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1、电力拖动自动限制系统-运动限制系统 阮毅 陈伯时课后答案包括思索题和课后习题第2章 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 变换器电路的根本构造。 答：直流 变换器根本构造如图，包括 和续流二极管。三相沟通电经过整流滤波后送 往直流 变换器，通过变更直流 变换器中 的限制脉冲占空比，来调整直流 变换 器输出电压大小，二极管起续流作用。2-3 直流 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 变换器-电动机系统比 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流 变换器和晶闸管整流装置均
2、可看作是一阶惯性环节。其中直流 变换器的时 间常数 等于其 限制脉冲周期1 ，而晶闸管整流装置的时间常数 通常取其最大 失控时间的一半1/2。因 通常为 级，而 f 通常为工频50 或 60 为一周内 ，m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 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， 当电动机停顿不动时， 电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电 流？为什么？ 答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流
3、 变换器主电路中反并联二极管有何作用？假如二极管断路会产生什么后果？ 答：为电动机供应续流通道。假设二极管断路那么会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电 压。 2-7 直流 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为假设开关频率特殊高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升 至负载电流时，就已经开场下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电 动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反应回沟通电网，而只能向滤波电容充电，造成电
4、 容两端电压上升。 泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或接受泵升电 压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？ 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电 枢电流增大，从而使电磁转矩增加，到达及负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载 增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：n 1。静差率是用来衡量调速系统在负载变更下转速的稳定度的， 而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变更下转速的着陆
5、的。2-11 调速范围及静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必需同时提才有意义？ 答：n 1。因为假设只考虑减小最小静差率，那么在确定静态速降下，允许 的调速范围就小得不能满足要求；而假设只考虑增大调速范围，那么在确定静态速降下，允许的最 小转差率又大得不能满足要求。因此必需同时提才有意义。2-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？变更给定电压能否变更电动机的转速？为什么？假如给 定电压不变，调整转速反应系数是否能够变更转速？为什么？假如测速发电机的励磁发生了变 化，系统有无克制这种干扰的实力？已验证 答：转速单闭环调速系统增加了转速反应环节由转速检测装置和电压放大器构成 ，可获得比 开环调
6、速系统硬得多的稳态特性，从而保证在确定静差率下，能够提高调速范围。 变更给定电压能变更电动机转速。因为变更给定电压那么变更实际转速反应电压及给定电压的 偏差，从而变更电力电子变换器的输出电压，即变更电动机的电枢电压，变更了转速。 调整转速反应系数而不变更给定电压能变更转速。因为变更转速反应系数那么变更实际转速反 馈电压，而给定电压不变，那么电压偏差变更，从而电力电子变换器输出电压变更，即电动机电 枢电压变更，转速变更。 假设测速发电机励磁发生变更，那么反应电压发生变更，当给定电压确定时，那么电压偏差发生变 化，从而转速变更。故系统无克制测速发电机励磁发生变更干扰的实力。 2-13 为什么用积分
