穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性

1、2022-6-512.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和 直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。 歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：要求有以下三個(gè)方面： 2022-6-52一、調(diào)速要求一、調(diào)速要求n對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求：對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求：（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或 平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；

2、轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定 運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要減速盡量快；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。2022-6-53二、調(diào)速指標(biāo)二、調(diào)速指標(biāo)1、調(diào)速范圍調(diào)速范圍n生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低和最低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍，用字母之比稱為調(diào)速范圍，用字母D表示，

3、即表示，即（2-25）nnmax和和nmin是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的最高和最低是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速；n對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。minmaxnnD 2022-6-542、靜差率靜差率sn當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN與理想空載轉(zhuǎn)與理想空載轉(zhuǎn)速速n0之比之比：（2-28）n用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示（2-29）0nnsN%1000nnsN式中 nN =

4、n0 - nN 二、調(diào)速指標(biāo)二、調(diào)速指標(biāo)2022-6-55靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別圖2-14 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率n特性特性a和和b的的硬度相同，硬度相同，n特性特性a和和b額額定速降相同，定速降相同，n特性特性a和和b的的靜差率不相靜差率不相同。同。 然而靜差率和機(jī)械然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互下的機(jī)械特性是互相平行的相平行的 。對(duì)于同。對(duì)于同樣硬度的特性，理樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就的相對(duì)穩(wěn)定

5、度也就越差。越差。2022-6-56n例如：在例如：在1000r/min時(shí)降落時(shí)降落10r/min，只占，只占1%；在；在100r/min時(shí)同樣降落時(shí)同樣降落10r/min，就占，就占10%； 如果在只有如果在只有10r/min時(shí)，再降落時(shí)，再降落10r/min，就占，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。完了。n 因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此 孤立的，必須同時(shí)提才有意義。孤立的，必須同時(shí)提才有意義。n 調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速最低速時(shí)所能達(dá)到的時(shí)所能達(dá)

6、到的數(shù)值為準(zhǔn)。數(shù)值為準(zhǔn)。靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）2022-6-573. 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，額定速降為為最高轉(zhuǎn)速，額定速降為 nN，則則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即：速時(shí)的靜差率，即：NminNmin0Nnnnnns于是，最低轉(zhuǎn)速為：于是，最低轉(zhuǎn)速為： snsnsnnNNNmin)1 (2022-6-58而調(diào)速范圍為而調(diào)速范圍為 ：minNminmaxnnnnD 將上面的式代入將上面的式

7、代入 n nminmin，得：，得： )1(NNsnsnD （2-28） 3. 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系edNNNNNNNCRInSDSnnnDnnDS,)1 (,由此可得：2022-6-59n 對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， n nN N 值一定，由式（值一定，由式（2 2- -2828）可見，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求可見，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s s 值越小值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。n 靜差率用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的靜差率用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的的穩(wěn)

8、定度；的穩(wěn)定度；n 機(jī)械特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度越高；機(jī)械特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度越高；n 調(diào)速范圍和靜差率兩個(gè)指標(biāo)合稱為調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)調(diào)速范圍和靜差率兩個(gè)指標(biāo)合稱為調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。態(tài)性能指標(biāo)。結(jié)論：結(jié)論：2022-6-510注意注意n調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。孤立的，必須同時(shí)提才有意義。n調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速最低速時(shí)所能時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。n調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。能

9、滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 2022-6-511例題例題2-1 n某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降nN=115r/min， 1) 當(dāng)要求靜差率s30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？ 2) 如果要求靜差率s 20%，則調(diào)速范圍是多少？ 3) 如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？ 2022-6-512解解 1)在要求s 30%時(shí)，允許的調(diào)速范圍為 2)若要求s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有 3)若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是3 . 5)3 . 01 (1153 . 01430)1 (snsnDNN1 . 3)2 . 01 (1152 . 01430D

10、%6 .44446. 011510143011510NNNnDnnDs2022-6-513二、二、 直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性（開環(huán)調(diào)速）直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性（開環(huán)調(diào)速）n開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無(wú)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。，即無(wú)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。n調(diào)節(jié)控制電壓調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。n晶閘管整流器和晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用變換器都是可控的直流電源，用UPE來(lái)統(tǒng)一表示可控直流電源。來(lái)統(tǒng)一表示可控直流電源。n如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高 ，開環(huán)，開環(huán)系統(tǒng)都能滿足一定范圍內(nèi)

11、的無(wú)級(jí)調(diào)速。但如果對(duì)靜差率系統(tǒng)都能滿足一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。但如果對(duì)靜差率有一定的要求，開環(huán)系統(tǒng)往往不能滿足要求。有一定的要求，開環(huán)系統(tǒng)往往不能滿足要求。2022-6-514圖215 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理2022-6-515機(jī)械特性機(jī)械特性 n開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電力電子變換器直流電動(dòng)機(jī) n開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為 csdUKU0ed0dCRIUnedecsed0dCRICUKCRIUn（2-31） 2022-6-516圖2-16 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 2022-6-517圖2

12、-17 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性n額定速降 nN=RIN/Ce制約了開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)速范圍和調(diào)速范圍和靜差率靜差率開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性2022-6-518例題例題2-2 某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多能有多少？ 2022-6-519解解:當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為如要求 ， ，即要求3050.18=275r/min0.2dN