第一章 闭环控制的直流调速系统
1－1 为什么 PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能 答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：
（1） 主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。
（4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 （5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也
不大，因而装置效率较高。
（6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 1－2 试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。
答：在制动状态中，id 为负值，VT2 就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降 速的时候。这时，先减小控制电压，使U g1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电 压U d 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成 E > U d ，很 快使电流 id 反向，VD2 截止，在 ton ≤ t ＜Ｔ时，U g 2 变正，于是VT2 导通，反向电流沿回路
3 流通，产生能耗制动作用。在T ≤ t ＜Ｔ+ ton 时，VT2 关断，?id 沿回路 4 经VD1 续
流，向
电源回馈制动，与此同时，VD1 两端压降钳住VT1 使它不能导通。在制动状态中，VT2 和VT1 轮流导通，而VT1 始终是关断的。
在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1 关断后 id 经VD2 续流时，还没有达到
周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2 两端电压也降为零，VT2 便提前导通了，使电流反向， 产生局部时间的制动作用。
１－３ 调速范围和静差率的定义是什么调速范围、静差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和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即
nD = max nmin
其中，nmax 和 nmin 一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负
载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
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，与理
想空载转速之比，称作静差率 s，即
s = ΔnNn0
或用百分比表示
s = ΔnN n0
×100%
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速 nN 作为最高转速 则
s = ΔnNn0
? = ΔnN nmin + ΔnN
(1 ? s)ΔnN
∴ nmin = ΔnN= s
s ΔnN
nnN SD = max = nmin ΔnN (1 ? S )
由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调 速系统， ΔnN 值一定，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调
速
范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范 围。
１－４ 某一调速系统，测得的最高转速特性为 nO max = 1500r / min ，最低转速特性为
nO min = 150r / min ，带额定负载时的速度降落 ΔnN = 15r / min ，且在不同转速下额
定速降
ΔnN 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
系统能够达到的调速范围为
nD = max = nmin
1500 150 ? 15
系统允许的静差率
= 11
DΔnN×100% =s =
nN + DΔnN
11×15 1500 + 11×15
×100% = 10%
１－５ 某闭环调速系统的调速范围是 1500~150r/min，要求系统的静差率 s ≤ 2% ，那么系
统允许的静态速降是多少如果开环系统的静态速降是 100r/min，则闭环系统的开环放大倍 数应有多大 解
因为 s =
ΔnN
n0
=
ΔnN
nmin + ΔnN
nmin s 150 ×
Δn = = = / minN
所以 1 ? 1 ?
s
Δnop= 1 + K
因为
Δncl
所以
l
K = Δn op Δnc 100
? 1 = ? 1 =
1－6 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 8r/min，如果 将开环放大倍数提高到 30，它的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
（1） 因为
所以
RId Δn = cl C（e 1+K）
RId
（1+15）=128= Δn（cl 1+K）=8× C e
=
则
RI d
n
Δcl
=
128
= / min
C（+ 30 e 1+K） 1
（2） 由 D = nN S ，可知在 s 和 nN不变的情况下， D 只与 ΔnN 有关
ΔnN (1 ? S ) 调速范围扩大 倍。
1 － 7 某 调速系统的 调速范围 D=20 ，额定 转速 nN = 1500r / min ，开环 转速降 落
ΔnNop = 240r / min ，若要求系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将如何
变
化
解； 当 s=10%时， Δn
nN s
== 1500×
= / min
N （）（1-s） 20 ×D
Δnop 240
此时 K = ? 1 = ? 1 =
Δncl
nN s 1500× 当 s=5%时，Δ== n N
（1-s） 20 ×D（）= / min
Δnop240
此时 K = ? 1 = ? 1 =
Δncl
则若要求系统的静差率由 10%减少到 5%，则系统的开环增益将变大。
1—8 转速单闭环调速系统有那些特点改变给定电压能否改变电动机的转速为什么 如果给
定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速为什么如果 测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力
答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。
②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特 征之一。
电力拖动自动控制系统第三版陈伯时课后答案
