第5次課第五章直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第5章 直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)5.1 概述 一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類(lèi) 1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 2. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 (1)按采用不同的反饋方式，可分為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電勢(shì)負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋及電流正反饋(2)按自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可分為單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) (3)按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無(wú)差別，可分為有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)(4)按給定量變化的規(guī)律，可分為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)(5)按調(diào)節(jié)動(dòng)作與時(shí)間的關(guān)系，可分為斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)，或無(wú)級(jí)調(diào)速和有級(jí)調(diào)速。(6)按系統(tǒng)中所包含的元件特性，可分為線(xiàn)性控制系統(tǒng)和非線(xiàn)性控制系統(tǒng)（7）按電機(jī)調(diào)速特性分，可分

2、為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速二 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)1. 靜態(tài)技術(shù)指標(biāo) 1） 靜差度S： 靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。 速度穩(wěn)定性指標(biāo) 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即要求靜差度S小于一定數(shù)值。普通設(shè)備普通車(chē)床龍門(mén)刨床冷軋機(jī)熱軋機(jī)造紙機(jī)S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1% 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就愈高 ; 在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿(mǎn)足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿(mǎn)足要求。 2）調(diào)速范圍D 在額定負(fù)載下，允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率要求的前

3、提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為調(diào)速范圍 。車(chē)床龍門(mén)刨床鉆床銑床軋鋼機(jī)造紙機(jī)進(jìn)給機(jī)械20120204021220303151020530000 3）D 、n和S的關(guān)系 3）D 、n和S的關(guān)系2. 動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)所經(jīng)過(guò)的一段過(guò)渡過(guò)程，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)過(guò)程。 1. 最大超調(diào)量 超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太小，會(huì)使過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高范圍： 2. 上升時(shí)間tr 4. 振蕩次數(shù) N系統(tǒng)超調(diào)量過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T振蕩次數(shù)性能10長(zhǎng)無(wú)不好2大長(zhǎng)多不好3小短中好 3. 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts例5.1 有一生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D=5，靜差率5，電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為1

4、0KW，220V，55A，1000r/min，電樞回路總電阻R=1，Ke=Ce =0.1925 V.min/r，問(wèn)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)能否滿(mǎn)足要求？ 解：由式（5.2），要滿(mǎn)足D，S 要求，在額定負(fù)載時(shí)允許的穩(wěn)態(tài)速降為： 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，有： 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，速度降為： 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中速度降大大的超過(guò)了允許的轉(zhuǎn)速降落，為了改善調(diào)速系統(tǒng)，要求采用閉環(huán)負(fù)反饋控制。三、根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式 1.生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性2電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)程中的負(fù)載能力 在調(diào)速過(guò)程中應(yīng)保持電樞電流Ia為額定值IN，在不同轉(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩和功率就是電動(dòng)機(jī)所能允許長(zhǎng)期輸出的最大轉(zhuǎn)矩和最大功率，亦即電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)

5、程中的負(fù)載能力。3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性的配合 負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩型的生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)盡可能選用恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的調(diào)速方式，且電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T應(yīng)等于或略大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL； 負(fù)載為恒功率型的生產(chǎn)機(jī)械應(yīng)盡可能選用恒功率性質(zhì)的調(diào)速方式，且電動(dòng)機(jī)的額定功率PN應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的靜負(fù)載功率PL。 5.2 晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng) 一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 1. 有靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)：系統(tǒng)的給定值與反饋值不相等， U=Ug-Uf 0,采用比例P調(diào)節(jié)器。 1) 基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度

6、； 擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類(lèi)： 測(cè)速反饋回路速度給定 放大器觸發(fā)回路可控整流回路 電樞回路勵(lì)磁回路+-轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖n晶閘管的工作原理帶電阻性負(fù)載的單相可控整流電路 2) 工作原理 當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)。 (2) 調(diào)速（Uf不變，改變Ug的大?。?改變Ug的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱(chēng)為調(diào)速. (1) 穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變） (3) 穩(wěn)速（Ug不變、負(fù)載變化使Uf變化 ) 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱(chēng)為穩(wěn)速。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖n 3) 靜特性分析 靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)

7、時(shí)負(fù)載的轉(zhuǎn)速與負(fù)載之間的關(guān)系。 (1) 各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系 電動(dòng)機(jī)電路 可控硅和觸發(fā)電路 放大器電路 反饋電路 (2)分析與結(jié)論 理想空載轉(zhuǎn)速 設(shè) 理想空載轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速降 設(shè) 調(diào)速范圍 在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度不變的情況下， 結(jié)論：由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱(chēng)為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。 提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大

8、調(diào)速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放大倍數(shù)也不能過(guò)分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 例5.2 采用線(xiàn)性集成電路運(yùn)算放大器做電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。已知電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)為：7.5kW, 220V , 41.1A, 1500r/min, Ra=0.5；晶閘管變流裝置的控制電壓從010V變化時(shí)，變流裝置的輸出電壓從0230V變化，且最大給定電壓10V對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī) 額定轉(zhuǎn)速； 晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路總電阻為1；測(cè)速發(fā)電機(jī)為永磁式，額定數(shù)據(jù)為：23.1W 110V，0.21A，1900r/min;生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍 D=

9、10， 靜差率 S5%。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)要求計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)。解： 1.為了滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)要求，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)該為： 2.閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)該有的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)：取K=40 3.計(jì)算反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù) 有靜差系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，U=Ug-Uf 0，但U值較小，工程計(jì)算時(shí)可取U=0，即： 最高轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)速機(jī)的電壓：測(cè)速機(jī)輸出最高電壓時(shí)其電流約為額定值的1/5，這樣測(cè)速機(jī)電樞壓降對(duì)檢查信號(hào)的線(xiàn)性度影響最小，可得： RP2所消耗的功率為：86.840.20.21=3.65W 可選用2k，10W的可調(diào)電阻。 5.計(jì)算運(yùn)放的放大倍數(shù)和參數(shù) 4.變流裝置的放大倍數(shù)運(yùn)放的輸入電阻范圍一般為：10k

10、40k ，取R0=20k ，則55 有一直流調(diào)速系統(tǒng)，其高速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速n01=1480rmin，低速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速n02=157rmin，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降nN10rmin。試畫(huà)出該系統(tǒng)的靜特性(即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性)，求出調(diào)速范圍和靜差度511 某一有靜差調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍為75rmin1500rmin，要求靜差度S2，該系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少?如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100rmin，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大?512 某一直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍D10，最高額定轉(zhuǎn)速nmax=1000rmin，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100rmin。試問(wèn)該系統(tǒng)的靜差度為多少?若把該系統(tǒng)組成閉環(huán)系統(tǒng)，保持n02不變的情況下，使新系統(tǒng)的靜差度為5，試問(wèn)閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為多少?55 有一直流調(diào)速系統(tǒng)，其高速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速n01=1480rmin，低速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速n02=157rmin，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降nN10 rmin。試畫(huà)出該系統(tǒng)的靜特性(即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性)，求出調(diào)速范圍D和靜差度S解：調(diào)速范圍D為：靜差度S為：511 某一有靜差調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍為75rmin1500rmin，要求靜差度S2，該系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少?如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100rmin，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K應(yīng)有多大?解：調(diào)速范圍D為：允許的閉環(huán)靜態(tài)速降為：設(shè)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K，