直流调速系统-单闭环.ppt

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1、电力拖动控制系统直流调速系统自动化学院电气与控制工程系对于直流调速系统，从调速范围和平滑无级调节的要求角度说，调压调速方法最好。弱磁调速虽然也能达到平滑调速，但调速范围不大，一般只作为辅助方案，在电动机额定转速上进行小范围调节。为实现调压调速，在交流供电系统中，可采用电力电子变流装置，获得可调节的直流电压；在具备恒定直流电源供电的场合，则可采用直流脉宽调制装置，实现调压调速。V-M系统开环模型电枢电压仿真曲线电枢电流仿真曲线输出转矩仿真曲线电机转速仿真曲线电流-转速仿真曲线转矩-转速仿真曲线V-M系统主电路的

2、等效电路如图所示，其数学模型为一阶微分方程：为得到主电路微分方程解析解，需要确定可控直流电源形式。假设采用三相半波可控整流电路，在保证负载电流连续（α≤30o）的条件下电源电压平均值为：>>symsaU2t>>Ud0=simple(int(sqrt(2)*U2*sin(t),t,pi/6+a,pi/6+a+2*pi/3)/((2*pi)/3))Ud0=3/2*2^(1/2)*U2*3^(1/2)*cos(a)/pi>>3/2*2^(1/2)*3^(1/2)/pians=1.1695>>symsaU2t>>Ud

3、0=simple(int(sqrt(6)*U2*sin(t),t,pi/3+a,2*pi/3+a)/(pi/3))Ud0=3*6^(1/2)*U2*cos(a)/pi>>3*6^(1/2)/pians=2.3391计算三相半波整流电路平均电压值计算三相全波整流电路平均电压值对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：式中方括号内，第一项平均值为：E=Cen=Cen；第二项平均值为：IdR；第三项平均值为：零。因此得到：转速n随触发角变化，改变角，即可得到一簇平行的机械特性曲线。转速控制基本要求：调速：在一定

4、的速度范围内分级或无级调速；稳速：以一定的精度在所需转速上运行，尽量不受负载变化、电源电压变化等因素的干扰；加、减速：频繁起动、制动的生产机械要求尽量缩短起动和制动时间，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。静差率--电动机在某一个转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降nN与理想空载转速n0之比：调速稳态性能指标：调速范围--生产机械要求电动机在额定负载时提供的最高转速与最低转速之比：直流调压调速系统中，常以电动机额定转速为最高转速。若额定负载时的转速降为nN，

5、则这时对静差率提出的要求，应该是最低转速时的静差率：在假设忽略各种非线性因素等条件下，系统中各环节的稳态关系为：电压比较器放大器晶闸管触发整流装置调速系统开环机械特性测速发电机将各关系式代入开环机械特性方程，并消去中间变量，得到转速负反馈单闭环直流调速系统静特性方程：转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图系统开环稳态特性：注意：当U*n不变时，闭环系统的理想空载转速下降为开环时的1/(1+K)：闭环时：ΔUn=Un*-Un，开环时：ΔUn=Un*。开环时Un较大，闭环时Un较小。为保证理想空载转速n0基本不

6、变，系统闭环后应将Un放大（1+K）倍。当K较大时，ncl比nop小许多，所以闭环系统特性比开环特性硬许多。负载Id相同时，闭环系统转速降与开环转速降的关系为：闭环系统静差率比开环时小许多。对具有相同理想空载转速的闭环系统与开环系统(n0cl=n0op)，静差率关系为：若电动机的最高转速为nN，对最低转速静差率的要求相同，考虑到：即有：可见闭环系统调速范围达到开环时的(1+K)倍。有静差直流调速系统基本特征：闭环系统开环放大倍数K越大，静特性越硬，稳态速降越小，在一定的静差率要求下，调速范围越大。总之，

7、K值越大，系统稳态性能越好。稳态速降只能减小，不可能为零。只有K，ncl才能为零，这是不可能的。若n=0，则Un*=0，放大器没有输出，晶闸管整流触发装置失去控制，系统无法运行。对干扰的抑制在系统前向通道上（即包含在反馈环内各环节上）的扰动，可被测速发电机反映出来，通过反馈控制可得到抑制。例如直流电源输出降低时：对给定电压或反馈通道中出现的干扰，系统则无能为力。例如反馈系数下降，不但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。UsUd0nUnUnUcUd0n直

8、流电动机的传递函数由电动机电枢回路电压平衡关系得：式中Tl为电枢回路电磁时间常数。对该式做拉氏变换，得到传递函数：电动机轴上转矩与转速之间的关系符合电气传动系统运动方程：式中Tm为电力拖动系统机电时间常数。对Id-IdL式做拉氏变换，得到电动势与电流之间的传递函数：综合(1)、(2)两式，得到直流电动机动态结构图：化简动态结构图得到转速与电压之间的传递函数：晶闸管整流触发装置传递函数将晶闸管整流装置