注冊(cè)電氣工程師培訓(xùn)班全套資料10

直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分析直流傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的各種生產(chǎn)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量看，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)等，各種系統(tǒng)往往通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)本節(jié)應(yīng)了解的問(wèn)題直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制要求和靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)與機(jī)械特性之間的關(guān)系靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點(diǎn)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點(diǎn)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特性之間關(guān)系調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)一、調(diào)速系統(tǒng)的控制要求和

調(diào)速系統(tǒng)靜指標(biāo)

任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；1、

控制要求1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。2、調(diào)速系統(tǒng)靜指標(biāo)調(diào)速范圍定義：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即其中nmin

和nmax

一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。靜差率定義：負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN

，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱(chēng)作靜差率s，即或用百分?jǐn)?shù)表示式中nN=n0-nN

3、靜差率與機(jī)械特性的關(guān)系靜差率是衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。與機(jī)械特性硬度有關(guān)硬度大s小硬度小s大與系統(tǒng)的工作速度有關(guān)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(zhuǎn)速下的靜差率例如：某電動(dòng)機(jī)在理想空載轉(zhuǎn)速n0為

1000r/min時(shí)降落10r/min，靜差率只占1%；n0為

100r/min時(shí)同樣降落10r/min，靜差率就占10%；如果n0只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，靜差率就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。4、調(diào)速范圍圍、靜差率和和額定速降之之間的關(guān)系設(shè)：電機(jī)額定定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，，轉(zhuǎn)速降落為為nN，則按照上面分分析的結(jié)果，，該系統(tǒng)的靜靜差率應(yīng)該是是最低速時(shí)的的靜差率，即即于是，最低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為而調(diào)速范圍為為將上面的式代代入nmin，得上式表示調(diào)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)速范圍圍、靜差率和和額定速降之之間所應(yīng)滿(mǎn)足足的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)，nN值一定，由式式可見(jiàn)，如果果對(duì)靜差率要要求越嚴(yán)，即即要求s值越小時(shí)，系系統(tǒng)能夠允許許的調(diào)速范圍圍也越小。結(jié)論一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)速范圍圍，是指在最最低速時(shí)還能能滿(mǎn)足所需靜靜差率的轉(zhuǎn)速速可調(diào)范圍。。例題1-1某直流調(diào)速系系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，，額定速降nN=115r/min，，當(dāng)要求靜差率率s≤30%時(shí)，允許多大大的調(diào)速范圍圍？如果要求求靜差率s≤20%，則調(diào)速范圍是是多少？如果果希望調(diào)速范范圍達(dá)到10，所能滿(mǎn)足的的靜差率是多多少？解要求s≤30%時(shí)，調(diào)速范圍圍為若要求s≤20%，則調(diào)速范圍只只有若調(diào)速范圍達(dá)達(dá)到10，則則靜差率只能是二、開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)及其特性若直流調(diào)速系系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)調(diào)調(diào)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(kāi)環(huán)直流調(diào)調(diào)速系統(tǒng)原原理框圖+-AM+-UdId+-?UnU*nUcUPE+-開(kāi)環(huán)控制系系統(tǒng)的特點(diǎn)點(diǎn)是：控制制裝置與受受控對(duì)象只只有順向作作用而無(wú)反反向聯(lián)系；；每個(gè)輸入入量對(duì)應(yīng)一一個(gè)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(diào)整整的準(zhǔn)確度度；系統(tǒng)抗干干擾能力差差。因此，當(dāng)系系統(tǒng)對(duì)干擾擾影響要求求不高，并并且控制精精度要求不不高時(shí)，可可采用開(kāi)環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)。例題2某龍門(mén)刨床床工作臺(tái)拖拖動(dòng)采用直直流電動(dòng)機(jī)機(jī)，其額定定數(shù)據(jù)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(dòng)機(jī)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)系數(shù)CeΦ=0.2V·r/min。如果要求調(diào)速范范圍D=20，，靜差率s≤5%，采用開(kāi)環(huán)調(diào)調(diào)速能否滿(mǎn)滿(mǎn)足？若要要滿(mǎn)足這個(gè)個(gè)要求，系系統(tǒng)的額定定速降最多多能有多少少？解當(dāng)電流連續(xù)續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定定速降為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)機(jī)械特性連連續(xù)段在額額定轉(zhuǎn)速時(shí)時(shí)的靜差率率為這已大大超超過(guò)了5%的要求，更更不必談?wù){(diào)調(diào)到最低速速了。如果要求D=20，，s≤5%，則由D，S與nN關(guān)系可知由上例可以看看出，開(kāi)環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的額額定速降是275r/min，，而生產(chǎn)工藝的的要求卻只有有2.63r/min，，相差幾乎百倍倍！由此可見(jiàn)，開(kāi)開(kāi)環(huán)調(diào)速已不不能滿(mǎn)足要求求，需采用反反饋控制的閉閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)個(gè)問(wèn)題。結(jié)論：開(kāi)環(huán)調(diào)速只能能用在對(duì)靜差差率要求不高高的直流調(diào)速速控制系統(tǒng)三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的組成及及其靜特性根據(jù)自動(dòng)控制制原理，反饋饋控制的閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏偏差進(jìn)行控制制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量量出現(xiàn)偏差，，它就會(huì)自動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生糾正偏偏差的作用。。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降落正是是由負(fù)載引起起的轉(zhuǎn)速偏差差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)環(huán)將使調(diào)速系系統(tǒng)能夠大大大減少轉(zhuǎn)速降降落。1、系統(tǒng)組組成+-AMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋饋的閉環(huán)直流流調(diào)速系統(tǒng)原原理框圖2、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)態(tài)關(guān)系轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直直流調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的的穩(wěn)態(tài)關(guān)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(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)環(huán)機(jī)械特性測(cè)速反饋環(huán)節(jié)節(jié)以上各關(guān)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(zhuǎn)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(gè)關(guān)關(guān)系式中消去去中間變量，，整理后，即即得轉(zhuǎn)速負(fù)反反饋閉環(huán)直流流調(diào)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(kāi)開(kāi)環(huán)放放大系系數(shù)K為它相當(dāng)當(dāng)于在在測(cè)速速反饋饋電位位器輸輸出端端把反反饋回回路斷斷開(kāi)后后，從從放大大器輸輸入起起直到到測(cè)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(dú)的的放大大系數(shù)數(shù)的乘乘積。。電動(dòng)機(jī)機(jī)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(jié)構(gòu)構(gòu)框圖圖KpKs

