电力拖动自动控制系统(陈伯时)知识点复习
电力拖动自动控制系统(陈伯时)第3章直流调速系统的数字控制
……
0 …… -127 -128
……
00H …… FFH
……
00H …… 81H 80H
……
80H …… 01H 00H
21
47电力拖动自动控制系统 运动控制系统
(3). 输出变量
可以用开关量直接控制功率器件 的通断，也可以用经D/A转换得到的 模拟量去控制功率变换器。
直流PWM功率变换器
晶闸管可控整流器
47电力拖动自动控制系统 运动控制系统
32
检测回路
检测回路包括电压、电流、温度和 转速检测（数字测速）,其中：
转速检测用数字测速； 电压、电流和温度检测由
A/D 转换通
道变为数字量送入微机。
47电力拖动自动控制系统 运动控制系统
33
电流和电压检测 电流和电压检测除了用来构成相应 的反馈控制外，还是各种保护和故障 诊断信息的来源。电流、电压信号也 存在幅值和极性的问题，需经过一定 的处理后，经A/D转换送入微机，其 处理方法与转速相同。
7
数字化
离散信号经保持 器保持后，还须经过 数字量化，即用一组 数码（如二进制码） 来逼近离散的模拟信 号。
N(nT)
O
保持
n
Na(nT)（电压）Nd(nT)（数码）
47电力拖动自动控制系统 运动控制系统
8
离散化和数字化的负面效应
离散化:时间上的不连续性； 数字化:量值上的不连续性。
负面效应：
电枢电流允许过载倍数1.5，考虑到调节过程中瞬时值可能超过该值，故实际取值为 1.8 倍的额定电枢电流,因此，电枢电流的存储系数： 215-1 1.8*136A 额定转速为1460r/min，取nmax=1.3 倍的额定转速，则转速的存储系数为： 215-1
电力拖动自动控制系统——运动控制系统 第4版 (阮毅 陈伯时 著) 机械工业出版社 复习提纲
第一章1.运动控制系统的基本结构和组成，对每个部件结构的理解；2.运动控制系统的转矩控制规律，系统运动方程的理解，运动控制系统稳定充要条件，电机的机械特性曲线，负载特性曲线及其二者关系，复习电机学相关知识。
第二章1.理解直流调速系统电源，V-M系统和PWM系统的比较；2.掌握直流调速系统调速指标，系统调速范围、净差率和额定速降的关系；3.掌握直流调速速度反馈的数学模型，理解开环系统机械特性和闭环系统机械特性关系和闭环系统控制的本质；转速负反馈系统结构，静态参数设计方法；4.掌握直流调速系统稳定性条件及控制器的设计计算；5.掌握直流调速数字控制的本质，测速方法；6.理解电流截止负反馈系统结构。
第三章1.掌握直流调速转速、电流反馈控制系统的组成，控制器动态过程分析；2.深入理解转速调节器和电流调节器作用和动态控制过程；3.深入理解转速调节器和电流调节器的工程设计方法，控制器限幅设计方法和原理；4.掌握转速调节器和电流调节器的工程设计方法及其基于运放电路的控制器设计。
第四章1.理解桥式可逆PWM变换器原理；2.理解V-M三相桥式反并联可逆调速电路结构、V—M三相桥式交叉连接可逆调速电路结构、V-M三相零式反并联可逆调速电路结构、逻辑无环流可逆调速系统电路结构；3.理解V-M逻辑无环流可逆调速系统过渡过程分析，强磁直流调速系统控制原理。
第五、六、七、八章1.理解异步电机的调速方法与气隙磁通；2.掌握异步电机调压调速系统的基本调速方法原理和应用；.3.掌握异步电机变压变频调速基本原理，掌握基频以上和以下的调速方法；掌握异步电机变压变频调速的机械特性和转矩特性4.掌握异步电机转差功率调速基本原理；5.掌握交流电机矢量控制基本控制原理；6.掌握交流电机直接转矩控制基本控制原理；7.掌握交流电机串级调速基本原理、系统结构和机械特性。
《电力拖动自动控制系统》辅导
《电力拖动自动控制系统》辅导《电力拖动自动控制系统》是工业自动化专业的主要专业课之一。
本课程教材采用陈伯时主编的《电力拖动自动控制系统》（修订版）。
本课程的教学内容分为二大部分。
第一部分是以直流电动机为控制对象的直流拖动控制系统，主要包括教材中第二章至第五章，介绍直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法。
第二部分是以交流电动机为控制对象的交流拖动系统，主要包括教材中第六章至第八章，主要对交流拖动系统中的一些基本理论、基本环节和控制规律进行了分析。
为便于同学们复习，下面给出各章复习要求，并提供一份模拟练习题。
第一部分：复习要求第一章结论【本章重点】1. 电力拖动控制系统的基本类型：1) 直流电机拖动控制系统的基本类型；2) 交流电机拖动控制系统的基本类型。
2. 现代电力拖动控制系统的物质基础。
第二章闭环控制的直流调速系统【本章重点】1. 转速控制的要求和调速指标：l）调速范围 D ；2）静差率 S3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系。
2．闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图。
3．开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较。
4．闭环系统能够减少稳态速降的实质。
5．反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）。
6．反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算。
