直流电机双闭环调速系统及其仿真.docx

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1、直流电机双闭环调速系统1、直流电动机的起动直流电动机接通电源以后，转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。直流电机的起动条件应满足以下原则：①起动转矩要大于负载转矩；②起动电流限制在安全范围以内；③起动设备投资要经济适用，设备运行要安全可靠，起动时间要短。电机开始起动时，转速，电枢绕组输出的感应电势，电机自身的电枢回路总电阻又小，这时电枢电流称电机起动电流可达到额定电流的10-20倍，这样大的起动电流对电网和其他设备都有害，必须要限制在允许范围之内。但是，当起动电流减小时，起动转矩也相应减小，所以二者不能兼顾。一般原则是保证有足够

2、大的起动转矩，尽可能减小起动电流。常用的直流电动机的起动方法有三种：①直接起动；②接入变阻器起动；③降压起动。2、希望实现的控制电动机是用以驱动生产机械的，根据负载的需要，常常希望电动机的转速能在一定甚至是宽广的范围内进行调节，且调节的方法要简单、经济。直流电动机在这些方面有其独特的优点。直流电动机转速的稳态方程可表示为式中　n─转速(r/min)；U─电枢两端的电压(V)；　　　I─电枢回路电流(A)；　　　R─直流电动机电枢回路的总电阻(Ω)；　　─电机的电势常数；Φ─励磁磁通(Wb)。在上式中，是常数，电流I取决与电机所带负

3、载，因此预想调节电机的转速有以下三种方法：①改变电枢供电电压U直流他励电动机电枢回路如图2-1(a)所示，为可控电源内阻，为电源空载电压。转速方程为（2-2）式中─电动机额定磁通下的电动势转速比，；─理想空载转速，；─转速降，，为电枢回路总电阻。改变电枢供电电压可以得到一组相互平行的机械特性曲线，如图2-1(b)所示。由于电枢回路电阻的存在，实际的转速要比理想空载转速低。负载不变时，电枢电流也不变，转速降也不变。当电压低到一定时（大于零），因转速降的存在，电动机转速降为零。内阻越大，特性就越软，实际的调速范围就越窄。调压调速时，电

4、动机轴输出功率为（2-3）当负载为恒转矩负载时，（2-4）式中K─常数，；T─电磁转矩，稳定时电磁转矩等于负载转矩；─电动机转矩系数。式（2-4）表明，对于恒转矩负载，电动机轴上输出功率与转速成正比。额定转速时对应额定功率。(a)(b)图2-1变电枢电压调速特性(a)电枢电路(b)机械特性①减弱励磁磁通Φ由式（2-2）可知，当负载电流（负载转矩）不变时，改变励磁磁通，电动机的理想空载转速和转速降都发生变化，因此电动机转速也发生变化。电动机磁通是按额定磁通设计的，如果增大励磁电流，则磁通磁路饱和，所以调磁通调速是在额定磁通以下调节（

5、弱磁）。随着磁通量的减少，空载转速提高，转速降也在提高，机械特性变软，如图2-2所示：(a)(b)图2-2弱磁调速特性(a)励磁回路(b)机械特性弱磁调速时，电动机轴上输出功率如式（2-5）所示，它基本不变，因此弱磁调速适合恒功率性质负载。（2-5）①改变电枢回路电阻R在电枢回路中串接附加电阻，来改变电动机转速关系式（2-2）中的转速降，从而实现调速的目的。这种调速方式的控制回路和机械特性如图2-3所示，其特点如下：a理想空载转速不变。b特性变软。c因电阻很难做到连续可调，所以是有级调速。d耗能。目前，这种调速方式很少采用。(a)

6、(b)图2-3变电枢电阻调速特性(a)电枢电路(b)机械特性从以上三种方法的介绍中可知，对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压的方式为最好。变电阻只可以实现有级调速；弱磁调速虽然可以实现平滑调速，但它可调节的范围不太大，经常要和调压方式配合，在额定转速以上可作较小范围的弱磁升速。因此，调压调速为自动控制系统主要调速方式。3、直流调速系统的性能指标根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求，一般可以概括为静态和动态调速指标。静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速，并且要求在不同转速

7、下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。抗扰动性是指系统稳定在某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响。1）静态性能指标（1）调速范围生产机械要求电动机在额定负载运转时，提供的最高运转速度与最低运转速度之比，称为调速范围，用符号D表示，即（2-6）（2）静差率当电机拖动系统在某一转速下运转时，系统从理想空载转速至额定负载时转速降落了与理想空载转速之比，叫做静差率s，即（2-7）用百分数可表示为（2-8）由以上可知，静差率能反映拖动系统在负载变化时调速的稳定性。它

8、与机械特性的硬度有关，机械特性越硬，静差率就越小，转速稳定度就越高。但是静差率与特性硬度又是不同的。变压调速系统在不同转速的情况下机械特性是相互平行的，对于相同硬度的机械特性，理想空载时转速越低，静差率就越大，转速相对稳定度也越差。由此可见，调速范