第一章_闭环直流调速系统_.

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1、第一章第一章 闭环控制的直闭环控制的直流调速系统流调速系统分析和设计方法分析和设计方法引言引言n直流电动机的转速和其他参量的关系：直流电动机的转速和其他参量的关系：其中： R ：电枢回路总电阻 I：电枢电流 Ke：电势常数 CM:转矩系数 ：励磁磁通 M:电磁转矩 MCKRKUMee2eKIRUnn调节转速的方法减弱励磁磁通减弱励磁磁通改变磁通改变磁通-额定转速之上额定转速之上改变电枢回路电阻改变电枢回路电阻R改变电阻改变电阻-有级调速有级调速调节电枢供电电压调节电枢供电电压U改变电压改变电压-平滑调速平滑调速引言引言n机械特性：系统分析的有力工具n他励直流电机他励直流电机改变电压改变电压时的

2、机械特性时的机械特性n工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = N ； 保持电阻保持电阻 R = Ran调节过程：调节过程： 改变电压改变电压 UN U U n ， n0 n调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线转速下降，机械特性曲线平行下移。平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3UN U1 U2 U3引言引言n他励直流电机他励直流电机 改变电枢电阻改变电枢电阻机械特性机械特性nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3n工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；n调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变；n调速特性： 转速下

3、降，机械特性曲线变软。Ra R1 R2 12 3引言引言1 1、调速系统稳态性能指标、调速系统稳态性能指标 a.调速范围（调速范围（D）电动机最高转速和最低转速之比。电动机最高转速和最低转速之比。minmaxnnD 其中nmin 和nmax一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。 b. 静差率（静差率（S） 系统在某一转速下，负载由理想空载增加到额系统在某一转速下，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。0Nnns式中 nN = n0 - nN nn0anan0Nan0bn0Nbn

4、bTeNTe调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准C.调速系统稳态性能指标间关系min0minnnSnn0maxnmaxnmaxn0minnminnminTeNTeminminminmin0minnsnnnnsnsmin)1()1 (minminmaxsnsnnnnnDNNNNe点NnNnsnsN)1(:NNnn额定转速，：额定速降minmaxnnD 例1-1某调速系统额定转速1430/min，额定速降115/min，静差率分别为20%、10%、1%和0.1%时调速范围分别为多少？s20%时 D=1430*0.2/115(1-0.2)=3.1s10%时 D=1430*0.1/115

5、(1-0.1)=1.38s1%时 D=1430*0.01/115(1-0.01)=0.126s0.1%时 D=1430*0.001/115(1- 0.001)=0.0124小结：调速范围和静差率同时提才有意义！以电动机的额定转速为最高转速。以系统要求的D和S确定最低转速，调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。静差率和机械特性硬度是有区别的。一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的 。对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。 例1-2：某龙门刨床工作台拖动采用直流电机：Z2-93型、60kW、220V、305A、100

6、0r/min，采用V_M系统，已知主回路R=1.8欧，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r，若要求：D=20,S5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降nN最多能有多少？当电流连续时当电流连续时min/275min/2 .018.0305rrCRInedNnN%6.21216.02751000275NNNNnnnsmin/63.2)05.01(2005.01000)1(rsDsnnNN1.2.3.闭环调速系统AGTMTG+-Utg+-+-+-Un*UnUctUdIdUn。Rp2Rp1a)a)组成组成采用转速负反馈的闭环调速系统原理图b).b).闭环调速系统各环节稳态关系

7、闭环调速系统各环节稳态关系nUn= Un*-Un nUct= Kp Un ; Kp放大器电压放大系数nUd0= Ks Uct ; Ks电压放大系数nn=(Ud0Id R)/Ce ;Ud0电力电子变换器理想空载输出电压nUn=n； 转速反馈系数)/1 (*epsednpsCaKKCRIUKKn消去中间变量，整理得消去中间变量，整理得：闭环调速系统的静特性方程闭环调速系统的静特性方程)1 ()1 (*KCRIKCUKKedenps闭环系统开环放大系数epsCaKKK/c c）. .闭环调速系统静特性闭环调速系统静特性)1 ()1 (*KCRIKCUKKnedenps表示闭环系统电动机转速和负载电流

8、的稳态关系。表示闭环系统电动机转速和负载电流的稳态关系。转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR-根据各环节的稳态关系得出稳态结构框图如下：根据各环节的稳态关系得出稳态结构框图如下：d.d.闭环系统静特性与开环系统机械特性的比较闭环系统静特性与开环系统机械特性的比较opopnn0闭环系统：开环系统：)1()1()1(*0KCRIKCUKKKCRIUnedenpseddedenpseddCRICUKKCRIUn*0clclnn0n闭环静特性比开环机械特性硬的多闭环静特性比开环机械特性硬的多 edopCRIn)1 (Knnopcl)1 (KC

9、RInedcln比较同一比较同一n n0 0 , ,闭环系统静差率要小的多闭环系统静差率要小的多 clclclnns0Kssopcl1opopopnns0n比较同一比较同一S S , ,闭环系统可以大大提高调速范围闭环系统可以大大提高调速范围 )1 (snsnDopNNop)1 (snsnDNclNcl)1 (KDDopcln要取得以上三个优点 ,闭环系统需设置放大器 结论：结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬的多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是必须增设电压放大器以及检测与反馈装置。例子例子1-31-3：某龙门刨床工作台拖动采用直流电机：

10、某龙门刨床工作台拖动采用直流电机：Z2-93Z2-93型、型、6060kWkW、220V220V、305A305A、1000r/min1000r/min，采用采用V_MV_M系统，已知主回路系统，已知主回路R=1.8R=1.8欧，电动机欧，电动机电动势系数电动势系数Ce=0.2Vmin/rCe=0.2Vmin/r，若要求：，若要求：D=20,S5%D=20,S5%，采用开环调速能否满足？若要，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降满足这个要求，系统的额定速降n nN N最多能有最多能有多少？若已知多少？若已知Ks=30,=0.015Vmin/r,Ks=30,=0.015Vmin

11、/r,如何采用如何采用闭环系统满足此要求？闭环系统满足此要求？min/63. 2rnclKnnopcl16 .103163. 22751clopnnKmin/275min/2.018.0305rrCRInedNopmin/63.2)05.01(2005.01000)1(rsDsnnNN在例在例1-21-2中已经计算出中已经计算出为了满足调速要求，必须有为了满足调速要求，必须有也即闭环速降必须满足也即闭环速降必须满足由公式由公式462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK代入已知参数，则得代入已知参数，则得n问题？问题？n 调速系统的稳态速降是由电枢电阻决定，调速系统的稳态速降是