电力拖动自动控制系统 教学课件 作者 李华德 第二章 闭环控制直流调速系统的稳态分析与计算.ppt

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1、第二章闭环控制直流调速系统的稳态分析和计算本章主要内容：2.1直流调速系统的静态调速指标及开环系统存在的问题2.2单闭环直流调速系统的稳态分析2.3转速、电流双闭环调速系统稳态分析及计算2.1直流调速系统的静态调速指标及开环系统存在的问题2.1.1生产工艺对转速控制的要求和调速指标一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速系统都有一定的要求，归纳起来有以下三个方面：1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；2）稳速——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波动，以

2、确保产品质量；3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起/制动尽量平稳。1、调速范围：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D表示，即其中，和一般都指电动机在额定负载时的最高和最低转速，对于不要求恒功率调速系统来说，电动机的最高转速就是额定转速。2、静差率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nN，与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即或用百分数表示式中=n0-nN（2-2）（2-3）显然，静差率是用来衡量调

3、速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。然而静差率与机械特性硬度又是有区别的。一般变压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的，如图2-1中的特性曲线a和b图2-1不同转速下的静差率根据式(2-2)的定义，由于，所以。对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。例如：当理想空载转速为1000r/min时，额定速降为10r/min，静差率为1%；当理想空载转速为100r/min时，额定速降同样为10r/min，则静差率却为10%。由此可见

4、，在调速过程中，若额定速降相同，则转速越低时，静差率越大。如果低速时的静差率能满足设计要求，则高速时就自然地满足要求了。因此，静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。3、调速范围、静差率和额定速降之间的关系电机额定转速，转速降落为。值一定时，对静差率要求越高，即要求s值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。例题2-1某直流调速系统电动机额定转速为额定速降，当要求静差率时，允许多大的调速范围？如果要求静差率，试求最低运行速度及调速范围。解要求时，调速范围为例题（续）若要求，最低空载转速为最低运行转速为调速范围为2.1.2开环调速

5、系统存在的问题开环调速系统往往不能满足静差率要求。反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。2.2单闭环直流调速系统的稳态分析和计算图2-2中，转速调节器ASR为比例调节器；符号为用电压值表示的转速给定信号；为用电压值表示的转速反馈信号。(a)闭环调速系统稳态结构图图2-2采用比例调节的转速单闭环调速系统的稳态结构框图单闭环直流调速系统的稳态分析(续）只考虑转速给定作用时的闭环系统稳态结构图只考虑负载扰动作用时的闭环系统稳态结构图图2-2采用比例调节的转速单闭环调速系统的稳

6、态结构框图闭环系统的静态方程依据稳态结构图，当ASR为比例调节器时，转速负反馈单闭环直流调速系统中各环节的稳态关系如下：电压比较环节放大器电力电子变换器调速系统开环机械特性测速反馈环节闭环系统的静态方程（续）以上各关系式中，为比例调节器的比例系数；为电力电子变换器的变换系数；为转速反馈系数（）；为电力电子变换器理想空载输出电压（V）（变换器内已并入电枢回路总电阻中）闭环系统的静态方程（续）从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式闭环系统的理想空载转速闭环系统的稳态降速闭环系统的开环放大系

7、数稳态速降上式表明：1、转速闭环后将使同一负载下静态速降降低到原开环系统的倍。2、ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统是有静差调速系统，静差大小为，并且，静差只能减小而不能消除，这是因为系统的开环放大倍数不可能为无穷大()。调速范围如果电动机最高转速是额定转速，对静差率要求为s，则闭环系统的调速范围为：闭环调速系统稳态特性分析ABC0D①②③④⑤图2-3闭环系统的静特性与开环机械特性比较①、②、③、④为系统开环系统机械特性；⑤为闭环系统静特性闭环调速系统稳态特性分析（续）图中，设原始工作点为A，负载电流为，当负载增大到时，开环系

8、统的转速必然降到点所对应的数值，闭环后，由于反馈调节作用，电压可升到，使工作点成为B。这样，在闭环系统中，每增加一点负载，就相应提高一点电枢电压，因而就改换了一条机械特性。闭环系统的静特性就是这样在许多开环机械特性上各取一个相应的工作点，如上图中的