7、限制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调整器的输 入偏差电压0 时，调整器的输出电压是多少？它确定于哪些因素？ 答：因为积分调整器能在电压偏差为零时仍有稳定的限制电压输出，从而克制了比例调整器 必需要存在电压偏差才有限制电压输出这一比例限制的调速系统存在静差的根本缘由。 当积分调整器的输入偏差电压为零时，调整器输出电压应为一个恒定的积分终值。它取决于 输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分调整器的限幅值。 2-14 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？为什么？ 答：照旧受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零
8、，因此假设给点电 源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反应电压发生变更，系统仍会认为是给定或转 速发生变更，从而变更转速，以到达电压偏差为零。2-15 在转速负反应单闭环有静差调速系统中，当以下参数发生变更时系统是否有调整作用？为 什么？已验证 1放大器的放大系数 。 2供电电网电压 。 3电枢电阻 。 4电动机励磁电流 。 5转速反应系数 。 答： 1有。假设 减小，那么限制电压减小，那么电力电子变换器输出减小，那么电动机转速下 降；而电动机转速下降，那么反应电压减小，那么偏差电压增大，那么限制电压增大，那么转速上升。 2有。不说明。 3有。不说明。 4有。不说明。 5没有。不说明。
9、2-16 在转速负反应单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整 流装置的输出电压 较之负载变更前是增加, 削减还是不变？ 在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速 n 和整流装置的输出电压 是增加, 减 少还是不变？已验证 答： 1 减小。因负载减小，转速上升，反应电压增加，给定电压确定，偏差电压减小， 限制电压减小，故输出电压减小。 2n 不变， 增加。转速负反应调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略。 2-17 闭环调速系统有哪些根本特征？它能削减或消退转速稳态误差的实质是什么？ 一, 可以作为填空题或简答题的2-1 简述直流电动机的调速方法。 答：直流调速
10、系统常以调压调速为主，必要时辅以弱磁调速 ，以扩大调速范围 ， 实现额定转速以上调速 。2-2 直流调压调速主要方案有 调速系统， 调速系统，直流 调速系统 。2-3 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉动？11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压小于反电动势 时，电感放能，电流下降。整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导 致了电流脉动。 当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时， 电感已放能完毕, 电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。 2-4 看 P14 图简述
11、调速系统的最大失控时间。14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为1，在 t2t1 时刻，限制电压发生变 化，但此时晶闸管已导通，故限制电压的变更对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点 t3 时刻到来时，限制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角2 后导通。t32 即为失控时间，最大失控时间即为考虑 t21 时的失控时间。 2-5 简述 调速系统存在的问题。16 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不行逆行性。 整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不行靠性。 整流器晶闸管基于对其门极的移相触发限制的可控性导致的低功率因数性。 2-6 简述不行逆
12、 变换器 无制动电流通路及有制动电流通路 各个工作状态下的导通器件和 电流通路。17-18 2-7 调速时一般以电动机的额定转速作为最高转速。 2-8 调速范围和静差率合称调速系统的稳态性能指标 。 2-8 一个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围 。 2-9 简述转速反应限制的直流调速系统的静特性本质。 答：在闭环系统中，每增加或削减一点负载，就相应地提高或降低一点电枢电压， 使电动机在新的机械特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是多数开环机械特性上各取 一个相应的工作点连接而成的。 2-10 简述比例反应限制的规律。 答：比例限制的反应限制系统是被调量有
13、静差的限制系统； 反应限制系统的作用是抗拒前向通道的扰动，听从给定 ； 反应系统的精度依靠于给定和反应检测的精度 。 2-11 简述积分限制规律 答：积分限制可以使系统在无静差的状况下保持恒速运行，实现无静差调速。 2-12 比例调整器和积分调整器有何不同？ 答：比例调整器的输出只取决于输入偏差的现状 ，而积分调整器的输出那么包含了输入 偏差量的全部历史 2-13 简述比例积分限制规律。 答：比例局部能快速响应限制作用 ，积分局部那么最终消退稳态偏差 。 2-14 微机限制的调速系统有什么特点？ 答： 信号离散化，信息数字化 。 2-15 旋转编码器分为哪几种？各有什么特点？ 答：确定式编码器