7．截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性。
8．反馈控制闭环调速系统的动态数学模型的建立、动态结构图、传递函数、以及稳定条件。
9． PI 调节器的设计。
10．无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构。
积分调节器与比例调节器的区别。
比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别。
11．无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算。
第三章多环控制的直流调速系统与调节器的工程设计方法【本章重点】1．转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括：双闭环直流调速系统的原理框图和稳态结构图。
电力拖动自动控制系统_(第三版)_陈伯时
1-17在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？并说明理由。
答：转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响，因为系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度， 。例如，若给定应为15V～1500转；当给定发生错误为13V时，转速n不为1500转。当反馈检测环节的精度不准时，即α有误差时，转速n也不为1500转。
1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为 ，最低转速特性为 ，带额定负载时的速度降落 ，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：思路一：
系统能够达到的调速范围为：
系统允许的静差率：
思路二：
系统允许的静差率：
系统能够达到的调速围为：
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 ，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？
（1）系统开环工作时，试计算调速范围 时的静差率s值。
（2）当 ， 时，计算系统允许的稳态速降。
（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求 ， ，在 时 ， ，计算转速负反馈系数 和放大器放大系数 。
（4）如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求在 时， ， ，并保持系统原来的开环放大系数 不变，试求在 时的静差率。
②抵抗扰动，服从给定。
③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。
（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比会改变转速，因为反馈信号与给定信号的比较值发生了变化，破坏了原先的平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号与给定信号达到新的平衡为止。
电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)第18讲.
其中，Pm(1- s)项随s的变化和串级调速时一样，而 所串电阻越大时，pCus越大，∑p也越大，因而效率 R越低，几乎是随着转速的降低而成比例地减少。
效率的比较
串级调速系统的总 效率是比较高的， 且当电动机转速降 低时，sch的减少 并不多。 而绕线转子异步电 动机转子回路串电 阻调速时的效率几 乎随转速的降低而 成比例地减少。
整流器和逆变器容量
选择主要依据其电流与电压的定额。 电流定额决定于异步电动机转子的额定电 流和所拖动的负载IrN； 电压定额则决定于异步电动机转子的额定 相电压（即转子开路电动势Er0）和系统的 调速范围D。这里，
D nsyn n0 min
其中，n0min是调速系统的最低转速，对应于最大 理想空载转差率s0max，由式（7-7）可得
（7-30）
式中 n0 —不同占空比时的理想空载转速； nsyn—异步电动机的同步转速。
2．系统的功率因数
在斩波控制时， 逆变角设定为 min， 则逆变器从电网吸 收的无功功率可减 到最小程度。图716绘出了带恒转 矩负载的斩波控制 串级调速系统在不 同转差率下的功率 因数。
斩波控制串 级调速系统
常规串级调 速系统
图7-16 两种串级调速系统的功率因数比较
*7.4.4 串级调速装置的电压和容量 串级调速装置是指整个串级调速系统 中除异步电动机以外为实现串级调速而附 加的所有功率部件，包括转子整流器、逆 变器和逆变变压器。从经济角度出发，必 须正确合理地选择这些附加设备的电压和 容量，以提高整个调速系统的性能价格比。
系统比较
图7－17所示的系统与直流不可逆双闭环 调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流 的作用。 所不同的是它的控制作用都是通过异步电 动机转子回路实现的。
电力拖动自动控制系统(陈伯时)知识点复习.
