机床电气控制技术课件

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1、第四章电气调速系统调速是机床对电力拖动系统要求的主要性能之一。目前机床常用的调速方法有：机械有级或无级调速；机械与电气结合的有级或无级调速；电气无级调速。4-1电气调速概述一、调速与稳速调速即速度调节，是指在电力拖动系统中人为地改变电动机的转速，以满足工作机械的不同转速要求(由于负载或电源扰动而引起的电动机转速变化，则不叫调速)。图4-1电动机的调速图4-2开环调速系统结构二、电动机无级调速的类型按电源种类可分为直流和交流两大类。直流调速系统通常有以下几类：(1)直流发电机—直流电动机(G—M)系统图4-3闭环调速系统结构(2)交磁放大机—直流电动机(SKK—M)系

2、统(3)晶闸管—直流电动机(SCR—M)系统(4)脉宽调制—直流电动机(PWM)系统该系统是用一定频率的三角波或锯齿波，把模拟控制电压切割成与三角波同频率的矩形波。从电工学得知，电机的转矩T、转速n功率P的关系通式为式中Km——与电机结构及特性有关常数。(1)恒功率调速(2)恒转矩调速图4-4恒功率调速特性图4-5恒转矩调速特性不同工作机械要求的调速范围不同，不同类型电动机在不同调速方式下所能达到的调速范围也不同。三、调速的性能指标1.调速范围(D)等于在额定负载下，电动机能提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，即2.调速的平滑性(Φ)3.静差度(S)即速度

3、的稳定度。式中ne——额定负载下的实际转速。静差度S常用百分数表示，故又称静差率。显然，电动机的机械特性愈硬，控制系统的静特性愈硬，由负载变动而引起的转速降落愈小，静差度S愈小，稳速精度愈高。4.调速的经济性调速的经济指标，一般是根据设备费用、能源损耗、运行及维扩费用多少来综合评价的。四、扩大调速范围的途径由前述可见，电动机转速下限nmin要受到静差度S指标的限制，相应调速范围D亦受静差度S的限制。该拖动系统的调速范围、静差度、静态速降和最高空载转速之间的关系为：图4-6转速与S的关系图4-7速度负反馈控制系统图4-7所示是一具有转速负反馈的直流调压调速系统。直流调

4、压电源是用差值电压ΔU控制输出电压Ud的部件，直流电机M的转速n受Ud的控制，测速反馈电路的输出电压Uf比例于电动机转速n。当给定电压Ug一定时，电动机M有一对应转速n。若负载扰动引起转速变化，通过测速反馈电路的反馈电压Uf变化，自动调整差值电压ΔU变化，使调压电源的输出电压Ud变化，从而使电动机转速n又趋于原值。4-2直流电动机的调速控制一、直流电动机的基本调速方式及其调速特性从电工学可知，图4-8所示的他激直流电动机有以下方程，即图4-8他激直流电动机原理式中Ud——电动机的电枢电压；Ed——电动机的反电势；T——电动机的电磁转矩；Ce——电动机的电势常数；Ct

5、——电动机的转矩常数；Φ——主磁极的磁通；Id——电枢电流；Rd——电枢绕组电阻。图4-9调压调速的机械特性A1—固有特性A2、A3…—人为特性直流电动机的机械特性方程式也就是它的调速公式，即1.改变电枢电压的调速方式(调压调速)调压调速具有：调节细，可实现无级调速，平滑性好；物性硬度不变，相对稳定性好；调速过程能耗低，可节省降压起动设备，经济性好；调速范围宽等优点。为使电机容量得到充分利用，应使电枢电流保持Id=Ied，此时磁通与转速成反比：故转矩也与转速成反比：直流电动机的调压调速为恒转矩调速，调磁调速为恒功率调速.2.改变励磁磁通的调速方式(调磁调速)所谓恒转

6、矩调速或恒功率调速，是指在电机不超过发热条件限制下，按可调的不同转速长期工作时，都能输出额定转矩或额定功率的调速。调压调速和调磁调速的调速特性刚好满足常用的恒转矩和恒功率机械负载特性的要求。图4-10调磁调速时的机械特性1.转速负反馈晶闸管调速系统(SCR-M)(1)转速负反馈ＳＣＲ-M系统的组成和工作原理图4-13转速负反馈调速系统TG电枢两端电动势Ecf为式中Cef——测速发电机的电势常数；Φcf——测速发电机的励磁磁通。稳定电动机的转速n，其调整过程如下：(2)转速负反馈SCR-M系统静特性分析系统的静特性是指稳态时，电动机转速n与电枢电流Id之间的关系，即n

7、=f(Id)。式中ΔE——晶闸管正向管压降(一般ΔE<1.2V)；RΣ——电枢回路总电阻。其表达式为其中r′——主变压器全部漏抗折算到次级的等效电阻；rtz——主变压器次级绕组电阻；rp——平波电抗器绕组电阻；Rd——电动机电枢绕组电阻。图4-14转速负反馈闭环系统静态结构框图该系统开环的总响应为闭环系统的总响应可写为比较式(4-9)与式(4-10)可得据式(4-4)可知有转速负反馈的闭环系统的调速范围Db为：式中Dk——该系统开环时调速范围。综上所述，当负载相同时，闭环系统的静态速降Δnb减小为开环系统静态速降Δnk的1/(1+K)；如果电动机的最高转速相同，