14、：常用语检测转角信号，假设须要转速信号，应对转角微分。 增量式编码器：可干脆检测转速信号。 2-16 数字测速方法有哪些精度指标？ 答： 辨别率，测速误差率 。 2-17 接受旋转编码器的数字测速方法有M，T， 。上下全 2-18 为什么积分需限幅？ 答：假设没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。2-19 简述带电流截止负反应环节转速反应调速系统机械特性的特点。 答：电流负反应的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 ，导致当 时，机械 特性急剧下垂； 比 较 电 压 及 给 定 电 压 * 作 用 一 致 ， 相 当 于 把 理 想 空 载 转 速 提 高 到 n0=(*)/(1
15、)。 二, 公式和特性 1. 整 流 电 压 平 均 值 ： 0=()() 单 相 全 波 / 三 相 半 波 / 三 相 全 波 _2U2/2U2/6U2/2/3/6 2 调速系统机械特性方程：(0) 3.晶闸管整流器最大失控时间：1 4.调速范围定义式： 5.静差率定义式： 6.闭环静特性及开环静特性： (0)(*)/(1) (0)(*) 7.调速范围，静差率和额定速降之间的关系式开环和闭环 ：()(1) (1) 8.转速反应限制直流调速系统的 K 定义式及表达式： 9.临界开环放大倍数 ()2)/()T | 高速M | 11.连续式 算式：(t)(t)+(1/)(0)e(t) 12.位置
16、式 算式：u(k)(k)+()(0)e(i) 13.增量式 算式：u(k)(k)(1)(e(k)(1)+()e(k) 1 调速-系统原理图： 2.无制动和有制动直流 变换器-电动机-电路原理图： 3.转速负反应直流调速系统-系统原理图： 4.转速负反应直流调速系统-静态构造图： 5.转速负反应直流调速系统-动态构造图： 6.带电流截止负反应的闭环直流调速系统-静态构造图： 1.有制动电流通路的不行逆 变换器-直流电动机系统各工作状态下的电压和电流波形： 2.带电流截止负反应比例限制闭环直流调速系统-静特性：第3章 三, 思索题 3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否到达最大值 ？为什么？ 答：
17、不能。因为恒流升速过程中，电流闭环调整的扰动是电动机的反电动势，是一个线性渐 增的斜坡扰动量，而电流闭环接受的 调整器对斜坡扰动无法消退静差，故 略低于 。 3-2 由于机械缘由，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。 未验证 答：电动机堵转那么转速恒为零，在确定的给定下，偏差电压相当大，从而使 快速到达饱 和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故 无法退饱和，因此系统处于 饱和状态。 3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 *不变，增加转速负反应系数 ，系统稳定后转速反应 电压 和实际转速 n 是增加, 减小还是不变？已验证 答：转速反应系数 增加，那么转速反应电压 增加，给定电压
18、 *，那么转速偏差电压减小， 那么 给定电压 *减小，那么限制电压 减小，那么转速 n 减小；转速 n 减小，那么转速反应电压 减小，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反应电压 不变，且实际转速 n 减小。 3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到以下状况会出现什么现象？未通过验证，求姐 1电流反应极性接反。 2转速极性接反。 答： 1由于电流环的正反应作用，电枢电流将持续上升，转速上升飞速，电动机飞车。 2由于转速环的正反应作用， 无法退饱和，电动机转速持续恒流上升。3-5 某双闭环调速系统， , 均接受 调整器， 调试中怎样才能做到 *=6V 时， 20A； 如欲使 *=10V 时，1000
19、，应调什么参数？ 答： 1调整电流反应系数 =0.3； 2调整转速反应系数 =0.01。3-6 在转速, 电流双闭环直流调速系统中，假设要变更电动机的转速，应调整什么参数？变更转速 调整器的放大倍数 行不行？= 变更电力电子变换器的放大倍数 行不行？变更转 速反应系数 行不行？假设要变更电动机的堵转电流，应调整系统中的什么参数？ 答：通常可以调整给定电压。变更 和 都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前 向通道内的阶跃扰动均有实力克制。也可以变更 ，但目的通常是为了获得更志向的机械特性。 假设要变更堵转电流，应调整电流反应系数 。 3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调整器的
