.9 有一V-M调速系统:电动机参数PN=2.2kW,Un=220V,In=12.5A,nN=1500rmin,电枢电阻Ra=1.5C,电枢回路电抗器电阻RL=O.8Q,整流装置内阻RrcC=I.OC,触发整流环节的放大倍数KS=35。规定系统满足调速范围D=20,静差率SV=I0%。(1)计算开环系统的静态速降Anp和调速规定所容许H勺闭环静态速降And。(2)采用转速负反馈构成闭环系统,试画出系统H勺原理图和静态构造图。(3)调整该系统参数,使当Un*=
7、15V时,Id=lN,11=11n,则转速负反馈系数应当是多少?(4)计算放大器所需的放大倍数。解:n=(UN-INxRa)/Ce=Cr=(220-12.51.5)/1500=201.25/1500=0.I34Vminr=t=INXR/C=I2.53.3/0.134=307.836r/minjv=即s/(0(I-S)=I500X10%/(20*90%)=8.33rmin因此,nef=8.33rrrrin(2)3 + /UCudKp Ks Una -/小o+ EnlCe -r-(4)=(Kp&U:-/(Ce(I+K)=m(l+K)-%R/(Q(I+K)K=(%/)-l=307.836/8.33-
8、1=35.9551500=35.95515a(l+35.955)-12.53.3/(0.134(1+35.955)可以求得,35.955*0.134 35*0.0096zza=0.96Vminr14.34也可以用粗略算法:U:XUn=Cm,=0.01n1500t=KCe!KSa,KP=35.9550.134/(350.01)=13.762.10 在题2.9H勺转速负反馈系统中增设电流截止环节,规定堵转电流m2m临界截止电流dcr1.2N,应当选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻?规定电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的1/3,假如做不到,需要增长电流反馈放大器,试画出系统的原理图和静态构造图,
9、并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少?解:(1)Idhl(R3)(2)不符合要求,取K=I1,需加电流反馈放大器由于需要的检测电阻值大,阐明规定的电流信号值也大。要同步满足检测电阻小和电流信号大的规定,则必须采用放大器,对电流信号进行放大。为此,取凡=L,则Uttra=小用=15XL1=16.5V(3)当时,有=psu/Ce(1+K)HKPK内依3-Ucotn)/Ce(I+C)-Ce(l+K)=kpKR:+KjUwJ/C(1+K)H(R+KPK禺Rs)I/。+K)当n=0时,G=KpKx(u:+KiUctm)/(R+KPKKR)H+KUqlKK25=(15+16.5K
10、J/1.1K,nK,=15/(22.5-13.5)=1.362.11 在题2.9的系统中,若主电路电感L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量GD2=1.6N11,整流装置采用三相零式电路,试判断按题2-9规定设计H勺转速负反馈系统能否稳定运行?如要保证系统稳定运行,容许的最大开环放大系数是多少?解:L=50m,GD2=i.6Nm2f%=3.3,Ce=034V/rpm7;=L=0.05/3.3=0.01557;=G2&/(375CC)=I.6x3.3/(375x0.134x0.134x30/3.14)=5.28/64.33=0.082sZ=0.003335K35.955相矛盾,故系统不稳定。要使系
11、统可以稳定运行,K最大为30.52。2.12 有一种晶闸-电动机调速系统,己知:电动机:Pn=2MW,Un=22(V,In=15.64,zljv=1500rmin,(=1.5。,整流装置内阻RreJIQ,电枢回路电抗器电阻RLo8。,触发整流环节的放大倍数&=35。(1)系统开环工作时,试计算调速范围。=30时的静差率S值。当0=30,S=I0%时,计算系统容许的稳态速降。如构成转速负反馈有静差调速系统,规定0=30,S=Io%,在U:=IOV时=/心=n,计算转速负反馈系数。和放大器放大系数Kp。解:Ce=(220-15.61.5)1500=0.1311Vin/r(1)q,=ZyvX2.ZC
12、f=15.6330.1311=392.68r/minnmin=1500/30=50S=阻,/0min=392.68/(392.68+50)=88.7%(2)0.1=(a乂+50)=5/0.9=5.56rmin=KPKSU;/C+K)RJd/CeQ+)K=KpaKsCe1500=KpKsU/Ce(1+c)-(jR15.6)/Ce(1+K)70A时,U;应从4V=7V变化。2) UC要有所增长。3) UC取决于电机速度和负载大小。由于UdO=E+L6=C,v+&4jj-UdO=C+AR)LKJKs3.5某反馈控制系统己校正成经典I型系统。已知时间常数T=O.1s,规定阶跃响应超调量。10%o(1)
