直流单闭环调速系统

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1、第 1 篇直流拖动控制系统q引引 言言 直流电动机具有良好的起、制动性能，直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向运行的电力拖动领域中得速和快速正反向运行的电力拖动领域中得到广泛的应用。到广泛的应用。 直流拖动控制系统在理论上和实践直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟。从控制的角度来看，它又上都比较成熟。从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。为了保持由是交流拖动控制系统的基础。为了保持由浅入深的教学顺序，首先应该很好地掌握浅入深的教学顺序，首先应该很好地掌握直流拖动控制系统。直流拖动控制系统。第第1

2、章章 闭环控制的直流调速系统闭环控制的直流调速系统本节提要本节提要 转速控制的要求和调速指标转速控制的要求和调速指标 开环调速系统及其存在的问题开环调速系统及其存在的问题 闭环调速系统的组成及其静特性闭环调速系统的组成及其静特性 开环系统特性和闭环系统特性的关系开环系统特性和闭环系统特性的关系 反馈控制规律反馈控制规律 限流保护限流保护电流截止负反馈电流截止负反馈1.4 反馈控制闭环直流调速系统的反馈控制闭环直流调速系统的 稳态分析和设计稳态分析和设计 1.4.1 转速控制的要求和调速指标转速控制的要求和调速指标 1. 1. 控制要求控制要求1 1）调速）调速在一定的最高转速和最低转速范在一定

3、的最高转速和最低转速范 围内，分挡地（有级）或围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）平滑地（无级） 调节转速；调节转速；2 2）稳速）稳速以一定的精度在所需转速上稳定以一定的精度在所需转速上稳定 运行，在各种干扰下不允许有过大的转速运行，在各种干扰下不允许有过大的转速 波动，以确保产品质量；波动，以确保产品质量；3 3）加、减速）加、减速频繁起、制动的设备要求加、频繁起、制动的设备要求加、 减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧 烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳2. 调速指标调速指标 调速范围调速范围 生产机械要求电

4、动机提供的最高转速生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D D 表示，即表示，即（1-30）minmaxnnD 其中其中n nminmin 和和n nmaxmax 一般都指电动机额定负载时的转一般都指电动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，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。也可用实际负载时的转速。 静差率静差率 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落载增加到额定值时所对应的转速降落 n nN N ，与，与理想

5、空载转速理想空载转速 之比，称作静差率之比，称作静差率 s s ，即，即0Nnns或用百分数表示或用百分数表示 %1000Nnns（1-31） （1-32） 式中式中 nN = n0 - nN 0n图图1-23 不同转速下的静差率不同转速下的静差率3. 静差率与机械特性硬度的区别静差率与机械特性硬度的区别 一般调压调速系一般调压调速系统在不同转速下的统在不同转速下的机械特性是互相平机械特性是互相平行的行的 。对于同样硬。对于同样硬度的特性，度的特性，理想空载转速越低理想空载转速越低时，静差率越大时，静差率越大，转速的相对稳定度转速的相对稳定度也就越差。也就越差。bannbann00bbaann

6、snns0N0N例如：在例如：在1000r/min1000r/min时降落时降落10r/min10r/min，只占，只占1%1%；在在100r/min100r/min时同样降落时同样降落10r/min10r/min，就占，就占10%10%；如果在只有如果在只有10r/min10r/min时，再降落时，再降落10r/min10r/min，就占，就占100%100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。落完了。 因此，调速范围和静差率这两项指标并因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速

7、系统的静差率指标应以最低速时所能达到速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。的数值为准。4. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系调速范围、静差率和额定速降之间的关系 设：电机额定转速设：电机额定转速n nN N为最高转速，转速降落为为最高转速，转速降落为 n nN N，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即该是最低速时的静差率，即NminNmin0Nnnnnns于是，最低转速为于是，最低转速为 snsnsnnNNNmin)1 (调速范围为调速范围为 minNminmaxnnnnD将将代入代入 nmin， 得得 )1 (

8、NNsnsnD（1-33） 对于同一个调速系统，对于同一个调速系统， nN 值一定，由式值一定，由式（1-34）可见，如果对静差率要求越严，即）可见，如果对静差率要求越严，即要求要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范围值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。也越小。snsnsnnNNNmin)1 ( 结论结论1 一个调速系统的调速范围，是指在最低速一个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。时还能满足所需静差率的转速可调范围。 例题例题1-1 某直流调速系统电动机额定转速为，某直流调速系统电动机额定转速为，额定速降额定速降 nN = 115r/min，当要求静差率

9、，当要求静差率s30%时，允许多大的调速范围？如果要求时，允许多大的调速范围？如果要求静差率静差率s 20%，则调速范围是多少？如果希，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到望调速范围达到10，所能满足的静差率是多，所能满足的静差率是多少？少？解解 要求要求s 30%时，调速范围为时，调速范围为 若要求若要求s 20%，则调速范围只有，则调速范围只有若调速范围达到若调速范围达到10，则静差率需要放宽到，则静差率需要放宽到3 . 5)3 . 01 (1153 . 01430)1 (NNsnsnD1 . 3)2 . 01 (1152 . 01430D%6 .44446. 0115101430115

10、10NNNnDnnDs1.4.2 开环调速系统及其存在的问题开环调速系统及其存在的问题1. 若可逆直流脉宽调速系统是开环调速系统，若可逆直流脉宽调速系统是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。调节控制电压就可以改变电动机的转速。2. 如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速。围内的无级调速。3. 如果需要调速的生产机械对静差率有一定的如果需要调速的生产机械对静差率有一定的要求。在这些情况下，开环调速系统往往不要求。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。

11、能满足要求。 例题例题1-2 1-2 某龙门刨床工作台拖动采用某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：直流电动机，其额定数据如下：60kW60kW，220V220V，305A305A，1000r/min1000r/min，采用，采用V-MV-M系系统，主电路总电阻统，主电路总电阻R R=0.18=0.18 ，电动机，电动机电动势系数电动势系数C Ce e=0.2V=0.2Vmin/rmin/r。 要求调速范围要求调速范围 D D = 20= 20， 静差率静差率ss 5% 5%，1.1.采用开环调速能否满足？采用开环调速能否满足？2.2.若要满足这个要求，系统的额定速降若要满足这个