注冊電氣工程師培訓班全套資料10

直流傳動控制系統(tǒng)的分析直流傳動系統(tǒng)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速和快速正反向的各種生產機械中得到了廣泛的應用。從生產機械要求控制的物理量看，電氣傳動控制系統(tǒng)有調速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)等，各種系統(tǒng)往往通過控制轉速來實現(xiàn)的，因此調速系統(tǒng)是最基本的直流傳動控制系統(tǒng)本節(jié)應了解的問題直流調速控制系統(tǒng)的控制要求和靜態(tài)指標靜態(tài)指標與機械特性之間的關系靜態(tài)指標參數(shù)之間的關系開環(huán)調速控制系統(tǒng)特點閉環(huán)調速控制系統(tǒng)特點開環(huán)與閉環(huán)調速控制系統(tǒng)特性之間關系調速控制系統(tǒng)的動態(tài)指標一、調速系統(tǒng)的控制要求和

調速系統(tǒng)靜指標

任何一臺需要控制轉速的設備，其生產工藝對調速性能都有一定的要求。歸納起來，對于調速系統(tǒng)的轉速控制要求有以下三個方面：2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量；1、

控制要求1）調速——在一定的最高轉速和最低轉速范圍內，分擋地（有級）或平滑地（無級）調節(jié)轉速；3）加、減速——頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產率；不宜經受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。2、調速系統(tǒng)靜指標調速范圍定義：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母D表示，即其中nmin

和nmax

一般都指電動機額定負載時的轉速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉速。靜差率定義：負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降落nN

，與理想空載轉速n0之比，稱作靜差率s，即或用百分數(shù)表示式中nN=n0-nN

3、靜差率與機械特性的關系靜差率是衡量調速系統(tǒng)在負載變化時轉速的穩(wěn)定性。與機械特性硬度有關硬度大s小硬度小s大與系統(tǒng)的工作速度有關理想空載低s大理想空載高s小相同硬度靜差率bTeNTen0an0b?

nNa

?