13、系统的开环增益。(2)计算过渡过程时间和上升时间。;(3)绘出开环对数幅频特性。假如规定上升时间0.25s,则K=?,b%=?解:取KT=0.69,J=0.6,b%=9.5%(1)系统开环增益:K=0.69/T=0.69/0.1=6.9(1/s)(2)上升时间tr=3.3T=().33S过度过程时间:3t=6T=60.1=0.6S飙(3)如规定。0.25s,查表3-1则应取KT=I4=0.5,。=2.47=2.4*0.1=0.24S这时K=lT=10,超调量=16.3%。3.6 有一种系统,其控制对象H勺传递函数为W的G)=A、=而*f,规定设计一种无静差系统,在阶跃输入下系统超调量b%W5%
14、(按线性系统考虑)。试对系统进行动态校正,决定调整器构造,并选择其参数。解:按经典I型系统设计,选KT=0.5,=0.707,查表31,得cr%=4.3%选I调整器,WG)二(,校正后系统的开环传递函数为W(三)=,这样,T=0.0LK=10r,已选KT=0.5,则K=0.5f=50,因此s(0.015+1)z=10K=IO50=02S,积分调整器:W(5)=-os0.2S3.7 有一种闭环系统,其控制对象的传递函数为W(s)=Vi下=+d,规定校正为经典11型系统,在阶跃输入下系统超调量。W30%(按线性系统考虑)。试决定调整器构造,并选择其参数。解:应选择Pl调整器,%(s)=66+D.校
15、正后系统的开环传递函数W(三)=KMrKD&,sss(Ts+1)对照经典11型系统,K=KPKy丁=仃,选h=8,查表34,%=27.2%,满足设计规定。这样汇=ZzT=8*0.02=0.16s,K=-4=7=175.78,KR=KTK=175.78*0.16/10=2.812h2T22*82*0.022p,3.8 8在一种由三相零式晶闸管整流装置供电H勺转速、电流双闭环调速系统中,已知电动机时额定数据为:Pn=60kW,Un=220V,In=308A,11n=1OOOrZmin,电动势系数Ce=O.196Vminr,主回路总电阻R=0.18Q,触发整流环节的放大倍数K,二35。电磁时间常数7
16、;:0.012s,机电时间常数Tm=O.12s,电流反馈滤波时间常数2=0.0025s,转速反馈滤波时间常数为=0.015s。额定转速时时给定电压(U,%=10V,调整器ASR,ACR饱和输出电压Ui8V,Uc0=6.5Vo系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=IO,电流超调量3W5%,空载起动到额定转速时的转速超调量W10%。试求:(1)确定电流反馈系数B(假设起动电流限制在11n以内)和转速反馈系数。(2)试设计电流调整器ACR,计算其参数Ri,、C、Coio画出其电路图,调整器输入回路电阻Ro=40A(3)设计转速调整器ASR,计算其参数Rn、C11、Co110(Ro=40k)(
17、4)计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时H勺转速超调量。o(5)计算空载起动到额定转速日勺时间。解:(1)=Ui/Idtn=8V/(1.1*Zjv)=8V/339A=0.0236V/Aa=101000=0.01Vminr(2)电流调整器设计确定期间常数:)7;.=0.003335b)E=0.0025sc)Ti=Tw-Ts=0.0025+0.00333=0.00583s,(7 + i)TiS电流调整器构造确定:由于C5%,可按经典I型系统设计,选用Pl调整器,电流调整器参数确定:耳=4=0.0125,选(&=0.5,&=0.5/%=85.76上,= 0.224。KER85.76x0012x
18、018Ks350.0173校验等效条件:%.=K1=85.76y,幻电力电子装置传递函数的近似条件LL=-1=101.013Ts30.00333份忽略反电势的影响的近似条件:C)电流环小时间常数的近似条件,口二=4屋C “1八八八U3 V TSTOi 3 V 0.00333 X 0.0025= 115.525, d可见满足近似等效条件,电流调整器的实现:选=40K,则:Ri = KiRQ= 0.224 4()K = 8.96K,取 9K.由此 Ci = i / /?, = 0.012 / (9 103) = 1.33FCOi = % / % = 4 X 0.0025 40103= 0.25 F
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