运动控制系课后习题答案.docx

PAGE PAGE 10 / 38 直流调速系统 第一章思考题与习题 S1.1 ．直流电动机有几种调速方法，其机械特性有何差别？ 答：直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系为 n U a Ce RI a 考虑到他励直流电动机电枢电流与电磁转矩 Te 的关系 Te CT I a ，可以将其机械 特性写成如下形式： 2n n0 Te 2 式中 n0 U a / Ce 称作理想空载转速， R / CeCT 为机械特性的斜率。 由上式可知，有以下三种调节直流电动机转速的方法： 改变电枢回路电阻 R （图 1-2 ）。 n R1R2 n0  Ra 固有 Ra+R1 Ra+R2 人为 O Te 图1-2 改变电枢电阻的人为机械特性 减弱励磁磁通 （图 1-3 ）。 调节电枢供电电压 U a （图 1-4 ）。 1NT 1 N T e 图 1-3 改变磁通的人为机械特性 n UaN Ua1 Ua2 n 0 O O Te 图1-4 调压调速的机械特性 比较三种调速方法可知， 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，实现一定范围内的弱磁升速； 调节电枢供电电压的方式既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性 也很硬 。因此，直流调速系统往往以变压调速为主，仅在基速（额定转速）以上 作小范围的弱磁升速。 S1.2 ．有哪些转速检测方法？如何获得数字转速信号？ 答：常用的转速检测传感器有测速发电机、 旋转编码器等。 测速发电机输出的是转速的模拟量信号；旋转编码器则为数字测速装置。 转速检测传感器输出的模拟信号先经过信号调节器，进行放大、电平转换、 滤波、阻抗匹配、调制和解调等信号处理过程，然后进行 A/D 转换，实现模拟信 号到数字信号的转换， 包括离散化和数字化。 离散化是以一定的采样频率 fs 对模 拟信号进行采样， 即在固定的时间间隔 t 1/ fs 上取信号值。数字化是将所取得 信号值进行数字量化，用一组数码来逼近离散的模拟信号的幅值，逼近程度由 A/D 芯片的位数来决定。 S1.7. 调速范围和静差率的定义是什么 ? 调速范围与静态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 nmax 和最低转速 nmin 之比，称为调 速范围，用字母 D 来表示，即 D nmax nmin 式中， nmax 和nmax 一般都指电动机额定负载时的最高转速和最低转速。 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 ΔnN 与理想空载转速 n0 之比，称为静差率，用字母 来表示，即 ΔnN n0  100% n0 -nN n0  100% 静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的， 它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率就越小，转速的稳定度就越高。 调速范围 D 、静态速降 ΔnN 和最小静差率 之间的关系为 D nN ΔnN (1 ) n n0a n0b  ? nNa a ? nNb b O0 TeN Te 调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的， 必须同时提才有意义。 在调速过程中，若额定速降相同，则转速越低，静差率就越大。如果低速时的静差 率能满足设计要求， 则高速时的静差率就更满足要求了。 因此， 调速系统的静差 率指标应以最低速时所能达到的数值为准。 所以说， 脱离了调速范围， 要满足给定的静差率也就容易得多了。 系统的调速范围是 1000~100r 转速降是多少？ min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的静差 解： n nns D (1 s) 1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm （公式 1-32） 系统允许的静态速降为 2.04rpm 。 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为 n0max 1500r min ，最低转 速特性为 n0min 150r min ，带额定负载时的速度降落 n N 15r min ，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 nmax nmin (均指额定负载情况下） nmax n0 max nN 1500 15 1485 nmin n0min nN 150 15 135 D nmax nmin 1485 135 11 2) 静差率 s nN n0 15 150 10% 1.6 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