第六章 4．异步电动机变频调速系统常用的主电路形式有哪几种？并画出它们的简图。
答：间接变频装置(交-直-交变频装置和直接变额装置(交—交—变频装置。
电力拖动自动控制系统电力传动控制系统 26
第六章 5．SPWM控制方式 p170 答：SPWM即以正弦波作为调制信号对载波信号进行调制后，产生一组等幅而脉冲宽度正比干正弦波的矩形脉冲。
将该组脉冲作为逆变器开关元件的控制信号，从而在逆变器负载上 (多为异步电动机得到与控制信号波形相同，等效于正弦波的驱动电压。
电力拖动自动控制系统电力传动控制系统 27
第六章 6．何谓单极性调制和双极性调制？ P170~171 答：在脉冲调制方式中，若载波信号与基准信号在调制过程中，两者的极性关系始终保持不变，则为单极性调制。
若载波信号极性随时间变化而不断正、负变化，即为双极性调制。
电力拖动自动控制系统电力传动控制系统 28。
电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-2-3直流拖动控制系统
n
2U 2
cos[sin(
6
)
sin(
6
)ectg
]
Ce (1 ectg )
(1-10)
Id
3 2U2
2R
[cos(
6
) cos(
6
)
Ce n]
2U 2
式中 arctg L ； — 一个电流脉波的导通角。
R
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
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（3）电流断续机械特性计算
当阻抗角 值已知时，对于不同的控制 角 ，可用数值解法求出一族电流断续时的
1
LP
VT
T
c1
2
c2
L
b1 a1
b2 M
a2
并联多重联结的12脉波整流电路
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
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1.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为
n
1 Ce
(U d0
Id R)
1 Ce
m ( π Um
sin
π m
cos
Id R)
（1-9）
式中 Ce = KeN —电机在额定磁通下的电动势系数。 式（1-9）等号右边 Ud0 表达式的适用范围如第1.2.1节
R— 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
8
对ud0进行积分，即得理想空载整流电 压平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 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 的关系因整流电
路的形式而异，对于一般的全控整流电路，
电力拖动自动控制系统陈伯时一
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
▲第二代电力电子器件构成的VVVF装置主要的控制模 式是模拟和数字电路实现的矢量控制。
▲第三代电力电子器件构成的VVVF 装置主要的控制 模式是数字电路及软件实现的矢量控制、解耦控制、 模糊控制等。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
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6. 课程的性质、任务和内容
◆本课程性质及其特点：
▲本课程属于专业必修课
▲硬件设备标准化、模块化。采用微处理
机扩大存储器容量的基础上,将硬件设备(
包括微处理器、存储器、I/O、各种接口、
电源等)标准化、模块化,以增强通用性和
提高柔性。
▲软件标准化、模块化,并采用可编程方
式大力开发软件
▲现代控制理论及新型控制技术的开发应
用。现代控制理论与微处理机技术相结合,
实现了自适应调节、观测器等。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
3
2.构成
♦ 电力拖动控制技术是以电动机为对象，以 电力电子技术功率变换器为弱电控制强电的 媒质，以自动控制理论为分析和设计基础， 以电子线路或计算机为控制手段，掌握运动 控制系统的控制规律及设计方法。
以控制规律为主线，根据实际学时，按照 循序渐进的原则组织教学内容。
8
♦ 位置控制系统：即位置随动(伺服)系统。例如：液面位置
的控制，雷达方位角的控制，火炮角位置的控制，机械加 工小的轨迹控制等等。
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第一章
10.闭环控制系统一般由哪几部分组成?有哪些作用量和 被控制量? 答:闭环控制系统一般由给定元件,比较元件,放大校正 元件,执行元件,被控对象,检测反馈元件等组成.系统 有给定量(输入量),反馈量,控制量,扰动量,被控量(输 出量). 11.调速系统中的调节器常用输出限幅电路有哪几种? 答:调节器放大器的输出限幅电路常用输出限幅电路有: (1)输出外限幅电路:二极管箝位的输出限幅电路. (2)反馈限幅电路:二极管箝位反馈限幅电路,三极管 箝位反馈限幅电路,稳压管箝位反馈限幅电路.
