现代调速控制系统 教学课件 作者 侯崇升 第1章 单闭环直流调速系统.ppt

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1、本章着重讨论单闭环调速系统组成及其分析方法，并采用计算机仿真手段进一步分析其性能。第1章单闭环直流调速系统1.1直流调速方式及晶闸管-电动机系统1.2反馈控制单闭环直流调速系统的稳态性能分析1.3电流截止负反馈1.4比例-积分控制规律和无静差调速系统1.5电压反馈-电流补偿控制的直流调速系统1.6单闭环直流调速系统的MATLAB/Simulink仿真1.1.1直流调速方式及调速用可控直流电源1.1.2晶闸管-电动机系统开环机械特性1.1直流调速方式及晶闸管-电动机系统1．直流调速方式1.1.1直流调速方式及调速用可控直流电源式中：——转速（r/min）；—

2、—电枢电压（V）；——电枢电流（A）；——电枢回路总电阻（Ω）；——励磁磁通（Wb）；——电动势常数。直流电动机转速稳态表达式(1-1)由式（1-1）可以看出，调节直流电动机的转速有三种方法：调节电枢供电电压；减弱励磁磁通；改变电枢回路电阻。其中以调节电枢供电电压的方式为最好。2．调压调速用的可控直流电源常用的可控直流电源有以下三种：旋转变流机组——由交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或

3、进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。（1）旋转变流机组图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统原理图（G-M系统）1）旋转变流机组（G-M系统）工作原理由交流电动机（异步机或同步机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流if即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这样的系统简称G-M系统，国际上通称为Ward-Leonard系统。2）旋转变流机组（G-M系统）机械特性图1-2G-M系统的机械特性优点：可逆运行容易实现；方便实现四象限运行。不足：设备多，体积大，费用高，效率低，安装须打地基，运行有噪声，维护不方便。（

4、2）静止式可控整流器图1-3静止式可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）1）V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中UR是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来改变触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。2）V-M系统的特点与G-M系统相比较，优点表现在：在经济性和可靠性上都有很大提高，在技术性能上有很大优越；快速响应性能好。系统缺点：不易实现可逆运行；承受过载能力差，易损坏；谐波与无功功率造成“电力公害”。（3）直流斩波器或脉宽调制变换器图1-4直流斩波器

5、-电动机系统的原理图和电压波形原理图电压波形图为了节能，并实行无触点控制，现在多改用电力电子开关器件，如快速晶闸管、GTO、IGBT等。采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲脉宽调制开关电路，统称脉宽调制变换器(PulseWidthModulation，简称PWM变换器)。1）斩波器的基本控制原理在原理图中，VT表示电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时，直流电源电压Us加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电动机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近于零。如此反复，得电枢端电压波形如图1-4b所示，电源电压Us在t

6、on时间内被接上，又在T–ton时间内被斩断，故称“斩波”。3）PWM变换器优点：主电路线路简单，需用的功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比采用相控整流器高。1．电流连续时开环机械特性1.1.2晶闸管-电动机系统开环机械特性当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式：式中Ce

7、=KeN——电动机在额定磁通下的电动势系数；α——从自然换相点算起的触发延迟角(rad)；Um——α=0时的整流电压波形峰值(V)；m——交流电源一周内的整流电压脉波数。改变延迟角，得一族平行直线，这和G-M系统的特性很相似。图1-5电流连续时V-M系统的机械特性2．电流断续时开环机械特性当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方程要复杂得多。图1-6所示为完整的V-M系统机械特性图图1-6完整的V-M系统机械特性由图可见：当电流连续时，特性比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高1.2.1稳态性能指标及开环系统性能1.2.2闭

8、环系统的组成及静特性1.2.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的关