nNb

nO不同轉速下的靜差率例如：某電動機在理想空載轉速n0為

1000r/min時降落10r/min，靜差率只占1%；n0為

100r/min時同樣降落10r/min，靜差率就占10%；如果n0只有10r/min時，再降落10r/min，靜差率就占100%，這時電動機已經停止轉動，轉速全部降落完了。因此，調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。調速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速時所能達到的數(shù)值為準。4、調速范圍圍、靜差率和和額定速降之之間的關系設：電機額定定轉速nN為最高轉速，，轉速降落為為nN，則按照上面分分析的結果，，該系統(tǒng)的靜靜差率應該是是最低速時的的靜差率，即即于是，最低轉轉速為而調速范圍為為將上面的式代代入nmin，得上式表示調調壓調速系統(tǒng)統(tǒng)的調速范圍圍、靜差率和和額定速降之之間所應滿足足的關系。對于同一個調調速系統(tǒng)，nN值一定，由式式可見，如果果對靜差率要要求越嚴，即即要求s值越小時，系系統(tǒng)能夠允許許的調速范圍圍也越小。結論一個調速系統(tǒng)統(tǒng)的調速范圍圍，是指在最最低速時還能能滿足所需靜靜差率的轉速速可調范圍。。例題1-1某直流調速系系統(tǒng)電動機額額定轉速為nN=1430r/min，，額定速降nN=115r/min，，當要求靜差率率s≤30%時，允許多大大的調速范圍圍？如果要求求靜差率s≤20%，則調速范圍是是多少？如果果希望調速范范圍達到10，所能滿足的的靜差率是多多少？解要求s≤30%時，調速范圍圍為若要求s≤20%，則調速范圍只只有若調速范圍達達到10，則則靜差率只能是二、開環(huán)調速系統(tǒng)統(tǒng)及其特性若直流調速系系統(tǒng)是開環(huán)調調速系統(tǒng)，即即系統(tǒng)的輸出出量不返送到到輸入端，系系統(tǒng)組成如下下圖。開環(huán)直流調調速系統(tǒng)原原理框圖+-AM+-UdId+-?UnU*nUcUPE+-開環(huán)控制系系統(tǒng)的特點點是：控制制裝置與受受控對象只只有順向作作用而無反反向聯(lián)系；；每個輸入入量對應一一個輸出量量，系統(tǒng)的控制制精度完全全取決系統(tǒng)統(tǒng)元器件和和特性調整整的準確度度；系統(tǒng)抗干干擾能力差差。因此，當系系統(tǒng)對干擾擾影響要求求不高，并并且控制精精度要求不不高時，可可采用開環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)。例題2某龍門刨床床工作臺拖拖動采用直直流電動機機，其額定定數(shù)據如下下：60kW，220V，305A，，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電電路總電阻阻R=0.18，電動機電動動勢系數(shù)CeΦ=0.2V·r/min。如果要求調速范范圍D=20，，靜差率s≤5%，采用開環(huán)調調速能否滿滿足？若要要滿足這個個要求，系系統(tǒng)的額定定速降最多多能有多少少？解當電流連續(xù)續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定定速降為開環(huán)系統(tǒng)機機械特性連連續(xù)段在額額定轉速時時的靜差率率為這已大大超超過了5%的要求，更更不必談調調到最低速速了。如果要求D=20，，s≤5%，則由D，S與nN關系可知由上例可以看看出，開環(huán)調調速系統(tǒng)的額額定速降是275r/min，，而生產工藝的的要求卻只有有2.63r/min，，相差幾乎百倍倍！由此可見，開開環(huán)調速已不不能滿足要求求，需采用反反饋控制的閉閉環(huán)調速系統(tǒng)統(tǒng)來解決這個個問題。結論：開環(huán)調速只能能用在對靜差差率要求不高高的直流調速速控制系統(tǒng)三、閉環(huán)調速系統(tǒng)統(tǒng)的組成及及其靜特性根據自動控制制原理，反饋饋控制的閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)是按被調量的偏偏差進行控制制的系統(tǒng)，只要被調量量出現(xiàn)偏差，，它就會自動動產生糾正偏偏差的作用。。調速系統(tǒng)的轉轉速降落正是是由負載引起起的轉速偏差差，顯然，引入轉速閉環(huán)環(huán)將使調速系系統(tǒng)能夠大大大減少轉速降降落。1、系統(tǒng)組組成+-AMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-帶轉速負反饋饋的閉環(huán)直流流調速系統(tǒng)原原理框圖2、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)態(tài)關系轉速負反饋直直流調速系統(tǒng)統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的的穩(wěn)態(tài)關系如如下：電壓比較環(huán)節(jié)節(jié)放大器電力電子變換換器調速系統(tǒng)開環(huán)環(huán)機械特性測速反饋環(huán)節(jié)節(jié)以上各關系式式中—放大器的電壓壓放大系數(shù)；；—電力電子變換換器的電壓放放大系數(shù)；—轉速反饋系數(shù)數(shù)（V·min/r））；—UPE的理想空載輸輸出電壓（V）；—電樞回路總電電阻。KpKsRUd0從上述五個關關系式中消去去中間變量，，整理后，即即得轉速負反反饋閉環(huán)直流流調速系統(tǒng)的的靜特性方程程式式中，，閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)的開開環(huán)放放大系系數(shù)K為它相當當于在在測速速反饋饋電位位器輸輸出端端把反反饋回回路斷斷開后后，從從放大大器輸輸入起起直到到測速速反饋饋輸出出為止止總的的電壓壓放大大系數(shù)數(shù)，是是各環(huán)環(huán)節(jié)單單獨的的放大大系數(shù)數(shù)的乘乘積。。電動機機環(huán)節(jié)節(jié)放大大系數(shù)數(shù)為3、閉閉環(huán)系系統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)態(tài)結構構框圖圖KpKs