1/CeΦU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-轉(zhuǎn)速負(fù)負(fù)反饋饋閉環(huán)環(huán)直流流調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)態(tài)態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖圖若只考考慮給給定作作用時(shí)時(shí)的的閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)若只考考慮擾擾動(dòng)作作用-IdR時(shí)的閉閉環(huán)系系統(tǒng)nU*nKpKs

1/CeΦUc?UnUd0Un+-+KpKs

1/CeΦ-IdRnUd0+-E由于已已認(rèn)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(lái)來(lái)，即即得系系統(tǒng)的的靜特特性方方程式式4.開(kāi)環(huán)系系統(tǒng)機(jī)機(jī)械特特性和和閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜特特性的的關(guān)系系斷開(kāi)反反饋回回路，，則可可得系系統(tǒng)的的開(kāi)環(huán)環(huán)機(jī)械械特性性為：：而閉環(huán)環(huán)時(shí)的的靜特特性可可寫(xiě)成成（1）閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜性性可以以比開(kāi)開(kāi)環(huán)系系統(tǒng)機(jī)機(jī)械特特性硬得得多。。在同樣樣的負(fù)負(fù)載擾擾動(dòng)下下，兩兩者的的轉(zhuǎn)速速降落落分別別為和它們的的關(guān)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(kāi)開(kāi)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(kāi)環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)的靜靜差率率分別別為和當(dāng)n0op=n0cl時(shí)，（3）當(dāng)要要求的的靜差差率一一定時(shí)時(shí)，閉閉環(huán)系系統(tǒng)可可以大大提提高調(diào)調(diào)速范范圍。如果電電動(dòng)機(jī)機(jī)的最最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速都都是nmax，而對(duì)最最低速速靜差差率的的要求求相同同，那那么：：開(kāi)環(huán)時(shí)時(shí)，閉閉環(huán)環(huán)時(shí)，，從開(kāi)環(huán)環(huán)與閉閉環(huán)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)速速降關(guān)關(guān)系式式可得（4）要取取得上上述三三項(xiàng)優(yōu)優(yōu)勢(shì)，，閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)必須須設(shè)置放放大器器。上述三三項(xiàng)優(yōu)優(yōu)點(diǎn)若若要有有效，，都取取決于于一點(diǎn)點(diǎn)，即即K要足夠夠大，，因此此必須須設(shè)置置放大大器。。結(jié)論閉環(huán)調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)可可以獲獲得比比開(kāi)環(huán)環(huán)調(diào)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(diào)速速范圍圍，為為此所所需付付出的的代價(jià)價(jià)是，，須增增設(shè)電電壓放放大器器以及及檢測(cè)測(cè)與反反饋裝裝置。。例題題3在例例題題1-2中，，龍龍門(mén)門(mén)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(mǎn)滿(mǎn)足足此此要要求求？？解在上上例例中中已已經(jīng)經(jīng)求求得得Δnop=275r/min但為為了了滿(mǎn)滿(mǎn)足足調(diào)調(diào)速速要要求求，，須須有有Δncl=2.63r/min由開(kāi)開(kāi)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(guān)關(guān)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(mǎn)滿(mǎn)足足所所需需的的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)性性能能指指標(biāo)標(biāo)。。系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)過(guò)過(guò)程程開(kāi)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(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)點(diǎn)從從AB閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜特性性和開(kāi)環(huán)環(huán)機(jī)械特特性的關(guān)關(guān)系A(chǔ)′閉環(huán)靜特性開(kāi)環(huán)機(jī)械特性Ud4Ud3Ud2Ud1BA四、調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)態(tài)指標(biāo)1.動(dòng)態(tài)態(tài)指標(biāo)含含義：電氣傳動(dòng)動(dòng)控制系系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)標(biāo)是指系系統(tǒng)在給給定信號(hào)號(hào)和擾動(dòng)動(dòng)信號(hào)作作用下，，系統(tǒng)輸輸出在動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)中的各各種指標(biāo)標(biāo)對(duì)給定信號(hào)的的跟隨性能指標(biāo)標(biāo)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的抗擾性能指