20、输入偏差电压和输出电压各是多 少？为什么？ 答：输入偏差电压皆是零。因为系统无静差。 那么 输出电压 *； 输出电压 0见 P62。 3-8 在双闭环系统中，假设速度调整器改为比例调整器，或电流调整器改为比例调整器，对系统的 稳态性能影响如何？ 答：速度调整器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/1 ，或电流调整器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/1 ，而对斜坡扰动的静差变得更大。 3-9 从下述五个方面来比拟转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反应环节的转速单闭 环直流调速系统： 1调速系统的静态特性。 2动态限流性能。 3起动的快速性。 4抗负载扰动的性能。 5抗电源电压波动的性能。 答：
21、 3-10 依据 和 的作用，答复均为 已验证 ： 1双闭环系统在稳定运行中，假如电流反应信号线断开，系统仍能正常工作吗？ 2双闭环系统在额定负载下稳定运行时，假设电动机突然失磁，最终电动时机飞车吗？ 答： 1稳态时转速不变，电流减小。 2不会飞车，而是停转。 一, 可以作为填空题或简答题的 3-1 为了实现电流的实时限制和快速跟随 ，渴望电流调整器不要进入饱和状态，因此， 对于静特性来说，只有转速调整器的饱和及不饱和两种状况 。 3-2 当两个调整器都不饱和且稳态时，它们的输入偏差电压分别为0 。3-3 当 输出到达限幅值 * ，转速外环呈开环状态 ，转速变更对转速环不会产 生影响，双闭环系
22、统变成一个电流无静差的单电流闭环调整系统 。稳态时，=。 3-4 电流限幅值 取决于电动机的容许过载实力和系统要求的最大加速度 。 3-5 简述接受两个 调整器分别形成内外闭环的效果。 答： 双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差， 此时转速负反 馈起主要调整作用。当负载电流到达 时，对应于转速调整器为饱和输出 *，此时电流调 节器起主要调整作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动爱惜作用。 3-6 简述 的退饱和条件。 答：当 处于饱和状态时，假设实际转速大于给定转速，那么反应电压大于给定电压，使偏差 电压小于零，那么 反向积分，从而退饱和，返回线性调整状态。 3-
23、7 简述转速电流负反应限制电流调速系统起动过程。63 3-8 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。 饱和非线性限制；转速超调；准时间最优限制3-9 双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括抗负载扰动；抗电网电压扰动 。 3-10 简述双闭环直流调速系统中转速调整器的作用。 答：作为主导调整器，在转速动态过程中，使转速快速跟随给定电压变更，稳态时减小转速 误差，接受 可实现无静差。 对负载变更其抗扰作用。 其输出限幅值确定电动机允许最大电流。3-11 简述双闭环直流调速系统中电流调整器的作用。 答：作为内环调整器，在转速调整过程中，使电流紧紧跟随给定电流变更。 对电网电压波动起刚好抗扰作用。 在转
24、速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流，从而加快动态过程。 当电动机过载或堵转时， 限制电枢电流最大值， 起快速的自动爱惜作用。 一旦故障消逝， 系统立刻自动复原正常。 二, 公式和特性 162 稳态时： *n0 * 0()(*/) 2.转速反应系数：* 3.电流反应系数：* 1.转速电流反应限制直流调速系统-系统原理图： 2.转速电流反应限制直流调速系统-稳态构造图： 3.转速电流反应限制直流调速系统-动态构造图： 1.时间最优的志向过渡过程： 2.双闭环直流调速系统静特性： 第4章 一, 可以作为填空题或简答题的 4-1 直流 可逆调速系统中当电动机停突然，电枢电压瞬时值零，是正负脉宽相
25、等的交 变脉冲电压 ，故电流也是交变的 ，称为高频微振电流 ，其平均值为 ，不能产生平 均转矩 。 4-2 高频微振电流对电机有何影响？ 答：消退电机正反向时的静摩擦死区，起动力润滑作用。同时也增大了电机的损耗。 二, 公式和特性 1.双极式限制可逆 变换器输出电压平均值：(21) 1.调速系统四象限运行-示意图： 2.桥式可逆 变换器电路-原理图： 3.桥式可逆 调速系统主电路-原理图： 第5章 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电机机械特性越软调速范围越大吗？ 答：带恒转矩负载工作时，一般笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为 0s旋转正交坐标系动态数学模型转速为 。
26、 6-15 旋转正交坐标系的优点在于增加了一个输入量1，提高了系统限制的自由度 。 二, 公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+运动方程+约束条件：习题解答供参考习题二2.2 系统的调速范围是1000100，要求静差率2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：系统允许的静态速降为。2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为，最低转速特性为 ，带额定负载时的速度着陆，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够到达的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：1调速范围 (均指额定负载状况下 2) 静差率 。接受降压调速。当生产机械要求20%时，求系统的