1/CeΦU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-轉速負負反饋饋閉環(huán)環(huán)直流流調速速系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)態(tài)態(tài)結構構框圖圖若只考考慮給給定作作用時時的的閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)若只考考慮擾擾動作作用-IdR時的閉閉環(huán)系系統(tǒng)nU*nKpKs

1/CeΦUc?UnUd0Un+-+KpKs

1/CeΦ-IdRnUd0+-E由于已已認為為系統(tǒng)統(tǒng)是線線性的的，可可以把把二者者疊加加起來來，即即得系系統(tǒng)的的靜特特性方方程式式4.開環(huán)系系統(tǒng)機機械特特性和和閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜特特性的的關系系斷開反反饋回回路，，則可可得系系統(tǒng)的的開環(huán)環(huán)機械械特性性為：：而閉環(huán)環(huán)時的的靜特特性可可寫成成（1）閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜性性可以以比開開環(huán)系系統(tǒng)機機械特特性硬得得多。。在同樣樣的負負載擾擾動下下，兩兩者的的轉速速降落落分別別為和它們的的關系系是比較兩兩方程程式可可得出出以下下的論論斷：（2）如果果比較較同一一的開開環(huán)和和閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)，則則閉環(huán)系系統(tǒng)的的靜差差率要要小得得多。。閉環(huán)系系統(tǒng)和和開環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)的靜靜差率率分別別為和當n0op=n0cl時，（3）當要要求的的靜差差率一一定時時，閉閉環(huán)系系統(tǒng)可可以大大提提高調調速范范圍。如果電電動機機的最最高轉轉速都都是nmax，而對最最低速速靜差差率的的要求求相同同，那那么：：開環(huán)時時，閉閉環(huán)環(huán)時，，從開環(huán)環(huán)與閉閉環(huán)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)速速降關關系式式可得（4）要取取得上上述三三項優(yōu)優(yōu)勢，，閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)必須須設置放放大器器。上述三三項優(yōu)優(yōu)點若若要有有效，，都取取決于于一點點，即即K要足夠夠大，，因此此必須須設置置放大大器。。結論閉環(huán)調調速系系統(tǒng)可可以獲獲得比比開環(huán)環(huán)調速速系統(tǒng)統(tǒng)硬得得多的的穩(wěn)態(tài)態(tài)特性性，從從而在在保證證一定定靜差差率的的要求求下，，能夠夠提高高調速速范圍圍，為為此所所需付付出的的代價價是，，須增增設電電壓放放大器器以及及檢測測與反反饋裝裝置。。例題題3在例例題題1-2中，，龍龍門門刨刨床床要要求求D=20，，s≤≤5%，，已知知Ks=30，，=0.015V·min/r，，Ce=0.2V·min/r，，如何何采采用用閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)滿滿足足此此要要求求？？解在上上例例中中已已經經求求得得Δnop=275r/min但為為了了滿滿足足調調速速要要求求，，須須有有Δncl=2.63r/min由開開環(huán)環(huán)與與閉閉環(huán)環(huán)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)速速降降關關系系式式可可得得≥代入入已已知知參參數(shù)數(shù)，，則則得得即只只要要放放大大器器的的放放大大系系數(shù)數(shù)等等于于或或大大于于46，閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)就就能能滿滿足足所所需需的的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)性性能能指指標標。。系統(tǒng)統(tǒng)調調節(jié)節(jié)過過程程開環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)Idn例如如：：在在下下圖圖中中工工作作點點從從AA′′閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)IdnUnUnnUd0Uc例如如：：在在下下圖圖1中工工作作點點從從AB閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜特性性和開環(huán)環(huán)機械特特性的關關系A′閉環(huán)靜特性開環(huán)機械特性Ud4Ud3Ud2Ud1BA四、調速系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)態(tài)指標1.動態(tài)態(tài)指標含含義：電氣傳動動控制系系統(tǒng)的動動態(tài)指標標是指系系統(tǒng)在給給定信號號和擾動動信號作作用下，，系統(tǒng)輸輸出在動動態(tài)響應應中的各各種指標標對給定信號的的跟隨性能指標標對擾動信號的抗擾性能指