13
第一章
16.比例积分(PI)调节器的特点 p42 答:PI调节器的输出电压U0由两部分组成.第 一部分KPUi是比例部分,第二部分 是积分部 分.当t=0突加Ui瞬间,电容C相当于短路,反 馈回路只有电阻Rf,此时相当于P调节器,输出 电压 ,随着电容C被充电开始积分, 输出电压U0线性增加,只要输入Ui继续存在, U0一直增加饱和值(或限幅值)为止.
第六章
2问: 变频器调速系统一般分为哪几类? P165-168 答:(1)变频调速系统一般可分为交流—交流 变频和交流—直流—交流变频两大类,一般常 用的都是交流—直流—交流变频器. (2)按中间回路对无功能量处理方式的不同分 为电压型和电流型两类; (3)按控制方式的不同分为U/f比例控制,转 差频率控制及矢量控制等三类.
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第三章
1.数字PWM调速系统与PWM调速系统有多 大差异? P97~98 答: 两者之间没有本质的区别,主要区别是全 数字PWM调速系统的控制电路应用微机控制, 而一般PWM调速的控制电路应用集成电路控 制,(当然其控制性能比微机控制要差很 多).
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电力传动控制系统
复习课
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第一章
1.脉宽调制 p11 答:利用电力电子开关的导通与关断,将直流 电压变成连续可变的电压,并通过控制脉冲 宽度或周期达到变压变频的目的.
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第一章
2. 直流蓄电池供电的电流可反向的 两象限直流斩波调速系统,已知:电源 电压Us=300V,斩波器占空比为30%, 电动机反电动势E=100V,在电机侧 看,回路的总电阻R=1 .问蓄电池 的电流Id是多少?是放电电流还是充 电电流? p13 答:因斩波电路输出电压u0的平均值: U0=ρ×Us=30%×300=90 V < Ea Id=( U0- E)/ R=(90-100)/1=-10A 是充电电流,电动机工作在第Ⅱ象限 的回馈制动状态, 直流蓄电池吸收能 量.
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第一章
6.分析转速负反馈单闭环调速系统的基本性质,说明 单闭环调速系统能减少稳态速降的原因,改变给定电 压或者调整转速反馈系数能否改变电动机的稳态转速? 为什么? P23~25 答:负反馈单闭环调速系统能够减少稳态速降的实质 在于它的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而 相应地改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变 化. K KU RI n= 稳态转速为: C (1 + K ) C (1 + K ) = n n 从上式可可得:改变给定电压能改变稳态转速;调 整转速反馈系数,则K也要改变,因此也能改变稳态 转速.
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电力拖动自动控制系统 电力传动控制系统
8
第一章
9.闭环控制系统具有良好的抗扰能力和控制 精度的原因 答:闭环控制系统是建立在负反馈基础上,按 偏差进行控制.当系统中由于某种原因使被控 量偏离希望值而出规偏差时,必定产生一个相 应的控制作用去减小或消除这个偏差,使被控 制量与希望值趋于一致,所以闭环控制系统具 有良好的抗扰动能力和控制精度.
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第三章
2. 简述8031单片机全数字直流调速系统的工作原理. p100~101 答: 主电路由4个电力晶体管模块构成的H型PWM变换 器. 采用霍尔电流传感器经A/D转换后将电流反馈信号 Ui送给单片机,有四个电力晶体管的基极驱动电路, 内用光电隔离元件使单片机与主电路隔离,测速发电 机的输出电压Un,速度给定信号Un*,经A/D转换 器将模拟量变成数字量后输入单片机,单片机完成转 速,电流的PI调节控制算法,产生与V-M系统调速相 似的输出控制
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第1章 章
15.有静差系统与无差系统的区别 P40～42 答:根本区别在于结构上(控制器中)有无积分 控制作用,PI控制器可消除阶跃输入和阶跃扰 动作用下的静差,称为无静差系统,P控制器 只能降低静差,却不能消除静差,故称有静差 系统.
