《機(jī)電傳動(dòng)》第九章直流調(diào)速系統(tǒng)

第九章直流調(diào)速系統(tǒng)要求：1.了解生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)要求；2.了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成；3.掌握常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)所。9.1調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)9.1.1靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)1．靜差度S：是指理想的空載轉(zhuǎn)速到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落與理想空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的比值，用S表示，是速度穩(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。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。不同設(shè)備對(duì)S的要求不盡相同。如普通車(chē)床S≤30%，冷軋機(jī)S≤2%，造紙機(jī)≤0.1%。

如直流電動(dòng)機(jī)電樞外加電壓調(diào)速時(shí)，高速和低速時(shí)的機(jī)械特性如圖所示?？梢?jiàn)低速下的靜差度大于高速下的靜差度，應(yīng)取最低速度下的靜差度作為調(diào)速系統(tǒng)的靜差度。2.調(diào)速范圍D

生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍，用D表示。如車(chē)床D=20-120，龍門(mén)刨床D=20-40，軋鋼機(jī)D=3-15，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)D=5-30000。對(duì)電動(dòng)機(jī)本身而言，靜差度和調(diào)速范圍兩個(gè)指標(biāo)往往是不能同時(shí)滿(mǎn)足的，但可通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行解決。

3.調(diào)速的平滑性

調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來(lái)衡量的。在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越多，或者說(shuō)相鄰調(diào)速級(jí)的差就小，則調(diào)速的平滑性就越高。

若級(jí)數(shù)趨近于無(wú)窮大，即表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱(chēng)為無(wú)極調(diào)速。不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的平滑性要求也不同，有的采用有極調(diào)速即可，有的則要求無(wú)級(jí)調(diào)速。9.1.2、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)機(jī)械由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，在調(diào)速過(guò)程中，從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)（啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程僅是特例而已），由于有電磁慣性和機(jī)械慣性，過(guò)程不能瞬時(shí)完成，而需要一段時(shí)間，即要經(jīng)過(guò)一段過(guò)渡過(guò)程，或稱(chēng)動(dòng)態(tài)過(guò)程。實(shí)際上，生產(chǎn)機(jī)械對(duì)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)的要求除過(guò)渡過(guò)程時(shí)間外，還有最大超調(diào)量、振蕩次數(shù)等。

1.超調(diào)量Mp

超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求，但太小，則會(huì)使過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等，一般為10%～35%。

2.過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T從輸入控制（或擾動(dòng)）作用于系統(tǒng)開(kāi)始直到被調(diào)量n進(jìn)入（0.05～0.02）n2穩(wěn)定值區(qū)間時(shí)為止（并且以后不再越出這個(gè)范圍）的一段時(shí)間，叫作過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。

3.振蕩次數(shù)

N在過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi),被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動(dòng)的次數(shù)。

上述三個(gè)指標(biāo)是衡量一個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程好壞的主要指標(biāo)。圖9.3是三種不同調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。9.2晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)

9.2.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

1）有靜差調(diào)速系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速，為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象n本身；（3）反饋電壓和給定電壓的極性相反。因此，該系統(tǒng)稱(chēng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。（轉(zhuǎn)換電位器、給定電位器）系統(tǒng)工作過(guò)程、穩(wěn)速過(guò)程分析。2）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)具有比例微分調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的反饋量總等于給定量，偏差為零。既能獲得較高的靜態(tài)精度，又能具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。比例微分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器）的工作原理：系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程（穩(wěn)速過(guò)程）二、有靜差的電流正反饋與電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)速度（轉(zhuǎn)速）負(fù)反饋是抑制轉(zhuǎn)速變化的最直接而有效的方法，它是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)最基本的反饋形式。但速度負(fù)反饋需要有反映轉(zhuǎn)速的測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的安裝和維修都不太方便，因此，在調(diào)速系統(tǒng)中還常采用其他的反饋形式。常用的有電壓負(fù)反饋、電流正反饋、電流截止負(fù)反饋等反饋形式。

1．電壓負(fù)反饋系統(tǒng)由公式可知：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別：反饋信號(hào)不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；檢測(cè)元件不同，前者為電位器，后者為測(cè)速發(fā)電機(jī)。

工作原理：Ug

是給定電壓，Uf

是電壓負(fù)反饋的反饋量，它是從并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電位計(jì)Rp

上取出來(lái)的，所以，電位計(jì)Rp

是檢測(cè)電動(dòng)機(jī)端電壓大小的檢測(cè)元件，Uf

與電動(dòng)機(jī)端電壓U成正比，Uf

與U的比例系數(shù)用α表示，稱(chēng)為電壓反饋系數(shù)。穩(wěn)速和調(diào)速過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程為：同理：負(fù)載減小時(shí)，引起n上升，通過(guò)調(diào)節(jié)可使n下降，趨于穩(wěn)定。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，可是它穩(wěn)定速度的效果并不大，因?yàn)?，電?dòng)機(jī)端電壓即使由于負(fù)反饋的作用而維持不變，但是負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻Ra

所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電動(dòng)機(jī)速度還是要降低。或者說(shuō)電壓負(fù)反饋，頂多只能補(bǔ)償可控整流電源的等效內(nèi)阻所引起的速度降落。一般線路中采用電壓負(fù)反饋，主要不是用它來(lái)穩(wěn)速，而是用它來(lái)防止過(guò)壓、改善動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程。

2.

電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)由于電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞電阻壓降引起的轉(zhuǎn)速降落不能予以補(bǔ)償，因而轉(zhuǎn)速降落較大，靜特性不夠理想，使允許的調(diào)速范圍減小。為了補(bǔ)償電樞電阻壓降IaRa，一般在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié)。工作原理穩(wěn)速和調(diào)速的過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下，同理：負(fù)載減小時(shí)，引起n上升，通過(guò)調(diào)節(jié)可使n下降，趨于穩(wěn)定。

第十二章

交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法大致分為三種：

即改變轉(zhuǎn)差率S；--改變定子串電阻、定子電壓和轉(zhuǎn)子串電阻；2)改變極對(duì)數(shù)p；3)改變頻率f。

本章將主要介紹異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及特性，著重介紹改變電壓及改變頻率的各種調(diào)速系統(tǒng)。12．1

晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)由異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性方程可知，異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓也就是改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。一、采用晶閘管的交流調(diào)壓電路1．

單相交流調(diào)壓電路單相晶閘管交流調(diào)壓電路的種類(lèi)很多，但應(yīng)用最廣的是反并聯(lián)電路?，F(xiàn)以此電路為代表分析它帶電阻性負(fù)載及電感性負(fù)載的工作情況。圖1所示為單相交流反并聯(lián)電路及其帶電阻性負(fù)載時(shí)的電壓電流波形。圖1單相交流反并聯(lián)電路及波形圖

(a)反并聯(lián)晶閘管電路圖(b)雙向晶閘管示意圖(c)較小時(shí)的電壓電流波形圖(d)較大時(shí)的電壓電流波形圖

由圖可見(jiàn)：不斷重復(fù)觸發(fā)VS1、VS2，負(fù)載上便得到正負(fù)對(duì)稱(chēng)的交流電壓。改變晶閘管控制角

的大小，就可以改變負(fù)載上交流電壓的大小。對(duì)于電阻性負(fù)載其電流波形與電壓波形同相。如果晶閘管調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載（如異步電動(dòng)機(jī)），其電流波形由于電感上電流不能突變