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时间:2020-03-09
《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》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
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、=KeN——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
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