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第一章
12.试说明转速负反馈调速系统工作原理. 答:转速负反馈直流调速系统由转速给定,转速调节器ASR,触 发器GT,晶闸管变流器V,测速发电机TG等组成; 当电动机负载TL增加时,电枢电流Id也增加,电枢回路压降增加, 电动机转速下降,则转速反馈电压Ufn也相应下降,而转速给定电压 Ugn不变,U=Ugn-Ufn增加.转速调节器ASR输出Uc增加,使控制 角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于是电动机转速便相 应自动回升,其调节过程可简述为:
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第六章
4.异步电动机变频调速系统常用的主电路形式有哪 几种?并画出它们的简图. 答:间接变频装置(交-直-交变频装置) 和直接变额装置(交—交—变频装置).
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第一章
3. PWM调速系统的开关频率 答: 电力晶体管的开关频率越高,开关动态损 耗越大;但开关频率提高,使电枢电流的脉动 越小,也容易使电流连续,提高了调速的低速 运行的平稳性,使电动机附加损耗减小;从 PWM变换器传输效率最高的角度出发,开关 频率应有一个最佳值;当 开关频率比调速系 统的最高工作频率高出10倍左右时,对系统的 动态特性的影响可以忽略不计.
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第六章
1. 异步电动机变频调速系统中,为什么在实现变频的同时必须使电压 也相应地变化(恒压频比的控制方式)?在低频段为什么要对电压进 行提升补偿?在工频以上的范围变频时,电压还应当变化吗?为什么? P158~160
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第二章
6.直流调速系统有哪些主要性能指标? p19, p62 答:直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和 动态性能指标两个部分. 静态主要性能指标有阔速范围D,静差率s,nN.动 态性能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下两类 性能指标.给定控制信号作用下的动态性能指标有上 升时间tr,调节时间ts (亦称过滤过程时间)和超调量σ %.扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降 Nmax,恢复时间tv.
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第二章
1.双闭环 调速系统拖 动恒转矩负 载在额定情 况下运行, 如调节转速 反馈系数α 使其逐渐减 小时,系统 各环节的输 出量将如何 变化?p54
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Hale Waihona Puke 二章4. 在转速,电流双闭环调速系统中,出现电网 电压波动与负载扰动时,哪个调节器起主要调 节作用? p58~59 答:电网电压波动时,ACR起主要调节作用; 负载扰动时,ASR起主要抗扰调节作用.
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第六章
3.通用变颇器一般分为哪几类?在选用通用变 频器时主要按哪些方面进行考虑? 答:通用变频器通常分为简易型,多功能型, 高性能型等三类,在选择变频器时,一般根据 用途和需要进行选择,主要从变频器的类型, 性能和功能,容量的大小及输出电流大小等几 方面来进行考虑.
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第二章
5.转速电流双闭环系统中,转速调节器,电流调节器的作用? p59 答:转速调节器和电流调节器的作用: (1)转速调节器ASR的作用. 1)转速n跟随转速给定电压Un＊变化?稳态无静差. 2) 2)突加负载时转速调节器ASR和电流调节器ACR均参与调节作用,但 ASR ACR 转速调节器ASR处于主导作用,对负载变化起抗扰作用. 3)其输出电压限幅值决定允许最大电流值. (2)电流调节器ACR的作用 1)起动过程中保证获得允许最大电流. 2)在转速调节过程中,使电流跟随其电流给定电压Un＊变化. 3)电源电压波动时及时抗扰作用,使电动机转速几乎不受电源电压波 动的影响. 4)当电动机过载,堵转时,限制电枢电流的最大值,从而起到安全保 护作用.
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第四章
3.可逆直流调速系统对逻辑装置的基本要求 p131 答:(1)在任何情况下,绝对不允许同时开放正反两组晶闸管变流 器的触发脉冲,必须是一组晶闸管变流器触发脉冲开放工作时, 另一组晶闸管变流器触发脉冲封锁而关断. (2)逻辑装置根据转矩极性信号(Ui＊)和零电流信号进行逻辑判断. 当转矩极性信号(Ui＊)改变极性时,必须等到有零电流信号后,才 允许进行逻辑切换. (3)为了系统工作可靠,在检测出"零电流信号"后再经过"关 断等待时间t1" (t1=2~3ms)延时后才能封锁原工作组晶闸管的触发 脉冲,再经过"触发等待时间t2"延时后,才能开放另一待工作组晶 闸管的触发脉冲.
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4
第一章
4.静差率s与空载转速n0的关系 p19 答:静差率s与空载转速n0成反比,n0下降,s 上升.所以检验静差率时应以最低速时的静差 率 为准.