自动控制技术项目教程 作者 贺力克 第7章直流调速系统.ppt

第7章 直流调速系统 制作:贺力克 陈 义 7.1 转速负反馈晶闸管直流调速系统 系统的组成： 他励直流电动机是调速系统的被控对象，转速为被控量；电动机的励磁电流由另一直流电源供电，电动机的电枢由晶闸管可控整流电路供电。 晶闸管供电电路及触发整流电路为执行环节（含功率放大）。 比例调节器为控制环节。 测速发电机和电位器RP2为检测和反馈环节。 RP1为给定电位器。 系统的工作原理 由图7-2可见，偏差电压 ，式中Ufn与转速n成正比，因此可以写成 ，式中， 为转速反馈系数。 于是 。 若调节给定电压Us，今设Us增大，由 知， 将增大，它经电压放大和功率放大后，将使整流装置的输出电压Ud增大。若略去平波电抗器Ld的电压降落ULd，则电枢电压Ua可近似等于Ud(Ud=Ua+ULd)。当电枢电压Ua增加时，转速n将增加。因此，调节给定电压Us，即可调节转速n的数值。 图 7-2 具有转速反馈的直流调速系统组成框图 当负载转矩TL发生变化时（今设TL增加），则电动机的转速将下降（ ），则反馈环节的反馈电压将减小（　　），于是偏差电压　　　　　　　　将增大(　　)，经电压放大和功率放大后，整流输出电压Ud也将增大，而　　　　，于是电枢电流将增加，从而使电动机的电磁转矩Te增加。这个调节过程一直要继续到Te=TL，电动机重新达到平衡状态为止。 图7-3　　具有转速负反馈的直流调速系统的自动调节过程 　　　　　　图7-4 具有转速负反馈的直流调速系统框图 系统性能分析 系统的稳定性分析 直流电动机机等效的传递函数 由图7-4可写出该系统的开环传递函数: 二阶系统是稳定的系统，故此系统是稳定的。 系统的稳态性能分析 在采用比例调节器的有静差系统中，反馈环节只是检测偏差、减少偏差，而不能消除偏差。 此系统在扰动量（TL）作用点前的前向通路中，不含积分环节，对阶跃信号，是有静差控制系统。 系统的动态性能分析 适当降低增益（即调低比例系数Kk），将使系统的稳定性改善（　　、　　），但稳态误差（　　）将有所增大。 实例分析 分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是: 主电路→触发电路→控制电路→辅助电路 (包括保护、指示、报警等） 7.2 转速和电流双闭环直流调速系统 系统的组成： 两个反馈回路，构成两个闭环回路。 一个是由电流调节器CR 和电流检测—反馈环节构成的电流环（内环又称副环）； 一个是由速度调节器SR和转速检测—反馈环节构成的速度环（外环又称主环）。 速度调节器SR的调节作用： 速度环是由SR和转速负反馈组成的闭环，它的主要作用是保持转速稳定,并最后消除转速静差。 由于SR也是PI调节器，因此稳态时： 由此式可见，在稳态时， 。 此式的物理含义是： 当 为一定的情况下，由于速度调节器SR的调节作用，转速n将稳定在 的数值上。 系统性能分析： 1、系统的稳态性能分析 2、系统的稳定性分析 3、系统的动态性能分析 给定积分器的应用： 将正、负阶跃信号转换成上升（或下降）斜率（对应加速度或减速度）可调的斜坡输入信号，以使系统能平稳的启动或停车。 应用在要求机械平稳起动，并且对起动的加速度提出确定的限制性要求。 高炉卷扬机、矿井提升机、冷、热连轧机等。 7.3 双极晶体管脉宽调制控制的直流调速系统 一、双极晶体管(BJT)脉宽调制(PWM)控制的直流调压电路 双极晶体管供电电路常采用“脉冲宽度调制”控制，又称PWM(Pulse Width Modulation)控制。 PWM调压供电电路的基本原理，是利用双极型晶体管的开关作用，将直流电源电压换成频率约为2000Hz的方波直流调压供电线路。 PWM型直流调压供电线路主要由锯齿波(或三角波)发生器、比较器和BJT供电电路三个部分组成。 BJT可逆供电电路的形式 在BJT可逆供电电路中，通常采用T形和H形两种： 1)T形电路的优点是开关元件少、线路简单，电动机一端可接地，便于引出反馈信号。 缺点是需要正、负两个极性电源，BJT元件要承受两倍电源电压。 2)H形电路虽然元件多些，电枢两端浮地；但元件耐压要求低，且只需单极性电源，实际中应用较多。 PWM直流电路的控制方式