单闭环直流调速系统电子教案.ppt

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1、第八章单闭环直流调速系统直流调速系统概述单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统实例分析8.1直流调速系统概述一、什么是调速电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流

2、调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。二、调速控制系统的性能指标在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确

3、定义。稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速范围和静差率。动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。调速范围生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围，用D表示。即：静差率（表征转速的稳定程度）调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增加到规定负载时，所对应的转速降落Δn与理想转速n0之比，用s表示。即：两者之间的关系是：他励直流

4、电动机的转速公式：式中：U为他励电动的电枢电压I为电枢电流E为电枢电动势R为电枢回路的总电阻n为电机的转速Φ为励磁磁通CE为由电机结构决定的电动势系数他励直流电机的调速方案（8-1）由式（8-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压U（2）减弱励磁磁通（3）改变电枢回路电阻R调压调速工作条件：保持励磁=N；保持电阻R=Ra调节过程：改变电压UNUn，n0调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3调压调速特性曲线调阻调速工作条件：保持励磁

5、=N；保持电压U=UN；调节过程：增加电阻RaRn，n0不变；调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。（斜率较大，特性较软）nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3调阻调速特性曲线调磁调速工作条件：保持电压U=UN；保持电阻R=Ra；调节过程：减小励磁Nn，n0调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。nn0OTeTLN123nNn1n2n3调压调速特性曲线三种调速方法的性能与比较对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能

6、够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。用晶闸管触发整流整流电路实现电枢电压可调，从而达到改变电机转速的目的。这就是所谓的电源—电动机调速系统（V—M）系统，它属于开环系统。而由已知条件并设系统电流连续，则其额定转速下的转速降为：例：某电源—电动机直流调速系统，已知电机的额定转速为n=1000r/min，额定电流IN=305A，主回路电阻R=0.18Ω，CeΦN=0.2，若要求电动机调速范围D=20，sn<5%，则该调速系统

7、是否能满足要求？解：如果要满足D=20，Sn<5%的要求，则其在额定条件下的转速降为：由此例不难发现，象这样的电源——电动机所组成的开环调速系统，是没有能力完成其调速指标的。要把额定负载下的转速降从开环系统中的274.5降低到满足要求的2.63就必须采用负反馈，这也就构成了我们所谓的闭环直流调速系统——转速负反馈直流调速。而静差率为：开环系统存在的问题开环系统只适用用于对调速精度要求不高的场合，但许多需要无级调速的生产机械为了保证加工精度，常常对调速精度提出一定的要求，这时，开环调速已不能满足要求。解决思路：引入反馈控制思

8、想（提出闭环的必要性）反馈的手段闭环系统的设计思路开环系统结构框图闭环系统结构框图8.2单闭环直流调速系统（一）系统组成（二）闭环系统的静特性方程假定：1）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工作段。2）忽略控制电源和电位器的内阻开环机械特性：开环机械特性曲线闭环