27、调速范围。假如30%时，那么系统的调速范围又为多少？解： 2.5 某龙门刨床工作台接受调速系统。直流电动机,求：1当电流连续时，在额定负载下的转速着陆为多少？2开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少？3假设要满足205%的要求，额定负载下的转速着陆又为多少解：(1) (2) (3) 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态构造图如下图，给定电压, 比例调整器放大系数, 晶闸管装置放大系数, 反应系数=0.7。求：1输出电压；2假设把反应线断开，为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？3假设把反应系数减至=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压 应为多少？解：1 (2) ,开环输出电压是
28、闭环的22倍 (3) 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500150，要求系统的静差率，那么系统允许的静态速降是多少？假如开环系统的静态速降是100，那么闭环系统的开环放大倍数应有多大？解： 122.8 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8 ，假如将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解： 假如将开环放大倍数提高到30, 那么速降为：在同样静差率要求下，D可以扩大倍2.9 有一调速系统：电动机参数2.2, 220V, 12.5A, 1500 ，电枢电阻，整流装置内阻1.0,触发整流环节的放大倍数35。要求系统满足调速
29、范围20，静差率S相冲突，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K最大为。2.12 有一个晶闸-电动机调速系统，：电动机：，整流装置内阻=1, 电枢回路电抗器电阻， 触发整流环节的放大倍数。(1)系统开环工作时，试计算调速范围时的静差率值。(2)当，时，计算系统允许的稳态速降。(3)如组成转速负反应有静差调速系统，要求，在时，计算转速负反应系数和放大器放大系数。解：1232.13旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均接受16位计数器，M法测速时间为0.01s，求转速和时的测速辨别率和误差率最大值。解：1M法：辨别率最大误差率：时， 时
30、，时，时，可见M法适合高速。2T法：辨别率：时，时，最大误差率：，当时，当时，时，时，可见T法适合低速习题三3.1双闭环调速系统的和均为调整器，设系统最大给定电压=15V，=1500，=20A，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻=2，=20，求：1当系统稳定运行在=5V，=10A时，系统的, , , 和各为多少？2当电动机负载过大而堵转时，和各为多少？解：(1)2堵转时，3.2 在转速, 电流双闭环调速系统中，两个调整器，均接受调整器。参数：电动机：， =220V， =20A， =1000 ,电枢回路总电阻,设 =8V，电枢回路最大电流=40A,电力电子变换器的放大系数=40。试求：1电流反应系
31、数和转速反应系数。2当电动机在最高转速发生堵转时的 EMBED Equation.3 值。解:1 2) 这时： ，处于饱和，输出最大电流给定值。 3.3 在转速, 电流双闭环调速系统中，调整器，均接受调整器。当输出到达 =8V时，主电路电流到达最大电流80A。当负载电流由40A增加到70A时，试问：1 应如何变更？2应如何变更？3值由哪些条件确定？解: 1) 因此当电流从40A70A时， 应从4V7V变更。 2) 要有所增加。 3) 取决于电机速度和负载大小。因为 3.5 某反应限制系统已校正成典型I型系统。时间常数0.1s, 要求阶跃响应超调量10。（1） 系统的开环增益。（2） 计算过渡过
32、程时间 和上升时间 ；（3） 绘出开环对数幅频特性。假如要求上升时间 0.25s, 那么，=解：取(1) 系统开环增益：(2) 上升时间过度过程时间：3如要求，查表3-1那么应取 , 这时%。3.6有一个系统，其限制对象的传递函数为，要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量5按线性系统考虑。试对系统进展动态校正，确定调整器构造，并选择其参数。解：按典型I型系统设计，选。选I调整器，校正后系统的开环传递函数为，已选0.5, 那么K0.550, 所以，积分调整器：。3.7有一个闭环系统，其限制对象的传递函数为，要求校正为典型型系统，在阶跃输入下系统超调量30按线性系统考虑。试确定调整器构造，并选择其参数。解：应选择调整器，比照典型型系统， ，满足设计要求。 这样，3.8在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速, 电流双闭环调速系统中，电动机的额定数据为： , V , A , , 电动势系数= V , 主回路总电阻,触发整流环节的放大倍数=35。电磁时间常数=0.012s,机电时间常数=0.12s,电流反应滤波时间常